KR20230090001A

KR20230090001A - 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제와 이를 이용한 작물 재배방법

Info

Publication number: KR20230090001A
Application number: KR1020210178857A
Authority: KR
Inventors: 김철홍; 한송희; 박주연
Original assignee: (주)현농
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-21
Also published as: KR102634297B1

Abstract

본 발명은 작물의 생육촉진제와 이를 이용한 작물 재배방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사카바실러스 속 미생물을 이용하여 작물의 생육을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 생육촉진제와 이를 이용한 작물 재배방법에 관한 것이다.

Description

사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제와 이를 이용한 작물 재배방법{agent for promoting growth of crop and cultivating method}

일반적으로 작물 재배시 품질을 높이고 수확량을 극대화시키기 위해서 다양한 종류의 비료를 관주시비 또는 엽면시비하는 방법이 있다.

토양 내에서 각 영양소의 불균형, 길항작용 등으로 균형있게 영양소를 흡수하지 못했을 시 비료를 물에 희석하여 줄기, 잎, 과실에 살포하는 엽면시비 방법이 이용된다. 이는 특정 영양성분의 결핍, 생육 저하, 품질 개선을 위하여 영양소를 빠른 속도로 보충하고자 할 때 이용된다. 이러한 영양소로는 질소, 인산, 칼륨, 고토, 망간, 붕소, 철, 몰리브덴, 아연, 구리, 칼슘 등의 무기질과 요소, 고분자 질소화합물, 아미노산 비료, 유기인산, 유기산 칼륨, 유기인, 탄수화물유도체, 비타민, 당류, 해조 추출물, 식물추출물 등의 유기화합물 등이 작물에 사용되고 있다.

화학비료나 화학농약을 이용한 종래의 관행농법은 지력의 저하와 토양의 산성화를 가져온다. 따라서 화학비료를 사용한 무기농법에서 환경친화적인 유기농법이 전환되고 있다.

특히, 최근에는 미생물을 이용한 친환경농법에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 작물 생육을 촉진하는 미생물의 종류는 매우 많으나 그 중에서도 바실러스에 의한 작물생육촉진 효과는 많이 규명되어 있다.

미생물이 대사산물로서 생산하는 식물호르몬은 작물의 생육촉진에 효과가 있다. 이러한 식물호르몬으로는 옥신(auxin), 지베렐린(gibberellin, GA), 사이토키닌(cytokinin), 에틸렌(ethylene) 등이 보고되어 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0136081호, 대한민국 공개특허 제10-2008-0090803호 등에는 미생물을 이용한 작물의 생육촉진이 개시되어 있다. 하지만, 아직까지 사카바실러스 속(Saccharibacillus sp.) 미생물을 이용한 작물의 생육촉진 효과를 알려진 바 없다.

1. 대한민국 공개특허 제10-2017-0136081호: 바실러스 아밀로리퀴피시언스 IM1 균주, 이를 함유하는 식물병 방제용 및 생육촉진 조성물 2. 대한민국 공개특허 제10-2008-0090803호: 작물 생육촉진 미생물 불크홀데리아 세파시아 ＳＥ－４ 및이를 이용한 지베렐린의 제조방법

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 사카바실러스 속 미생물을 이용하여 작물의 생육을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 생육촉진제와 이를 이용한 작물 재배방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제는 사카바실러스 속(Saccharibacillus sp.) 미생물의 이차대사산물을 함유한다.

상기 미생물은 사카바실러스 브라시캐(Saccharibacillus brassicae)이다.

상기 이차대사산물은 인돌아세트산(indole acetic acid)을 포함한다.

상기 생육촉진제는 상기 미생물의 배양액 또는 이의 건조분말이다.

상기 배양액은 효모추출물, 덱스트로스, NaCl, K₂HPO₄,Na₂CO₃, MgSO₄, L-Trytophan을 함유하는 배지에서 상기 미생물을 배양한 것이다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 작물 재배방법은 상기의 생육촉진제를 엽면살포 또는 관주살포로 시비하여 작물을 재배한다.

본 발명은 사카바실러스 속 미생물의 배양액에 식물호르몬으로 인돌아세트산이 함유되어 있음을 제시하였다. 따라서 사카바실러스 속 미생물의 배양액을 이용하여 작물의 생육을 효과적으로 촉진시킬 수 있는 생육촉진제를 제공할 수 있다.

본 발명의 작물 생육촉진제는 엽면살포 또는 관주살포 방식으로 토양 또는 성장 중인 농작물의 잎, 뿌리 등에 시비 처리함으로써 내병성을 증대시키고 작물의 생장을 촉진시킬 수 있다.

도 1은 미생물 배양액의 HPLC 분석결과를 나타낸 그래프이고,
도 2는 시제품 SP20의 HPLC 분석결과를 나타낸 그래프이고,
도 3 내지 도 5는 상추 생육실험 결과 엽장, 엽폭, 생체중의 측정값을 각각 나타낸 그래프이고,
도 6은 상추 생육실험 결과의 모습을 나타낸 사진이고,
도 7은 토마토 생육실험 결과의 모습을 나타낸 사진이고,
도 8은 토마토 생육실험 결과의 모습을 나타낸 사진이고,
도 9는 토마토 약해시험 결과의 모습을 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제와 이를 이용한 작물 재배방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명은 사카바실러스 속(Saccharibacillus sp.) 미생물의 이차대사산물을 함유함으로써 종래의 인공적으로 합성된 인공호르몬 대신에 작물에 무해한 천연의 생육촉진제를 제공할 수 있다.

사카바실러스 속(Saccharibacillus sp.) 미생물로 사카바실러스 브라시캐(Saccharibacillus brassicae)을 이용할 수 있다.

이차대사산물은 미생물을 배양하여 얻을 수 있다.

아미노산, 핵산, 단백질, 지질, 탄수화물 등과 같이 미생물의 생장에 필수적인 일차대사산물(primary metabolites)과 달리 이차대사산물(secondary metabolites)은 미생물의 2차 대사의 결과에 의한 산물로서, 미생물의 생장에 직접 관여하지 않는 물질을 의미한다.

사카바실러스 브라시캐 미생물의 이차대사산물로 인돌아세트산(indole-3-acetic acid; IAA)을 들 수 있다.

인돌아세트산은 천연옥신으로서, 식물성장을 조절하는 식물호르몬의 일종이다. 인돌아세트산은 인공적으로 합성되는 합성옥신인 2,4-디클로로페녹시아세트산(2,4-dichlorophenolxyacetic acid), 1-나프탈렌아세트산(1-naphthaleneacetic acid), 2-나프톡시아세트산(2-naphthoxyacetic acid) 등과 마찬가지로 세포 성장과 세포 분열을 유도하는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 미생물의 이차대사산물로서 천연옥신인 인돌아세트산을 함유하므로 인공적으로 합성되는 합성옥신을 사용하는 것이 비해 무해하며, 작물의 유기농 인증이 가능하다.

사카바실러스 속 미생물을 배양하기 위한 배지로 다양한 종류의 액체배지를 이용할 수 있다.

액체배지의 일예로 증류수에 효모추출물(yeast extract), 덱스트로스(dextrose), NaCl, K₂HPO₄,Na₂CO₃, MgSO₄을 첨가한 것을 이용할 수 있다. 이 경우 액체배지 중 효모추출물 0.6 내지 1.0중량%, 덱스트로스 0.2 내지 0.8중량%, NaCl 0.1 내지 0.2중량%, K₂HPO₄,0.1 내지 0.5중량%, Na₂CO₃, 0.01 내지 0.1중량%, MgSO₄, 0.05 내지 0.15중량%을 함유할 수 있다.

그리고 미생물의 이차대사산물인 인돌아세트산의 함량을 증대시키기 위해 미생물의 배양에 이용되는 배지에 인돌아세트산의 전구물질을 더 첨가할 수 있다. 인돌아세트산의 전구물질로 L-트립토판(L-Tryptophan)을 이용할 수 있다. L-트립토판을 배지에 첨가하여 미생물을 배양시 인돌아세트산의 함량을 늘릴 수 있다. 이러한 배지의 예로, 효모추출물 0.6 내지 1.0중량%, 덱스트로스 0.2 내지 0.8중량%, NaCl 0.1 내지 0.2중량%, K₂HPO₄,0.1 내지 0.5중량%, Na₂CO₃, 0.01 내지 0.1중량%, MgSO₄, 0.05 내지 0.15중량%, L-트립토판 0.05 내지 0.15중량%를 함유할 수 있다.

본 발명의 작물 생육촉진제는 배지에서 미생물을 배양시켜 수득한 배양액 자체이거나 배양액으로부터 분리된 것이다. 또한, 배양액을 건조시켜 수득한 건조분말일 수 있다.

또한, 배양액에서 균체를 제거하여 작물 생육촉진제로 이용할 수 있다. 배양액으로부터 균체를 제거하기 위해 통상적인 고액분리방법을 이용할 수 있다. 예를 들어 배양액을 원심분리하여 균체를 제거한 상등액을 얻을 수 있다. 원심분리를 통해 얻은 상등액을 작물 생육촉진제로 이용한다.

또한, 본 발명의 작물 생육촉진제는 안정적인 제제화를 목적으로 공지의 제형화 물질을 첨가하여 수화제, 입제 또는 캡슐화의 형태로 제조될 수 있음은 물론이다. 또한, 동결방지제, 방부제, 분산제, pH조절제 등과 같은 공지의 첨가물이 첨가될 수 있음은 물론이다. 이 경우 본 발명의 작물 생육촉진제는 배양액 또는 건조분말을 1 내지 90중량%를 함유할 수 있다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.

(실시예)

1. 배양

증류수에 효모추출물, 덱스트로스, NaCl, K₂HPO₄,Na₂CO₃, MgSO₄, L-트립토판을 첨가하여 액체배지를 준비하였다. 이때 액체배지 중의 각 성분은 효모추출물 0.8중량%, Dextrose 0.5중량%, Nacl 0.15중량%, K₂HPO₄ 0.25중량%, Na₂CO₃ 0.05중량%, MgSO₄ 0.1중량%, L-Trytophan 0.1중량%가 되도록 첨가하였다.

사카바실러스 브라시캐(Saccharibacillus brassicae) KCTC 43072를 준비된 액체배지에서 30℃, 150rpm 조건으로 72시간 동안 배양하여 미생물 배양액을 수득하였다. 미생물 배양액 중의 균주는 8.8×10⁸cfu/ml로 나타났다.

그리고 건조분말은 분무건조기를 이용하여 미생물 배양액을 분무건조시켜 수득하였다. 건조분말 중의 균주는 1.6×10¹⁰cfu/ml로 나타났다.

2. 시제품 제조

위의 미생물 배양액과 건조분말을 이용하여 4종의 시제품을 제조하였다. 각성분의 혼합비율(중량%)은 하기의 표 1과 같다.

샘플	미생물배양액	건조분말	증류수
SS10	10	-	90
SS20	20	-	80
SP10	-	10	90
SP20	-	20	80

<미생물 이차대사산물의 분석>

사카바실러스 브라시캐가 생산하는 이차대사산물의 성분을 확인하기 위해 미생물 배양액과 시제품 SP20을 시료로 이용하였다.

미생물 배양액과 시제품SP20은 4000rpm으로 15분 동안 원심분리하여 균체가 분리된 상등액을 얻었다. QuEChERS Extraction 방법을 통해 상등액을 전처리를 한 후 분리된 물질을 Agilent 1100 series, API 3200 Q TRAP LC MSMS를 이용하여 분석하였다. 사용한 Column은 X-Bridge(2.1 x 100mm, 3.5μm, C₁₈)이었으며 5~95%(10min), MRM Mode/ Buffer A: 100% H₂O + 0.05% TFA, Buffer B: 100% ACN + 0.05% TFA, Flow rate: 0.2mL/min, Injection volume : 5μL의 조건으로 설정하여 물질을 분석하였다.

분석결과를 하기 표 2에 나타내었다. 각 시료마다 3회씩 측정하였다.

구분	Calculated Concentration(ng/ml)	Average(ng/ml)	SD
미생물배양액	18.7	19.65	1.67
	22
	18.26
SP20	50	50.20	3.51
	54.6
	46

상기 표 2의 결과를 참조하면, 미생물배양액과 시제품에서 생장촉진물질로 알려진 인돌아세트산(IAA)이 검출되었다. IAA의 함량은 미생물배양액에서는 19.65 ng/ml의 함량이 검출되었으며, 균주수가 100배 정도 농축된 건조물을 이용한 시제품에서는 50.20ng/ml의 함량으로 검출되어 배양액 대비 시제품에서 2.5배 정도 IAA의 함량이 더 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다.

그리고 미생물 배양액과 시제품 SP20의 HPLC 분석결과를 도 1 및 도 2에 각각 나타내었다. IAA 표준물질(시그마사의 Indole-3-Acetic Acid, CAS No. 87-51-4)과 비교하여 동일한 머무름 시간(RT:7.71min)에서 피크를 확인할 수 있었다. 따라서 미생물 배양액과 시제품 SP20에 식물호르몬인 인돌아세트산(IAA)이 함유되었음을 확인하였다.

<상추 생육실험>

기내에서 시제품의 생육 촉진 효과를 검정하기 위해 상추 종자(청치마, 농협종묘)를 파종하여 26℃에서 1주일 동안 발아시킨 후 원예용 바이오상토(흥농)를 이용하여 9cm × 9cm 포트에 옮겨 심은 후 일주일 후 각각의 시제품을 500배 희석하여 7일 간격으로 2회 관주처리하였다.

처리 7일 후 각 상추의 모습을 도 6에 나타내었다. 그리고 엽장, 엽폭, 생체중의 측정 결과를 하기 표 3 및 도 3 내지 도 5에 나타내었다.

구분	엽장		엽폭		생체중
구분	cm	증감율(%)	cm	증감율(%)	g	증감율(%)
무처리	13.2	-	5.1	-	13.7	-
SS10	14.5	9.8	5.2	2.5	14.4	4.9
SS20	14.5	9.9	5.2	1.0	14.2	3.7
SP10	14.9	12.3	5.2	2.5	14.6	6.3
SP20	14.8	12.5	5.3	3.7	14.7	7.2

실험결과, 시제품 모두 무처리에 비해 엽장, 엽폭, 생체중이 중가한 것으로 나타났다. 특히, 건조분말 20%를 함유한 SP20 시제품에서 무처리구 대비 엽장이 12.5% 엽폭은 3.7% 생체중은 7.2% 증가한 것을 확인할 수 있었다.

<토마토 생육실험>

위의 실험에서 생육촉진 효과가 가장 우수한 시제품 SP20을 500배 희석하여 토마토 생육실험을 수행하였다.

전남 곡성군 입면에서 진행한 토마토 생육촉진에 대한 포장시험에서 정식 7일 후 관주처리구, 정식 14일 후 관주처리구, 정식 21일 후 관주처리구, 무처리구로 나누어서 실험을 진행하였다. 토마토 정식 후 약 3개월 뒤 11월 02일에 1차 수확하였고, 11월 09일에 2차 수확한 후 수확량을 조사하였다.

1차 수확기의 무처리구와 정식 14일 후 관주처리구의 실제 모습을 도 7에 나타내었다. 육안으로 관찰시 토마토에 달려있는 열매의 수량에 차이가 있는 것으로 나타났다.

그리고 도 8에 1차 수확한 토마토 열매를 비교하여 나타내었다. 도 8을 참조하면, 무처리구와 관주처리구에서 열매의 수량에 확연한 차이가 보였다.

1차 수확 후 무처리구와 관주처리구의 수확량과 증가율을 하기 표 4에 나타내었다.

처리구	수확량(g/주)				증가율(%)
처리구	Ⅰ반복	Ⅱ반복	Ⅲ반복	평균	증가율(%)
정식7일후관주처리	1098.0	1119.0	1151.5	1122.8	23.2
정식14일후관주처리	1137.0	1104.0	1171.0	1137.3	24.8
정식21일후관주처리	1130.5	1098.5	1146.3	1125.1	23.5
무처리	924	899	911	911.3	-

상기 표 4의 결과를 참조하면, 11월 2일 1차 수확기의 수확량을 조사한 결과 정식 7일후 관주처리구에서는 평균 1122.8g/주, 14일후 관주처리구에서는 1137.3g/주, 21일후 관주처리구에서는 1125.1g/주의 수확량을 나타내었다. 무처리구 911.3g/주에 비해 각각 23.2%, 24.8% 23.5% 수확량이 증가함을 확인할 수 있었다.

2차 수확 후 무처리구와 관주처리구의 수확량과 증가율을 하기 표 5에 나타내었다.

처리구	수확량(g/주)				증가율(%)
처리구	Ⅰ반복	Ⅱ반복	Ⅲ반복	평균	증가율(%)
정식7일후관주처리	1156.4	1152.2	1157.1	1155.2	17.3
정식14일후관주처리	1163.9	1177.5	1187.8	1176.4	19.4
정식21일후관주처리	1188.4	1193.7	1195.5	1192.5	21.1
무처리	956.7	1004.8	993.4	984.9	-

상기 표 5의 결과를 참조하면, 11월 9일 2차 수확기의 수확량을 조사한 결과 정식 7일 후 관주처리구에서는 1155.2g/주, 정식 14일후 관주처리구는 1176.4g/주 , 정식 21일후 관주처리구에서는 1192.5g/주가 측정되었다. 이 결과 무처리구 984.4g/주와 비교하여 각각 17.3%, 19.4%, 21.1% 증가함을 확인할 수 있었다.

토마토 생육 실험의 결과에 따르면 시제품을 처리하였을 때 무처리구에 비해 초기 수확에 영향을 주어 수확량이 증대함을 확인할 수 있었다.

<약해시험>

시제품 SP20을 500배(정량), 250배(배량) 희석하여 정식 7일후, 14일 후, 21일 후의 약해 발생을 확인하였다.

구당 5m²의 총 21개 처리구를 조사한 결과 약해 발생은 없는 것으로 확인되었다. 도 9는 정식 21일 후의 토마토의 모습을 나타낸 사진이다.

이상, 본 발명은 실시 예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

사카바실러스 속(Saccharibacillus sp.) 미생물의 이차대사산물을 함유하는 것을 특징으로 하는 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제.
제 1항에 있어서, 상기 미생물은 사카바실러스 브라시캐(Saccharibacillus brassicae)인 것을 특징으로 하는 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제.
제 1항에 있어서, 상기 이차대사산물은 인돌아세트산(indole acetic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제.
제 1항에 있어서, 상기 생육촉진제는 상기 미생물의 배양액 또는 이의 건조분말인 것을 특징으로 하는 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제.
제 4항에 있어서, 상기 배양액은 효모추출물, 덱스트로스, NaCl, K₂HPO₄,Na₂CO₃, MgSO₄, L-Trytophan을 함유하는 배지에서 상기 미생물을 배양한 것을 특징으로 하는 사카바실러스 속 미생물을 이용한 작물의 생육촉진제.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 생육촉진제를 엽면살포 또는 관주살포로 시비하여 작물을 재배하는 것을 특징으로 하는 작물 재배방법.