선발된 PGPR 균주인 C4와 D8 균주의 생육촉진 및 유도저항성활성을
알아보기 위하여 실내검정 및 온실검정을 실시하였다.
실내검정을 위하여 두 균주의 현탁액을 유채에 처리하여
물을 처리한 대조구와 비교하여 생육촉진 및 유도저항성활성을 비교하였으며
온실검정을 위하여 두 균주의 현탁액을 상토에 관주하여
물을 관주한 대조구와 비교하였다.
실내검정 결과 2균주를 처리한 처리구에서 물을 처리한 대조구와 비교하여
초장이 57.4%~74% 증가하였으며 뿌리길이는 24.3%~40.4%의 증가를 보였다.
이들 균주를 무름병균인 Erwinia carotovora SCC1를 잎에 처리하여
유도저항성을 시험한 결과 대조구에 비하여
발병률이 약 80%정도로 크게 저하되었다.
온실검정 결과 초장, 엽폭 및 엽장은 약 24.9%, 15.3%, 20.7% 증가하였으며
균핵병균인 Sclerotinia sclerotiorum 에 대한 억제효과도 우수하였다.
선발된 두 균주의 항균활성검정을 위하여
Sclerotinia sclerotiorum, Rhizoctonia solani, Botrytis cinerea,
Fusarium oxysporum, Phytophthora capsici, Colletotrichum acutatum등
6가지 식물병원성 곰팡이를 사용하여 시험을 실시하였다.
두 균주 중 C4균주가
모든 병원성 곰팡이에 대하여 항균활성을 나타내었다.
선발된 두 균주의 16s rRNA 염기서열 분석을 통하여
C4 균주와 D8 균주는 각각 Bacillus subtilis 와 Bacillus cereus 로 동정되었다.
이상의 결과를 종합하여 볼 때
C4, D8의 두 PGPR균주를 유채에 처리하였을 때
생육이 촉진되고 유도저항성 및 항균활성을 통하여
식물병을 억제시킴을 알 수 있었다. 이재은, 단국대학교,[2009]
식물성장을 촉진하는 식물생장촉진근권세균
(Plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)은
식물의 근권에 서식하며 식물생장촉진호르몬에 의한 생장촉진효과 유도,
여러 가지 식물생장 조절 호르몬생산, 전신획득저항성(SAR)과
유도전신저항성(ISR)과 같은 식물의 방어기작의 유도,
식물병원균 방제 등의 역할을 한다.
본 연구에서는 화학농약에 의존한 결과
현재 농업생태계에 부정적인 영향을 초래하는 기존 작물병 방제방법을 탈피하고,
전세계적인 친환경적 작물재배의 흐름에 순응하고자
식물의 근권에 서식하는 PGPR 균주를 이용한
미생물방제제 개발로 환경친화적인 작물재배에 이용하고자 하였다.
또한, 개발된 미생물제제를 고추역병균인 P. capsici의 생물방제에도 활용하고자 하였다.
그 결과 본 연구에서 사용된 PGPR균주
B. subtilis AH18, B. licheniformis K11과 P. fluorescens 2112는
매우 다양한 메카니즘을 가진 다기능 PGPR균주임을 알 수 있었다.
PGPR의 다양한 기능중 식물생장호르몬 생산능에서
식물생장촉진호르몬인 auxin을 B. subtilis AH18은 IAA, IBA, IPA (1: 1.5: 2.6)를
B. licheniformis K11은 IBA를 생산한다는 것을
GC-MS와 H1-NMR을 통하여 구조분석하였다.
또, 식물생장 조절호르몬인 ABA와 JA는
각각 B. subtilis AH18와 B. licheniformis K11이 생산한다는 것을
HPLC를 통하여 확인할 수 있었으며,
본 연구에 사용된 PGPR 균주들 모두
식물호르몬인 cytokinin의 한 종류인
zeatin을 생산한다는 것을 알 수 있었고,
토양내의 불용성 인산염을 분해하는
인산 가용화능도 가진다는 것을 알 수 있었다.
이와같은 결과로 볼 때,
PGPR 균주 B. subtilis AH18와 B. licheniformis K11의 식물생장촉진
혹은 조절 호르몬들의 생산능과 인산 가용화능을 이용하여
작물의 생장촉진에 직접 혹은 간접적인 형태로 적용할 수 있으며,
실제 고추와 토마토에 적용시켜 본 결과
두 균주에 의한 식물생장촉진효과를 검증할 수 있었다.
특히 완두, 오이, 시금치, 고추, 토마토 등의 다양한 작물의 종자 발아에서
상업용 auxin으로 판매되는 IAA에 비하여
낮은 농도로 더 높은 종자발아능이 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 두 PGPR 균주들의 병용에 의하여
고추와 토마토의 생장촉진능에서
시너지효과를 나타냄도 알 수 있었다.
다기능 PGPR 균주인 B. subtilis AH18, B. licheniformis K11과
P. fluorescens 2112는 생물방제능으로
B. subtilis AH18는 siderophore와 ß-1,4 glucanase, B. licheniformis K11은
항생물질 iturin, siderophore와 ß-1,4 glucanase, P. fluorescens 2112는
siderophore와 항생물질 2,4-DAPG의 기작을 가진다.
이들 PGPR 균주들간의 상호보완적인 생물방제능과
식물생장촉진능을 토대로
고추역병 방제용 미생물 방제제 consortium을 구성하였고,
구성된 컨소시엄을 8L 대량배양기를 통하여
농촌진흥청 생물농약 기준 3년 이상의 약효보증기간이 설정된
미생물제제를 개발할 수 있었다.
또한, 개발된 미생물제제 컨소시엄을
실제 고추역병이 발병한 포장에 적용한 결과
80%이상의 방제능이 있음을 검증할 수 있었고,
3 종의 PGPR 균주들 B. subtilis AH18, B. licheniformis K1과
P. fluorescens 2112의 옥신과 생물방제물질, 스트레스 저항능 유도물질의
특이 유전자들의 primer들을 제작하여
in situ 포장 토양내 모니터링을 실시하였다.
그 결과 모든 PGPR 균주들을 미생물제제 처리 후
20일까지 모니터링할 수 있었고,
PGPR 균주 컨소시엄처리에 의한
고추역병균인 P. capsici의 감소현상도
ITS region의 primer를 이용하여 확인, 증명할 수 있었다.
이 같은 결과는 PGPR 균주를 이용한 미생물제제의 현장 토양내
고추역병 방제능 검증과 더불어 사용된 미생물제제를 구성하는
PGPR 균주들과 병원균의 토양내
생태학적인 동태 추적이 가능한 연구이다.
한편, 다기능 PGPR균주 B. subtilis AH18, B. licheniformis K11과
P. fluorescens 2112를 이용하여 지구온난화에 따른
기후변화와 연작 및 화학농약의 과다사용으로
고추 경작지에서 흔히 발생할 수 있는 건조와
염 스트레스에 대한 고추의 저항성 유도를 검증해 보았다.
그 결과 30일의 건조 스트레스 조건과 50 mM 농도의
고염 스트레스 조건에서도 PGPR 균주 처리에 의해
모두 건조 및 고염 스트레스 반응이 매우 낮게 나타나는
식물 스트레스 저항성 유도능을 검증할 수 있었다.
또한, PGPR 균주 처리에 따른 고추의 건조스트레스 저항성 유도능에 대한
고추뿌리의 단백질과 전사수준에서의 발현차이를 조사한 결과,
PGPR 균주 처리에 의해서 스트레스 저항성 유도 유전자인
CaPR-10, ACCO, VA, Cadhn, sHSP 의 발현 증가와
ADK유전자의 발현 감소를 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 고추 근권에 우점하고 있는 다기능 PGPR 균주가
식물 스트레스 저항성 유도 유전자들의 발현증가와 감소를 일으키고,
이에 따라 고추의 건조 스트레스 저항성이 유도됨을 증명하는 것이다.
즉, 본 연구를 통하여
옥신생산성 고추 역병방제용 식물 스트레스 저항성 유도 PGPR 균주인
B. subtilis AH18, B. licheniformis K11과 P. fluorescens 2112를
고추의 친환경적인 재배를 위한 새로운 미생물제제로 개발하여
실제 농가 현장포장시험에서 뛰어난 방제효과를 검증하였고,
고추 등의 여러 가지 작물의 재배환경에서 흔히 발생할 수 있는
건조 및 고염 스트레스 저항성을 유도할 수 있는
우수한 PGPR 균주임을 확인 할 수 있었다.
또, 다기능 PGPR 균주들이 가지는 다양한 PGPR 기능들을 연구하여
포장실험에 적용함으로써 앞으로
새로운 PGPR의 개발과 작물에의 적용시험에
모델이 될 수 있을 것이라 생각한다.
김득호, 전남대학교 대학원,[2010]