친환경 유기농자재의 잿빛곰팡이병 병원균의 생장 억제 효과
곽영기1·김일섭1·조명철2·이성찬2·김수2*
1강원대학교, 2국립원예특작과학원
Growth Inhibition Effect of Environment-friendly Agricultural Materials in Botrytis cinerea In Vitro
Young-Ki Kwak1, Il-Seop Kim1, Myeong-Cheoul Cho2, Seong-Chan Lee2, and Su Kim2*
1Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea
2National Institute of Horticultural & Herbal Science, Rural Development Administration, Suwon 441-440, Korea
Abstract. Inhibition effects on spore germination and mycelia growth for gray mold (Botrytis cinerea) were investigated in vitro using environment-friendly agricultural materials as well as environment-friendly pesticides. The inhibition effect on mycelia growth of gray mold is the highest when the gray mold mycelia were treated with a pesticide (commercial name: Koreayeok, Jihabudea KM, Sootingtan, Sootingstar) that contains a mixture of Bacillus subtilis, resulting in 100% inhibition of the mycelia growth. Meanwhile, the range of less than 20% inhibition effects on the growth of gray mold mycelia was observed with other com- mercial agricultural materials. The significant inhibition effects on spore germination of gray mold fungus were shown in vitro with two water dispersible pesticides containing sulfur [BTB (97.7%) and SulfurStar (92.3%)], respectively. These in vitro results of inhibiting of the spore germination and mycelia growth together cannot found. It remains to be determined whether the selected environment-friendly agricultural materials in effective control of gray mold in vitro can be used to control gray mold in field.
Key words : sulfur, Bacillus subtilis, gray mold, Botrytis cinerea
서 론
잿빛 곰팡이병(Botrytis cinerea)은 오이, 토마토, 딸 기 등의 여러 작물에서 발생하고 있으며 습도가 높은 온실에서 많이 발생하고 있다. 이 병은 잎, 줄기, 과실 등 식물체의 여러 부위에 발병하며(Guillem et al.,
2007), 이병은 완전사물기생으로 마른 꽃잎이나 식물
잔재물에서 먼저 발생하여 점차 식물체의 다른 부위로 병징이 진전된다.
이 병해의 방제는 주로 화학농약에 의존해 왔으나 benzimidazole계와 dicarboximide계 살균제에 대한 저 항성 균이 나타나 방제 효력이 저하되었다(Delp, 1988). 국내에서는 Kim et al.(1995)의 보고에 따르면 benzimidazole계 및 N-phenylcarbamate계 살균제에
다중 저항성인 잿빛 곰팡이 병이 출현하였다고 하였다.
한편 안전농산물의 수요가 증가하면서 친환경 유기농 업의 관심이 높아졌다. 따라서 시설 재배가 증가하고 약제 저항성균의 출현과 함께 친환경 방제에 대한 대 책이 필요한 실정이다.
잿빛 곰팡이병에 대한 친환경 방제제 연구는 딸기에 서 Bacillus subtilis의 방제효과를 평가하였고(Nam et
al., 2011), 파프리카에 칼슘화합물을 처리하여 잿빛 곰
팡이 병의 억제효과를 평가하였다(Yoon et al., 2010).
하지만 잿빛 곰팡이병 친환경 방제제에 대한 연구는 미미한 실정이다. 한편 농촌진흥청 고시 친환경 병해 방제제는 170여종이며 이들 병해 방제용 제제들에 대 한 잿빛 곰팡이병 방제에 효과적인 주요 성분과 미생 물에 대한 평가가 필요하며 재배 포장에서 검정하기 이전에 기내에서 여러 자재에 대한 평가가 이루어져야 할 것이다. Choi 등(2006)은 in vitro 살균 활성인 포 자 발아 억제효과와 균사생장 억제효과는 각각 in
*Corresponding author: [email protected]
*Received February 29, 2012; Revised March 11, 2012;
*Accepted March 29, 2012
vivo 살균 활성의 예방효과와 치료효과와 관련이 있다 고 하였다.
따라서 본 연구는 12종 친환경 유기농자재의 포자 발아 억제, 균사생장억제를 기내에서 검정하여 잿빛곰 팡이병 방제에 효과적인 주성분을 선발하여 친환경 방 제제 개발과 방제 시 제제 선택을 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.
재료 및 방법
1. 병원균 및 친환경 유기농자재
친환경방제제의 잿빛곰팡이 병원균에 대한 생장억제 효과를 검정하기 위해 사용한 병원균은 농촌진흥청 국 립원예특작학원 원예특작환경과의 Botrytis cinerea isolate 10-301를 이용하였다. 실험에 사용한 균주는 감자한천배지(PDA; Difco, USA)에 접종하여 28oC에 서 10일간 배양 후 접종원으로 사용하였다. Botrytis
cinerea 생장억제에 효과적인 주성분을 선발하기 위해
공시한 친환경 제제는 수용성 유기황제2종(‘BTB’, ‘황 스타’)과 B. subtilis와 다른 길항균 혼용제 2종(‘고려 역’, ‘지하부대 KM’), 피마자추출물(‘도열이’), 피마자 추출물과 계피추출물혼용 (‘쿨’), 차나무추출물과 계피 추출물 혼용(‘슈퍼스타’), Bacillus속 2종(‘팡주거’, ‘슈 팅탄’), B. subtilis 단용(‘슈팅탄’), 보르도액(‘보르스타’),
키토산제(‘나노키토’)이다(Table 1).
2. 균사생장 억제효과 기내 검정
평판배지 상에서 균사생장억제 효과를 검정하기 위 한 배지조제는 멸균한 PDA를 50~60oC로 식힌 다음, 각 자재의 권장 희석배수에 따라 50ml BD Falcon conical tube(USA)에서 혼합하여 90 × 15mm petri dish(SPL life science, Korea)에 분주하였다. 배양한 균주의 선단부위를 5mm cork borer를 이용하여 자른 다음 제제가 혼합된 배지 중앙에 치상하였다. 실험은 각각의 제제 당 3반복으로 실시하고, 28oC에서 10일 경과 후 균사의 직경을 측정하였다. 균사생장억제율은 Choi et al.(2006)의 연구와 같이 제제를 처리하지 않 은 PDA 배지에서 자란 잿빛곰팡이병 균사의 직경에 대한 제제의 균사직경의 비율을 계산하였으며 다음과 같다. 균사생장억제율(%) = (1 − 처리구의 균사직경/무 처리구의 균사직경) × 100
3. 포자발아 억제효과 기내검정
친환경제제의 Botrytis cinerea 포자발아 억제 효과 를 검정하기 위해 PDA 배지에서 수거한 포자를 제제 별 권장 희석배수에 최종 농도: 1 × 104conidia/ml로 하여 희석하였다. 대조구는 멸균수를 이용하였다. 포자 현탁액은 멸균한 hole slide glass에 각각 50µl씩 분
Table 1. The list of 12 environment-friendly agricultural materials in this study.
Product names Main components Application crops Application pathogens
and purpose
BTB Water soluble sulfur Horticultural crops Powdery mildew
Fangjuger Bacillus amyloliquefaciens KB-MJK601 Tomato Phytophthora blight
Sootingstar Bacillus subtilis KB-401 Cucumber Powdery mildew
Cool Castor bean extract, Cinnamon extract Cucumber Powdery mildew
Koreayeok Bacillus subtilis, Panibacillus polymyxa No. 72 Pepper Phytophthora root rot
Doyeoli Castor bean extract Cucumber Powdery mildew
Rice Leaf blast
sulfurstar Water soluble sulfur Horticultural crops Powdery mildew
Superstar Tea plant extract, Cinnamon extract Pepper Powdery mildew
Sootingtan Bacillus velezensis NS05 Strawberry Anthracnose
Nanokito Natural chitosan Lettuce plant growth
Jihabudea KM Bacillus subtilis, Pseudomonas putida LSW 17S, Pepper Anthracnose
Pseudomonas sp. LSW 25S Tomato Bacterial wilt
Borstar Bordeaux mixture Rice Leaf blast
Sheath blight Strawberry Powdery mildew This table is contents that suggested a manufacturing company.
주하였다. 실험은 제제 당 3반복으로 실시하였고, hole slide glass를 습도가 유지되는 상자에 넣어 28oC 항 온기에서 24시간 포자발아를 유도하였다. 포자발아 조 사는 Choi et al.(2006)의 방법에 따라 광학현미경 하 에서 발아관의 길이가 포자 장경의 1/2 이상인 것을 발아한 것으로 간주하여 반복별 100개의 포자에 대한 발아 유무를 조사하였다. 포자발아 억제율 계산은 제제 를 처리하지 않은 처리의 발아율에 대한 제제의 발아 율의 비율을 계산하였으며 다음과 같다. 포자발아억제 율(%) = (1 − 처리구의 발아율/무처리구의 발아율) × 100
결과 및 고찰
1. 균사생장 억제효과 기내검정
친환경 유기농자재를 이용하여 잿빛곰팡이병균의 균 사생장억제 효과를 검정하였다. 그 결과 Fig. 1에서와 같이 ‘고려역’, ‘슈팅탄’, ‘슈팅스타’, ‘지하부대 KM’이 모두 100%의 균사생장억제효과를 나타내었다. 그 외 제제인 유황제(‘BTB’, ‘황스타’), 식물추출물(‘쿨’, ‘도
Fig. 1. Inhibitory effect of various environment-friendly agricultural materials against mycelial growth of Botrytis cinerea.
Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test, P = 0.05.
Fig. 2. Inhibition of mycelial growth of Botrytis cinerea against 12 environment-friendly agricultural materials (A, DW; B, Jihabudea KM; C, Koreayeok D, Sootingstar; E, Sootingtan).
열이’, ‘슈퍼스타’), 보르도액(‘보르스타’) 20% 이하의 범위에서 균사생장 억제효과를 나타내었다. 제제의 성 분별로 보면 Bacillus subtilis를 주성분으로 한 제제들 (‘고려역’, ‘슈팅탄’, ‘슈팅스타’, ‘지하부대 KM’)이 잿 빛곰팡이병균의 균사생장억제에 효과적인 것으로 나타났 으며, ‘지하부대 KM’은 Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Pseudomonas sp.의 혼용제로 Bacillus subtilis 만 이용한 제제의 결과와 동일한 결과를 보였다. 한편 동일한 Bacillus속 미생물인 Bacillus amyloliquefaciens
KB-MJK601(‘팡주거’)는 토마토의 잎마름병에 대한 제
제로 잿빛곰팡이병균의 균사생장억제효과는 50%로 Bacillus subtilis종에 비해 낮은 균사생장 억제율을 보 였다.
Bacillus subtilis와 같은 유용미생물은 용균작용, 항 생작용, 경쟁적 길항작용을 포함한 어떠한 작용들에 의 하여 식물병원균의 생장을 억제한다(Watanabe et al., 1990; Leoffler et al., 1986; Paulitz et al., 1991).
그리고 균사생장효과의 기내 검정은 제제의 치료효과 에 대한 가능성을 검정하는 방법(Choi et al., 2006) 으로 본 연구에서 공시한 제제들만으로 단정 할 수는
없으나 Lee et al.(2011)은 Bacillus subtilis S54 균 주가 잿빛곰팡이병과 역병을 in vitro와 in vivo 조건 에서 모두 병원균을 억제하는 것으로 보고하였다. 고시 된 47종의 미생물제제 중에 B. subtilis는 15종이 흰 가루병, 역병, 잎곰팡이 등의 곰팡이 병의 생장 억제에 효과적인 것을 알 수 있다. 따라서 Bacillus subtilis는 잿빛곰팡이병균의 균사 생장 억제의 효과적인 길항 미 생물로 인정되었다.
2. 포자발아 억제효과 기내검정
Botrytis cinerea의 포자발아억제는 BTB(99.7%),
‘황스타’(92.3%)가 효과적인 것으로 나타났다(Table 2).
Table 2. Germination of two pathogens (B. cinerea) against various environment-friendly agricultural materials.
Reagents Inhibition of spore
germination (%)
Control (DW) sterile distilled water 09.0 ± 0.17z aby
Koreayok Bacillus subtilis, Panibacillus polymyxa No. 72 15.0 ± 0.12 ab
Nanokit Natural chitosan 13.5 ± 0.11 ab
Doyoli Castor bean extract 32.8 ± 0.09 abc
Bolstar Bordeaux mixture 37.9 ± 0.02 bc
Sootingstar Bacillus subtilis KB-401 15.0 ± 0.11 ab
Sootingtan Bacillus velezensis NS05 38.7 ± 0.30 bc
Superstar Tea plant extract, Cinnamon extract 01.0 ± 0.00 a
Jihabudea KM Bacillus subtilis, Pseudomonas putida LSW 17S, Pseudomonas sp. LSW 25S 32.1 ± 0.12 abc
Cool Castor bean extract, Cinnamon extract 30.4 ± 0.05 abc
Fangjuger Bacillus amyloliquefaciens KB-MJK601 52.8 ± 0.12 c
Hwangstar Water soluble organicsulfur 92.3 ± 0.10 d
BTB Water soluble organicsulfur 99.7 ± 0.00 d
yMean separation within columns by Duncan’s multiple range test, P = 0.05.
zStandard deviation.
Fig. 3. Inhibition of spore germination of Botrytis cinerea against 12 environment-friendly agricultural materials (A, DW; B, BTB; C, sulfurstar; D, Superstar; E, Koreayeok; F, Sootingstar; G, Sootingtan; H, Jihabudea KM).
그 외의 자재들은 포자발아를 억제하지 못하였다. 식물 추출물제제인 ‘슈퍼스타’(차나무추출물, 계피추출물)는 각각 1.0%로 무처리(9.0%)에 비해 낮아 오히려 발아 를 조장하는 것으로 보였다. 이것은 잿빛곰팡이병균의 사물기생성에 기인한 것으로 생각되지만 피마자 추출 물이 포함된 경우는 32.8%, 30.4%로 무처리에 비해 높은 억제효과를 보였다. 따라서 식물 추출물의 경우는 그 선택에 유의해야 할 부분이다. 한편 Bacillus
subtilis를 주성분으로 하는 제제가 균사생장 억제에는
높은 효과를 보였지만 ‘슈팅탄’(38.7%)과 ‘슈팅스타’
(15.0%), ‘고려역’(15.0%), ‘지하부대 KM’(32.1%)는 낮은 포자 발아 억제율을 보였다(Fig. 3). 그러나
Bacillus속을 주성분으로 하는 ‘팡주거’(Bacillus amyloliquefaciens)는 52.8%의 이들보다 다소 높은 포 자 발아 억제효과를 보였다. 이것은 Bacillus subtilis 는 균사생장억제에 비해 포자발아 억제에는 효과가 미 미하며, 본 연구에서 공시한 제제에서 미생물 제제는 잿빛곰팡이병균의 포자발아 억제에 효과적이지 못한 것 으로 나타났다.
3. 잿빛곰팡이병 친환경방제 자재 선택
본 연구의 결과, Bacillus subtilis는 잿빛곰팡이병균 의 균사 생장 억제의 효과적인 길항 미생물로 나타났 으며, 수용성유황제(‘BTB’, ‘황스타’)는 포자발아 억제 효과적인 것으로 나타났다. Bacillus속 세균은 식물을 위한 생물농약을 개발에 많이 이용되고 있다 (Pérez- García et al. 2011). 그 이유는 항균활성의 가능성이 있는 다양한 2차 대사산물을 생산하기 때문이다 (Krebs et al., 1998; Romero et al., 2007b; Wulff et al., 2002). Bacillus subtilis는 Iturin-like Lipopeptides 를 생산하며 박과의 흰가루병과 Xanthomonas campestris pv. cucurbitae, Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum에 대하여 항균활성을 나타낸다 (Zeriouhet et al., 2011). Son et al.(2009)은 Paeni- bacillus polymyxa가 토마토의 Meloidogyne incognita 와 Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici의 생장억 제효과가 있는 것으로 보고하였고, Haggag와Timmusk (2007)는 땅콩의 Aspergillus niger에 의한 crown rot 을 억제하는 것으로 보고하였다. Pseudomonas속 세균 은 생물학적 방제에 일반적으로 이용되며, 항생물질, 세포벽분해효소 생산, induced systemic resistance 등 을 통해 식물 병원균의 생장을 저해하는 것으로 알려 져 있다(Winding et al., 2004). 대표적으로 생산하는 항생물질은 2,4-diacetylphloroglucinol, pyoluteorin, pyrrolnitrin, phenazine-1-carboxyclic acid 등이 생산되 어, 생물적 방제에 이용하고 있다(Raaijmakers et al.,
1997). 식물 병원균의 생장 억제효과는 기내 검정의 결
과 농약을 대신할 정도의 효과를 보이고 있지만 직접적 인 방제에서 기내에서의 효과를 보이지는 않고 있어 제 형화 기술 개발 등의 연구가 필요하다(Vidhyasekaran et al., 1997).
본 연구의 결과 균사생장 억제와 포자 발아억제 결 과를 고려하여 잿빛곰팡이병 방제에 적용 가능한 친환
경 방제제의 성분은 Bacillus subtilis와 유기황 수화제 을 주성분으로 하는 제제가 효과적인 것으로 나타났다.
현재까지 잿빛곰팡이병 방제는 화학농약에 의한 일관 된 방제를 실시한 것이 사실이다. 그러나 화학농약의 경우도 잿빛곰팡이병을 방제하기 위해 예방이나 발병 초기를 강조하고 있다(Choi et al., 2006). 따라서 잿 빛곰팡이병의 방제는 지속적인 살포가 필요함으로 친 환경제제의 이용은 가장 합리적인 방법이라고 할 수 있다.
적 요
친환경 유기농자재를 이용하여 잿빛곰팡이병균의 포 자 발아, 균사생장 억제효과를 기내에서 조사하였다.
그 결과 잿빛곰팡이병의 균사생장 억제 효과는 Bacillus subtilis를 주성분으로 하는 제제가 100%의 억제효과를 보였으며, 그 외의 제제는 20% 이하의 범 위에서 억제효과를 나타내었다. 포자발아 억제효과는 유기황 수화제 2종(‘BTB’, ‘황스타’)이 각각 97.7%, 92.3%으로 나타났다. 균사생장 억제와 포자 발아억제 에 모두 효과를 보이는 제제는 없었다. 따라서 잿빛곰 팡이병 방제를 위해서는 포자발아 억제를 위한 방제와 균사생장억제를 위한 제제를 각각 처리하여야 할 것으 로 사료되었다. 아울러 사물 기생성을 가진 잿빛곰팡이 병의 방제를 위해서는 잔재물에서 생장을 막는 것이 중요하며 이를 위해 예방을 전제로 한 방제의 경우 유기황을 주성분으로 하는 제제가 적용 가능할 것으로 생각된다.
주제어 : 유황, 잿빛곰팡이병, Bacillus subtilis, Botrytis cinerea
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