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J. Mushrooms 2021 June, 19(2): 103-108 http://dx.doi.org/10.14480/JM.2021.19.2.103 Print ISSN 1738-0294, Online ISSN 2288-8853
© The Korean Society of Mushroom Science
Gyeong-Jin Min(Postdoctoral researcher), Hye-Sung Park (Researcher), Eun-Ji Lee(Researcher), Byeong-kee yu(Researcher), Chan-Jung Lee(Senior researcher)
*Corresponding author E-mail : [email protected]
Tel : +82-43-871-5720,Fax : +82-43-873-5702 Received June 3, 2021
Revised June 21, 2021 Accepted June 25, 2021
양송이 재배 중 배지에서 분리한 미생물의 상호작용 분석
민경진1 · 박혜성1 · 이은지1 · 유병기2 · 이찬중1*
1
농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과
2
농촌진흥청 국립농업과학원 농업공학부
Analysis of the behavior of microorganisms isolated from the medium during cultivation of Agaricus bisporus (button
mushroom)
Gyeong-Jin Min, Hae-sung Park, Eun-Ji Lee, Byeong-kee Yu, and Chan-Jung Lee*
1
Mushroom Research Division, National Institute of Horticultural & Herbal Science, RDA, Eumseong 369-873, Korea
2
Smart Farm Development Division, National Institute of Agricultural Science, RDA, Jeonju, Jeonbuk, 54875, Korea
ABSTRACT:
This experiment investigates the characteristics of microorganisms isolated from a medium during cultivation process and reveals the relationship between these microorganisms and the growth of Agaricus bisporus. The domestically grown strains of Agaricus bisporus displayed a higher inhibition growth rate against microorganisms isolated from straw, chicken manure, and medium than imported strains. As for inhibition of mycelial growth among mushroom cultivars of the microorganisms separated by each fermentation step from the mushroom medium, the domestic cultivar, ‘Saedo,’ grew more vigorously among other cultivars. As the fermentation progressed, it was confirmed that inhibitation of microorganisms against Agaricus bisporus was weakened. A total of 21 strains of microorganisms that promote mushroom growth were isolated in the 4th turning process, and the microorganisms isolated from the mushroom medium affect the growth and as yield of the mushroom through secretory substances.
KEYWORDS: Agaricus bisporus, Button mushroom, Composting, Media, Microorganisms
서 론
양송이 재배는 17세기경 프랑스에서 멜론 재배로부터
나오는 퇴비와 말똥 거름을 이용하여 인공 재배가 시작되 었고(Chang and Hayes, 1978), 미국에서는 1910년에 최 초로 재배사를 지어 양송이를 재배하였다. 우리나라 양송 이 재배기술은 1960년대 초 볏짚을 이용한 재배법이 개발 되어 1970년부터는 급격히 증가하여 1980년까지 농가의 고소득 작목으로 자리 잡게 되었다.
양송이는 우리나라 버섯 생산의 주요 품목 중 하나로, 2019년 기준으로 생산량이 21,913 M/T에 달한다. 양송이 재배 생산량은 2000년부터 13년 동안 꾸준히 감소하여 2013년 6,678 M/T 으로 감소하였다. 하지만 2014년 부터 점차 생산량이 증가하여 현재 2000년대 생산량인 21,913 M/T을 돌파하였다 (농림수산식품부, 특용작물생산실적.
2020).
양송이 재배는 볏짚 발효, 균사 배양 및 자실체 수확의 세 단계로 구분된다. 이 중 볏짚 발효 단계는 야외 발효와 후발효 단계를 거치면서 다양한 미생물의 작용으로 물리·
화학적 변화가 일어나게 된다. 배지 발효에서 C/N율도 중 요한 요인이 되고 있으며, 양송이의 균사 생장과 자실체
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민경진 · 박혜성 · 이은지 · 유병기 · 이찬중
형성에 알맞은 퇴비의 C/N율은 17정도이며(Hayes and Randle, 1972), 배지 퇴적시 C/N율은 20~30으로 낮아지 는데 이는 주로 볏짚 내 미생물의 작용에 의해 cellulose 와 hemicellulose의 감소에 의한 것이다(Gerrits et al., 1967; Mullerm, 1967). 볏짚은 벼농사의 부산물로 여러 분야에 많이 이용되는 재료로 식물세포벽의 기본 구성 성 분인 cellulose, hemicellulose, lignin 등 견고한 조직으로 이루어져 있다(Kim et al., 2008). 볏짚의 세포벽을 분해 하기 위해 퇴비 발효단계에 있어 주로 암모니아 처리로 질소 성분인 계분 및 마분을 처리하여 미생물이 보다 쉽 게 볏짚을 분해하면서 퇴비화 과정을 거치게 된다. 양송 이 균상 재배에서 가장 중요한 단계는 버섯 균사의 생육 을 촉진하기 위한 고품질의 기질 생산이며, 배지의 발효 과정을 통해 유용한 미생물상을 형성하고, 수분, 온도 및 산소 농도의 제어를 통하여 고품질의 버섯을 생산하게 되 는 기반이 된다.
기질은 발효과정을 통해 형성된 미생물이 분비하는 다양 한 생리활성 물질에 의해 물리·화학적 변화를 거치게 되고, 버섯 생육에 적합한 기질로 전환하게 된다(Randle and Flegg, 1978). 정상적인 고온 발효과정을 거친 배지는 잡균 이 쉽게 이용할 수 있는 가용성 양분이 분해되면서 영양적 인 면과 미생물적인 측면에서 버섯 생육에 적합한 형태로 전환된다(Stölzer and Grabbe, 1991). 그리고 60oC 이상의 고온 발효와 항미생물제에 의해서 유해 잡균이 사멸될 수 있는 것으로 알려져 있다(Ross and Harris, 1983).
본 연구는 양송이버섯 재배에서 배지의 발효 단계별 중 요한 역할을 하는 다양한 미생물들을 분리하여 이들 미생 물과 버섯균과의 상호작용 분석을 통해 양송이버섯의 안 정생산을 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.
재료 및 방법
실험균주 및 시료 채취
양송이 균주는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과에 보존되어 있는 양송이 품종 5개 균주 [새도(KMCC00877).
새아(KMCC00866), 새연(KMCC00876), 새정(KMCC 00867), 새한(KMCC00879)]와 아미셀(Amycel), 이탈스폰 (Italspawn) 총 7개의 양송이 균주를 실험에 사용하였다.
시료 채취는 야외 발효 (1차, 2차, 3차, 4차 뒤집기)와 후 발효 완료 배지에서 채취하였다. 야외 발효 단계에서 시 료 채취는 배지 더미를 반으로 나눈 뒤 단면의 상충, 중간 충, 하층에서 3곳 이상의 시료를 채취하여 골고루 섞은 후 실험에 사용하였다.
미생물의 분리
미생물의 분리는 R2A배지 (Kim and Whang, 2002)에 단계별로 희석 배양하여 50~60개의 colony를 형성한 plate로부터 독립적으로 분리하였다 (Lee et al., 2009). 순
수 분리한 미생물은 R2A 배지에서 2일 동안 배양한 후 균체를 모아서 20%(v/v) 글리세롤을 포함하는 -70oC에 보존하면서 검정용 시료로 사용하였다.
분리미생물과 버섯균과의 상호작용
분리 미생물에 대한 양송이 균주의 상호작용을 조사하 기 위하여 다음 두 가지 방법을 사용하였으며, 첫째는 퇴 비 추출 배지(CDA: 건조퇴비 40 g, Malt extract 7 g, sucrose 10 g, Agar 20 g, R2B Broth 3.12 g, DW 1000 ml) 위에 양송이 7 균주를 각각 cork borer를 이용해 5 mm 크기로 잘라 중앙에 치상한 후 양쪽 25 mm 떨어진 곳에 분리균을 사선으로 접종하여 25oC의 항온기에서 10 일간 배양한 후 생육정도를 조사하였다. 둘째는 분리 미 생물을 멸균수로 현탁 (5 × 106)한 후 100 µl을 CDA 배지 에 도말하고 배지 중앙에 양송이균주(새한)를 접종한 후 25oC 항온기에서 10일간 배양하면서 생육정도를 조사하 였다.
분비성 물질과 버섯균의 생육
분리 미생물이 분비하는 분비성 물질이 양송이 균주에 미치는 영향을 조사하기 위하여 멸균수로 현탁 (5 × 107) 한 분리 세균 100 µl을 CDA 배지에 도말하고 28oC의 항 온기에서 2일간 배양한 후 배지를 완전히 뒤집어 배지의 중앙에 양송이 균주(새한)를 접종하여 25oC 항온기에서 10일간 배양하면서 생육 정도를 조사하였다.
뒤집기 과정에 따른 버섯균의 생육
뒤집기 과정별 분리 미생물이 양송이 균주에 미치는 영 향을 조사하기 위하여 위와 동일한 방법으로 멸균수로 현 탁 (5 × 107)한 분리 세균을 CDA 배지에 백금이를 이용 하여 양쪽으로 선을 긋고 28oC의 항온기에서 2일간 배양 한 후 배지의 중앙에 양송이 균주들을 동시에 접종하여 25oC 항온기에서 10일간 배양하면서 생육 정도를 조사하 였다.
결과 및 고찰
분리 미생물과 양송이균과의 상호작용
양송이버섯 균상 재배에서 배지 발효 등 다양한 문제로 농가마다 수량에 많은 차이를 보이고 있다. 따라서 본 시 험에서는 재배과정 중 배지에서 분리한 미생물의 특성을 조사하여 이들 미생물과 버섯균의 생육과 연관관계를 밝 히고자 하였다. 분리 미생물이 버섯균사의 생육에 미치는 영향을 조사한 결과 짚, 계분 등 배지 재료에서 분리한 미 생물의 양송이 균에 대한 억제 정도는 국내 육성 양송이 균주가 외국에서 수입한 양송이 균 보다 낮은 경향을 보 였다. 즉 국내 양송이 품종의 생육이 외국 품종 보다 생육 이 빠른 경향을 보였다. 양송이 배지 발효 단계별 분리 미
생물의 양송이 품종 간 균사 생육 억제 정도는 뚜렷한 차 이를 보이지 않았지만, 국내 육성 품종인 새도가 다른 품 종보다는 생육이 좋은 것으로 나타났다. 그리고 2차 뒤집
기에서 분리한 미생물들이 버섯균에 강한 저해를 하는 균 들이 많이 분포하고 있었고, 전체적으로 발효과정이 진행 됨에 따라 버섯균에 대한 억제 정도는 약해지는 경향을
Fig. 1. Inhibition of mushroom mycelium by bacteria isolated from media material(degree of suppression). none, 0 mm; weak,
1-10 mm; moderate, 11-20 mm; strong inhibition > 20 mm.Fig. 2. Inhibition of Agaricus bisporus strain by bacteria isolated from compost media. none, 0 mm; weak, 1-10 mm; moderate,
11-20 mm; strong inhibition > 20 mm.106
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보였다. 따라서 발효가 정상적으로 진행됨에 따라 배지 내 다양한 미생물들이 버섯균의 생육을 도와주고 반대로 유해한 미생물들은 억제하는 역할을 하는 것으로 판단된 다(Fig. 1, 2). 또한 합성배지(CDA)에 분리 미생물을 도말 한 후 양송이버섯 균사를 중앙에 놓고 균사의 생육을 조 사한 결과 위와 마찬가지로 발효과정이 진행될수록 버섯 균사의 생육을 저해하는 미생물의 수가 줄어드는 경향을 보였다(Fig. 3). Lee 등(2017)은 양송이 배지의 고온성발 효가 진행됨에 따라 유해균은 사멸되었고, Psychrobacter 속, Pseudomonas속, Bacillus속, Pseudoxanthomonas속이 가장 많이 분포하였다고 보고하였다.
분비성 물질에 대한 양송이균의 생육
양송이 배지에서 분리한 미생물을 퇴비추출배지에 도말 한 뒤 버섯균사를 접종하여 균사의 생육을 조사한 결과 (Fig. 4)와 분리균을 도말하고 항온기에서 2일간 배양한 후 배지를 완전히 뒤집어 배지의 뒷면 중앙에 버섯 균사 를 접종하여 균사 생육을 조사한 결과(Fig. 5)를 비교 분 석한 결과 양송이 균의 생육 정도가 비슷한 경향을 보이 는 것으로 보아 양송이 배지에서 분리한 미생물은 분비성 물질을 통해서 버섯균의 생육과 증식에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. Stamets와 Chilton (1983)은 양송이 종균 배양시 Bacillus subtilis var. mucoides의 밀도가 높 을 경우 이 균에 의해 종균이 파괴되어 기능을 잃게 된다 고 보고하였다. 또한 Lee 등(2009)은 정상적인 재배농가 의 경우 배지 내 우점하는 세균의 분포가 Bacillus속과 Pseudomonas속이 서로 교차하는 양상을 보였지만 실패한 농가의 경우 전체적으로 Bacillus속이 우점하였다고 보고 한 바 있어 버섯재배과정에서 특정 미생물의 밀도가 비정
상적으로 높을 경우 이들 미생물이 분비하는 특정 물질에 의해서 버섯균의 생육이 영향을 받는 것으로 생각된다.
또한 정상적인 발효가 이루어지지 않을 경우 유해 미생물
Fig. 3. Interaction between separated microorganisms and Agaricus bisporus strain (degree of suppression). A: first turning, B:
second turning, C: third turning, D: forth turning.
Fig. 4. Growth of mushroom mycelium on plate culture of
bacteria isolated from compost media.Fig. 5. Growth of mushroom mycelium by secretory materials
of bacteria isolated from compost media.이 분비하는 물질이 버섯균의 생육을 억제함으로써 버섯 의 발생과 생육에 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다.
양송이균 생육 촉진 미생물 선발
양송이 균의 생육을 촉진하는 미생물을 분리하기 위하 여 퇴비추출배지에 분리 미생물을 도말한 뒤 버섯 균사를 접종하여 균사의 생육을 조사하여 생육 촉진 균주를 선발 하였다. 선발 균주는 21 균주가 선발되었고 대부분 4차 뒤집기 이후에서 선발되었다. 16s rDNA 염기서열을 토대 로 분석한 결과 대표적인 균주로는 Alcaligenes faecalis B-4-28, Comamonas testosteroni B-4-31, Acinetobacter soli B-4-40 등이 있다(Fig. 6). CDA 배지 상에 각각의 세 균을 도말하고 배양 후 뒤집어 양송이(새한)을 접종한 결과 Control 대비 Alcaligenes faecalis B-4-28, Comamonas testosteroni B-4-31, Acinetobacter soli B-4-40를 접종한 배 지에서 14일차 Comamonas testosteroni B-4-31 도말 배지 에서 90.0 mm, Acinetobacter soli B-4-40 86.0 mm, Alcaligenes faecalis B-4-28 80.0 mm 순으로 균사 생육이 단축되는 것을 확인하였다. 이러한 미생물은 추후 양송이 의 안정적인 재배를 위해 활용 가능이 높은 균주들이라고 판단된다. Stanek(1972)는 양송이 퇴비 배지 발효 후 존재 하는 고온성 세균 및 방선균은 유해균의 생장을 억제하고 버섯균의 생장은 촉진 시킨다고 보고 하였다.
적 요
본 시험은 재배과정 중 배지에서 분리한 미생물의 특성 을 조사하여 이들 미생물과 버섯균의 생육과 연관관계를 밝히고자 하였다. 짚, 계분 등 배지 재료에서 분리한 미생 물의 양송이 균주에 대한 억제 정도는 국내 육성 양송이 균주가 외국에서 수입한 양송이 균주 보다 생육 억제 정 도가 낮은 경향을 보였다. 양송이 배지 발효 단계별 분리 미생물의 양송이 품종간 균사 생육 억제 정도는 국내 육 성 품종인 새도가 다른 품종보다는 생육이 좋았다. 그리 고 발효과정이 진행됨에 따라 버섯균에 대한 억제 정도는 약해지는 경향을 보였다. 양송이 배지에서 분리한 미생물 을 합성배지(CDA)에 도말한 뒤 버섯균사를 접종하여 균 사의 생육을 조사한 결과와 분리균을 도말하고 항온기에 서 2일간 배양한 후 배지를 완전히 뒤집어 배지의 뒷면 중앙에 버섯 균사를 접종하여 균사 생육을 조사한 결과를 비교 분석한 결과 양송이균의 생육 정도가 비슷한 경향을 보이는 것으로 보아 양송이 배지에서 분리한 미생물은 분 비성 물질을 통해서 버섯균의 생육과 증식에 영향을 미친 다는 것을 알 수 있었다. 양송이 균의 생육을 촉진하는 미 생물을 분리한 결과 21균주가 선발되었고 대부분 4차 뒤 집기 이후에서 많이 선발되었다. 대표적인 균주로는 Alcaligenes faecalis B-4-28, Comamonas testosteroni B- 4-31, Acinetobacter soli B-4-40 등이 있다.
감사의 글
본 연구는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 기관 고유 연구과제(PJ014361022021)에 의하여 수행된 연구결과의 일부로 이에 감사드립니다.
REFERENCES
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Chang ST, Hayes WA. 1978. The Biology and Cultivation of Edible Mushrooms. New York: Academic Press Inc. 251-293.
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Kim IG, Whang KS. 2002. The observation and a quantitative evaluation of viable but non-culturable bacteria in potable groundwater using epifluorescence microscopy. The Korean, Journal of Microbiology. 38:180-185.
Fig. 6. Selection of bacteria promoting growth of mushroom
mycelium. The culture was grown on CDA medium at 25oC for 14 days. A : Control, B : Alcaligenes faecalis B-4-28, C :Comamonas testosteroni B-4-31, D : Acinetobacter soli B-4-40.
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