[기획특집: 친환경 농약/비료] 미생물농약의 개발현황과 바실러스 미생물의 중요성

미생물농약의 개발현황과 바실러스 미생물의 중요성

박 경 석^†

농촌진흥청 국립농업과학원 농업생물부 미생물기능연구실

Development of Biopesticide and Role of Bacillus spp.

Kyungseok Park^†

Applied Microbiology Laboratory, Agricultural Microbiology Team, NAAS, RDA

Abstract: 최근 유기합성농약의 오남용으로 인한 농업생태계 오염에 대한 우려는 친환경 안전농산물에 대한 소비자의 관심을 증폭시키고 있다. 따라서 농작물의 생산에 사용되는 화학농약을 대체하기 위한 노력으로 자연계에 존재하는 토착미생물을 직접 이용하거나 이들의 유용기능을 활용한 생물농약이 속속 개발되고 있다. 이들의 기능을 작물생육을 촉진하는 식물 호르몬 생산, 항생물질 생산, 식물방어기작의 활성화 등 작물보호를 위한 유용한 기능을 갖는다. 그러 나 생물농약은 화학농약에 비하여 약효가 떨어지고 약효가 균일하지 않은 단점이 있다. 이러한 단점에도 불구하고 바실러스속 유용미생물을 중심으로 한 많은 미생물제들이 산업화되고 있으며 국내에도 31종의 생물농약이 등록 시판 되고 있다. 미국의 아그라퀘스트에서 개발한 미생물농약인 세레나데는 전세계 25개국에서 시판되고 있으며 가장 산업 화에 성공한 미생물제로 평가받고 있다. 미생물농약은 지구환경 생태계 오염에 대한 우려의 증가와 친환경 안전 농산 물에 대한 수요증가에 힘입어 21세기 유망산업으로 떠오르고 있다.

Keywords: 미생물농약, 생물적방제, Biological control, Bacillus

1. 배 경

1)

최근 기상이변으로 인한 지구생태계 악화는 기 존의 농업생태계에도 많은 영향을 주고 있으며 이 러한 변화는 지속적인 식량생산에 악영향을 주고 있다. 농작물은 재배 중에 풍수해 등을 포함한 수 많은 환경스트레스에 직면하는데 이러한 장해에 는 기상이변에 따른 물리적 요인 뿐 아니라 생물 적 요인인 병, 해충, 잡초를 얼마나 잘 방제하느냐 에 따라 식량생산이 좌우된다.

지금까지 농작물의 보호를 위해서는 유기합성 농약을 기초로 한 화학방제 시스템이 주가 되어 왔으나 농약의 오남용, 독성, 환경오염 및 자연생 태계에 미치는 악영향과 약제내성의 출현 등에 의 한 약효감소 등의 부작용이 증가하고 있다. 한편 웰빙(well being) 혹은 로하스(Lifestyle of Health

† 주저자 (E-mail: [email protected])

And Sustainability, LOHAS)라는 용어에서 보듯 자연스럽고 건강한 삶을 위한 멋스러운 소비문화 가 유행하고 있다. 그 중에서도 농산물은 특히 민 감한 변화를 보이고 있는데 특히, 환경오염에 대 한 우려로 신선하고 안전한 식품에 대한 소비자의 관심을 유발하고 차별화된 고품질 안전농산물에 대한 선호도가 높아가고 있다. 친환경농산물의 비 중은 매년 평균 14.6% 이상 성장해갈 것으로 예상 되며 이에 따라 유기재배 등 친환경농산물 재배에 필수적인 생물농약의 생산과 사용도 매년 큰 폭으 로 증가하고 있다. 지난 세기의 무분별한 경제개 발과 획일적인 대량생산 체계는 지구환경 파괴와 인간소외를 가져왔고 이에 대한 반성과 자각이 생 명과 환경을 중심으로 한 삶의 질을 추구하는 시 대로 변화시켰다. 지금의 우리나라의 농업은 생산 에서 소비까지 환경에 영향을 주지 않으면서 소비 자의 건강한 삶을 지켜줄 수 있을 것을 요구 받고 있으며 이를 극복할 수 있는 대안으로서 환경오염

Figure 1. 미국의 합성농약과 생물농약 분류체계(CFR 40).

을 최소화하면서 지속적으로 안전한 농사를 짓는 친환경 농업이 대안으로 제시되고 있다. 미생물농 약은 자연 상태에 존재하는 토착미생물로 생태계 에 영향을 주지 않으면서 병, 해충을 억제하며, 농 작물의 생장을 촉진하는 기능이 있다. 이와 같은 미생물농약의 기능은 친환경 농업생산과 차별화 된 고품질의 안전농산물 생산의 기초가 된다.

2. 생물농약이란?

생물농약(Biopesticides)은 농작물에 발생하는 병, 해충 및 잡초를 제거하기 위하여 자연환경으 로부터 유래한 천연물, 천적 및 유익한 미생물을 골라서 농업용으로 이용할 수 있도록 제품화 한 것을 말한다. 생물농약에는 미생물농약(Microbial biopesticide)과 생화학농약(Biochemical biopesti- cide) 등이 있는데 그중에서도 가장 많이 개발되고 있는 것은 세균, 곰팡이, 바이러스, 선충 등으로 개 발하는 미생물농약이다. 생화학농약은 작물보호 활성을 가지면서 거의 독성이 없는 식물, 미생물, 동물 및 조류(algae) 등 천연자원에서 기원한 생물 농약을 말한다(Figure 1).

3. 생물농약 개발현황

생물농약에 대한 연구개발은 1970년 초반 본격 적으로 시작되어 주로 정부 기관연구소, 대학, 기 업체에서 수행되어왔으며 이 중 대표적인 생물농 약으로는 2001년 미국 Eden bioscience사의 Harpin (미생물 추출 단백질), 2003년 미국 Agra- quest사가 개발한 Serenade (바실러스 미생물), 네 덜란드 Koppert사의 Trianum (곰팡이미생물) 등 이 대표적이며 이들 중 Agraquest사의 Serenade는 License를 통하여 다국적기업인 BASF를 통하여 전세계 25개국에서 판매 중이며 매출도 급증하고 있다. 국내의 경우 미생물농약에 대한 연구는 1980년을 전후로 기초적인 연구가 시작되어 ’80 년대 중반 인삼뿌리썩음병 방제연구를 시작으로 주요 작물의 모잘록병, 역병, 잿빛곰팡이병 등의 방제를 위한 연구가 대학교, 국가 연구기관 및 기 업체 등에서 수행되어 왔으며 2003년도 국내 최초 의 미생물농약이 (주)그린바이오텍에 의해 오이 흰가루병방제용 탑시드액상수화제(Bacillus poly- mixa AC-1)와 배추좀나방 방제를 위한 솔빛채액 상수화제(Bacillus thuringiensis) 등이 미생물농약

번호 용도 구분 농약 품목명 주성분 함량 상표명

1 살균 수입 바실루스서브틸리스와이1336 수화제 1 × 10^9 cfu/g 바이봉

2 (17) 바실루스서브틸리스큐에스티713 수화제 5 × 10^9 cfu/g 에코제트

3 바실루스서브틸리스큐에스티713 액상수화제 1 × 10^9 cfu/g 에코스마트

4 바실루스푸밀루스큐에스티2808 액상수화제 1 × 10^9 cfu/g 에코센스

5 제조 바실루스서브틸리스디비비1501 수화제 1.0 × 10^9 cfu/g 테라스

6 바실루스서브틸리스디비비1501 입제 1 × 10^6 cfu/g 홀인원

7 바실루스서브틸리스제이케이케이238 액상제 5.0 × 10^7 cfu/mL 잎살림

8 바실루스서브틸리스지비365 수화제 3.0 × 10^7 cfu/g 그린올

9 바실루스서브틸리스지비365 액상수화제 1.0 × 10^7 cfu/mL 씰러스

10 바실루스서브틸리스케이비401 유상현탁제 2.0 × 10^7 cfu/mL 슈팅스타,마실

11 바실루스서브틸리스케이비시1010 수화제 1 × 10^5 cfu/g 재노탄

12 바실루스아밀로리퀴파시엔스케이비시1121 수화제 1 × 10^6 cfu/g 청마름

13 스트렙토마이세스고시키엔시스더블유와이이324 액제 1 × 10^5 cfu/mL 쎄이프그로

14 스트렙토마이세스콜롬비엔시스더블유와이이20 액제 1 × 10^4 cfu/mL 마이코싸이드

15 암펠로마이세스퀴스콸리스에이큐94013 수화제 1.0 × 10^7 cfu/g 큐펙트

16 패니바실루스폴리믹사에이시-1 액상수화제 5 × 10^6 cfu/mL 탑시드

17 바실루스서브틸리스시제이-9 액상현탁제 1.0 × 10^7 cfu/mL 탑세이버

18 살충 수입 뷰베리아바시아나지에이치에이 유상현탁제 1.0 × 10^8 cfu/mL 보타니가드

19 (12) 뷰베리아바시아나티비아이-1 액상제 1.0 × 10^6 cfu/mL 세레모니

20 비티아이자와이 액상수화제 8.5 BIU/kg 비오칸

21 비티아이자와이 입상수화제 35,000 DBMU/mg 미성살충탄

스콜피온

22 비티쿠르스타키 액상수화제 10% 엠페릴

23 비티쿠르스타키 입상수화제 64 BIU/kg 튠업

24 아자디락틴 입제(생화학농약) 0.15% 단독

25 제조 모나크로스포륨타우마슘케이비시3017 고상제 1.0 × 10^4 cfu/g 땅거미

26 비티아이자와이엔티423 수화제 1 × 10^9 cfu/g 토박이

27 비티아이자와이엔티423 액상수화제 1 × 10^8 cfu/mL 토박이

28 비티아이자와이지비413 액상수화제 1 × 10^7 cfu/mL 솔빛채

29 비티쿠르스타키 수화제 16 BIU/kg

바이오비트그물망 바이충비결 슈리사이드삼공비티

영일비티

30 패실로마이세스퓨모소로세우스디비비-2032 수화제 5.0 × 10^7 cfu/g 방시리

31 제초 수입 펠라르곤산 유제(생화학농약) 53% 싸이티

Table 1. 국내 생물농약 등록 현황(’10. 12) : 31종(미생물농약 29 + 생화학농약 2)

으로 등록된 이래, (주)케이아이비씨, 동부한농화 학(주) 등에서 등록하여 현재에 이르고 있으며, 2010년 12월 현재 29종의 미생물농약과 2종의 생

화학농약을 포함하여 31종의 생물농약이 등록 시 판되고 있다(Table 1). 가장 널리 알려진 생물농약 은 나비목해충을 죽이는 세균 바실러스 써린젠시

구분 화학농약 미생물농약

장점

∙효과가 빠르고 약효가 좋다.

∙저가이며 사용 및 보관이 용이하다.

∙약효지속시간이 길다.

∙인축 및 작물에 무해하다.

∙환경에 미치는 영향이 적다.

∙병해충에 선택적으로 작용해 주변 유용생물에 미치는 영향이 거의 없다.

∙병 해충에 알려진 저항성이 없다.

∙화학방제가 어려운 토양병이나 해충을 방제할 수 있다.

∙화학잔류물질이 거의 없다.

단점

∙인축에 독성이 있으며 잔류성이 높아 수확 후 작물에 잔류농약 문제를 유발할 수도 있다.

∙광범위한 살충/살균 효과로 천적, 유익생물에 피해를 입힐 수 있다.

∙장기간 사용할 경우 저항성이 나타날 수 있으며 작물 에 약해를 나타낼 수 있다.

∙예방위주로 처리해야 효과적이다.

∙방제효과가 균일하지 않으며 약효지속기간이 비교적 짧다.

∙살아있는 생물체로 상온에서 활력이 저하되기 쉽다.

∙가격이 고가인 경우가 있다.

Table 2. 미생물농약과 화학농약의 비교

스(Bacillus thuringensis)를 이용한 제품으로 비티 (BT)제로 널리 알려져 있다. 이 균은 체내에 단백 질독소를 생산하는데 농작물에 뿌려진 이 균을 해 충이 먹게 되면 소화기관에 해를 끼쳐 죽게 된다.

Table 1에서와 같이 가장 많은 품목으로 국내 등 록된 품목이다. 생화학농약인 천연물 살균제의 연 구 결과를 살펴보면 벼 도열병 전문 방제제로 개 발된 Kasugamycin은 방선균의 일종인 Streptomy- ces kasugaensis로부터 분리된 항생제로 인축 및 어독성이 매우 낮아 1965년 개발된 이래 지금까지 사용 중에 있다. Blasticidin-S도 1959년 St. griseo- chromogenes로부터 보고된 이래 벼도열병 약제로 현재까지 쓰이고 있으며 항암 및 항바이러스 효과 도 보고 된 바있다. Polyoxin도 대표적인 천연 항 생물질로 St. cacaoi var. asoensis로부터 분리된 물질로 14개의 유도체가 혼합된 형태로 다양한 식 물병원균에 억제효과를 나타내는데 병원균의 세 포벽 키틴질의 합성 저해에 관여하는 것으로 알려 져 있다. 그 외 Validamycin Mildiomycin, Nata- mycin, Oxytetracyclin, 및 Streptomycin 등의 미생 물 기원 천연물질들이 개발되어 식물병 방제용으 로 사용되거나 개발 중인 물질도 있다.

식물에 전신획득저항성을 부여하는 기작을 가 진 물질도 생물농약으로 상용화되고 있는데 Pecto- bacterium amylovora가 생산하는 Harpin 단백질 의 일종으로 Harpin 유전자를 대장균에 형질전환

시킨 다음 대량생산한다. Massenger라는 이름으 로 Eden Bioscience 사에서 상용화에 성공하였으 며 식물병 방제효과 이외에 식물 생육촉진효과도 보고되고 있다.

미생물 농약의 가장 큰 장점은 환경과 농업생태 계에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다는 것이나 화학농약에 비하여 약효 및 약효의 지속성이 떨어 지며 미생물농약 제품자체가 살아있는 생명체이 므로 상온에서의 보존기간이 짧고 활력이 떨어지 는 문제점이 있으며 효과적인 방제를 위해서는 공 기습도와 온도가 적절하고 자외선 량이 약한 아침 저녁에 살포해야 한다(Table 2).

4. 생물농약으로 쓰이는 미생물의 주요기능

미생물은 자연환경에 다양한 형태로 존재하며 생물농약으로 쓰이는 미생물은 식물의 뿌리 혹 은 잎면에 살아가면서 식물과 공생 혹은 영양적 종속관계에 있는 경우가 대부분이다. 그림에서와 같이 생물농약에 쓰이는 미생물은 항생물질생산 등 많은 유용한 기능을 가지며 계속적인 미생물 생태연구를 통하여 다양한 기능들이 새로이 밝혀 지고 있다. 이와 같은 미생물기능은 생물농약 뿐 아니라 미생물을 이용한 신물질, 신농약개발 등 새 로운 부가가치산업의 원동력이 될 수 있다(Figure 2).

Figure 2.

오이탄저병균 수박잘록병균

Figure 3. Burkholderia gladioli K86이 생산하는 Pyrrolnitrin에 의한 식물병원곰팡이의 생육억제.

농작물의 병은 잎, 줄기에 생기는 병과 뿌리에 생기는 병해로 구분할 수 있는데 흙 속에 살면서 뿌리를 썩히는 병원균은 땅 속에 있어 증상이 잘 보이지 않을 뿐 아니라 화학농약은 흙 속에 투입 하기가 어렵고 또한 유효성분이 토양입자에 달라 붙어 제 기능을 못하는 등의 이유로 잘 방제되지 않는다. 따라서 생물농약은 흙 속에 사는 식물병 원균으로부터 식물을 보호할 목적으로 많이 적용 되어 왔다. 흙속에는 식물의 뿌리 표면에 기생하 거나 식물뿌리에서 분비되는 유기물을 먹고사는 미생물이 있는데 이 균들은 대부분 식물생육에 관 여하며 식물병원균을 죽일 수 있는 항균물질을 생 산한다. 미생물농약이 내는 항균물질은 농작물의 뿌리에 침입하는 곰팡이, 세균의 생장을 억제하거 나 죽게 한다. 이와 같은 현상을 항생작용(antibiosis)

이라고 하며 농작물에 이용되는 생물농약 중 가장 많은 범위를 차지한다(Figure 3).

뿌리에 사는 미생물집단은 근권미생물로 불리 는데 이들을 생물농약으로 개발하기 위해서는 뿌 리에 정착능력이 큰 미생물이 식물병에 대한 방제 에 유리하다. 근권미생물의 입장에서 근권(뿌리주 변)은 사막에서의 오아시스와 같다. 즉 뿌리 주변 에서 먼 토양은 거의 먹을 것이 없는 황량한 지역 인데 반하여 뿌리주변은 뿌리로부터 공급되는 양 분과 안락한 서식처를 제공받기 때문이다. 따라서 근권은 다양한 미생물의 서식처가 되며 이곳을 먼 저 차지하기 위한 미생물간의 싸움도 치열하다.

뿌리주변에 어떤 미생물군집이 우점하느냐는 식 물생육에 유익한 집단의 정착 또는 유해한 집단의 정착에 따라 식물의 건전한 생육이 보장되기 때문

에 매우 중요하다. 따라서 생물농약으로 개발하기 위해서는 고활성이면서 근권정착력이 높은 미생 물이 생물농약의 활성능력을 결정한다. 이런 근권 미생물은 생물농약 뿐 아니라 토양미생물제로 많 이 개발되고 있는데 이러한 미생물군을 식물생육 촉진세균(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) 으로 부른다. PGPR은 뿌리의 표면이나 내부에 기 생하면서 근권 내에 서식하는 식물 생육저해균 (deleterious microorganism)의 생육을 억제할 뿐 아니라 흙에서 전염되는 병의 침입으로부터 식물 을 안전하게 보호한다. 이들 균주들은 항생물질생 산, 병저항성유도 휘발성 생육촉진 물질, 질소고 정, 인산가용화 등 식물생육 및 병해방제에 유용 한 많은 기능을 갖는다. 흥미 있는 현상으로 근권 미생물을 오이뿌리에 정착시키면 세균성 오이시 들음병이 대폭 감소하는 것을 발견하였다. 이와 같은 원인은 세균성 시들음병을 전파시키는 오이 딱정벌레(Diabrotica undecimpunctata)가 현저히 줄었기 때문이었다. 딱정벌레는 큐커비타신(cucur- bitacin)이라는 오이가 내는 화학물질에 의하여 먹 이를 감지하는데 뿌리에 정착한 근권미생물이 큐 커비타신 함량을 낮추었기 때문이었다. 또 다른 예로서 이물질은 오이에 쓴맛을 내는 물질로 잘 알려져 있다. 이와 같이 근권미생물이 식물에 미 치는 영향은 다양하며 신기능들이 계속적으로 밝 혀지고 있다. 최근 연구로서 식물이 온실가루이라 는 해충에 감염되었을 때 고추식물은 세균성 식물 병원균에 대한 방어력이 커지는데 이때 식물은 토 양내의 다양한 미생물 군으로부터 자기가 필요로 하는, 즉 병저항성을 유도시키는 유용미생물을 더 많이 정착시키는 것으로 알려지고 있다. 비슷한 연구로 2011년 5월 Science지에 게재된 네덜란드 와게닝겐 대학의 라이즈메이커 박사 연구그룹에 서 보고한 발병억제 토양에서 식물이 자기가 필요 로 하는 미생물을 선택할 수 있다는 Phylo-chip을 이용한 메타게놈연구 결과를 보고한 바 있다.

미생물 중에는 식물병원균, 곤충, 선충에 기생 하여 살아가는 경우도 있는데 이와 같은 현상을 마이코파라지티즘(mycorparasitism)이라 하며 선

Figure 4. 암펠로마이세스 퀴스콸리스(Ampellomyces quis-

발된 우수균주는 생물농약으로 이용되고 있다. 한 예로 농작물에 발생하는 흰가루병은 대부분의 채 소류에 발생하는 곰팡이균으로 농작물을 잘 자라 지 못하게 할 뿐만 아니라 농산물의 품질을 저하 시킨다. 암펠로마이세스 퀴스콸리스(Ampellomy- ces quisqualis)라는 곰팡이균은 이러한 흰가루병 균이 균사에 기생하여 살아가는데 최근 국내에서 이 균주를 이용한 흰가루병균의 생물농약을 개발 하여 상품화하였다(Figure 4). 채소류의 재배시 많 이 발생하는 흰가루병은 화학농약에 대한 내성이 심한 균으로 계속 사용하면 더 이상 효과적이지 못하게 된다. 이러한 현실에 비추어 생물농약의 사용은 화학농약에 비하여 소비자의 농약사용에 대한 우려와 농업환경에 미치는 영향을 줄일 수 있음은 당연하다.

5. 미생물농약에서의 바실러스균 속의 중요성

미생물 농약으로 산업화 된 대부분의 고활성 미 생물은 바실러스 속에 속하며 특징적으로 열과 건 조 등 환경스트레스에 견딜 수 있는 내생포자 (endospore)를 형성한다. 이러한 특성은 우수한 효 능을 갖는 고효율의 미생물제를 대량으로 생산하 여 농가보급 형태로 포장할 경우 2∼3년 정도의 장기간 보존에도 활력을 유지해야 하기 때문에 생

Figure 5. 바실러스가 생산하는 환형리포 펩타이드(CLP : cyclic lipopeptide)의 화학구조와 종류.

물 농약의 상용화에 매우 중요한 요인이다.

바실러스균은 자연계의 도처에 분포하며 다양 한 기능을 갖는 펩타이드 물질을 생산하는데 농작 물의 생육과 관련이 있는 식물의 생육촉진과 식물 병에 대항할 수 있는 항생기작 및 식물에 방어기 작을 부여하고 근권 내 미생물의 정착을 돕는 유 용한 기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 농업용으 로 쓰이는 바실러스균은 대부분 Paenibacillus와 Bacillus속으로 Cyclic lipopeptide (CLP)에 속하는 Surfectin, Iturin, Fengycin 계열의 다양한 리포펩 타이드를 생산하며 그 물리화학적 특성에 따라 다 양한 생리활성을 나타낸다. 최근의 연구를 보면

이들 물질은 유용미생물의 근권정착 활성과 뿌리 의 건전성을 증강시키며 식물의 저항성 기작을 활 성화 시킨다. 이들 물질은 다양한 형태의 유도체 로 구성되며 그 물리화학적 특성에 따라 다양한 근권 내 유용작용기작을 활성화시킨다(Figure 5).

선발된 바실러스의 이와 같은 특성은 농작물의 생 육촉진과 병해방제 및 환경스트레스에 대한 내성 을 증대시켜 농작물의 안전생산과 수량증대를 가 져온다. Agraquest사에서 개발한 Bacillus subtilis 는 BASF의 유통망을 통하여 전 세계 25개국에서 판매 중이며 가장 성공한 미생물제로 인정받고 있다.

Species, strain Pathosystem B. subtilis sp. Cotton/Meloidogyne

GBO3 Cucumber/Erwinia, beetle; Arabidopsis/Erwinia

IN937b Tomato/Cucumber mosaic cucumovirus (CMV), Tomato mottle virus (TMV) S499 Cucumber/Colletotrichum Tomato/Pythium Bean/Botrytis

FZB-G Tomato/Fusarium BacB Sugar beet/Cercospora

B. pumilus SE34 Tobacco/Peronospora; Arabidopsis/Pseudomonas; Cucumber/beetle; Tomato/Fusarium;

Phytophthora, CMV; TMV

T4 Tobacco/Pseudomonas; Arabidopsis/Pseudomonas INR-7 Loblolly pine/ Cronartium Cucumber/ beetle 203–-6 Sugar beet/Cercospora

B. amyloliquefaciens IN937 Tomato/CMV, TMV; Cucumber/beetle; Arabidopsis/Erwinia

EXTN-1 Tobacco/Pepper mild mottle virus (PMV); Cucumber/Colletotrichum Arabidopsis/PMV B. thuringiensis Berliner Coffee/Hemileia

B. mycoides BacJ Sugar beet/Cercospora B. pasteurii C-9 Tobacco/Peronospora B. sphaericus B43 Potato/nematode B. cereus B1 White clover/nematode

Table 3. 식물에 병 저항성을 유도하는 미생물 현황

6. 농작물에 면역기능을 유도하는 미생물제

식물에 면역기능을 부여하여 작물 생육을 촉진 하고 각종 식물병의 침입에 대한 저항력을 높여 안전농산물을 생산하게 하는 미생물은 그 효율면 에서 항생기작(Antibiosis)를 기반으로 한 미생물 제와는 많은 장점이 있다. 바실러스 등 생육촉진 근권세균의 근권정착에 의하여 방어대세를 갖춘 식물은 곰팡이에 의한 병 뿐 아니라 세균, 바이러 스 등 여러 가지 병에 대한 복합적인 방제가 가능 하다는 장점이 있다. 이러한 균주를 이용하면 그 동안 생물농약의 단점인 적용범위가 한정된다는 문제점을 해결할 수 있다. 병저항성을 유도하는 생육촉진근권세균(PGPR : Plant Growth Promo- ting Rhizobacteria)을 이용한 생물농약의 장점은 항생기작에 기초한 생물농약과 같이 무공해의 환 경친화적인 방법이라는 점에서 크게 다르지 않다.

Figure 6에서와 같이 선발된 고효율의 유도저항 성 미생물이 식물의 근권에 정착하면 근권균으로 부터의 유도저항성 관여 신호물질을 감지한 식물 의 세포에서 병저항성에 돌입하게 되며 최종적으

로 식물은 식물병원균의 침입에 대한 저항성물질

Figure 6. 근권미생물에 의한 식물의 유도저항성 모식도.

(A) (B)

Figure 7. EXTN-1의 균세포 모양 및 오이 모자익 바이러스억제효과(A: Bacillus vallismortis EXTN-1, B: CMV 억제).

Figure 8.

과 식물조직의 강화를 통하여 병원균의 침입을 막 아내게 된다. 이러한 유도저항성을 기반으로 한 미생물제의 개발에도 바실러스속 미생물이 주로 사용되며 Table 3에서와 같이 Bacillus subtilis가 가장 많고 그 외 B. pumilus, B. amyloliquefaciens 등 수종의 바실러스속 고효율 미생물이 상용화 되 고 있다.

국내에서는 2006년 국립농업과학원을 중심으로 바실러스 발리스모르티스(Bacillus vallismortis) EXTN-1이라는 식물의 병저항성을 유도하는 미생 물이 생물농약으로 개발되었는데 이 균주는 식물 이 가지고 있는 자체 방어기작을 활성화시켜 식물 이 자체적으로 병 저항성을 가지게 되며 병저항성 단백질의 활성화, 세포조직의 강화, 과민감 반응 등의 저항성반응을 보이며 식물생육촉진 효과도

나타내는 것으로 증명되었다. 이 균주는 단 한차 례의 종자처리만으로도 바이러스를 비롯한 다양 한 식물병원균을 억제하며 식물생육촉진을 나타 내는 특성이 있다(Figures 7, 8).

이 균주는 동부한농으로의 기술이전을 통하여 2006년부터 엑스텐입제, 상토, 액제, 유기비료 등 10여 종의 관련 제품을 출시하고 있으며 관련제품 의 총매출도 연간 100억원에 이르고 있다.

토마토 등 주요 엽채류의 경우에도 생육촉진효 과가 두드러지게 나타나는데 EXTN-1을 관주처리 한 모든 식물에서 생육촉진 현상이 관찰되며 유도 저항성 발현에 따른 식물병의 방제 뿐 아니라 열 악한 식물생육환경에서의 실용화 가능성을 보여 준다(Figure 8).

국립농업과학원은 최근 식물의 병저항성을 유

Figure 9. Cyclic peptide H3 처리 농도별 오이 무름병(Pectobacterium carotovora SCC1) 억제 효과.

도하는 바실러스속 미생물로부터 식물 병에 대한 저분자의 환형펩타이드(cyclic peptides)를 동정하 여 이를 토대로 256점의 신규물질을 합성하였다.

이들 물질 중 식물의 면역기능을 활성화시켜 각종 식물 병에 대한 방제효과를 갖는 P1, H7 등 수종 의 cyclic peptides를 선발하였다. 이들 물질은 0.1

∼1.0 ppm의 농도로 살포하거나 토양관주할 경우 세균성 무름병균(Pectobacterium carotovora)에 대하여 97% 이상의 방제효율을 나타낸다(Figure 9). 이 펩타이드는 금년 7월 국내특허와 PCT 출원 을 마쳐 기업체와의 산업화 협의를 진행 중에 있다.

7. 미생물농약의 미래전망

생물농약을 이용한 식물병의 친환경적 방제는 최근의 건강한 삶을 추구하는 소비문화의 정착에 따라 농약을 사용하지 않은 채소류의 소비가 급속 하게 증가하고 있다. 생물농약은 본래 자연상태에 있는 토착화된 미생물을 이용하기 때문에 생태계 에 미치는 영향이 거의 없으며 화학농약과는 반대 로 생물농약은 계속 사용하여도 약효가 감소하지 않아 화학농약의 반복사용으로 인하여 방제되지 않는 병해충에도 효과적인 장점이 있다. 또한 생 물농약은 연구개발 면에서도 기존 화학농약개발 비의 1/10 수준의 적은비용으로 개발이 가능하다.

반면에 생물농약은 화학농약보다 방제효과가 늦 고, 효과에 비하여 아직 비싸며, 균일한 효과를 내 지 못하는 단점이 있다. 이러한 단점에도 불구하

고 생물농약은 환경생태계 오염에 대한 우려를 불 식시키며 깨끗하고 안전한 고품질 농산물에 대한 소비자의 욕구를 충족시켜 건강한 삶을 지향하는 소비문화의 정착에 기여할 뿐만 아니라 생산자의 소득증진에도 기여할 것이다.

지금까지 식물병 방제를 위한 생물농약의 개발 은 항생기작을 기초로 한 방법이었으나 1990년대 중반, 생육촉진 근권세균이 식물의 뿌리에 정착하 면 병에 대한 저항성을 일으킨다는 사실이 새로이 밝혀졌다. 생육촉진근권세균에 의하여 방어대세 를 갖춘 식물은 곰팡이에 의한 병 뿐 아니라 세균, 바이러스 등 여러 가지 병에 대한 복합적인 방제 가 가능하다는 장점이 있다. 이러한 균주를 이용 하면 그동안 생물농약의 단점인 적용범위가 한정 된다는 문제점을 해결할 수 있다. 병저항성을 유 도하는 생육촉진근권세균을 이용한 생물농약의 장점은 항생기작에 기초한 생물농약과 같이 무공 해의 환경친화적인 방법이라는 점에서 크게 다르 지 않다. 그러나 기주식물의 자체 방어시스템을 활성화함으로 방제효과가 전신적이라는 장점과 다양한 외부병원균과 불량환경에 대항한다는 점 에서 식물병원균에 직접 대응하는 항생기작에 기 초한 생물농약과는 뚜렷이 구별된다. 또한 그 기 능으로 보아 생물학적 방제의 효율을 좀 더 경제 수준에 맞게 적용할 수 있을 것으로 보이며 아직 충분히 검증되지 않은 과채류의 신선도 유지 등 저장병해의 방제가능성도 있다. 특히 근권미생물 의 유도저항성을 이용한 생물학적 방제는 식물체

가 가지고 있는 자체방어 시스템을 가동시켜 줌으 로써 식물 병을 방제할 수 있는 기술로서 일단 식 물체에 저항성이 유도되면 곰팡이에 의한 병해 뿐 아니라 세균, 바이러스 등 여러 가지 병해에 대한 복합적인 방제가 가능하다는 장점 때문에 농약의 과다사용에 따른 농업생태계의 개선 뿐 아니라 저 공해 무농약 채소류생산 등 농업생산에 많은 장점 이 있을 것으로 기대된다.

식물병 방제를 위한 미생물농약의 개발은 그 특 성상 바실러스속 위주의 복합병해에 대한 저항력 증진 미생물제의 개발과 토양미생물 군에서의 신 기능성 물질이 속속 발견되고 특히 CLP 그룹의 펩타이드 성분의 항균력과 방어유도기능 등의 복 합활성물질을 활용한 생화학 농약의 개발이 촉진 될 것으로 생각된다.

참 고 문 헌

1. M. Ongena and P. Jacques, Bacillus lip- opeptdes: versatile weapons for plantdisease biocontrol, Trends in Microbiology, 16, 115 (2007).

2. B. B. McSpadden Gardener, Ecology of Ba- cillus and Paenibacillus spp. in agricultural systems, Phytopathology, 94, 1252 (2004).

3. BASF general information on Serenade www.agro.basf.com.

4. R. Mendes et al., Deciphering the rhizosphere microbiome for disease-suppressive bacteria Science express, www.scienceexpress.org (2011).

5. B. B. McSpadden Gardener, Ecology of Ba- cillus and Paenibacillus spp. in Agricultural system, Phytopathology, 94, 1252 (2004).

박 경 석

충북대학교 농과대학 농학과 졸업 1994 충북대학교 농과대학

농학박사학위 취득 1996∼1998 미국 어번대학교 생물학적

방제연구소 박사후 연구원 현재농업과학기술원 농업생물부

미생물기능이용연구실장