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Isolation and Characterization of Indole-3-acetic acid- and 1-aminocylopropane-1-carboxylyic Acid Deaminase-producing Bacteria Related to Environmental Stress

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환경스트레스와 관련된 indole-3-acetic acid 및

1-aminocylopropane-1-carboxylyic acid deaminase 활성을 갖는 박테리아의 분리와 특성 연구

김희숙1, 김지윤1, 이송민1, 박혜정1, 이상현2, 장정수1*, 이문현1

1

(

)

엔젤식품연구소

2신라대학교바이오산업학부제약공학전공

Received: April 1, 2019 / Revised: April 24, 2019 / Accepted: April 29, 2019

서 론

식물 생장 촉진 근권세균

(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)

식물의근권에존재하면서식물에 생장을촉진하는토양미생물로

,

식물의생장과발달에

·

간접적으로도움을준다

[1

3].

직접적으로는인산의가용화

,

질소고정화를통해필요한영양분흡수를촉진하여식물 장에도움을준다

.

인산은식물필수영양소들중에서중요한 식물의핵심영양요소이면서식물의광합성작용

,

에너지

,

신호전달

,

고분자물질의생합성모든주요대사과정 에서중요한역할을하는것으로알려져있으며

,

지금까지 인산 가용화능을 가진 균주로 주로

Arthrobacter

, Bacillus

, Pseudomonas

, Streptomyces

등이보고

되었다

[4, 5].

질소의경우에는생물체가이용할없는

태로가장많이존재하여생체이용률이현저히떨어지지만

,

PGPR

균주를이용하여질소를생물체가이용할있는

Isolation and Characterization of Indole-3-acetic acid- and 1-aminocylopropane-1-carboxylyic Acid Deaminase-producing Bacteria Related to Environmental Stress

Hee Sook Kim

1

, Ji-Youn Kim

1

, Song Min Lee

1

, Hye-Jung Park

1

, Sang-Hyeon Lee

2

, Jeong Su Jang

1

*, and Mun Hyon Lee

1

1

Food Research Center, Angel Co., Ltd., Busan 46988, Republic of Korea

2

Major in Pharmaceutical Engineering, Division of Bioindustry, Silla University, Busan 46958, Republic of Korea

In this study, strains isolated from soil samples collected from Busan, Changwon, and Jeju Island were examined to verify their abilities of phosphate solubilization and nitrogen fixation, production of indole-3- acetic acid (IAA), siderophore, and 1-aminocylopropane-1-carboxylyic acid (ACC) deaminase in order to select strains that promote plant growth and play a role in biocontrol of pests or pathogens. According to the results of this study, most of the isolated strains were found to have ability of phosphate solubilization, nitrogen fixation, IAA production, siderophore production, and production of ACC deaminase. These iso- lated strains might help plant growth by directly improving absorption of nutrients essential for phosphate solubilization and nitrogen fixation. In addition, they can promote plant growth and control resistance to plant diseases through extracellular enzyme activity and antifungal activity. In addition, most of the selected strains were found to survive in various environmental conditions such as temperature, salinity, and pH. Therefore, Pseudomonas plecoglossicida ANG14, Pseudarthrobacter equi ANG28, Beijerinckia fluminensis ANG34, and Acinetobacter calcoaceticus ANG35 were finally selected through a comparative advantage analysis to suggest their potential as novel biological agents. Further studies are necessary in order to prove their efficacy as novel biological agents through formulation and optimization of effective microorganisms, their preservation period, and crop cultivation tests.

Keywords: 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase, indole acetic acid, phosphate solubilization, siderophores

*Corresponding author

Tel: +82-51-852-3636, Fax: +82-51-852-4477 E-mail: [email protected]

© 2019, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology

(2)

산염형태로질소원을제공한다

[6].

외에도

siderophore

생성능

,

식물성호르몬의일종인

indole-3-acetic acid (IAA)

등을생성하여직접적으로식물생장에도움을준다

.

그중에 서도

siderophore

경우에는

·

간접적으로식물이생장하 도움을주는데

,

불용성

Fe(OH)

3화합물을

Fe

3+ 형태로변화시켜직접적으로식물생장에도움을주며

,

간접적으로는근권주위의

Fe

3+흡수의경쟁에서우위를 선점함으로써식물병원성곰팡이에대하여방제효과를나타 낸다

.

외에도간접적으로는항생물질

,

용균효소

,

전신 내성등을통해식물이생장하는도움을주는것으로

알려져있다

[7, 8].

식물성호르몬인에틸렌은농업품질관리

중요한역할을하며

,

식물이생장발달을하는동안에 에틸렌의수준이

0.05

μ

l/l

으로낮은편이지만

,

식물이 화되는과정에서

,

또는열매가익어가는동안에는

100

μ

l/l

이상의에틸렌이높은수준으로합성된다

.

식물은생장과 과정에서에틸렌의영향을받는다

.

적정량의에틸렌은 생장의초기단계에서발아와생장에도움을주지만

,

히려높은수준의에틸렌은뿌리신장의저해를일으키며

,

극심한온도변화

,

수분

,

자외선

,

질병과같은환경스트레스 빈번하게노출되면에틸렌의수준이증가되어노화와 포의손상이가속화된다

.

식물생장촉진미생물에의해서 생성되는

IAA

1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid

(ACC) deaminase

이러한환경스트레스와연관되어

. IAA

줄기의신장에관여하는호르몬으로서적정량의

IAA

식물생장을촉진시키는반면에

,

고농도의

IAA

틸렌전구체인

ACC

합성을유도하여에틸렌생성을증가 시키므로뿌리신장을억제시키는결과를초래하기도한다

[9, 10].

또한

PGPR

균주에의해생성되는

ACC deaminase

에틸렌의전구체인

ACC

ammonia

α

-ketobutyrate

분해하여식물체내의에틸렌수준을낮춰환경스트레스 완화시켜줌으로써식물의생장촉진에도움을준다

[11

13].

따라서

,

연구에서는부산

,

창원

,

제주도일대에서채취 토양과뿌리로부터인산가용화능

,

질소고정능

, IAA

성능

, siderophore

생성능

ACC deaminase

생성능을 미생물을분리하고

,

생리학적특성분석을통해식물이 생장함에있어환경스트레스로부터식물을보호하고식물 생장촉진생물학적방제활성을갖는새로운미생물을 색하고자하였다

.

재료 및 방법

토양 미생물의 분리

연구에서사용한근권토양과뿌리는부산일대의 라대학교인근야산

,

대저토마토

,

기장군

,

창원 야산텃밭

,

제주시노리매공원인근해변을포함

7

곳으로부터채취하였다

.

채집된토양과뿌리를음지에

2

일간풍건하였으며

,

시료

1 g

9 ml

멸균된생리 식염수에현탁하였다

. Serial dilution

으로희석한용액을

6

가지 평판 배지인

Bennet agar (BA, 1% glucose, 0.2%

peptone, 0.1% beef extract, 0.1% yeast extract), glucose minimal salts agar (GMSA, 0.2% glucose, 1% yeast extract, 0.2% KH

2

PO

4

, 0.3% K

2

HPO

4

, 0.01% MgSO

4

·7H

2

O, 0.0002%

MnSO

4

), potato dextrose agar (PDA, Difco

TM

), tryptic soy agar (TSA, Difco

TM

) plate, actinomycetes isolation agar (AIA, 0.2% sodium caseinate, 0.01% L-asparagine, 0.4% C

3

H

5

O

2

Na, 0.05% K

2

HPO

4

, 0.01% MgSO

4

, 0.0001%

FeSO

4

, 1.5% agar), humic-vitamin agar (HV, 0.1%

humic acid, 0.05% KCl, 0.05% Na

2

HPO

4

, 0.05% MgSO

4

, 0.002% CaCO

3

, 0.002% FeSO

4

, 0.1% V

B

stock solution, 1.5% agar)

도말한

30

℃에서

2

일간배양하였다

.

또한 채집한식물뿌리로부터내생진균류의분리를위해계면활 성제

(Tween 80)

표백제

(1.0% perchloric acid)

살균 리하여멸균수로세척한

sonication

하였다

. Sonication

처리된뿌리를

6

가지평판배지에올려서

30

℃에서

2

배양하였다

.

미생물이자란배지상에서형태나색깔이

colony

계대배양법을통하여순수분리하였다

.

저항성 물질 ACC deaminase 생성능 조사

건조

,

,

온도환경스트레스에대한저항성기작의 요지표인

ACC deaminase

활성은

Barnawal

[11]

방법 통해평가하였다

. Test tube

TSB

넣고선별된분리 주를접종하여

30

℃에서

2

일간배양한원심분리하여 체를 회수하였다

.

회수한 균체는

DF salt

배지

(0.4%

KH

2

PO

4

, 0.6% Na

2

HPO

4

, 0.02% MgSO

4

· 7H

2

O, 0.0001%

FeSO

4

, 0.000001% H

3

BO

3

, 0.00001% MnSO

4

· H

2

O, 0.000007% ZnSO

4

, 0.000005% CuSO

4

, 0.000001% MoO

3

, 0.2% glucose, 0.2% C

6

H

12

O

7

, 0.2% C

6

H

8

O

7

, pH 7.3)

차례세척하고질소원으로

3 mM ACC

첨가된

DF salt

지에접종하여

30

℃에서

2

일간배양하였다

.

대조구로는 소원으로 아무것도 첨가하지않은 배지를 이용하였으며

,

600 nm

에서흡광도를측정하여

ACC

이용에따른균체의

증가를통해

ACC deaminase

생성을확인하였다

. Indole-3-acetic acid (IAA) 생성능 조사

식물성 호르몬인

IAA

생성능을 평가하기 위해

0.1%

tryptophane

첨가된

King’s B (2% proteose peptone, 0.25% K

2

HPO

4

, 0.6% MgSO

4

, 1.5% glycerol)

배지에분리 주를접종하여

30

℃에서

2

일간배양하였다

.

원심분리

(10,000 rpm, 15

)

상층액을분리하여

, Salkowski’s reagent (35%

HClO

4

50 ml, 0.5 M FeCl

3

1 ml)

1:2 (v/v)

비율로

(3)

혼합한다음

,

분홍색이발색되는동안상온에서

30

분간 치하였다

.

발색되는정도를분광광도계

(Spectrophotometer, Multiskan GO, Thermo Scientific, Vantaa, Finland)

용하여

530 nm

에서측정하였다

.

표준물질로

IAA

이용하

,

위와같은동일한방법으로검량선을작성하여시료의 농도를환산하였다

[14].

분리주의 다양한 환경조건에 대한 생육특성

분리주들에대한기후토양환경에대한적용성과 응능을알아보기위하여다양한온도

(10

50

), pH (pH 4

12)

염농도

(NaCl 0

10%)

에서균체의생육능을확인하였

.

배양된분리주의생장은분광광도계를이용하여

600 nm

에서흡광도를측정하였다

.

질소 고정화능 조사

질소 고정세균분리용

nitrogen free bromothymol blue (NFB, 0.5% (HO

2

CCH

2

CH(OH)CO

2

H, 0.05% K

2

HPO

4

, 0.001% MgSO

4

· 7H

2

O, 0.002% NaCl, 0.005% FeSO

4

· 7H

2

O, 0.0002% Na

2

MoO

4

, 0.001% MnSO

4

· 7H

2

O, 0.001%

CaCl

2

, 0.4% KOH, 0.2% bromothymol blue (in 0.5%

alcohol), 0.175% agar, pH 6.8)

배지를이용하였다

.

분리용

NFB

배지는무기염과탄소원만들어있고질소원이결핍된

배지로서대기중의질소를고정할능력이있는분리주만이 생장할 있는 선택배지를 이용하였다

[15]. Test tube

NFB

배지를넣고전배양된분리주를

loop

접종하여

30

에서

4

일간배양하면서배지색이푸른색으로변할경우 성으로판단하였다

.

인산 가용화능 조사

난용성인산염의분해능을조사하기위해

0.5% calcium

phosphate (10CaO·3P

2

O

5

·H

2

O)

첨가된

Pikovskaya (PVK) agar

배지를이용하였다

[16].

고체배지중앙에

cork

borer

이용하여잘라낸순수분리된전배양분리주를

접종

30

℃에서

4

일간배양하면서균체주위의

clear zone

형성유무를조사하여난용성인산가용화능을측정하였다

. Siderophore 생성능 조사

식물병원균의길항기작중의하나인

siderophore

생성능 여부를확인하기위해

siderophore

생성분리주감별배지

chrome azurole S (CAS) blue agar plate assay

방법을 이용하였다

[17]. CAS

평판배지에접종하여

30

℃에서

4

배양한

orange halo zone

형성유무를관찰하였다

.

분리주의 식물병원성 곰팡이에 대한 길항능 조사

분리주들의식물병원성곰팡이에대한길항능을조사하기

하여

Botrytis cinerea KACC 40574, Colletotrichum acutatum KACC 40801, Corynespora cassiicola KACC 44719, Fusarium sp. KACC 40241, Phytophthora capsici KACC 40180, Rhizoctonia solani AG-2-1 KACC 40124, Sclerotinia sclerotiorum KACC 40457

등으로

7

종을 상으로검정하였다

.

식물병원성곰팡이에대한길항능은

PDA

이용한

well diffusion

법을이용하였으며

, PDA

배지에 분리주를접종하여검정분리주와

25

℃에서대치배양하 였다

.

식물병원성곰팡이와유용미생물간의거리를측정하 억제율

(inhibition rate)

환산하였다

.

Inhibition rate (%) =

Where, R is the maximum radius of the fungal colony away from the bacterial colony; r is the radius of the fungal colony opposite the bacterial colony.

16S rRNA 유전자 염기서열 분석을 통한 분리주의 동정

분리주를동정하기위해서

16S rRNA

유전자분석을

시하였다

.

분리주의동정을위하여균체를

TSB

접종하여

30

℃에서

2

일간배양회수하였다

.

회수한균체의

DNA

Wizard

®

Genomic DNA purification kit (Promega, USA)

이용하여추출하였다

. 16S rRNA

유전자구간을증폭시 키기 위해서

universal primer

27F (5’-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3’)

1492R (5’-GGT TAC CTT GTT ACG ACT T-3’)

사용하여

PCR

30 cycles (94.0

-5

, 55.0

-30

, 72.0

-1

)

실행하였다

(TP600, Takara Bio Inc., Japan).

증폭된

PCR

산물은

PCR/Gel combo kit (Cat.

No. 3412, NucleoGen, Korea)

사용하여정제하였다

.

정제

PCR

산물은

1% agarose gel

이용하여확인하였다

.

기서열분석은

Solgent Co. Ltd.

의뢰하였으며

,

염기서열

NCBI

BLASTN

에서분석하였다

.

분석결과를

MEGA

프로그램

(version 7.0, MEGA software)

이용하여계통도 작성하였다

.

또한분리주를형태학적으로조사하기위하 주사전자현미경

(SEM, scanning electron microscope)

이용하여관찰하였다

.

분리균주의 가수분해효소 생산

세포외 효소활성을 측정하기 위해서

starch, carboxymethyl cellulose (CMC), skim milk, xylan

들어 있는

nutrient broth

균주를접종하여

30

℃에서

2

일간 하였다

. Amylase

활성은

Miller [18]

방법을일부변형 하여 시험을 진행하였으며

,

배양 상등액과

1% starch solution (50 mM sodium phosphate buffer)

1:1

혼합 하여반응시켰다

.

반응시킨

color reagent solution

R r ( ) --- 100R ×

(4)

합하여

100

℃에서열처리얼음에냉각시킨다음분광광 도계를 이용하여

540 nm

에서 측정하였다

. Cellulase

xylanase

활성을

Shin

Cho [19]

방법을이용하여시험 진행하였다

.

원심분리한상등액은

1% CMC solution (50 mM sodium phosphate buffer)

1% xylan solution (50 mM sodium phosphate buffer)

혼합하여

50

℃에서

10

분간반응시켰다

.

다음

dinitrosalicylic acid

시약을 가하여

100

℃에서

10

분간열처리냉각시켰다

.

흡광도는 분광광도계를이용하여

540 nm

에서측정하였다

. Protease

Oh

[20]

방법을일부변형하여시험을진행하였으

,

원심분리한 상등액은

0.65% casein (50 mM sodium phosphate buffer)

혼합한

37

℃에서

10

분간반응시켰

.

0.44 M trichloroacetic acid

첨가하여

37

℃에서

30

분간 단백질을 응고시켰다

.

응고된 단백질을

0.45

μ

m filter

이용하여여과한여과액과

3

희석시킨

Folin- Ciocalteu’s phenol reagent

혼합하여

37

℃에서

30

분간 응시켰다

.

흡광도는

660 nm

에서측정하였다

.

또한생리학적 특성을 분석하기 위해서

API ZYM kit (Biomérieux,

France)

이용하여분석하였으며제조사의매뉴얼에따라

진행하였다

.

통계분석

모든 분석은

3

이상 수행하였으며

,

평균

±

표준편차

(Mean

±

SD)

표현하였다

.

평균값의유의한차이는

SPSS (version 20.0 for Windows, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)

이용한 일원배치 분산분석

(one-way ANOVA)

Duncan’s multiple range test

사용하였다

.

유의성검증은 신뢰구간

p < 0.05

에서분석하였다

.

결과 및 고찰

균주의 분리

유용미생물을선발하기위하여부산일대의신라대학교 인근야산

,

대저토마토

,

기장군

,

창원인근야산 텃밭

,

제주시노리매공원인근해변을포함한

7

곳으로부

순수분리하여

colony

형태학적으로서로다른특징을

66

종을분리하였다

.

분리주들의식물생장촉진활성능을 확인하기위해

ACC deaminase

생성능

, IAA

생성능

,

질소 고정능

,

인산가용화능

siderophore

생성능을확인하였으

,

활성이높은

7

종의분리주를최종선발하였다

.

ACC deaminase 및 IAA 생성능

에틸렌은식물의생장과발달에필수적인생장호르몬으로 거의모든식물에서생성되지만

,

높은수준의에틸렌은 뿌리신장의저해를일으켜식물의생장을억제한다

.

이전

연구들에 의하면

, PGPR

분리주에 의해 생성되는

ACC

deaminase

에틸렌의 전구체인

ACC

ammonia

α

-

ketobutyrate

분해하여에틸렌의수준을낮춰스트레스를

완화시켜주며

,

식물이염분에대한내성을갖게되어가뭄에 따른스트레스를감소시켜식물의생장과발달을촉진시킨

[11, 12].

따라서

,

환경스트레스와관련된

ACC deaminase

활성을측정하여환경스트레스로부터식물의생장과 달에영향을미치는지확인하고자하였다

. ACC deaminase

생성은질소원으로

ACC

만을첨가한배지에서분리주의 여부로활성을판단하였으며

,

결과적으로

ANG4, ANG14, ANG16, ANG25, ANG28, ANG34, ANG35

모두에서

ACC

만을질소원으로

DF salt

배지에서생장을확인하였다

(Table 1).

이는

Arshad

[21]

연구에서

ACC deaminase

생성하는

Pseudomonas

속이염이나건조조건하에서 열매의성숙을촉진시키며수확량을증가시킨다는보고 통해분리주가생성하는

ACC deaminase

식물뿌리

에틸렌의전구체인

ACC

농도를감소시켜결과적으로

틸렌의합성을줄이며

,

따라서염분

,

가뭄

,

온도와같은환경 스트레스에내성을가져식물의생장을촉진시키는작용을 것으로판단된다

[10].

또한

IAA

식물생장호르몬으로 식물의신장을촉진시키는작용외에뿌리신장

,

과실 등을 촉진하는 것으로

Azospirllum, Pseudomonas, Rhizobium, Bacillus

등이 알려져 있으며

[22], IAA

ACC deaminase

더불어에틸렌생성과관련이있다

.

적정 량의

IAA

뿌리생장을강화시켜수분보충과영양섭취를 용이하게도와주지만

,

고농도의

IAA

·

간접적으로에틸 생합성을촉진시켜뿌리생장을억제하므로

IAA

생성

농도는식물이생장함에있어중요한요인이있다

[23].

연구에서는환경적스트레스감소에영향을주는미생물

Table 1. Abilities of ACC deaminase production and survival concentration of NaCl and ranges of temperature and pH of isolated strains.

Strains

ACC deaminase production

a

Temperature

(

o

C) pH

NaCl concentration

(%)

ANG4 + 20-40 4-10 0-10

ANG14 + 20-50 5-10 0-10

ANG16 + 20-35 5-10 0-6

ANG25 + 20-35 5-9 0-3

ANG28 + 20-40 5-9 0-6

ANG34 + 20-40 5-9 0-4

ANG35 + 20-40 5-9 0-4

+: Positive reaction.

a

ACC deaminase production determined by growth on medium

with only ACC as nitrogen source.

(5)

결정인자인

IAA

생성유무를알아보기위하여

King’s B

지를이용하였다

. ANG4

ANG25

20.0

μ

g/ml

IAA

생성하였으며

, ANG16

ANG28

40.8

μ

g/ml, 42.8

μ

g/ml

비슷하게나타냈다

. ANG34, ANG35

8.5

μ

g/

ml, 6.1

μ

g/ml

IAA

생성하였다

. ANG14

경우에는

96.8

μ

g/ml

분리주중에서가장높은

IAA

생성하는 확인하였다

. IAA

생성능의경우고농도에서오히려뿌리 생장을억제시키므로

IAA

에틸렌전구체인

ACC

농도 준을고려해야것으로사료된다

(Fig. 1).

다양한 환경조건하에 따른 생장조건 분석

식물은다양한생물적과비생물적스트레스요인에영향 받으며

,

저온

,

토양의수분부족

,

높은염분농도

,

가뭄

,

온과같은스트레스조건에의해서생장과발달이저해된다

[24].

이에환경스트레스와관련된

ACC deaminase

IAA

생성에의해다양한환경조건하에서생장이가능한지확인 하고자최종선발된분리주들에대하여다양한환경조건하 에서생육여부를조사하였다

.

먼저

,

온도조건에서

20

℃에 서는모든분리주가생장하였으며

, 40

이상에서

ANG4, ANG14, ANG28, ANG34, ANG35

5

종의분리주가생육 하였다

. 50

이상에서는

ANG14

성장을확인할있었 으며

,

이는온도조건하에서는

ANG14

가장넓은온도 위에서성장함을확인할있었다

.

또한

pH

조건에서는 부분의분리주에서

pH 5.0

9.0

범위에서생육하는것을 있었으며

, ANG4

경우에는

pH 4.0

10.0, ANG14

ANG16

경우에는

pH 5.0

10.0

범위에서생육하여상대적 으로다른분리주에비해서넓은범위에서생육하는것을 인하였다

.

염의조건하에서는

ANG25

0

3%

농도에서

육하며

, ANG34

ANG35

경우에는

0

4%

농도에서생육 하는것을확인할있었다

.

또한

ANG16

ANG28

우에는

0

6%

농도에서생육하는것을 확인할 있었다

. ANG4

ANG14

경우에는

0

10%

농도에서생육하며 리들중에서가장넓은범위에서생육이가능한것을확인 있었다

(Table 1).

질소 고정능, 인산 가용화능

유용미생물의식물생장촉진활성을측정하기위해서 고정능과인산가용화능을확인하였다

.

먼저

,

질소는 중의가장많이존재함에도불구하고

,

대부분기체형의

N

2존재하기때문에화학적으로매우안정하여살아있는 생물체가스스로이용할없으므로

,

질소고정세균을이용 하여대기중에존재하는

N

2생물체가이용할있는

산염형태로질소원을제공한다

[6].

따라서

,

질소고정능을

가지는분리주를분리하기위해서

NFB

배지를이용하였으

, NFB

배지가푸른색으로변화되거나분리주의성장을

양성판정을하였다

.

연구결과

,

분리주모두

NFB

지에서성장하여

,

배지색이푸른색으로변화된것을확인할 있었다

(Table 2).

또한인은식물의생장발달에필요 영양분가장중요한요소로토양중에

0.05% (w/w)

차지하나대부분

Ca

3

(PO

4

)

2

, Ca

10

(PO

4

)

6

(OH)

2

,

인광석 태로존재하여식물이나미생물이이용하는데어려움이

[25].

난용성인은인산가용화능을갖는미생물에의해

비된유기산과무기산의작용으로가용화되며

,

작용은

hydroxyl group

carboxyl group

Al, Fe, Ca

같은 양이온을킬레이트화하여토양의

pH

낮추는것으로알려 있다

[13].

따라서

,

토양인산을가용화하여식물생장 촉진시키는미생물을탐색하기위해서토양으로부터

분리한분리주를

PVK

고체배지를이용하여인산가용화

Table 2. Abilities of nitrogen fixation and phosphate solubili- zation.

Strains Nitrogen fixation

a

Phosphate solubilization

b

ANG4 ++ +

ANG14 ++ ++

ANG16 ++ ++

ANG25 + ++

ANG28 + +

ANG34 + ++

ANG35 + ++

++, +: Positive reaction.

a

Nitrogen fixation ability determined by color change of NFB broth.

b

Phosphate solubilization ability. ++ > 1.0 cm, + > 0.5 cm.

Fig. 1. Selection of IAA producing strain by 0.1% tryptophane King’s B test. Absorbance was measured with a spectropho- tometer at 530 nm. Data are mean ± SD of at least three replicates.

Means with the different letters (a-d) indicated significant

differences among samples at p < 0.05 by Duncan’s multiple

range test.

(6)

능을확인하였다

.

연구결과

clear zone

지름이

0.5 cm

이상나타낸분리주를확보하였다

(Table 2).

분리주모두 가용화능을가지고있는것을확인할있었으며

,

에서도

ANG14, ANG16, ANG25, ANG34, ANG35

분리주

1.0 cm

이상의활성을나타내었다

.

따라서

,

질소고정능

,

인산가용화능을가진분리주를통하여대기중의존재하는 질소

(N

2

)

질산염의형태로질소원을제공함과동시에 용성인을이용가능한영양분을만들어줌으로써식물생장

도움을것으로기대된다

[26].

Siderophore 생성능 조사

Siderophore

식물생장에필수원소인이온특이 물질로서

,

식물이이용할없는철을가용화하여식물 생장에 도움이 되는 것으로 알려져 있다

[27

29].

특히

, Pseudomonas

속에의해생성되는

siderophore

경우에는 직접적으로식물생장에도움을뿐만아니라근권의 물뿌리표면에서

PGPR

군집을이루어살면서

Fe

3+흡수 경쟁에서우위를선점함으로써식물병원성곰팡이의 육을억제한다

[30].

따라서

,

분리주의

siderophore

생성능을 확인하고자하였으며

, siderophore

생성능확인결과는

Fig.

2

나타내었다

. ANG4, ANG14, ANG16, ANG25, ANG28, ANG34, ANG35

분리주는모두

1 cm

이상의

orange halo zone

형성되는것을확인하였으며

,

이는분리주를이용하 식물생장촉진식물병방제예방을위한목적의미생

물제제에활용할있을것으로판단된다

.

분리주의 식물병원성 곰팡이에 대한 길항능 조사

분리주의식물병원성곰팡이에대한길항능은식물병원성 곰팡이

7

종을이용하여진행하였으며

,

생장저해활성은

PDA

배지에대치배양을통해생육저지대를측정하여활성여부 판단하였다

.

식물병원성곰팡이에대한길항능조사에 곰팡이를유발하는

Botrytis cinerea,

탄저병을유발하는

Colletotrichum acutatum,

마름병을유발하는

Corynespora cassiicola,

시듦병을유발하는

Fusarium

,

고추역병을 발하는

Phytophthora capsici,

뿌리 썩음병을 유발하는

Rhizoctonia solani,

균핵병을 유발하는

Sclerotinia sclerotiorum

이용하였다

.

선별된분리주는식물병원성 팡이에대하여일부길항능을나타내었다

(Table 3).

연구 결과

, ANG4

ANG14

경우에는

Fusarium sp.

에서만 항능을확인할있었으며

, ANG16

ANG25

경우에는 식물병원성 곰팡이에 대해 길항능을 확인할 없었다

. ANG28

경우에는

B. cinerea 16.7%, C. acutatum 19.0%, C. cassiicola 23.1%, R. solani 14.3%

식물병원성곰팡이 균사생장을억제하는것을확인하였다

. ANG34

ANG35

경우에는 공통적으로

C. acutatum, C. cassiicola,

Fusarium sp.

식물병원성곰팡이의대해길항능을가지

것을 확인하였으며

,

외에

ANG35

B. cinerea, P.

capsici, R. solani

에서도길항능을확인할있었다

.

또한

Fig. 2. Confirmation of orange halo zone on CAS medium by production of siderophore from selected strains. The strains were cultured on CAS agar medium at 30 ℃ for 4 days.

Table 3. Antifungal ability of isolated stains against phytopathogens.

Strains Inhibition rate (%)

ANG4 ANG14 ANG16 ANG25 ANG28 ANG34 ANG35

Botrytis cinerea - - - - 16.7 ± 3.4 - 33.3 ± 4.8

Colletotrichum acutatum - - - - 19.0 ± 4.8 33.3 ± 1.1 45.4 ± 3.9

Corynespora cassiicola - - - - 23.1 ± 0.6 34.8 ± 2.1 45.3 ± 2.4

Fusarium sp. 34.0 ± 1.2 38.1 ± 1.7 - - - 23.7 ± 0.7 28.8 ± 2.1

Phytophthora capsici - - - - - - 39.4 ± 3.8

Rhizoctonia solani - - - - 14.3 ± 0.6 - 28.6 ± 1.1

Sclerotinia sclerotiorum - - - - - - -

- : no activity. Data are mean ± SD of at least three replicates.

(7)

식물병원성곰팡이에대한길항능외에도

ANG35

Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes

대해서도항균활성을가지는것으로확인이되었다

(data not

shown.).

따라서

,

식물병원성 곰팡이에 대한 길항능은

siderophore

활성다양한항생물질등에의해방제효과

나타나는것으로사료된다

.

선별된 다기능 분리주의 16S rRNA 동정

선별된분리주로부터

16S rRNA

염기서열을확인하고자 하였으며

, NCBI

BLASTN

이용하여염기서열을분석한

결과를

Table 4

나타내었다

.

최종적으로식물생장촉진

,

식물병원성곰팡이에대한길항능분리주의비교우위 따라 최종

Pseudomonas plecoglossicida ANG14, Pseudarthrobacter equi ANG28, Beijerinckia fluminensis ANG34, Acinetobacter calcoaceticus ANG35

최종 선별 하였으며

,

분리주들의계통학적유연관계를조사하기위하

16S rRNA

염기서열을분석하여계통도를나타내었다

(Fig. 3).

또한분리주들에대해서형태학적특성을분석하기

위해서

SEM

이용하여균주의형태를관찰하였으며

,

단간

균형태를 나타내는

ANG35

제외한

ANG14, ANG28,

Table 4. Identification of isolated strains by 16S rRNA gene analysis.

Strains Species Accession No. Similarity (%)

ANG4 Pantoea brenneri NR_116748 99%

ANG14 Pseudomonas plecoglossicida NR_114226 99%

ANG16 Enterobacter tabaci NR_146667 99%

ANG25 Chryseobacterium lactis NR_126256 98%

ANG28 Pseudarthrobacter equi NR_117032 99%

ANG34 Beijerinckia fluminensis NR_116306 99%

ANG35 Acinetobacter calcoaceticus NR_117619 99%

Fig. 3. Neighbor-joining phylogenetic tree of the isolated strains and other closely related based on the partial 16S rRNA gene

sequences. Bootstrap values (from 1,000 replicates) are indicated at the node. (A) Pseudomonas plecoglossicida ANG14, (B)

Pseudarthrobacter equi ANG28, (C) Beijerinckia fluminensis ANG34, (D) Acinetobacter calcoaceticus ANG35.

수치

Table 1. Abilities of ACC deaminase production and survival concentration of NaCl and ranges of temperature and pH of isolated strains
Table 2. Abilities of nitrogen fixation and phosphate solubili- solubili-zation.
Table 3. Antifungal ability of isolated stains against phytopathogens.
Table 4. Identification of isolated strains by 16S rRNA gene analysis.
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참조

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