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
(
주)
엔젤식품연구소2신라대학교바이오산업학부제약공학전공
Received: April 1, 2019 / Revised: April 24, 2019 / Accepted: April 29, 2019
서 론
식물 생장 촉진 근권세균
(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)
은식물의근권에존재하면서식물에 생장을촉진하는토양미생물로,
식물의생장과발달에직·
간접적으로도움을준다[1
−3].
직접적으로는인산의가용화,
질소고정화를통해필요한영양분흡수를촉진하여식물생 장에도움을준다
.
인산은식물필수영양소들중에서중요한 식물의핵심영양요소이면서식물의광합성작용,
에너지전 달,
신호전달,
고분자물질의생합성등모든주요대사과정 에서중요한역할을하는것으로알려져있으며,
지금까지 인산 가용화능을 가진 균주로 주로Arthrobacter
속, Bacillus
속, Pseudomonas
속, Streptomyces
속등이보고되었다
[4, 5].
질소의경우에는생물체가이용할수없는형태로가장많이존재하여생체이용률이현저히떨어지지만
,
PGPR
균주를이용하여질소를생물체가이용할수있는질Isolation 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
11
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
산염형태로질소원을제공한다
[6].
그외에도siderophore
생성능,
식물성호르몬의일종인indole-3-acetic acid (IAA)
등을생성하여직접적으로식물생장에도움을준다.
그중에 서도siderophore
의경우에는직·
간접적으로식물이생장하 는데도움을주는데,
불용성Fe(OH)
3의화합물을Fe
3+의이 온형태로변화시켜직접적으로식물생장에도움을주며,
간접적으로는근권주위의Fe
3+의흡수의경쟁에서우위를 선점함으로써식물병원성곰팡이에대하여방제효과를나타 낸다.
이외에도간접적으로는항생물질,
용균효소,
전신유 도내성등을통해식물이생장하는데도움을주는것으로알려져있다
[7, 8].
식물성호르몬인에틸렌은농업품질관리에중요한역할을하며
,
식물이생장및발달을하는동안에 는에틸렌의수준이0.05
μl/l
으로낮은편이지만,
식물이노 화되는과정에서,
또는열매가익어가는동안에는100
μl/l
이상의에틸렌이높은수준으로합성된다.
식물은생장과발 달과정에서에틸렌의영향을받는다.
적정량의에틸렌은식 물생장의초기단계에서발아와생장에도움을주지만,
오 히려높은수준의에틸렌은뿌리신장의저해를일으키며,
극심한온도변화,
수분,
자외선,
질병과같은환경스트레스 에빈번하게노출되면에틸렌의수준이증가되어노화와세 포의손상이가속화된다.
식물생장촉진미생물에의해서 생성되는IAA
와1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid
(ACC) deaminase
는이러한환경스트레스와연관되어있다
. IAA
는줄기의신장에관여하는호르몬으로서적정량의IAA
는식물생장을촉진시키는반면에,
고농도의IAA
는에 틸렌전구체인ACC
의합성을유도하여에틸렌생성을증가 시키므로뿌리신장을억제시키는결과를초래하기도한다[9, 10].
또한PGPR
균주에의해생성되는ACC deaminase
는에틸렌의전구체인ACC
를ammonia
와α-ketobutyrate
로분해하여식물체내의에틸렌수준을낮춰환경스트레스 를완화시켜줌으로써식물의생장촉진에도움을준다[11
−13].
따라서
,
본연구에서는부산,
창원,
제주도일대에서채취 한토양과뿌리로부터인산가용화능,
질소고정능, IAA
생 성능, siderophore
생성능및ACC deaminase
생성능을갖 는미생물을분리하고,
생리학적특성분석을통해식물이 생장함에있어환경스트레스로부터식물을보호하고식물 생장촉진및생물학적방제활성을갖는새로운미생물을탐 색하고자하였다.
재료 및 방법
토양 미생물의 분리
본연구에서사용한근권토양과뿌리는부산일대의신 라대학교인근야산
,
대저토마토밭,
기장군배밭,
창원인 근야산및텃밭,
제주시노리매공원및인근해변을포함한
7
곳으로부터채취하였다.
채집된토양과뿌리를음지에 서2
일간풍건하였으며,
각시료1 g
을9 ml
의멸균된생리 식염수에현탁하였다. Serial dilution
으로희석한용액을6
가지 평판 배지인Bennet 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
2PO
4, 0.3% K
2HPO
4, 0.01% MgSO
4·7H
2O, 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
3H
5O
2Na, 0.05% K
2HPO
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
2HPO
4, 0.05% MgSO
4, 0.002% CaCO
3, 0.002% FeSO
4, 0.1% V
Bstock solution, 1.5% agar)
에도말한후30
℃에서2
일간배양하였다.
또한 채집한식물뿌리로부터내생진균류의분리를위해계면활 성제(Tween 80)
와표백제(1.0% perchloric acid)
로살균처 리하여멸균수로세척한후sonication
하였다. Sonication
처리된뿌리를각6
가지평판배지에올려서30
℃에서2
일 간배양하였다.
미생물이자란배지상에서형태나색깔이다 른colony
를계대배양법을통하여순수분리하였다.
저항성 물질 ACC deaminase 생성능 조사건조
,
염,
온도등환경스트레스에대한저항성기작의주 요지표인ACC deaminase
활성은Barnawal
등[11]
의방법 을통해평가하였다. Test tube
에TSB
를넣고선별된분리 주를접종하여30
℃에서2
일간배양한뒤원심분리하여균 체를 회수하였다.
회수한 균체는DF salt
배지(0.4%
KH
2PO
4, 0.6% Na
2HPO
4, 0.02% MgSO
4· 7H
2O, 0.0001%
FeSO
4, 0.000001% H
3BO
3, 0.00001% MnSO
4· H
2O, 0.000007% ZnSO
4, 0.000005% CuSO
4, 0.000001% MoO
3, 0.2% glucose, 0.2% C
6H
12O
7, 0.2% C
6H
8O
7, pH 7.3)
로두 차례세척하고질소원으로3 mM ACC
가첨가된DF salt
배 지에접종하여30
℃에서2
일간배양하였다.
대조구로는질 소원으로 아무것도 첨가하지않은 배지를 이용하였으며,
600 nm
에서흡광도를측정하여ACC
의이용에따른균체의증가를통해
ACC deaminase
의생성을확인하였다. Indole-3-acetic acid (IAA) 생성능 조사
식물성 호르몬인
IAA
생성능을 평가하기 위해0.1%
의tryptophane
이 첨가된King’s B (2% proteose peptone, 0.25% K
2HPO
4, 0.6% MgSO
4, 1.5% glycerol)
배지에분리 주를접종하여30
℃에서2
일간배양하였다.
원심분리(10,000 rpm, 15
분)
후상층액을분리하여, Salkowski’s reagent (35%
HClO
450 ml, 0.5 M FeCl
31 ml)
과1:2 (v/v)
의 비율로혼합한다음
,
분홍색이발색되는동안상온에서30
분간정 치하였다.
발색되는정도를분광광도계(Spectrophotometer, Multiskan GO, Thermo Scientific, Vantaa, Finland)
를이 용하여530 nm
에서측정하였다.
표준물질로IAA
를이용하 여,
위와같은동일한방법으로검량선을작성하여시료의 농도를환산하였다[14].
분리주의 다양한 환경조건에 대한 생육특성
분리주들에대한기후및토양환경에대한적용성과적 응능을알아보기위하여다양한온도
(10
−50
℃), pH (pH 4
−12)
및염농도(NaCl 0
−10%)
에서균체의생육능을확인하였 다.
배양된분리주의생장은분광광도계를이용하여600 nm
에서흡광도를측정하였다.
질소 고정화능 조사
질소 고정세균분리용
nitrogen free bromothymol blue (NFB, 0.5% (HO
2CCH
2CH(OH)CO
2H, 0.05% K
2HPO
4, 0.001% MgSO
4· 7H
2O, 0.002% NaCl, 0.005% FeSO
4· 7H
2O, 0.0002% Na
2MoO
4, 0.001% MnSO
4· 7H
2O, 0.001%
CaCl
2, 0.4% KOH, 0.2% bromothymol blue (in 0.5%
alcohol), 0.175% agar, pH 6.8)
배지를이용하였다.
분리용NFB
배지는무기염과탄소원만들어있고질소원이결핍된배지로서대기중의질소를고정할능력이있는분리주만이 생장할 수 있는 선택배지를 이용하였다
[15]. Test tube
에NFB
배지를넣고전배양된분리주를loop
로접종하여30
℃ 에서4
일간배양하면서배지색이푸른색으로변할경우양 성으로판단하였다.
인산 가용화능 조사
난용성인산염의분해능을조사하기위해
0.5% calcium
phosphate (10CaO·3P
2O
5·H
2O)
가 첨가된Pikovskaya (PVK) agar
배지를이용하였다[16].
고체배지중앙에cork
borer
를이용하여잘라낸뒤순수분리된전배양분리주를접종후
30
℃에서4
일간배양하면서균체주위의clear zone
형성유무를조사하여난용성인산가용화능을측정하였다. Siderophore 생성능 조사
식물병원균의길항기작중의하나인
siderophore
생성능 여부를확인하기위해siderophore
생성분리주감별배지 인chrome azurole S (CAS) blue agar plate assay
방법을 이용하였다[17]. CAS
평판배지에접종하여30
℃에서4
일 간배양한후orange halo zone
형성유무를관찰하였다.
분리주의 식물병원성 곰팡이에 대한 길항능 조사분리주들의식물병원성곰팡이에대한길항능을조사하기위
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
등으로총7
종을대 상으로검정하였다.
식물병원성곰팡이에대한길항능은PDA
를이용한well diffusion
법을이용하였으며, PDA
배지에분 리분리주를접종하여검정분리주와25
℃에서대치배양하 였다.
식물병원성곰팡이와유용미생물간의거리를측정하 여억제율(inhibition rate)
로환산하였다.
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
유전자분석을실시하였다
.
분리주의동정을위하여균체를TSB
에접종하여30
℃에서2
일간배양후회수하였다.
회수한균체의DNA
는Wizard
®Genomic DNA purification kit (Promega, USA)
를이용하여추출하였다. 16S rRNA
유전자구간을증폭시 키기 위해서universal primer
인27F (5’-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3’)
와1492R (5’-GGT TAC CTT GTT ACG ACT T-3’)
를사용하여PCR
로30 cycles (94.0
℃-5
분, 55.0
℃-30
초, 72.0
℃-1
분)
을실행하였다(TP600, Takara Bio Inc., Japan).
증폭된PCR
산물은PCR/Gel combo kit (Cat.
No. 3412, NucleoGen, Korea)
를사용하여정제하였다.
정제 된PCR
산물은1% agarose gel
을이용하여확인하였다.
염 기서열분석은Solgent Co. Ltd.
에의뢰하였으며,
염기서열 은NCBI
의BLASTN
에서분석하였다.
분석결과를MEGA
프로그램(version 7.0, MEGA software)
을이용하여계통도 를작성하였다.
또한분리주를형태학적으로조사하기위하 여주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)
을 이용하여관찰하였다.
분리균주의 가수분해효소 생산
세포외 효소활성을 측정하기 위해서 각
starch, carboxymethyl cellulose (CMC), skim milk, xylan
이들어 있는nutrient broth
에균주를접종하여30
℃에서2
일간배 양하였다. Amylase
활성은Miller [18]
의방법을일부변형 하여 시험을 진행하였으며,
배양 상등액과1% starch solution (50 mM sodium phosphate buffer)
을1:1
로혼합 하여반응시켰다.
반응시킨후color reagent solution
과혼R r– ( ) --- 100R ×
합하여
100
℃에서열처리후얼음에냉각시킨다음분광광 도계를 이용하여540 nm
에서 측정하였다. Cellulase
와xylanase
활성을Shin
과Cho [19]
의방법을이용하여시험 을진행하였다.
원심분리한상등액은각1% CMC solution (50 mM sodium phosphate buffer)
과1% xylan solution (50 mM sodium phosphate buffer)
을 혼합하여50
℃에서10
분간반응시켰다.
그다음dinitrosalicylic acid
시약을첨 가하여100
℃에서10
분간열처리후냉각시켰다.
흡광도는 분광광도계를이용하여540 nm
에서측정하였다. Protease
는Oh
등[20]
의방법을일부변형하여시험을진행하였으 며,
원심분리한 상등액은0.65% casein (50 mM sodium phosphate buffer)
를혼합한뒤37
℃에서10
분간반응시켰 다.
그후0.44 M trichloroacetic acid
를첨가하여37
℃에서30
분간 단백질을 응고시켰다.
응고된 단백질을0.45
μm filter
를이용하여여과한후여과액과3
배희석시킨Folin- Ciocalteu’s phenol reagent
를혼합하여37
℃에서30
분간반 응시켰다.
흡광도는660 nm
에서측정하였다.
또한생리학적 특성을 분석하기 위해서API ZYM kit (Biomérieux,
France)
를이용하여분석하였으며제조사의매뉴얼에따라진행하였다
.
통계분석모든 분석은
3
회 이상 수행하였으며,
평균±
표준편차(Mean
±SD)
로표현하였다.
평균값의유의한차이는SPSS (version 20.0 for Windows, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)
를 이용한 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)
의Duncan’s multiple range test
를사용하였다.
유의성검증은 신뢰구간p < 0.05
에서분석하였다.
결과 및 고찰
균주의 분리
유용미생물을선발하기위하여부산일대의신라대학교 인근야산
,
대저토마토밭,
기장군배밭,
창원인근야산및 텃밭,
제주시노리매공원및인근해변을포함한7
곳으로부터순수분리하여
colony
형태학적으로서로다른특징을갖는
66
종을분리하였다.
분리주들의식물생장촉진활성능을 확인하기위해ACC deaminase
생성능, IAA
생성능,
질소 고정능,
인산가용화능및siderophore
생성능을확인하였으 며,
활성이높은7
종의분리주를최종선발하였다.
ACC deaminase 및 IAA 생성능
에틸렌은식물의생장과발달에필수적인생장호르몬으로 서거의모든식물에서생성되지만
,
높은수준의에틸렌은 뿌리신장의저해를일으켜식물의생장을억제한다.
이전연구들에 의하면
, PGPR
분리주에 의해 생성되는ACC
deaminase
는 에틸렌의 전구체인ACC
를ammonia
와 α-
ketobutyrate
로분해하여에틸렌의수준을낮춰스트레스를완화시켜주며
,
식물이염분에대한내성을갖게되어가뭄에 따른스트레스를감소시켜식물의생장과발달을촉진시킨 다[11, 12].
따라서,
환경스트레스와관련된ACC deaminase
의활성을측정하여환경스트레스로부터식물의생장과발 달에영향을미치는지확인하고자하였다. ACC deaminase
생성은질소원으로ACC
만을첨가한배지에서분리주의생 육여부로활성을판단하였으며,
결과적으로ANG4, ANG14, ANG16, ANG25, ANG28, ANG34, ANG35
모두에서ACC
만을질소원으로한DF salt
배지에서생장을확인하였다(Table 1).
이는Arshad
등[21]
의연구에서ACC deaminase
를생성하는Pseudomonas
속이염이나건조조건하에서작 물열매의성숙을촉진시키며수확량을증가시킨다는보고 를통해분리주가생성하는ACC deaminase
는식물뿌리내의에틸렌의전구체인
ACC
농도를감소시켜결과적으로에틸렌의합성을줄이며
,
따라서염분,
가뭄,
온도와같은환경 스트레스에내성을가져식물의생장을촉진시키는작용을 할것으로판단된다[10].
또한IAA
는식물생장호르몬으로 서식물의신장을촉진시키는작용외에뿌리신장,
과실형 성 등을 촉진하는 것으로Azospirllum, Pseudomonas, Rhizobium, Bacillus
속 등이 알려져 있으며[22], IAA
는ACC deaminase
와더불어에틸렌생성과관련이있다.
적정 량의IAA
는뿌리생장을강화시켜수분보충과영양섭취를 용이하게도와주지만,
고농도의IAA
는직·
간접적으로에틸 렌생합성을촉진시켜뿌리생장을억제하므로IAA
의생성농도는식물이생장함에있어중요한요인이될수있다
[23].
본연구에서는환경적스트레스감소에영향을주는미생물
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
aTemperature
(
oC) 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.
결정인자인
IAA
생성유무를알아보기위하여King’s B
배 지를이용하였다. ANG4
와ANG25
는각20.0
μg/ml
의IAA
를생성하였으며, ANG16
과ANG28
이각40.8
μg/ml, 42.8
μg/ml
로비슷하게나타냈다. ANG34, ANG35
는각8.5
μg/
ml, 6.1
μg/ml
의IAA
를 생성하였다. ANG14
의 경우에는96.8
μg/ml
로분리주중에서가장높은IAA
를생성하는것 을확인하였다. IAA
생성능의경우고농도에서오히려뿌리 생장을억제시키므로IAA
와에틸렌전구체인ACC
농도수 준을고려해야할것으로사료된다(Fig. 1).
다양한 환경조건하에 따른 생장조건 분석
식물은다양한생물적과비생물적스트레스요인에영향 을받으며
,
저온,
토양의수분부족,
높은염분농도,
가뭄,
고 온과같은스트레스조건에의해서생장과발달이저해된다[24].
이에환경스트레스와관련된ACC deaminase
와IAA
생성에의해다양한환경조건하에서생장이가능한지확인 하고자최종선발된분리주들에대하여다양한환경조건하 에서생육여부를조사하였다.
먼저,
온도조건에서20
℃에 서는모든분리주가생장하였으며, 40
℃이상에서ANG4, ANG14, ANG28, ANG34, ANG35
등5
종의분리주가생육 하였다. 50
℃이상에서는ANG14
만성장을확인할수있었 으며,
이는온도조건하에서는ANG14
가가장넓은온도범 위에서성장함을확인할수있었다.
또한pH
조건에서는대 부분의분리주에서pH 5.0
−9.0
범위에서생육하는것을알 수 있었으며, ANG4
의 경우에는pH 4.0
−10.0, ANG14
와ANG16
의경우에는pH 5.0
−10.0
범위에서생육하여상대적 으로다른분리주에비해서넓은범위에서생육하는것을확 인하였다.
염의조건하에서는ANG25
가0
−3%
농도에서생육하며
, ANG34
와ANG35
의경우에는0
−4%
농도에서생육 하는것을확인할수있었다.
또한ANG16
과ANG28
의경 우에는0
−6%
농도에서생육하는것을 확인할 수있었다. ANG4
와ANG14
의경우에는0
−10%
농도에서생육하며분 리들중에서가장넓은범위에서생육이가능한것을확인 할수있었다(Table 1).
질소 고정능, 인산 가용화능
유용미생물의식물생장촉진활성을측정하기위해서질 소고정능과인산가용화능을확인하였다
.
먼저,
질소는대 기중의가장많이존재함에도불구하고,
대부분기체형의N
2로존재하기때문에화학적으로매우안정하여살아있는 생물체가스스로이용할수없으므로,
질소고정세균을이용 하여대기중에존재하는N
2를생물체가이용할수있는질산염형태로질소원을제공한다
[6].
따라서,
질소고정능을가지는분리주를분리하기위해서
NFB
배지를이용하였으며
, NFB
배지가푸른색으로변화되거나분리주의성장을통해양성판정을하였다
.
본연구결과,
분리주모두NFB
배 지에서성장하여,
배지색이푸른색으로변화된것을확인할 수있었다(Table 2).
또한인은식물의생장및발달에필요 한영양분중가장중요한요소로토양중에약0.05% (w/w)
를차지하나대부분Ca
3(PO
4)
2, Ca
10(PO
4)
6(OH)
2,
인광석형 태로존재하여식물이나미생물이이용하는데어려움이있다
[25].
난용성인은인산가용화능을갖는미생물에의해분비된유기산과무기산의작용으로가용화되며
,
이작용은산 의hydroxyl group
및carboxyl group
이Al, Fe, Ca
와같은 양이온을킬레이트화하여토양의pH
를낮추는것으로알려 져있다[13].
따라서,
토양내인산을가용화하여식물생장 을촉진시키는미생물을탐색하기위해서토양으로부터순수분리한분리주를
PVK
고체배지를이용하여인산가용화Table 2. Abilities of nitrogen fixation and phosphate solubili- zation.
Strains Nitrogen fixation
aPhosphate solubilization
bANG4 ++ +
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.
능을확인하였다
.
본연구결과clear zone
의지름이0.5 cm
이상나타낸분리주를확보하였다(Table 2).
분리주모두인 산가용화능을가지고있는것을확인할수있었으며,
그중 에서도ANG14, ANG16, ANG25, ANG34, ANG35
분리주 가1.0 cm
이상의활성을나타내었다.
따라서,
질소고정능,
인산가용화능을가진분리주를통하여대기중의존재하는 질소(N
2)
를질산염의형태로질소원을제공함과동시에난 용성인을이용가능한영양분을만들어줌으로써식물생장에도움을줄것으로기대된다
[26].
Siderophore 생성능 조사
Siderophore
는식물생장에필수원소인철이온특이결 합물질로서,
식물이이용할수없는철을가용화하여식물 생장에 도움이 되는 것으로 알려져 있다[27
−29].
특히, Pseudomonas
속에의해생성되는siderophore
의경우에는 직접적으로식물생장에도움을줄뿐만아니라근권의식 물뿌리표면에서PGPR
의군집을이루어살면서Fe
3+흡수 의경쟁에서우위를선점함으로써식물병원성곰팡이의생 육을억제한다[30].
따라서,
분리주의siderophore
생성능을 확인하고자하였으며, siderophore
생성능확인결과는Fig.
2
에나타내었다. ANG4, ANG14, ANG16, ANG25, ANG28, ANG34, ANG35
분리주는모두1 cm
이상의orange halo zone
이형성되는것을확인하였으며,
이는분리주를이용하 여식물생장촉진및식물병방제예방을위한목적의미생물제제에활용할수있을것으로판단된다
.
분리주의 식물병원성 곰팡이에 대한 길항능 조사분리주의식물병원성곰팡이에대한길항능은식물병원성 곰팡이
7
종을이용하여진행하였으며,
생장저해활성은PDA
배지에대치배양을통해생육저지대를측정하여활성여부 를판단하였다.
식물병원성곰팡이에대한길항능조사에잿 빛곰팡이를유발하는Botrytis cinerea,
탄저병을유발하는Colletotrichum acutatum,
잎마름병을유발하는Corynespora cassiicola,
시듦병을유발하는Fusarium
속,
고추역병을유 발하는Phytophthora capsici,
뿌리 썩음병을 유발하는Rhizoctonia solani,
균핵병을 유발하는Sclerotinia sclerotiorum
를이용하였다.
선별된분리주는식물병원성곰 팡이에대하여일부길항능을나타내었다(Table 3).
본연구 결과, ANG4
와ANG14
의경우에는Fusarium sp.
에서만길 항능을확인할수있었으며, ANG16
와ANG25
의경우에는 식물병원성 곰팡이에 대해 길항능을 확인할 수 없었다. ANG28
의경우에는B. cinerea 16.7%, C. acutatum 19.0%, C. cassiicola 23.1%, R. solani 14.3%
로식물병원성곰팡이 의균사생장을억제하는것을확인하였다. ANG34
와ANG35
의 경우에는 공통적으로C. acutatum, C. cassiicola,
Fusarium sp.
등식물병원성곰팡이의대해길항능을가지는 것을 확인하였으며
,
그 외에ANG35
는B. cinerea, P.
capsici, R. solani
에서도길항능을확인할수있었다.
또한Fig. 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.
식물병원성곰팡이에대한길항능외에도
ANG35
는Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes
에 대해서도항균활성을가지는것으로확인이되었다(data not
shown.).
따라서,
식물병원성 곰팡이에 대한 길항능은siderophore
활성및다양한항생물질등에의해방제효과가나타나는것으로사료된다
.
선별된 다기능 분리주의 16S rRNA 동정
선별된분리주로부터
16S rRNA
염기서열을확인하고자 하였으며, NCBI
의BLASTN
을이용하여염기서열을분석한결과를
Table 4
에나타내었다.
최종적으로식물생장촉진활 성,
식물병원성곰팡이에대한길항능등분리주의비교우위 에 따라 최종Pseudomonas plecoglossicida ANG14, Pseudarthrobacter equi ANG28, Beijerinckia fluminensis ANG34, Acinetobacter calcoaceticus ANG35
를 최종 선별 하였으며,
분리주들의계통학적유연관계를조사하기위하여
16S rRNA
염기서열을분석하여계통도를나타내었다(Fig. 3).
또한분리주들에대해서형태학적특성을분석하기위해서
SEM
을이용하여균주의형태를관찰하였으며,
단간균형태를 나타내는