벼 키다리병 방제에 관한 황토유황의 종자소독 효과*
1)
소현규
**․김용기
***․홍성준
**․한은정
**․박종호
**․심창기
**․김민정
**․김석철
**Effect of Rice Seed Disinfection of Loess-sulfur on the Suppression of Bakanae disease caused by Fusarium fujikuroi
So, Hyun-Kyu․Kim, Yong-Ki․Hong, Sung-Jun․Han, Eun-Jung․
Park, Jong-Ho․Shim, Chang-Ki․Kim, Min-Jeong․Kim, Seok-Cheol
This study was conducted to evaluate rice seed disinfection efficacy of loess-sulfur for the suppression of Bakanae disease caused by Fusarium fujikuroi. Rice seeds were treated at different concentrations of loess-sulfur, soaking time and temperature, and combination of hot-water treatment. Rice cultivar, Shindongjin harvested from Bakanae disease-infested area in 2015, was used. Loess-sulfur was treated as follows; concentration of undiluted solution, 2%, 1% and 0.5%; soaking time of 24 and 48 hours; treatment temperature of 20 ℃ and 30℃; hot water treatment or not.
Optimal conditions of rice seed disinfection were selected soaking time of 48 hours and the suspension of 0.5% and 1% loess-sulfur by investigating seed germination and isolation frequency of Fusarium spp. on Komada agar medium in vitro, and were established 3 disinfection conditions as hot water (60 ℃, 10 min.) + 1% loess-sulfur (20 ℃, 48 hours), 1% loess-sulfur only (30℃, 48 hours) and 1%
loess-sulfur only (20 ℃, 48 hours) through additional test in greenhouse. Above 3 conditions were verified by rice seedling box and paddy field test in the way of investigating Bakanae diseased plants (%) and healthy plants (%). Consequently, most effective rice seed disinfection conditions on Bakanae disease were com- bination of hot water and 1% loess-sulfur and loess-sulfur only at 30 ℃. Further- more, treatments with these conditions showed control value of 100% were maintained from seedling to the heading stage in the field. However, treatment of 1% loess-sulfur only at 20 ℃ showed low control value of 78.2% in paddy field.
Hot water only treatment turned out to be an effective disinfection method when conducted thoroughly with 60 ℃, 10 min. However, it was thought additional
***
본 연구는 2016년 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(과제번호 : PJ01089201)
의 연구비 지원으로 수행되었음.
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국립농업과학원 유기농업과
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Corresponding author, 국립농업과학원 유기농업과([email protected])
soaking process with loess-sulfur after hot water treatment served more high control effect against Bakanae disease when rice seeds were disinfected on a large scale. This results expected rice seed disinfection with loess-sulfur were effectively and easily usable method if farmers had only one of either hot water-disinfector or seed-disinfector. In addition, loess-sulfur is well-known to farmers, simple to manufacture method and cheap.
Key words : Bakanae disease, Loess-sulfur, Rice, Seed disinfection
Ⅰ. 서 론
벼 키다리병(Bakanae disease)은 Fusarium fujikuroi에 의해 발병되는 대표적인 종자전염성 병으로서 우리나라에서는 1960년대 일부 농가에서 심하게 발생하여 문제가 되었으나 prochloraz 등의 종자소독제가 도입되면서 크게 문제가 되지 않는 병으로 여겨졌다(Park et al., 2003). 그러나 2000년대 중반이 지나면서 기온상승, 친환경 농작물 재배확대, 고온육묘 등 재배환경이 변화되면서 급격히 발병이 증가하였고(Han, 2007), 종자내부의 심한 감염 (Park et al., 2008)과 약제 저항성균 출현(Lee et al., 2010) 등이 발병 증가 원인으로 보고되 었다. 키다리병의 병징은 일반적으로 웃자람의 형태로 나타나는데 Ou (1985)는 Gibberella fujikuroi가 밑둥썩음, 모썩음, 이삭불임, 변색 등을 일으키고, 이병된 묘상에서는 비정상적 으로 키가 큰 묘들이 보이고 이 묘들은 얇고 녹황색을 띈다고 했다. 병징은 보통 육묘기의 본엽 2~3엽기부터 나타나며, 이병 종자를 심으면 벼가 도장하고 심하면 고사하기도 한다 (Lee et al., 2011). 또 생육 중 줄기나 잎집에 하얗게 포자가 형성되고 이 포자가 벼꽃이 피 는 시기에 바람에 날려 주변의 건전한 포기의 벼꽃 속으로 들어가게 된다(Furuta, 1970). 그 리고 등숙기를 거치는 동안 배, 배유까지 포자가 침입하여 균사나 포자형태로 잠복하게 되 면서 종자전염을 일으키는 1차 전염원이 된다(Sun and Snyder, 1978).
키다리병을 위한 종자소독방법으로는 약제소독, 온탕소독 등이 이루어지고 있으나 완전 한 방제는 이루어지고 있지 않는 실정이다. 특히 친환경 농가에서 주로 쓰이고 있는 온탕 소독의 경우 종자소독효과를 높이기 위해 충분한 열전달이 중요한데 한 번에 많은 양의 종 자를 소독하거나 온도가 지속적으로 유지되지 않을 경우 온도조절 실패로 인해 종자소독 효과가 떨어진다. 실제로 박 등(2008)은 배 안쪽까지는 열전달이 잘 되지 않아 소독효과가 낮아진다고 보고한 바 있다. 이에 대한 대안으로 신 등(2013)은 호품벼를 대상으로 온탕소 독 후 석회황에 2차 침지를 함으로써 키다리병을 96.9% 방제할 수 있다고 보고한 바 있다.
황은 인류의 가장 오래된 살균제로 알려져 있다. 황은 주로 수화제, 교질입자화한 황, 훈 증, 석회황 등의 형태로 이용되며(Tweedy, 1981), 비침투성 물질로서 침투이행성 살균제와 는 달리 반복사용에도 좋은 방제효과가 유지된다고 보고되었다(McGrath and Johnston,
1986). 또한, 황은 Fusarium spp., Verticillium spp. 등 8종의 식물병원균에 대하여 억제효과를 보이는 것으로 보고되었으며, 주로 포자 발아 억제, 포자 발아관의 생장 억제, 균사 생장 억 제의 3가지 형태로 항균활성을 나타낸다(Williams and Cooper, 2004).
황토유황은 제조방법이 쉽고 비용이 적게 드는 장점 때문에 많은 농가에서 병 방제용으 로 자가 제조하여 활용되고 있고, 2013년에 친환경 농업에서 병해충 방제용 유기농업자재 로 등록되었고 토마토 흰가루병에 대하여 방제효과가 있음이 보고되었다(Shim et al., 2014).
본 연구에서는 황이 벼 키다리병 원인균이 속한 Fusarium spp.에 대하여 살균력을 보이고, 항균범위가 넓으며 방제효과가 우수하다는 점에 착안하여 황토유황을 활용한 벼 키다리병 방제기술을 개발하기 위하여 황토유황의 종자소독 효과를 실내에서 포장까지 단계적으로 검토하여 최적의 소독 조건을 찾아내고자 시험을 수행하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 공시종자 및 황토유황 제조2015년 전북 익산의 벼 키다리병 발병지역에서 자가 채종된 무소독 신동진 품종 벼 종자 를 시험에 사용하였다. 황토유황은 유황분말(㈜미원화학), 순도 98% NaOH (㈜영진화학), 황토분말(참솔황토)을 사용하여 민간에서 제조하는 방법과 동일한 방법으로 제조되었다.
유황분말 250 g, NaOH 200 g, 황토분말 5 g을 비커에 넣고 1 L의 증류수를 부어 녹이면서 최종 25%의 황토유황을 제조하였다.
2. 황토유황 종자소독조건 실내선발
황토유황합제를 침지시간, 온도 및 농도를 달리하여 온탕침지법과 교호로 처리하고 blotter method를 활용하여 키다리병에 대한 종자소독효과를 조사하였다. 벼 종자를 2 g씩 거즈에 싸서 침지시간을 24시간, 48시간 처리구로 나누고 침지온도를 상온(20℃)과 30℃ 처 리구로 나누었으며 황토유황의 농도는 원액, 2%, 1%, 0.5% 처리구로 나누어 시험하였다.
또한 온탕처리와 비온탕처리로 구분하여 수행하였으나 대부분의 친환경농가가 온탕소독기 와 종자소독기 모두 구비해 놓지 못한 점을 고려하여 온탕처리 후 침지 시 30℃ 처리구를 시험구에 포함시키지 않았다. 온탕처리조건은 60℃에서 10분간 침지한 후 30분간 냉탕에 담갔다가 사용하였다. 처리된 종자는 플레이트에 25개씩 치상 한 후 25℃에서 5~7일간 배 양하여 시험에 사용하였고 3반복씩 3회에 걸쳐 수행하였다. 발아율과 키다리병균 감염율을 조사하기 위해 물한천 배지와 Komada 배지를 사용하여 각각 치상하였다.
위와 같이 배지를 통해 선발된 소독조건을 온실에서 27×16×5 cm 크기의 미니포트를 활 용하여 추가로 효과를 검정하였다. 처리구별로 소독된 벼 종자를 100립씩 파종하여 14일 후 발아율과 발병묘율을 조사하였고 3반복씩 2회 수행하여 최종적으로 황토유황의 종자소 독조건을 선발하였다.
3. 모판 및 포장검정
최종 선발된 종자소독조건을 관행 육묘과정과 비슷한 조건에서 효과를 검정하기 위해 모판 및 포장검정을 수행하였다. 모판검정을 위하여 최종 선발된 소독조건으로 볍씨를 소 독한 후 물에서 2~3일간 최아시켜 관행모판(30×60 cm)을 사용하여 상자 당 100 g씩 파종하 고 2일간 상자 쌓기를 실시하였다. 상토는 벼 재배용 시판 유기상토를 사용하였고 하우스 개량형 육묘방식으로 관리하였다. 성묘율과 발병묘율은 온실검정과 마찬가지로 파종 14일 후에 조사하였다. 발병묘율은 발병묘수를 조사한 묘수로 나누어 구하였다.
모판검정이 끝난 후 2주간 더 육묘하여 2016년 6월 8일 국립농업과학원 유기농업 격리포 장에 손 이앙하였다. 주간거리는 30×25 cm 간격으로 하였고 처리구간 간격은 50 cm로 두 면서 3반복 임의배치하였다. 토양관리를 위하여 이앙 1주일 전 유기질 비료를 표준시비량 에 기초하여 밑거름으로 시용하였고 이후 추가시비는 하지 않았다. 포장에서는 이앙 후 20 일과 90일에 키다리병 발병주율을 조사하였다.
4. 통계분석
처리간의 벼 키다리병 이병주율, 발아율 등의 차이는 SAS 통계패키지의 PROC GLM을 이 용하여 일원 분산분석하였으며 처리평균간 비교를 위하여 던컨다중검정(Duncan’s multiple range test, DMRT)을 실시하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 벼 키다리병 발병 억제를 위한 최적 종자소독 조건 실내선발
황토유황합제의 벼 최적 종자소독조건을 선발하기 위하여 blotter method를 활용하여 발아 율과 발병률을 조사한 결과(Fig. 1) 대부분 침지조건과 관계없이 높은 발아율을 보였으나 황 토유황합제 원액을 사용한 처리구에서는 발아가 전혀 되지 않았다. 또한, Komada 배지에서 키다리병 감염률을 조사한 결과(Table 1), 온탕처리 후 황토유황합제에 침지 처리하였을 때
Fusarium이 전혀 검출되지 않았고 황토유황 단독처리구에서는 침지온도 30℃가 20℃보다 감염률이 낮았고, 침지시간이 길수록, 황토유황 농도가 높을수록 감염률이 낮은 경향을 보였다.
Fig. 1. Rice seed germination on water agar plate after rice seeds were disinfected with loess-sulfur only, hot water and loess-sulfur combined treatment, and ipconazole.
A~D: Undiluted, 2%, 1%, 0.5% loess-sulfur at 20℃, E~H: Undiluted, 2%, 1%, 0.5% loess-sulfur at 30
℃, I~L: Hot water (60℃, 10 min.) + undiluted, 2%, 1%, 0.5% loess-sulfur at 20℃, M: Ipconazole at 30℃, N: Hot water only (60℃, 10 min.) and then soaked water at 20℃, O: Soaked water only at 20℃.
Table 1. Isolation frequency of Fusarium spp. on Komada agar when rice seeds were disinfected with loess-sulfur, ipconazole and hot water
Treatment Temperature Concentration (%)
Isolation frequency (%) of Fusarium spp.
Soaked for 24 h Soaked for 48 h
Loess-sulfur only
20 ℃
2 2.7 cd
1)0.7 d
1 2.7 cd 1.3 d
0.5 5.3 b 4.7 b
30 ℃
2 2.0 cde 1.3 d
1 2.0 cde 1.3 d
0.5 3.3 bc 2.0 c
Combination of hot water and
loess-sulfur
20 ℃
2 0 e 0 e
1 0 e 0 e
0.5 0 e 0 e
Ipconazole 30 ℃ 0.2 1.3 cde 1.3 d
Hot water only 60 ℃, 10 min 1.3 cde 2.0 c
Untreated check 20 ℃ 95.3 a 100 a
1) Means followed by different letters within each column are significantly different at the 5% level by DMRT.
이는 prochloraz 등 종자소독약제가 30℃일 때 가장 좋은 소독효과를 보이며 침지시간이 길수록 소독효과도 높아진다는 기존의 보고와 일치하였다(Shin et al., 2008). 위 결과를 통 해 침지시간을 48시간으로 선발하였고 황토유황 침지농도는 발아가 되지 않았던 원액처리 구와 효과가 좋았지만 발아 후 생육을 억제하고 희석액대비 종자 침지량이 많을 경우 발아 가 불균일했던 황토유황 2% 처리구(자료 미제시)를 제외하고 0.5%와 1% 농도 처리구를 선 발하였다. 그리고 선발된 처리구에 대해 추가적으로 온실검정을 수행하였다(Table 2). 온실 검정에서도 모든 처리구에서 대조구에 비해 상대적으로 높은 발아율을 보였고 발병묘율에 서도 온탕처리 후 황토유황 침지구에서 가장 낮아 실내검정과 유시한 경향을 보였다. 또한 황토유황 단독처리구에서는 농도가 높을수록, 침지온도가 높을수록 효과가 좋았다. 따라서, 상대적으로 효과가 낮았던 0.5% 처리구를 제외한 황토유황 1%를 최적 농도로 선발하였다.
Table 2. Selection of optimal condition for the suppression of Bakanae disease and high seed germination using loess-sulfur through greenhouse test
Treatment Concentration
(%) Soaking method Seed germination
(%)
Diseased plants (%)
Loess-sulfur
1 60 ℃, 10 min+20℃, 48 h 93.0 b 0.3 c
0.5 60 ℃, 10 min+20℃, 48 h 93.5 ab 0.9 bc
1 30 ℃, 48 h 95.2 ab 0.5 bc
0.5 30 ℃, 48 h 96.3 a 1.0 bc
1 20 ℃, 48 h 95.3 ab 1.7 bc
0.5 20 ℃, 48 h 96.3 a 1.7 b
Ipconazole 0.2 30 ℃, 48 h 95.3 ab 1.0 bc
Hot water only 60 ℃, 10 min 96.0 a 0.9 bc
Untreated 20 ℃, 48 h 92.7 b 7.3 a
1)Means followed by different letters within each column are significantly different at the 5% level by DMRT.
2. 모판 및 포장에서 황토유황합제의 벼 키다리병 발병 억제효과
실내 및 온실검정을 통해 최종 선발된 온탕처리 후 황토유황 1%, 20℃, 48시간 처리구와 1%, 30℃ 48시간 단독처리구의 방제효과를 모판에서 확인하고자 처리된 종자를 모판에 파 종하고 14일 후 모판내 키다리병 발병을 관찰한 결과, 다른 처리구와 비교했을 때 선발된 2개의 처리구에서는 벼 키다리병 증상을 현저히 억제하면서 생육도 균일한 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 2).
Fig. 2. Bakanae diseases occurred on the rice seedling box 14 days after rice-transplant- ing, when rice seeds were treated with different seed disinfection schemes.
A: 1% loess-sulfur at 30℃, B: hot water + 1% loess-sulfur at 20℃, C: 1% loess-sulfur at 20℃, D: Hot water only, E: Ipconazole, F: Untreated.
또한 선발된 처리구를 모판과 포장에서 각각 파종 14일 후, 이앙 20일 후 성묘율과 벼 키 다리병 발병률을 조사한 결과(Table 3), 모판에서 성묘율은 모든 처리구에서 90% 이상으로 대조구에 비해 높았으며 발병률도 실내 및 온실검정에서 우수한 효과를 보였던 앞의 두 처 리구에서는 모판과 포장 이앙 후에도 벼 키다리병이 전혀 발견되지 않았다. 그러나 황토유 황합제 20℃, 1%, 48시간 처리구는 모판에서는 0.6%의 다소 낮은 발병률을 보였으나 포장 에서는 3.6%의 높은 발병주율을 보였는데 이는 황토유황합제가 prochloraz 등 일반적인 종 자소독약제와 같이 침지온도에 따라 방제효과에 영향을 받고 있음을 알 수 있었으며(Park et al., 2003), 포장에서의 급격한 발생은 종자 내부의 벼 키다리병균까지 살균시키지 못했기 때문으로 판단되었다. 따라서 원소로서의 황이 비침투이행성의 특징을 가진 것으로 보고된 바(McGrath and Johnston, 1986), 온탕처리 후 2차 침지로서 추가적인 방제효과를 기대하거 나 30℃의 온도로 48시간을 유지하여 수용화된 황이 종자내부로 최대한 많이 흡수되도록 하는 것이 방제효과를 높이는데 유리하다고 판단되었다.
한편, 온탕단독 처리구에서도 우수한 방제효과를 보여, 60℃, 10분의 온탕소독 조건을 충 실히 지켜 수행하면 낮은 발병률을 보인다는 선행연구와 같은 결과를 보여주었다(Noh, 2008). 그러나 일반적으로 농가에서 한 번에 많은 양을 종자 소독할 경우 온탕소독 시 온도 조절 실패 등으로 인해 종자소독 효과가 떨어지는 경우가 많으며 종피 내부의 균사를 소독 하지 못하기 때문에(Park et al., 2008) 황토유황 등과 같은 자재를 사용한 추가적인 소독기 술이 필요하다고 판단된다.
Table 3. Suppression of Bakanae disease on rice seedling pot and in the field when rice seeds were disinfected with loess-sulfur, ipconazole and hot water
Treatment
Seedling box test Field test
Healthy seedling (%)
Diseased plants (%)
Diseased plants (%)
Control value (%)
Hot water + 1% loess-sulfur 90.8 a 0.0 b 0.0 c 100
1% loess-sulfur, 20 ℃ 91.9 a 0.6 b 3.6 b 78.2
1% loess-sulfur, 30 ℃ 92.4 a 0.0 b 0.0 c 100
Ipconazole 93.2 a 0.9 b 1.3 c 94.5
Hot water only 85.0 b 0.6 b 0.6 c 96.4
Untreated control 85.0 b 10.5 a 16.5 a -
3. 포장 내 벼 키다리병 발병증상 및 발병주율 변화
이앙 후 벼 키다리병 발병주율 변화를 조사한 결과(Fig. 3), 이앙 후 20일경에 발병주가 전혀 없었던 2개의 처리구는 이앙 후 90일경 조사에서도 이병주가 전혀 관찰되지 않았고, 다른 처리구의 경우 이앙 후 20일경이 가장 높았고, 이앙 후 90일경에는 이앙 후 20일경에 조사된 발병주율 보다는 낮은 수준이지만 다시 증가하는 경향을 보였다. 이는 100% 감염된 종자라 하더라도 발병주율이 이앙 초 가장 높았다가 이후 급격히 감소하고 출수기부터 다 시 증가하는 경향을 나타낸다는 선행연구와 일치하였다(Yeh et al., 2008).
Fig 3. Percentage of infected plants with Bakanae disease symptom in the field 20 days and 90 days after rice-transplanting.
Fig 4. Diverse symptoms of Bakanae disease occurred on rice plants grown in the field.
A: Chlorosis of leaves 20 days after rice-transplanting, B: Slender and elongated leaves 20 days after rice-transplanting, C: Withered effective tillers 90 days after rice-transplanting.
또한 벼 키다리병 발병증상도 생육이 진행됨에 따라 다르게 나타났는데 20일경에 가장 선명하게 키다리병 증상이 드러났고 주로 분얼된 줄기가 고사하거나 본엽이 길어지면서 얇아지는 증상을 보였다. 출수 후인 이앙 후 90일에는 이삭이 달린 줄기 전체가 고사하는 증상을 확인할 수 있었다(Fig. 4). 따라서 30℃조건에서 벼 종자를 1% 황토유항합제에 침지 처리할 경우 벼 키다리병을 효과적으로 억제함이 확인되었다.
이상을 종합하면 실내에서 포장까지 단계적으로 황토유황합제의 처리효과를 검토한 결 과, 벼 종자를 30℃ 조건에서 1% 황토유항합제에 48시간 침지처리하거나, 벼 종자를 60℃
에서 10분간 온탕소독을 하고 1% 황토유항합제에 48시간 침지 처리할 경우 벼 키다리병을 효과적으로 방제할 수 있었다.
Ⅳ. 적 요
본 연구는 황토유황을 활용하여 벼 키다리병 발병을 최소화할 수 있는 최적 종자소독조 건을 선발하기 위해 수행되었다. 키다리병에 이병된 ‘신동진’ 품종 벼 종자를 공시하였고 황토유황 농도, 침지온도, 시간, 온탕여부를 구분하여 실내 및 온실검정을 통해 침지시간은 48시간, 침지농도는 1%로 최적 소독조건을 선발하였다. 그리고 모판과 포장시험을 수행하 여 온탕처리 후 20℃, 1% 황토유황에 48시간 침지 처리구와 30℃, 1% 황토유황에 48시간 단독 침지할 때 가장 효과가 높았다는 것을 확인하였고 위 처리조건으로 소독한 종자가 육 묘, 이앙, 출수기를 거치면서도 100%의 높은 방제효과가 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 20℃에서 1% 황토유황으로 침지한 처리구에서는 포장에서 78.2%의 낮은 방제가를 보였다. 또한, 온탕소독만 수행한 처리구에서도 60℃, 10분간 충실히 수행될 경우 효과적인 벼 키다리병 방제가 가능함을 보여주었지만 온탕처리 후 황토유황으로 추가 침지함으로서 많은 양의 종자를 소독할 때 좀 더 나은 키다리병 방제 효과를 가져다 줄 수 있을 것으로
판단된다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 농가에서 온탕소독기와 종자소독기 둘 중 한가지 만 구비하더라도 황토유황을 이용하여 충분한 소독효과를 낼 수 있기 때문에 현장에서 보 다 쉽게 활용될 수 있을 것으로 판단되며 제조방법이 쉽고 비용이 적게 드는 황토유황의 특성상 농가의 경영비 절감효과도 클 것으로 기대된다.
[Submitted, February. 7, 2017 ; Revised, March. 6, 2017 ; Accepted, March. 8, 2017]
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