본 연구는 토마토 수경재배에서 풋마름 병원균의 분포와 침입 및 전파경로를 구명하여 풋마름병 방제의 기초 자료를 얻고자 수행하였다. 배양액 재배시스템에서 토마토 풋미름병의 발생정도별로 배양액탱크, 배지, 폐액에서 병원균의 밀도를 검정한 결과 20% 정도 발병된 포장의 폐액에서는 19,000cfu/mL의 밀도로 검출되었으며 연작연수가 많을수록 병 발생이 심하였다. 토마토 펄라이트 수경재배시스템에서 토마토 풋마름병의 발생전파 과정은 최초 발생지점으로부터 좌우로 급속히 전파되었다. 토마토 풋마름병 발생포쟁에서 병원균의 유입경로를 추적한 결과 육묘 중에 감염되는 경우와 웹스 주변의 이병된 토양에서 감염되는 경우로 크게 두 가지 방법으로 유입되는 것으로 생각된다. 또한 시판용 토마토 종자에서는 풋마름병원균이 검출되지 않았다.
수경재배에 있어 배양액의 pH가 Ralstonia solanaceaum 의 토마토 뿌리내의 이동과 배양액 전체로의 전염 확산에 미치는 영향을 조사하였다. 실내실험에서 배앙액의 pH를 4.0 또는 4.5로 조절한 배양액을 24시간 방치하였을 경우에는 병원균이 생존할 수 없었으며, pH를 각각 5.0, 5.5, 6.0, 6.5로 조절한 경우에는 1, 14, 51,그리고 $62\%$의 생존율을 보였다. pH 6.5와 5.0의 두가지 pH조건하에서 포장내 NFT(nutrient-film technique)배양에서 풋마름병원균 밀도는 pH 6.5 보다 pH 5.0에서 더 현저하게 낮았다. 모든 데이터에서 풋마름병원균은 pH 6.5에서 현저하게 시들음 증상의 발병율이 높게 발생하였다. 뿌리에 접종된 토마토 포장에서는 pH 5.0 처리구(l1/48) 보다 pH 6.5 처리구에서 현저하게 발병율이 높았다(34/48).줄기에 접종된 병원균은 pH 6.5에서 24주중 7주가 시들음 현상을 나타내었다. 수경재배에 있어서 pH 환경을 조절하여 토마토 시들음병에 잠재적인 역할을 하는 풋마름병의 발병율을 억제할 수 있었다.
비병원성 Pseudomonas solanacearum을 이용한 담배세균성마름병의 방제가능성이 검토되었다. Nutrient 액체배지 및 토양에서 비병원성균주는 병원성균주보다 생육속도가 빨랐으나 두 균주를 혼합하여 배양할 때 병원성균주에 대한 생육억제효과는 크지 않았다. 비병원성균주의 현탁액에 감수성 담배품종인 BY4의 뿌리를 6시간동안 침지시킨 후 병원성균주에 오염된 토양으로 이식한 결과, 높은 세균성마름병 방제효과를 얻었다. 비병원성균주의 현탁액을 가식상태의 담배에 토양관주하고 24시간 후에 포장으로 이식한 결과 7월 상순까지는 $30\%$이상의 세균성마름병방제효과가 인정되었으나 그 후 방제효과가 급속히 감소되었다.
벼의 줄기에 주로 발생하는 잎집무늬마름병에 대한 thifluzamide의 방제 효과를 증진하기 위하여 벼 경엽을 통한 thifluzamide의 침투성을 강화하거나 벼 부착량을 증진할 수 있는 계면활성제를 선발하고 이를 함유하는 제제의 병 방제 효과를 측정하였다. 수화제 현탁액에 dodecaethylene glycol monohexadecyl ether를 첨가함으로써 벼 잎에 대한 thifluzamide의 침투성을 증진할 수 있었으나 병 예방효과는 오히려 감소하였다. 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제를 혼합하여 수화제 현탁액에 첨가하였을 때 유효성분 부착량이 약 5배 증대되었으나 잎집무늬마름병 예방효과는 약간 증가하여 $EC_{50}$가 5.8 mg $L^{-1}$에서 각각 4.4 mg $L^{-1}$와 3.4 mg $L^{-1}$로 감소하였다.
Ralstonia solanacearum에 의한 고추 풋마름병은 고추의 생산량 감소에 영향을 미치는 주요 병해 중 하나이다. 그리고 병 저항성 작물을 재배하는 것은 고추의 풋마름병 방제에 가장 효과적인 방제 방법이다. 본 연구는 고추의 풋마름병 저항성을 효율적으로 검정하기 위한 방법을 개발하기 위하여 수행되었다. 풋마름병에 대한 저항성 및 감수성 6개 고추 품종을 선발하고, 다양한 조건에서 이들 품종의 풋마름병 발생을 조사하였다. 접종 방법에 따른 고추 품종들의 풋마름병 발생 정도를 실험한 결과, 상처없이 토양관주하는 방법과 접종원에 뿌리를 침지하는 방법보다 뿌리 절단 후 접종원을 관주하는 방법이 더 간단하고 효율적이었다. 풋마름병 저항성 계통인 'MC4'는 파종 후 21일부터 28일 재배한 고추 유묘에 $1{\times}10^8cfu/ml$ 농도의 세균 현탁액을 포트 당 20 ml 접종하였을 때 가장 높은 저항성을 나타냈다. 한편 감수성 품종들은 이들 조건에서 높은 감수성을 보였다. 이들 결과는 우리가 고추 품종의 풋마름병에 대한 효율적인 저항성 검정방법을 개발하였다는 것을 나타낸다. 그리고 선발한 발병조건을 사용하여 시판중인 140개 고추 품종의 풋마름병에 대한 저항성 정도를 평가하였다.
최근 한국에서 화상병이 발생하였으며, 그 이후로 이병에 대한 박멸프로그램이 가동되고 있다. 본 연구에서는 2가지 항혈청기반 진단 스트립의 국내 분리 화상병균 Erwinia amylovora (Ea)에 대한 특이성과 검출민감도 그리고 현장진단에 적용을 평가하였다. 상업화된 Ea AgriStrip과 본 연구에서 개발한 EB strip은 검정에 사용한 모든 한국 Ea 균주들과 가지검은마름병을 일으키는 대부분의 Erwinia pyrifoliae (Ep)에 양성반응을 보여주었다. 사과나무 가지마름병을 일으키는 Pusedomonas syringae pv. syringae (Pss)의 사용한 모든 균주에 음성반응을 보여주었다. 2 스트립 사이에 검출민감도는 유사하였다. 현장진단의 경우, 2가지 스트립은 화상병이 발생한 모든 과수원에서 채취한 화상병징 세균추출액에 대하여 양성반응을 보였다. 그러나 겨울철에 진행된 한 곳의 화상병 현장진단에서는 화상병병징 세균추출액에 음성반응을 보였다. 또한 2가지 스트립은 가지검은마름병이 발생한 과수원에서 채집한 가지검은마름병징 세균추출액에 대해서 양성반응을 보여주었다. 이상의 결과는 Ea AgriStrip과 EB strip이 화상병 현장진단에 유용할 것으로 암시한다.
Xanthomonas oryzae pv. oryzae는 벼 흰잎마름병을 일으키는 세균이며, 벼 흰잎마름병은 벼 주요 재배지에서 꾸준하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼흰잎마름병균을 신속하고 간편하게 검출하기 위해 등온증폭법 중 하나인 recombinase polymerase amplification (RPA)를 적용하여 현장진단 등을 위한 유전자기반 진단법을 개발하였다. RPA법은 짧은 시간의 등온 조건에서 유전자 증폭이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서 개발한 벼 흰잎마름병 RPA 진단법은 39℃에서 5분간만 반응하면 목표유전자의 증폭이 이루어지므로 기존 진단법보다 신속하고 간편하며 우리나라에 존재하는 K1-K3a의 4종 레이스에 모두 적용가능하며, DNA 추출 없이 식물체 잎의 즙액으로 증폭반응 수행이 가능하며 기존 Taq 기반 PCR보다 약 10배 검출 민감도가 높고 고가의 thermal cycler 없이도 항온수조, 발열블록 혹은 체온을 이용한 증폭반응 수행이 가능하다. 벼흰잎마름병은 벼의 농작물재해보험 대상재해 병충해 중의 하나이므로 과학적 진단결과가 요구되나, 일선 농촌지도 현장에서는 유전자기반 진단을 위한 장비, 기술 등의 부족으로 분자진단이 어려웠다. 본 연구에서 개발한 벼 흰잎마름병 RPA 진단을 활용한다 면 병징 의심부위 마쇄액을 주형으로, 손으로 5분 동안 반응시키는 것만으로도 신속하고 간편하게 벼 흰잎마름병의 목표유전자 증폭산물을 형성하므로 벼 흰잎마름병 진단의 최일선에서 활용할 수 있을 것이다.
벼 잎집무늬마름병균(Rhizoctonia solani)의 균핵에서 분리한 길항세균 SJ-2를 대치 배양 방법에 의해 벼도열병균(Pyricularia oryzae)외 6종의 식물 병원균에 대한 억제 효과를 조사하였다. 형태 및 생리적 특성을 조사한 결과, 이 균은 Bacillus subtilis로 동정되었다. 이 균은 AM 1(antibiotic medium 1)액체 배지에서 항균 물질을 분비하였으며, 배양 2일째 가장 항균 활성이 높았다. Butyl alcohol로 배양액에서 항균 물질을 조추출하여 100$\mu\textrm{g}$/ml의 농도로 조제한 감자 한천 배지에서 P. oryzae의 15개균에 대한 생육을 조사한 결과 P. oryzae, R. solani, Cochliobolus sativus에 대해서는 100% 생장을 억제하였으며, C. miyabeanus, Alternaria alternata, Botrytis cinerea, Cladosporium fulvum, Colletotrichum gloeosporioides, Fusarium moniliforme, F. oxysporum에는 80% 이상의 억제 효과를 보인 반면 난균강에 속하는 병원균에 대한 효과는 낮게 나타났다. 활성물질을 분리 정제하여 동정한 결과 B. subtilis가 분비하는 항균 물질로 알려진 polypeptides계의 iturins로 밝혀졌다. 이러한 항균 물질은 벼 도열병균(P. oryzae)의 포자 발아 및 발아관의 팽대(swelling)를 야기했으며, 벼 잎집무늬마름병균(R. solani)에는 균사의 용균(lysis)현상을 일으켰다.
큰느타리버섯(Pleurotus eryngii) 수확 후 배지(spent mushroom substrate, SMS)의 물 추출액(WESMS)을 처리한 토마토 식물체는 토마토 풋마름병을 70% 이상 억제하였으며 페놀 성분(3%)과 salicylic acid 함량이 증가되었다. 또한 큰느타리 WESMS 처리 토마토는, 초장, 엽폭, 입장, 입수, 줄기와 뿌리 생체량 등에서 물 처리 및 큰느타리버섯 배지만을 사용한 대조군에 비하여 높은 생육 촉진 효과를 보였다. 이는 큰느타리 WESMS가 병 저항성유도와 생육촉진의 토마토 복합기능성으로 환경친화적 풋마름병 방제에 유용하게 활용될 수 있음을 나타낸다.
본 실험은 상추 수경재배시 지하부 환경요인이 상추의 생육에 미치는 영향을 바탕으로 식물공장에서 활용가능성이 큰 상추의 최적 근권환경을 알아보고자 수행하였다 근권부 환경조건으로는 배양액의 pH와 U를 각각 여러 가지 수준으로 실험하였다. pH 3.0을 제외한 pH 4.0~8.0에서 가시적인 생리장해 없이 양호한 생육을 나타냈으나 광합성, 증산량 및 무기이곤 흡수를 고려한 상추의 최적 배양액 pH는 pH 5.5~6.0였다. 배양액의 전기전도도는 0.8~3.6 mS.$cm^{-1}$ /로 처리하였을 때, 고농도에서는 Ca결핍으로 인한 잎끝마름증이 나타나 품질이 저하되었고 생육과 광합성이 높은 EC 1.2~l.6mS.$cm^{-1}$ /가 최적인 것으로 나타났다. 이런 결과는 상추 식물공장에서 상추의 주년생산, 공장적 대량생산 및 청정생산 등의 효율적인 재배를 하는데 기여 할 수 있을 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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