본 연구는 Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici(FOL)에 의해 발생하는 토마토 시들음병의 간편 대량 유묘 검정 방법을 확립하고자 수행하였다. 토마토 시들음병 연구에는 root dip 접종 방법을 많이 사용하고 있으나, 대량의 시료에 대한 병 저항성 검정에서 이 방법은 시간이 많이 소요되고 힘이 많이 드는 어려움이 있다. 대량 검정을 위한 간편한 접종 방법을 선발하고자 FOL race 2와 3 균주를 root dip, tip 및 scalpel 등의 방법으로 접종하고 두 토마토 품종에서 시들음병 발생을 조사하였다. Tip 방법에 의해 접종한 토마토는 root dip 방법으로 접종한 토마토보다 더 낮은 발병도를 보였으며 개체 간 발병도 차이가 더 컸다. 반면에 scalpel방법은 root dip 방법에서처럼 토마토 시들음병에 대하여 분명한 감수성과 저항성 반응을 나타내었다. 이들 결과로부터 대량 시료를 위한 토마토 시들음병 저항성 검정에서 root dip 접종 방법보다 더 간단하고 효율적인 scalpel 이용 접종 방법을 선발하였다. Scalpel 접종 방법은 실험한 접종원 농도 및 재배 온도 등의 발병 조건에 의해 토마토 품종들의 저항성 및 감수성 반응은 영향을 받지 않았다. 따라서 토마토 시들음병에 대한 대량 유묘 검정 방법으로 연결 포트에서 재배한 2엽기 토마토 유묘의 뿌리를 scalpel을 이용하여 상처를 준 후에 FOL 포자 현탁액을 관주하여 $25-30^{\circ}C$ 생육상에서 하루에 12시간씩 광을 조사하면서 4주 동안 재배하는 것을 제안한다.
토마토의 병해는 우리나라에서 모두 13종이 알려져 있다. 그중에서 가장 피해가 큰 병해는 잿빛곰팡이병, 시들음병(위조병), 배꼽썩음병, 바이러스병이다. 이외에 잎곰팡이병, 겹둥근무늬병, 역병, 더뎅이병등이 발생하고 있으나 앞의 3가지 병해에 비하면 발생도 국부적이고 피해도 적다. 잿빛곰팡이병은 시설재배 농민들이 재배상 격고 있는 가장 큰 골칫거리중의 하나다. 일반노지재배에서는 장마철을 제외하고는 큰 피해는 없으나 시설재배의 저온다습한 환경과 관련하여 이 병이 대발생하여 흔히 큰 피해를 가져온다. 시들음병은 토양전염성 병해로 병원균은 외류의 덩굴쪼김병과 분류학상 같은 종류이나 병원성만 다른 곰팡이의 일종이다. 이 병은 토마토의 연작과 상관하여 그 발생이 점차 늘어나는 추세에 있다. 배꼽썩음병은 기생성인 생물에 의하여 발생하는 병은 아니지만 전염성이 있는 기생성 질병에 못지않게 많은 피해를 가져오는 병해다. 이외에도 피해가 큰 병해로 어느작물이든 문제가 되는 바이러스병해가 있다. 여기서는 농민들이 토마토재배에서 겪고 있는 문제병해를 중심으로 그 발생생태와 효과적인 방제대책을 알아본다.
토마토시들음병 방제균주인 Bacillus thuringiensis BK4의 항진균성 항생물질의 대량생산조건을 확립하였고, 항생물질 BK4를 조정제 수준에서 in vitro, in vivo pot 실험을 통해 실제 토마토 시들음병에 대한 토양내 방제력을 검증하였다. B. thuringiensis BK4는 탄소원으로 0.5% xylose, 질소원으로 0.2% peptone No. 3, 5 mM $CaCl_2$를 첨가하였을 때 토마토 시들음병균인 Fusarium oxysoporum에 대한 항진균활성과 균체생산량이 가장 높았으며 또한, B. thuringiensis BK4가 생산하는 항진균성 항생물질 BK4를 조정제 수준에서 in vivo pot 실험을 통해 토마토 시들음병균인 F. oxysoporum에 대한 방제력이 탁월하다는 것을 확인하였다. B. thuringiensis BK4의 균체와 조정제수준의 항생물질 BK4를 병용처리 하였을 경우 각각을 단독으로 처리하였을 때와 비교하여 상가(相加)효과를 확인할 수 있었으며, 기대했던 상승(相乘)효과는 확인하지 못하였다. B. thuringiensis BK4가 생산하는 항생물질 BK4를 Sephadex LH-20 column chromatography와 prep-HPLC를 통해 retention time이 38min인 단일물질로 정제할 수 있었으며, 정제된 항생물질의 MIC(Minimum Inhibition Concentration)를 측정한 결과 50${\mu}$g/ml이었다.
Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici(FOL)에 의해 발생하는 토마토 시들음병에 대한 효과적인 저항성 검정법을 확립하기 위하여, 시판 중인 토마토 6개 품종에서 FOL 5개 균주에 의한 시들음병 발생을 조사한 후에 토마토 2개 품종(도태랑마스터, race 1 저항성; 슈퍼선로드, race 1과 2 저항성)과 FOL 2개 균주(KACC40043, race 2; TF104, race 3)를 선발하였다. 선발한 토마토 품종과 FOL 균주를 이용하여 뿌리 상처 유무, 재배 온도, 접종원 농도 및 포자현탁액에 침지하는 시간 등에 따른 시들음병 발생을 조사하였다. FOL에 대한 토마토 품종의 저항성 및 감수성 반응은 레이스 특이적이며, $20^{\circ}C$의 재배온도를 제외한 실험한 모든 발병 조건에 의해 이들 반응은 영향을 받지 않았다. 그리고 FOL에 의한 토마토 시들음병 발생의 최적 온도는 $25-30^{\circ}C$임을 알 수 있었다. 따라서, 토마토 시들음병에 대한 저항성을 효과적으로 검정하는 방법으로 2엽기 토마토 유묘의 뿌리를 $1{\times}10^7conidia/mL$ 농도의 FOL 포자 현탁액에 30분간 침지한 후에 원예용 상토에 이식하고 $25^{\circ}C$ 생육상에서 하루에 12시간씩 광을 조사하면서 3주 동안 재배하는 것을 제안한다.
토마토시들음병의 원인균인 Fusarium oxysporum의 생물학적 방제를 위해 경북지역의 저병해경작지로부터 항진균성 항생물질 생산성 길항미생물인 BK4 균주를 선발하였으며, 길항균주 BK4의 16S rDNA 분석 및 생화학적 특성 조사 후 최종적으로 Biolog사 동정시스템인 $MicroLog^{TM}$ 3.0을 이용하여 선발 길항균주 BK4를 Bacillus thuringiensis BK4로 동정하였다. B. thuringiensis BK4는 pH 9.0로 적정한 Nutrient broth를 이용하여 $30^{\circ}C$에서 배양할 경우 항생물질의 생산은 최대였다. B. thuringiensis BK4가 생산하는 항생물질은 $121^{\circ}C$에서 열처리시에도 $80{\%}$ 잔존활성을 유지한 내열성 항생물질이었으며, pH $3.0{\~}12.0$의 범위에서 활성의 변화를 조사한 결과 산성보다는 알칼리성에서 다소 안정적이였으나 pH 3.0에서도 $50{\%}$ 이상의 잔존 활성을 가지고 있다. B. thuringiensis BK4는 F. oxysporun에 의한 토마토시들음병에 대하여 in vivo pot상에서도 충분한 방제력을 나타내었으므로 토마토시들음병을 위시한 Fusarium속 균주가 원인이 되는 질병을 방제할 수 있는 미생물제제의 개발이 가능하게 되었다.
세 개의 race가 보고되어 있는 Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici는 전 세계적으로 그 피해가 막대한 토마토 시들음병의 원인균으로 알려져 있다. 토마토 유전자원 1,906 자원을 대상으로 토마토 시들음병 race 3 저항성 유전자 I-3의 유전형을 high resolution melting 법을 사용하여 분석하였다. 총 97점의 자원에서 homozygous resistant 피크가 확인되었으며, 8점은 이형접합성, 1,801점은 감수성으로 나타났다. 저항성 자원 97점의 종 분포는 S. lycopersicum var. lycopersicum가 65점, S. lycopersicum var. cerasiforme가 13점, 12종의 야생근연종 중에서 저항성 자원은 S. pimpinellifolium 8점, S. habrochaites 3점, S. corneliomulleri 3점, S. galapagense 1점, S. peruvianum 3점, S. chilense 1점으로 총 19점이었다. 하지만 좀 더 정확한 시들음병 저항성 평가를 위하여 추후에 race 1과 2에 대한 유전분석과 생물검정이 필요하다.
KLF01으로 명명된 세균이 토마토의 뿌리에서 분리 되었고 생화학적, 유전학적 검증을 통해 Lactobacillus sp.로 동종 되었다. In vitro 실험에서 식물성 세균인 Ralstonia solanacearum를 비롯하여, Xanthomonas axonopodis pv. citri, Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, Eriwinia pyrifoliae, Eriwinia carotovora subsp. carotovora group에게도 저해 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 고추와 토마토를 이용한 in vivo 실험에서는 특히 R. solanacearum에 대해 대조구와 비교 시들음병의 진행을 저해하는 것으로 관찰되었다.
우리나라에서 토마토재배는$^{10)}$ 94.7%가 시설재배를 하고 있는데 연작에 따른 각종 장해가 발생하고 있다. 연작은 여러 가지 생리적 장해 또는 병충해의 만연$^{8)}$ 이 있으나 가장 치명적인 것이 뿌리썩음시들음병(근부위조병, Fusarium oxyporum Schl. f. sp. lycopersici Snyder et Honsen, race J$_3$)으로 한번 발병하면 방제가 되지 않는다. (중략)
토마토‘Sunroad’품종을‘Anchor-T’, ‘Kagemushia’,‘Joint’및 Vulcan’등 4가지 다른 대목에 접목하여 뿌리썩음시들음병(Fusarium oxysporum Schl. f. sp. jycopersici Snyder et Hansen, race J$_3$)이 만연한 포장에 재배하여 이병율, 수량 및 과실의 품질을 조사하였다. 그리고 질소비료의 시용수준(10, 20 및 30kg.ha$^{-1}$)에 따른 생장, 과실의 성분 및 식물체의 무기성분함량의 변화도 아울러 조사하였다. 접목묘는 무접목에 비하여 제 1번 화방의 개화가 촉진되었다. 접목은 초장을 증가시켰고 질소 소비량이 증가할수록 초장과 줄기 직경은 더욱 증가하였다. 접목한 토마토는 이병 되지 않았으나 ‘Anchor-T’ 대목에 접한 것은 64.7%의 이병율을 나타내었다. 접목한 토마토는 기형과, 발육불량과 및 잿빛곰팡이병과의 발생비율이 무접목구에 비하여 현저히 감소하였다. 접목과 무접목 사이에 있어서 가욕성고형물, 당함량, ascorbic acid 및 organic acid의 함량차이는 없었다. 질소 사용량의 증가에 따른 변화도 없었으나 ascorbic acid는 질소함량이 증가할수록 감소하였다. 잎과 줄기의 무기성분함량은 대목의 종류 및 질소 사용량에 따른 차이를 보이지 않았다. 다만 질소 105당 30kg 시용구에서는 접목한 것이 잎의 N, Ca 및 Mg 함량이 현저히 높았다.
최근 들어서 생물학적 제어 방법의 하나로써 키틴분해 미생물을 이용한 제어 수단이 식물병제어에 일정한 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. Fusarium 시들음병을 억제하기 위하여 40kg의 키틴퇴비를 면적이 $7.5m^2$ 인 토양에 정식 7일전 처리하였으며 토마토가 시들음병 증세를 보이기 시작하는 날(정식 후 66일)로부터 시작하여 4번에 걸쳐 시료를 채취하였다. 키틴퇴비 처리구(CTC)의 근권토양의 키틴효소와 ${\beta}$-1,3-glucan 효소 활성은 일반퇴비 처리구 (CC) 토양 보다 항상 높은 값을 나타냈다. 그러나 식물체 뿌리에서 측정된 chitinase, ${\beta}$-1,3-glucanase, peroxidase과 같은 병 관련 효소들은 CNC에서 실험기간동안 증가 추이를 보였다. 실험의 마지막 단계인 정식 후 96일째에는 CTC의 토마토는 CC 와 비교 할 때 25% 낮은 치사율을 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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