시설딸기 재배지에서 염류농도가 생육초기 토양 미생물 생태계의 변화에 미치는 영향을 FAME 분석으로 검토하였다. 토양 총 세균 함량, 그람음성 세균 함량, 그람양성 세균 함량, 방선균 함량, 곰팡이 함량, 내생균근균 함량은 염류농도가 높은 토양이 적정한 토양 보다 유의적으로 높았다 (p<0.01). 토양 환경 스트레스 지표로 사용되는 cy17:0과 16:$1{\omega}7c$ 그리고 cy19:0과 18:$1{\omega}7c$ 비율은 상대적으로 염류농도가 적정한 토양에서 낮은 경향을 보여 토양 환경 스트레스가 적은 것으로 판단 되었으나 유의적인 차이는 없었다. 총 세균, 그람음성 세균, 그람양성 세균, 방선균, 곰팡이 및 내생균근균 군집은 염류농도가 높은 시험구가 염류농도가 적정한 시험구에 비해 유의적으로 높은 경향이었다.
토양과 작물근계에 있어서 유용미생물의 농업적 이용을 위해서는 토양-근계의 미생물군집구조를 명확히 이해하고 파악하는 것이 무엇보다도 중요하다. 따라서 본 연구는 비닐하우스내에서 재배한 고추와 토마토의 생육이 건전한 지점과 역병이 이병되어 생육이 불량한 지점에서 토양과 작물근계의 미생물군집을 분석하여, 앞으로 생물비료 생물농약의 실용화를 위한 미생물의 농업적 이용에 대한 기초 자료로 활용하고자, 다각적인 측면에서 미생물 군집을 분석한 일련의 연구를 수행하는 데 있어서 배양이 되는 세균군집구조 결석의 결과를 보고 하고자 한다. 세균군집 구조를 분석한 결과 전세균 및 방선균의 개체군은 토양, 근면시료에 있어서 큰 변동을 보이지 않은 반면, 형광성 pseudomonas의 개체수는 토양보다는 근면(rhizoplane)에서 큰 변동을 보였으며 특히 근면에서 높은 개체군을 보였다. 또한 근면에 있어서는 건전한 근면이 역병이 이병된 비건전한 근면보다도 높은 개체군을 보였다. 그리고 고추와 토마토작목간에는 큰 차를 보이지 않았다. MIDI system을 이용한 지방산조성 분석에 의한 세균 285균주에 대하여 각각을 동정한 결과, 크게 두 그룹으로 뚜렸하게 나타났다. 가장 높은 것이 주로 Bacillus 속인 저(低) G + C 그램양성세균군이 52%를 보였고, 방선균 등의 고(高) G + C 그램양성세균군이 33%를 보였다. 따라서 토양 및 근권세균의 농업적 이용에 있어서 형광성 pseudomonas. Bacillus spp., 방선균등의 적절한 활용이 기대된다.
NPK 비료 1종, 2종, 혹은 3종류를 29년 동안 계속하여 결핍되게 처리한 토양에서의 작물 수량 (보리, 콩), 토양 이화학성, 미생물상 (선충, 선충잡이곰팡이, 세균, 방선균, 곰팡이 밀도)을 조사하고 상호관계에 대하여 분석하였다. 선충 중에서는 Tylenchorhynchus sp.가 우점이었고 ($11{\sim}642/300 cm^3$ soil) 그 외 Pratylenchus sp. 와 Helicotylenchus sp.가 약간 발견되었으며 선충잡이곰팡이 중에서는 포식성 곰팡이 종류인 Monacrosporium spp.이 우점종이었으며, 그 외 Harposporium sp. 와 Cystopage sp. 종류가 발견되었다. 토양 이화학성 중에서 pH와 인산함량이 토양 미생물에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며 이 두 요인은 상호 정상관 관계였다. 인산이 첨가된 토양 (P, NP, PK, NPK)은 인산을 첨가하지 않은 토양 (N, NK, K)에 비하여 작물 수량이 많았고, 선충, 세균, 방선균의 밀도도 높았다. 반면 곰팡이의 밀도는 인산이 첨가된 토양 (P, NP, PK, NPK)에서는 낮았고 인산을 첨가하지 않은 토양 (N, NK, K)에는 높았다. pH는 칼슘, 고토, Tylenchorhynchus 선충 밀도, 부식선충 밀도, 곰팡이, 세균, 방선균 등 대부분의 요인과 상관관계가 높았는데, 대부분 정의상관관계였고 특이하게 곰팡이 밀도와는 부의상관관계로 나타났다.
Tautomycetin(TMC)은 국내 토양에서 분리된 방선균(Streptomyces sp. CK4412)로부터 생합성 되는 항진균성 2차 대사산물로서, Cyclosporin및 FK506과 같은 기존의 면역억제제보다 작용 메카니즘 및 효능이 훨씬 탁월한 선형의 폴리케타이드계 면역억제 화합물이다. 고체배지의 pH변화와 TMC생산성과의 상관관계를 규명하기 위하여, 방선균 CK4412를 다양한 pH조건에서 배양하면서 항진균 활성 및 TMC생산량을 비교분석 하였다. 고체배지의 pH를 산성조건(pH 4-5)으로 유지하여 방선균 CK4412 균주를 배양할 경우, 중성 pH 조건에서 배양한 경우보다 훨씬 탁월한 항진균 활성 및 TMC생산성이 관찰되었다. 본 연구결과는 대표적인 방선균 S. coelicolor에서 입증된 pH-shock게 의한 2차대사산물의 생산성 증대효과가 대사산물의 특성과 균주가 전혀 다른 TMC 생산균주 CK4412에서도 관찰됨을 입증함으로써, pH조절에 의한 다양한 종류의 방선균 유래 유용 생리활성물질의 생산성 증대 전략을 제시하고 있다.
토양 방선균 Streptomyces scopuliridis KR-001의 개량 균주인 N-29 균주 배양 여액의 돼지풀에 대한 방제효과를 온실 및 포장조건에서 수행하여 돼지풀 방제제 후보소재로서의 가능성을 검토하였다. N-29 균주 배양 여액은 온실조건에서 돼지풀초 중 후기 경엽처리 시 처리된 농도범위에서 대부분 완전 방제되었으며, 자연상태에서 발생한 돼지풀에 대해서도 매우 탁월한 방제효과를 나타내었다. 선발 균주 N-29 배양 여액의 돼지풀에 대한 살초특성은 매우 속효성일 뿐만 아니라 약효지속기간도 매우 길게 유지되었으며, 외형적으로 발현되는 주요 증상으로는 처리 초기에 황화 증상이 발현되었다가 고사로 진행되어 궁극적으로 낙엽화되어 사멸되었다. 토양 방선균 N-29 균주는 친환경적인 생태계교란 광엽잡초 돼지풀 방제제로서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
본연구는 대관령 고령지 토양의 토양미생물상을 조사한 것으로 결과는 다음과 같다. 1. 시험예정지토양의 토양미생물상을 비교할 때 작물을 재배한 토양이 나지에 비하여, 세균, 방선균, 사상균등의 일반미생물수와 병원성세균인 Erwinia속의 미생물 공히 균수가 현저히 많은 것으로 나타났으며 표층토양과 심층토양의 미생물상을 보면 세균, 방선균, 사상균, Pseudomonas spp., Erwinia sp.등 모든 균종에서 표층토양에 현저히 많은 것으로 나타났다. 2. 시험예정지 토양의 Pseudomonas fluorescens 및 P. putida균수를 보면 전체적으로 심토 보다는 표토에서 균수가 많은 것은 다른 일반 미생물의 경우와 같으나 배추재배 토양에 있어서 표토와 심토의 균수의 차이가 줄어드는 경향이 나타났다. 그러나 감자재배토양에서는 표토와 심토의 균수의 차이가 더욱 커지는 경향을 보였다. 또한 나지토양에 있어서는 P. fluorescens는 표토에서 균수가 현저히 많았으나, P. putida는 표토와 심토의 균수차이가 크지 않았다. 3. 옥수수를 재배하는 인근 농가포장의 미생물상을 보면 배추와 감자를 재배하는 시험예정 지토양에 비하여 모든 균수에서 현저히 적은 것으로 나타나 작물의 종류에 따라서도 균수의 차이가 관찰되었다. 4. 산림토양의 Pseudomonas 속의 균수는 ${\times}10^4$ 범위에 있어서 초지토양이나 옥수수재배 토양보다는 균수가 적은 경향을 보였다. 5. 초지토양의 층위별 P. fluorescens 및 P. putida는 상층토양 (0-15cm)보다 중층토양(15-30cm)에서 균수가 약간 증가하는 경향이었으나 하층토양(30cm이하)에서는 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 초지토양의 뿌리의 분포와 밀접한 관계가 있는 것으로 생각된다. 6. 옥수수재배토양에서의 Pseudomonas속 균수의 범위는 $10-49{\times}10^4$(CFU/건토g)였으며 이것은 대체로 작물을 재배하지 않은 토양에 비해서는 균수가 많은 경향이었다. 7. 토양병원성세균의 하나로 배추나 감자의 무름병의 원인균과 동일한 속(屬)에 속하는 Erwinia속 균수의 범위는 $0-23{\times}10^3$(CFU/토양g)로서 감자재배토양에서는 다른 토양에 비하여 균수가 많은 것으로 나타났고 그 밖의 토양에서는 뚜렷한 차이를 보이지 않았다.
본 시험은 재배이역(栽培履歷)이 서로 상이한 시설재배지에서의 염류집원적지(鹽類集源積地)와 건전지(健全地)의 미생물상(微生物相)의 생태(生態)를 비교해석(比較解析)하고, 미생물(微生物)적 진단(診斷)에 의한 근권환경(根圈環境)의 동태(動態)와 개량기술(改良技術)을 위한 기초자료를 얻고자 수행하였다. 주요 미생물(微生物)의 분포(分布)는 건전지(健全地)에서 형광성(螢光性) Pseudomonas 속 세균(細菌)의 밀도가 높은반면 염류장해지(鹽類障害地)에서는 병원성(病原性) Fuasarium 속의 밀도가 높고 형광성(螢光性) Pseudomonas 속 세균(細菌)이 낮은 분포밀도(分布密度)를 보였다. 토양중 유기물 함량이 증가할수록 Bacillus 속(屬), 형광성(螢光性) Pseudomonas 속(屬), Enterobacteriaceae 등 세균류(細菌類)의 밀도와 Microbial biomass C함량이 크게 증가하였으며, 토양의 전기전도도(電氣傳導度)(EC)가 $5.1dS\;m^{-1}$ 이상으로 높아지면 미생물(微生物)간의 비율중 세균(細菌)/사상균(絲狀菌)(B/F), 방선균(放線菌)/사상균(絲狀菌)(A/F)의 비율이 현저히 낮아지고 형광성(螢光性) Pseudomonas 속(屬) 세균(細菌)이 급격히 감소하였다. 토양 pH와 세균(細菌)과의 관계는 고도의 정(正)의 상관관계(相關關係)를, 사상균(絲狀菌)과는 부(負)의 상관관계(相關關係)를 보였으며, 토양유기물과 방선균(放線菌), Bacillus 속(屬), Enterobacteriaceae와는 각각 $r=0.226^*$, $r=0.334^{**}$, $r=0.276^{**}$, 치환성 Ca및 치환성 Mg함량과 방선균수(放線菌數)와는 각각 $r=0.334^{**}$, $r=0.352^{**}$, 유기물함량과 Microbial biomass C 함량과는 $R=0.439^{**}$의 유의성(有意性) 있는 상관을 보였다.
수 종의 한국자생식물과 귀화식물의 서식지 토양 pH를 측정한 결과 자생식물의 토양 pH범위는 5.33∼7.20인 반면 귀화식물의 토양 pH는 3.95∼6.10으로 자생종에 비하여 귀화종의 토양 pH가 낮았다. 자생식물과 귀화식물의 에탄올 추출액이 토양미생물인 Bacillus sphiaericus 2362, Bacillus thuringiensis var. subtilis, Bacillus thuringiensis var. cereus, Actinomycetes에 미치는 항균활성 은 자생식물보다 귀화식물이 전반적으로 활성이 높게 나타났다. 돼지풀의 추출액은 4개의 균주 모두에서 항균활성이 크게 나타났고 특히 방선균에서 clear zone 이 48mm로 가장 크게 형성되었다. 8종류의 phenolic compound와 benzoic acid의 항균활성은 caffeic acid가 각 균주 에서 clear zone을 가장 크게 형성하였고 다음은 benzoic acid, ρ-coumaric acid의 순이였다. 즉 방선균에 대한 돼지풀의 항균활성은 phenolic compound들 간의 상승효과에 의하여 형성된 것임을 알 수 있었다.
본 연구에서는 경상북도 울릉군에서 분리한 토양 방선균에 대해 생리학적 특징과 다양성에 대해 연구하였다. ULS1 및 ULS2로 명명한 2개의 토양 시료를 채취하여 다양한 배지에 배양하여 분리하였으며, 평균 생균수는 ULS1 토양은 $1.28{\times}10^7CFU/g$, ULS2 토양은 $2.05{\times}10^7CFU/g$였다. 16S rRNA 유전자에 기반한 염기서열 분석 결과, 총 9개의 속에서 34개의 균주가 분리되었으며 해당 속은 Streptomyces (16 균주), Isoptericola (5 균주), Rhodococcus (4 균주), Agromyces (3 균주), Micrococcus (2 균주), Arthrobacter (1 균주), Williamsia (1 균주), Microbacterium (1 균주) 및 Oerskovia (1 균주)에 속하는 것을 알 수 있었다. 다양한 효소활성과 식물 생장 촉진 활성 측정 결과, 전체의 58.8%가 단백질 분해 활성을, 79.4%가 Tween 80 분해 활성을, 그리고 61.8%가 DNA 분해 활성을 각각 가지는 것으로 나타났다. Oerskovia, Williamsia, Isoptericola 및 Streptomyces 속에 속하는 분리주들로부터 인을 가용화시키는 능력을 확인할 수 있었으며, Agromyces, Oerskovia, Micrococcus, Rhodococcus, Streptomyces 및 Isoptericola 속에 속하는 분리주들은 식물호르몬인 3-indole-acetic acid (IAA)를 생산하는 것을 확인할 수 있었다. Streptomyces 속에 속하는 분리주들은 Candida albicans 뿐만 아니라 Staphylococcus aureus와 Bacillus subtilis에 항생활성을 나타내었다. 본 연구는 독특한 생태계를 구성하는 울릉도 지역의 토양 방선균 다양성 및 생리 활성에 대한 최초의 연구로서 의미를 가지며, 새로운 유용 생리 활성 물질의 좋은 원천이 될 것이라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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