Ralstonia solanacearum은 풋마름병(bacterial wilt)을 일으키는 종자 전염 병원세균으로 한번 발생하면 방제가 매우 어려운 병이다. 따라서 Ralstonia solanacearum는 한국을 비롯한 여러 나라에서 식물검역병으로 지정되어있다. 본 연구에서는 가지과 종자로부터 Ralstonia solanacearum 검출할 수 있는 PCR 방법을 개발하였다. 프라이머 RSJH-F와 RS-JH-R는 오직 Ralstonia solanacearum race 1, 3으로부터 401 bp 크기의 DNA를 증폭하였다. 1차 PCR 증폭산물의 내부에서 디자인 된 nested PCR 프라이머인 RS-JH-F-ne and RS-JH-R-ne는 오직 Ralstonia solanacearum로부터 131 bp 크기의 DNA를 증폭하였다. 이들 프라이머들은 토마토, 고추를 포함한 가지과 종자 추출액으로부터 어떤 비특이적 DNA도 증폭하지 않았다. 인공적으로 병원균을 접종한 가지과 종자를 이용하여 병원균 검출 민감도를 비교하였을 때, 본 연구에서 개발한 nested PCR 방법이 ELISA나 반선택배지보다 100배 높은 민감도를 보여주었다. 따라서, 본 연구에서 개발한 PCR 방법들은 가지과 종자로부터 Ralstonia solanacearum를 검출하는 매우 유용한 방법으로 생각된다.
근권세균은 식물 생육과 건강 증진에 중요한 역할을 하며 생물학적 스트레스뿐만 아니라 저온, 고온, 건조 및 염과 같은 비생물적 스트레스에도 내성을 부여한다. 본 연구는 토마토에 생물적 및 비생물적 스트레스를 완화시키는 기능을 가진 식물생장촉진 근권세균(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)을 선발하는 것을 목표로 하였으며 토마토 근권에서 Variovorax sp. PMC12균주를 분리하였다. PMC12균주는 in vitro에서 PGPR의 특성으로 알려진 암모니아, IAA, 시드로포아 및 ACC 탈아민효소를 생성하였다. PMC12 균주를 처리한 토마토는 대조구에 비해 염, 저온 및 건조 스트레스 조건에서 지상부 생체중이 유의적으로 높았다. 또한 PMC12 균주를 처리한 토마토는 Ralstonia solanacearum에 의한 세균성 시들음병에 대한 저항성이 증가되었다. 결과적으로 PMC12 균주는 식물의 비생물적 스트레스 및 생물적 스트레스에 대한 감수성을 감소시키는 유망한 생물학적 방제제 및 생물활성제로 사용될 수 있을 것으로 전망된다.
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.
최근 연작장해의 주원인으로 지적되는 토양병해의 발생은 매우 심각한 양상을 띄고 있다. 그 예로 배추 무사마귀병, 마늘 흑색썩음균핵병, 감자의 풋마름병, 고추 역병, 토마토 시들음병 , 수박의 CGMMV 등을 들 수 있으며 이 모두 시급히 해결하지 안되는 현실문제다. 토양병 발생이 이렇게 심각해진 것은 특정작물의 주산단지화 및 주년 생산체계, 시설원예의 보편화에 의한 획일적인 작부체계 내지는 동일작물 연작에 의해 토양환경이 급속히 악화된데 그 근본 원인이 있으며 이외에 수량 및 품질위주의 품종 육성에 의해 작물의 병 저항성을 소홀히 한 점이나 화학비료 위주의 경종방법 등도 토양병 발생을 부추기는 한 원인으로 지적되고 있다. 토양병 발생에 대한대책으로 그 원인을 찾아 제거하는 방법이 가장 효율적이라고 생각되는바 장기적인 대책으로 지역의 현실여건 및 경제성을 고려한 합리적 작부체계의 개발·운용, 작물별로 피해가 심한 다수 병해를 대상으로 한 복합저항성 품종의 육성 ·보급, 농토배양 및 토양개량을 통한 악화된 토양환경의 개선을 들 수 있고 단기적인 대책으로는 간편한 토양소독 기술의 개발·보급, 신속·정확한 토양병 예찰기술의 정립이 긴급하다. 이를 위하여 토양병 전문연구자의 육성 및 현장문제 해결을 위한 공동연구의 활성화 등에 국가적인 차원에서의 적극적인 지원이 요청되고 있다.
토마토 뿌리에서 분리한 Chryseobacterium sp. T16E-39 균주는 식물생육촉진과 역병, 시들음병에 대한 억제효과가 있었다. 이 균주의 유전체 염기서열은 4,873,888 염기쌍이었으며 G + C 함량은 35.22%이었다. 이 유전체는 4,289개 단백질 유전자, 15개 rRNA 유전자, 71개 tRNA 유전자를 포함하였다. T16E-39 균주의 유전체에서 인산가용화, 식물호르몬 조절, 항산화 활성, 키틴 분해, 제9형 분비시스템에 관여하는 유전자를 확인하였으며, 이들 유전자는 식물의 생육을 촉진하고 병발생을 억제하는 기작과 관련되어 있을 것으로 판단된다.
충북지역 토마토 시설재배지 토양의 풋마름병 병원균(Ralstonia solanaceaum)의 오염도 및 분리균의 특성을 조사하였다. 총 133개 조사 토양 중 27개 토양에서 선택배지로부터 R. solanacearum이 분리되어, 전체 시설재배지 토양의 20.3%가 풋마름병균에 오염되어 있음을 나타냈다. 오염 토양에서 병원균의 밀도는 토양 g당 $10^{2.4}$ cfu로 조사되었다. 병든 토마토로부터 분리한 12균주를 포함한 총 71개의 분리균주는 모두 레이스 1이었고, 35개 균주가 생리형 3으로, 36개 균주가 생리형 4로 구분되었다. 전체 분리균의 88% 이상이 각각 oxolinic acid 0.5$\mu\textrm{g}$/ml, streptomycin 25 $\mu\textrm{g}$/ml, tetracycline 5 $\mu\textrm{g}$/ml and cupric sulfate 375 $\mu\textrm{g}$ml(1.5 mM)을 함유한 nutrient agar에서 생장이 억제되었고, 전체균주의 11.3%, 4.2% and 5.6%가 각각 감수성균주의 최소억제농도보다 10배 이상의 oxolinic acid, streptomycin, tetracycline가 함유된 배지에서 생장하였다. 5개 균주는 2개의 살세균제에 동시에 그리고 1개 균주는 3개의 살세균제 모두에 저항성을 보였다.
진균성식물병을 생물학적으로 방제할 수 있는 미생물제제의 개발을 위하여 경북 지역의 저병해 경작지 토양에서 고추역병균 Phytophthota capsici과 시들음병균 Fusarium oxysporum에 강력한 길항능을 가지며 균주 상호간에 공생이 가능한 AY1, AY6, AB1, BB2, F4, 5종의 균주를 선발하였다. 이들의 P. capsici에 대한 길항기작은 모두 내열성 저분자의 항균성 항생물질 생산에 의한 것이었으며, 이 중 BB2균주는 항생물질 생산능뿐만 아니라 고추역병균의 세포의벽 가수분해효소인 cellulase도 생산하여 다기능 길항기작을 보유하고 있었다. 선발된 5종 균주는 Halobacterium sp. AB1, Xenorhadus sp. AY1, Bacillus sp. AY6, Bacillus sp. BB2, Zymomonas sp. F4로 각각 동정되었으며, 이들은 0.1% galactose, 0.1% $NaNO_2$, 5 mM $Na_2HPO_4$가 포함된 배지에서 pH 5.5의 조건에서 48시간 배양했을 때 길항물질 생산능이 매우 우수하였고, 이 배양액을 1톤 규모의 발효탱크에 접종하고 대량배양 후 복합 미생물제제로 생산하였으며, 생산된 시제품의 액상 미생물제제는 경북 영천지역의 농가의 시험포장에서 3일 간격으로 3회 처리 해 본 포장시험에서 오이덩굴쪼김병, 방울토마토시드름병의 방제와 시금치잘록병의 방제 및 생육촉진에 탁월한 효과가 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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