Soybean nodule extract was prepared and tested for the effectiveness in the induction of asymbiotic nitrogen fixation of R. japonicum P-168. A Asymbiotic nitrogenase activity was increased over twice when glutamate was replaced by nodule extract in the induction media. Independently of the induction media, the nitrogenase activity in the assay media was also enhanced by the addition of nodule extract ($100-400{\mu}g$ protein/ml). The amount of ethylene in the assay media reached the highest point after 8 days incubation of R-168 and was decreased thereafter. The growth of R. japonicum R-168 was sensitive to the concentration of nodule extract. As a while, the effect of soybean root extract was not detected both in the induction of nitrogenase activity and in the growth of R. japonicum R-168.
대두근류균 접종제 개발을 목적으로 수집 분리되어 우수균주로 선발된 근류균(Rhizobium japonicum)을 대상으로 가기 재배경력이 상이한 3종류의 토양에 장엽콩을 공시 품종으로 하여 접종효과 시험을 실시하였다. 그 결과 근류형성정도 및 질소고정활성을 보면 근류균무접종구에 비하여 근류균을 접종함으로써 3토양 모두 현저한 근류형성 및 질소고정활성의 증가를 보였고 그에 따라 대두의 생육정도도 양호하여 평균 10%의 건물중의 증가를 보였다. 토양별 총질소고정활성의 증가지수는 개간전토양 238%. 미숙전토양 266%, 숙전토땅 157%로 개간전 및 미숙전토양에서 접종효과가 뚜렷하였다. 공시 근류균주별 접종효과는 Rhizobium japonicum R-214, R-138 균주가 우수한 접종효과를 나타냈다.
근류균과 두과작물의 공생에서 숙주결합성을 조사하기 위하여 대두 종자 및 및 유근으로부터 분리한 lectin과 근류균의 표피다당과의 결합성을 확인한 결과는 다음과 같다. 팔달, 백운 및 황금으로부터 분리한 종자선을 형성하였다. 대두 종자 lectin 및 뿌리추출물은 R. japonicum및 B. japonicum과 결합하였고 R. viceae와는 결합 하지 않았으며 완두의 lectin은 R. viceae와 결합하였으나 R. japonicum및 B. japonicum과는 결합 하지 않았다. B. japonicum과 R. viceae로 부터 분리한 세포표피 다당의 겔 여과한 결과 두개의 분획으로 각각 나타났다. B. japonicum으로 부터 분리한 표피다당은 대두의 종자 lectin과 결합하였으나 R. viceae로 부터 분리한 표피다당은 대두 lectin과 결합하지 않았다. 이상의 결과로 부터 근류균이 숙주세포와 결합할 때 숙주를 인식하는 초기 단계에서 lectin이 관여함을 추론할 수 있고 이것이 상호접종군을 형성하는데 매개역할을 하는 것으로 추정할 수 있었다.
강남콩 렉틴과 근류균(R. phaseoli)의 결합에 관한 광범위한 실험을 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 강남콩종자의 자엽에서 가장 많은 렉틴은 성장에 따라 뿌리로 이동하였는데 발아후 약 5일경에, 뿌리의 길이가 $6\~8cm$인 것이 가장 렉틴의 함량이 많았다. 2. 근류균의 배양시기에 따가 강남콩렉틴과의 응집력을 측정 한 결과 배양초기 가 후기보다 응집력이 높았다. 3. 강낭콩종자에 존재하는 렉틴을 추출 정제하여서 6종 근류균과의 응집력을 측정한 결과 R. phaseoli와의 응집이 가장 강했고 이는 렉틴에 대한 특이적 결합, 즉 숙주특이성을 입증하는 것이었다. 4. 단당류에 의한 응집반응의 경쟁적 저해를 시도함으로써 강남콩렉틴의 근류균에 대한 결합부위가 mannose와 galactose를 포함한 oligosaccharides가는 것을 알수 있었으며 이들의 저해효과에 필요한 당의 최소농도는 6.25mM로서 측정되었다. 5. R. phaseoli와 강낭콩 렉틴을 강낭콩 뿌리에 인공감염시켜본 결과 렉틴의 경쟁적 저해가 확인되었으므로 뿌리혹형성에 렉틴의 가교가 관여한다는 가설을 입증할 수 있었다. 6. Immunodiffusion에 의한 R. phaseoli의 항원 결정기는 R. japonicum과 일부 관련성이 있을뿐 다른 Rhizobium spp.과는 전혀 다른 것으로 나타났다.
전국(全國) 223개(個) 지역(地域)에서 수집(蒐集)한 두과작물(豆科作物)의 근류(根瘤)에서 총(總) 590주(株)의 근류균(根瘤菌)을 분리(分離)하여 숙주특이성(宿主特異性)에 따라, R. japonicum 218종(種), R. phaseoli 101종(種), R. trifolii 97종(種), R. meliloti 4종(種), R. leguminosarum 1종(種), Rhizobium species 101종(種), 미분류(未分類)된 균주(菌株) 159종(種)으로 분류(分類)하였다. 분리(分離)된 R. japonicum 218종(種)의 근류형성능(根瘤形成能)과 질소고정능(窒素固定能)을 비교(比較)하여. R. japonicum R-138, R-168, R-214 균주(菌株)를 우수균주(優秀菌株)로 하였다. 분리(分離) 선발(選拔)된 R. japonicum 중(中) 질소고정능(窒素固定能)이 우수(優秀)한 균주(菌株)의 plasmid를 확인(確認)한 결과(結果), fast-growing group 균주(菌株)들은 $1{\sim}4$개(個)의 거대(巨大) plasmid를 함유(含有)하고 있었으며 그 분자량(分子量)은 약(約) $35{\sim}300{\;}Md$ 정도(程度)이었다. 반면 대부분(大部分)의 slow-growing group 균주(菌株)들은 plasmid가 검출(檢出)되지 않았다.
국내에서 분리된 대두근류균을 생육속도에 따라서 2.4시간의 평균세대시간을 가지는 fast-grower와 13.1시간의 평균세대시간을 가지는 slow-grower로 나눌 수 있었다. Fest-grower는 6-phosogluconate dehydrogenase 효소역가가 slow-grower 보다 높았으며 sucrose를 탄소원으로 이용하였다. Fest-grower 중에서 특히 R4, R278은 NaCl 0.5M농 도에서도 생육하였으며 시험한 대두 근류균은 모두 pH 4.5 이하에서 생육이 저지되었다. 또한 식물배양기 조건하에서 접종실험을 한 결과 시험된 모든 대두품종에 양호하게 근류를 형성하였으며 L-259 (NRRL) 균주에 비해서 0.1-2배의 질소고정력을 나타내었다.
전국 밭토양에서 수집 분리하여 우수균주로 선발된 Rhizobium japonicum균주의 접종이 대두의 생육 및 수량에 미치는 영향등을 조사하여 대두(大豆) 생산성(生産性) 향상(向上)을 위한 근류균(根瘤菌) 접종제(接種劑)의 이용(利用) 가능성을 확인(確認)하고자 접종효과(接種效果)를 포장시험(圃場試驗)으로 실시하였다. 얻어진 결과(結果)는 다음과 같다. 1. Rhizobium균주의 접종(接種)에 의해 착생근류수(着生根瘤數) 및 근류(根瘤)무게는 질소비료 시용유무(施用有無)에 관계없이 증가하는 경향이었고 질소고정활성도 증가하였다. 2. 대두(大豆)잎중의 chlorophyll함량 변화는 질소 무시용구(無施用區)에서는 Rhizobium균주의 접종(接種)에 의해 chlorophyll함량이 증가되고 노화(老化)도 연장되는 경향이었으나 질소시용구(窒素施用區)에서는 큰 차이를 볼수가 없었다. 3. Rhizobium 균주의 접종(接種)에 의해 경장 및 절수(節數)에는 별영향을 미치지 못했으나 협수 및 지상부(地上部) 건물중이 증가하는 경향이었다. 4. 단위면적당(單位面積當) 대두수량(大豆收量)을 보면 질소무시용구(窒素無施用區)에서는 Rhizobium균(菌) 무접종구(無接種區)(337kg/10a)에 비하여 접종구(接種區)에서는 363~374kg/10a로 8~11%의 수량이 증가 되었으며 질소시용구(窒素施用區)에서는 368~384kg/10a로 질소무시용구(窒素無施用) 무접종구(無接種區)에 비해 9~14%의 수량증가가 인정되었다.
한국에서 시험재배 되고 있는 대두(Glycine max.) 101품종의 근류로 부터 근류균을 분리하여 AMA 고체배지 상에서의 생육속도 및 근류형성력에 따라 fast-growing soybean rhizobia 7 균주와 slow-growing soybean rhizobia 9균주를 선발하였다. 선정균의 질소고정력, 미생물학적 특징 및 생화학적 특징을 조사한 결과 slow-growing soybean rhizobia 는 .Bradyrhizobium japonicum 과 일치하였으며, fast-growing soybean rhizobia는 Rhizobium fredii 와 유사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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