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억새 변이체 유도를 위한 적정 수확시기 및 방사선량의 결정
마기윤,이가연,장하니,김인경,김성기,이긍주 한국작물학회 2010 한국작물학회 학술발표대회 논문집 Vol.2010 No.04
본 연구는 바이오매스 증진 억새 품종개발을 위한 기초 실험으로 물리화학적 변이원 처리에 적합한 출수 후 종자 성숙시기와 방사선 처리에 따른 선량별 발아율 및 생존율을 알아보고자 실시하였다. 변이처리를 위한 적정 성숙일자를 결정하기 위하여 참억새를 대상으로 출수 후 7-11주 동안 일주일 간격으로 수확 시기를 달리하여 생육상(30℃, 14/10시간 명/암) 조건에서 파종 4주 후 발아율과 3주 후 발아세를 조사하였다. 또한 성숙이 완료된 2배체 참억새(M.sisnensis)와 4배체 물억새(M.sacchariflorus) 종자를 이용하여 변이체 유도에 적합한 방사선 세기를 알아보기 위하여 방사선 조사선량(0, 100, 200, 300, 400, 500, 600Gy/day)을 다르게 처리 한 후 종자 발아율과 발아세를 위와 동일한 생육상 조건에서 생육 조사하였다. 참억새를 이용한 적정 성숙시 기 결정을 위한 실험에서 종피처리 (2% 락스에 30분 침지) 종자의 경우 출수 후 9주 및 11주 후 수확종자가 70 및 84%의 발아율을 보였고, 파종 3주 후 발아세도 출수 후 9주 및 11주 후 52% 및 76% 로 나타났다. 본 실험결과 억새 변이체 유도를 위해서는 출수 후 최소 9주가 경과되어야 하고, 11주가 경과한 종자의 경우 충분히 성숙한 것으로 판단된다. 방사선량을 달리하여 발아율을 조사한 결과 참억새는 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600Gy/day에서 77, 81, 78, 70, 72, 59, 그리고 55%의 발아율을 보였고, 물억새는 74, 66, 66, 70, 69, 58 그리고 58%의 발아율을 보였다. 발아율 기준 50% 치사선량은 참억새는 750Gy 및 물억새 800Gy로 추정되었 으나, 높은 선량에서는 시간이 경과되면서 녹색 유엽을 가진 생존 개체의 수와 식물체 크기가 급감하고, 검고 갈색의 지상 및 지하부 기관으로 변하는 것으로 보아 200Gy가 최고 치사선량으로 판단되었다. 본 연구에서 나타난 출수 후 적정 수확시기와 방사선량 결정을 위한 발아율, 발아세 및 생존율에 관한 자료는 바이오매스 증진 억새 변이체 유도와 개발 연구에 실용적으로 활용될 수 있을 것이다.
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한국잔디 갈색퍼짐병의 생물학적 방제를 위한 길항미생물의 분리 및 선발
마기윤(Ki-Yoon Ma),곽수년(Soo Nyeon Kwark),이긍주(Geung-Joo Lee) 한국원예학회 2013 원예과학기술지 Vol.31 No.6
본 연구의 목적은 한국잔디에 발생하는 병해 중 가장 큰 피해를 나타내는 갈색퍼짐병의 생물학적 방제를 위해 새로운 길항 미생물을 분리하고 그 방제효과를 기내 및 생물검정을 통해 확인하는 것이다. 갈색퍼짐병에 항균활성을 갖는 길항미생물을 선발하고자 토양으로부터 미생물을 분리하여 R. solani AG2-2 (IV)와의 대치배양을 통해 61균주를 1차로 선발하였으며, 선발 균주 중 R. solani AG2-2(IV)의 균사 생육 억제력이 가장 큰 3종의 균주 I-009, FRIN-001-1 및 YPIN-022를 최종 길항미생물로 선발하였다. 이들 세 분리균주의 16s rRNA 염기서열을 분석한 결과 I-009와 FRIN-001-1은 Bacillus 속에 속하였고, YPIN-022 균주는 Pseudomonas 속의 미생물로 확인되었다. 배양여액을 이용한 R. solani AG2-2(IV)의 균체량 측정결과 선발 길항미생물 모두 51.7-63.5%의 균체 증식 억제력을 확인하였다. 장성에서 수확한 들잔디의 일종인 장성중지를 생육상에서 활착시킨 후 조사한 생물검정에서 잔디줄기 위에 균체 발생율은 I-009와 YPIN-022균주 처리구에서 각각 60.3%와 65.0%로 갈색퍼짐병 병원균 단독처리구에 비하여 28.1%와 23.7%의 병 발생 억제효과를 나타냈으나, FRIN-001-1 균주 처리구는 47.8%의 균체 발생율을 보여 비교적 높은 43.0%의 병 발생 억제율을 보였다. 본 연구결과 한국잔디 갈색퍼짐병에 대한 병 발생 억제율이 가장 우수한 선발 길항미생물 균주는 FRIN-001-1였고, 향후 추가적인 포장검증을 통해 한국잔디 이용지역을 위한 생물농약 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. A large patch disease caused by Rhizoctonia solani AG2-2 (IV) is a serious problem in Korean lawngrass (Zoysia japonica) sites including golf courses and sports fields in Korea. Antagonistic microorganisms against R. solani AG2-2 (IV) were isolated from various forest and crop soil sources in Southern Korea. Among the 61 isolates, I-009, FRIN-001-1, and YPIN-022 strains showing dramatic inhibition of the mycelial growth of R. solani AG2-2 (IV) in the pairing culture were selected as the most potential antagonistic microorganisms for this study. Based on the 16s RNA sequence comparison, I-009 and FRIN-001-1 isolates were identified as Bacillus spp., while YPIN-022 isolate belongs to the genus Pseudomonas. The greater inhibition (clear) zone between two edges of the selected and pathogenic microbes ranged from 11 to 15 mm in three selections, but the others averaged to 7 mm out of 30 mm distance. In another antifungal test using culture filtrate, those three isolates represented a range of 51.7 to 63.5% suppression potential. The selected isolates also inhibited significantly the stem-segment colonization by R. solani AG2-2 (IV) in vivo test by 28.1%, 43.0%, and 23.7% when inoculated with I-009, FRIN-001-1, and YPIN-022, respectively. The highest antagonistic activity for the large patch disease was demonstrated by the isolate FRIN-001-1, which will be useful for developing a bio-pesticide against Rhizoctonia.
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배수성이 다른 자생 버뮤다그래스의 휴면 전후 항산화 효소활성 및 세포막 안정성 변화
이긍주,이혜정,마기윤,전영주,김인경,Lee, Geung-Joo,Lee, Hye-Jung,Ma, Ki-Yoon,Jeon, Young-Ju,Kim, In-Kyung 한국잔디학회 2011 한국잔디학회지 Vol.25 No.1
기존 보고된 바에 의하면 한국 자생 버뮤다그래스는 군집 내에서 형태학, 생육 특성, 세포학적 특성에 대해 유전적으로 매우 다양한 변이를 보여주었다. 버뮤다그래스의 염색체 수와 핵 DNA 량에 따르면 배수성 수준의 범위가, 3배 체(2n=3x), 4배체(2n=4x), 5배체(2n=5x), 6배체(2n=6x)로 나타났었다. 본 연구에서는 한국에서 휴면이 유도되는저온과 짧은 일장에 대한 항산화효소(superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase)의 다양한 반응과 각 버뮤다그래스 세포형의 세포막 안정성을 조사하였다. 모든 항산화효소는 휴면 기간동안 높게 나타났으나, 과산화수소를 물과 산소 분자로 변환시키는 헴기를 함유한 카탈라제는 6배체 버뮤다그래스를 제외한 세 개의 세포형에서 휴면이 개시되기 전에 활성화되었다. 상대적으로 세엽이며 생육속도가 빠른3배체와 4배체는 superoxide dismutase와 peroxidase 효소의 활성이 증가됨을 확인하였다. 수산기를 가진 라디칼에 의해 손상을 받은 세포막에서 지질과산화의 산물인 말론디알데히드(MDA)는 온도가 감소함에 따라 모든 세포형에서 증가되었고, 방어적인 항산화효소를 더 갖고 있는 3배체와 4배체는 MDA 생산이 현저하게 더 낮게 나타났다. 전해질 유출은 5배체와 6배체에서 더 높았던 것과 유사하게, 저온이 적용될 때 외견상으로 세포막에 더 손상을 받는 것 같았다. 실험 결과, 서로 다른 세포형(cytotype)의 항산화 반응은 유전적으로 특이적이며, 이는 버뮤다그래스에서 저온 저항성과의 연관성을 분자 수준에서 더 연구하는 것이 필요하다. Korean bennudagrass collections showed diverse genetic variations in their morphology, growth habit, and cytological aspects. Chromosome number and nuclear DNA content of the bennudagrasses indicated a ploidy level ranging from triploid (2n=3x) to hexaploid (2n=6x). In this study, we investigated the different responses of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase) and cell membrane stability of those bennudagrass cytotypes to lower temperature and shorter day length, which meets a dormant induction in Korea. All the antioxidant enzymes were found to be higher during dormant stage, while the heme-containing catalase which converts hydrogen peroxide ($H_2O_2$) to water and oxygen molecules was activated before dormant initiation in the three cytotypes except for hexaploid bennudagrass. The triploid and tetraploid which exhibited relatively finer leaves and a rapid establishment speed were found to show increased activities of superoxide dismutase and peroxidase enzyme. The malondialdehyde(MDA) which is a product of lipid peroxidation in the cell membrane damaged by the hydroxyl radical was increased in all cytotypes as temperature declined, and tri- and tetraploids which had more protective antioxidant enzymes demonstrated a significantly lower MDA production. Similarly electrolyte leakage was higher in penta- and hexaploidy, seemingly more damage to cell membrane when low temperature was implemented. Results indicated that antioxidant responses of different cytotypes were genetically specific, which needs to be investigated the relevance with the low temperature tolerance in the bermudagrass further at the molecular level.
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배수성이 다른 자생 버뮤다그래스의 휴면 전후 항산화 효소활성 및 세포막 안정성 변화
이긍주,이혜정,마기윤,전영주,김인경 한국잔디학회 2011 Weed & Turfgrass Science Vol.25 No.1
Korean bermudagrass collections showed diverse genetic variations in their morphology, growth habit, and cytological aspects. Chromosome number and nuclear DNA content of the bermudagrasses indicated a ploidy level ranging from triploid (2n=3x) to hexaploid (2n=6x). In this study, we investigated the different responses of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase) and cell membrane stability of those bermudagrass cytotypes to lower temperature and shorter day length, which meets a dormant induction in Korea. All the antioxidant enzymes were found to be higher during dormant stage, while the heme-containing catalase which converts hydrogen peroxide (H_2O_2) to water and oxygen molecules was activated before dormant initiation in the three cytotypes except for hexaploid bermudagrass. The triploid and tetraploid which exhibited relatively finer leaves and a rapid establishment speed were found to show increased activities of superoxide dismutase and peroxidase enzyme. The malondialdehyde(MDA) which is a product of lipid peroxidation in the cell membrane damaged by the hydroxyl radical was increased in all cytotypes as temperature declined, and tri- and tetraploids which had more protective antioxidant enzymes demonstrated a significantly lower MDA production. Similarly electrolyte leakage was higher in penta- and hexaploidy, seemingly more damage to cell membrane when low temperature was implemented. Results indicated that antioxidant responses of different cytotypes were genetically specific, which needs to be investigated the relevance with the low temperature tolerance in the bermudagrass further at the molecular level. 기존 보고된 바에 의하면 한국 자생 버뮤다그래스는 군집 내에서 형태학, 생육 특성, 세포학적 특성에 대해 유전적으로 매우 다양한 변이를 보여주었다. 버뮤다그래스의염색체 수와 핵 DNA 량에 따르면 배수성 수준의 범위가3배체((2n=3x), 4배체(2n=4x), 5배체(2n=5x), 6배체(2n=6x)로 나타났었다. 본 연구에서는 한국에서 휴면이 유도되는저온과 짧은 일장에 대한 항산화효소(superoxide dismutase,catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase)의 다양한 반응과각 버뮤다그래스 세포형의 세포막 안정성을 조사하였다. 모든 항산화효소는 휴면 기간동안 높게 나타났으나, 과산화수소를 물과 산소 분자로 변환시키는 헴기를 함유한 카탈라제는 6배체 버뮤다그래스를 제외한 세 개의 세포형에서 휴면이 개시되기 전에 활성화되었다. 상대적으로 세엽이며 생육속도가 빠른3배체와 4배체는 superoxide dismutase와 peroxidase 효소의 활성이 증가됨을 확인하였다. 수산기를 가진 라디칼에 의해 손상을 받은 세포막에서 지질과산화의 산물인 말론디알데히드(MDA)는 온도가 감소함에 따라 모든 세포형에서 증가되었고, 방어적인 항산화효소를 더 갖고 있는 3배체와 4배체는 MDA 생산이 현저하게 더 낮게 나타났다. 전해질 유출은 5배체와 6배체에서더 높았던 것과 유사하게, 저온이 적용될 때 외견상으로세포막에 더 손상을 받는 것 같았다. 실험 결과, 서로 다른 세포형(cytotype)의 항산화 반응은 유전적으로 특이적이며, 이는 버뮤다그래스에서 저온 저항성과의 연관성을분자 수준에서 더 연구하는 것이 필요하다.
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한국잔디 갈색퍼짐병 방제를 위한 선발 미생물의 길항기작 및 배양조건
김영선(Young-Sun Kim),마기윤(Ki-Yoon Ma),이긍주(Geung-Joo Lee) 한국원예학회 2015 원예과학기술지 Vol.33 No.4
본 연구는 한국잔디에 발생하는 주요 병해인 갈색퍼짐병 억제능력을 보인 3가지 길항 미생물의 길항기작과 미생물제제의 개발에 필요한 배양 조건을 밝히는 것이다. 길항미생물들의 길항작용 기작인chitinase, cellulase 및 siderophore생산능 조사에서 선발 길항미생물 모두 chitinase 활성은 없었으나, I-009균주와 FRIN-001-1균주에서 cellulase와 siderophore의 활성이 있어 진균의 외막가수분해 및 경쟁적 길항작용이 있다고 판단하였다. 그러나 YPIN-022균주는 siderophore의 생산능은 확인하였으나, chitinase와 cellulase의 생산능은 없는 것으로 확인되었다. 선발 길항미생물의 실용화를 위해서는 대량 배양이 필수적이므로 배양학적 특징을 탐색하고자 배지, 온도, pH, 배양시간, 탄소원, 질소원, 무기화합물 등의 영향을 조사한 결과 세 균주 모두 LB 배지에서 생육이 가장 왕성하였다. 최적 배양 온도는 I-009와 FRIN-001-1균주는 pH 5-8범위에서 35°C와 30°C 온도로 32시간 및 28시간 배양할 때 각각 균체의 생장이 가장 높았다. Pseudomonas 속의 YPIN-022균주는 35°C 배양 온도로 pH 5-9 배지위에서 24시간 배양시킬 때 생육이 가장 높았다. 탄소원으로 1% sucrose, 질소원으로 0.5% 효모추출물, 무기화합물로 0.1% 염화칼륨을 첨가한 배지에서 I-009와 YPIN-022균주의 생육이 가장 좋았으나, FRIN-001-1균주는 탄소원으로 mannitol, 무기화합물로 인산칼륨 첨가배지에서 생육이 더 양호했다. Our previous report demonstrated successful isolation of soil-borne bacteria that suppressed the potential of Rhizoctonia solani AG2-2 (IV) causing turfgrass large patch disease when applied to Korean lawngrass (Zoysia japonica). The current study aimed to uncover the mechanisms of this antagonism of Rhizoctonia solani and to define culture conditions for the isolated microbes. We found that two Bacillus isolates, I-009 and FRIN-001-1 strains, produced cellulase and siderophore, but not chitinase, while the Pseudomonas YPIN-022 strain was found to release only siderophore, implying that three antagonistic bacteria commonly interrupt Fe uptake by the large patch pathogen. The I-009 and FRIN-001-1 isolates grew best at 35 and 30℃ in growth medium of pH 5 to 8 for 32 and 28 h, respectively, while optimum growth for the YPIN-022 strain was found at 35℃ at pH 5 to 9 for 24 h. Good growth of I-009 and YPIN-022 over 24 h was obtained in M9 minimal medium supplemented with 1% sucrose, 0.5% yeast extract and 0.1% potassium chloride. FRIN-001-1 grew well in M9 medium with 1% mannitol, 0.5% yeast extract and 0.1% potassium phosphate dibasic.
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