생물적 방제균 Bacillus amyloliquefaciens LM11의 유래 생물계면활성물질과 항균활성과의 상관관계

강범용,김용환,남효송,김영철,Kang, Beom Ryong,Kim, Yong Hwan,Nam, Hyo Song,Kim, Young Cheol 한국식물병리학회 2017 식물병연구 Vol.23 No.2

장수풍뎅이 유충의 장내세포에서 분리한 Bacillus amyloliquefaciens LM11은 surfactin, iturin, fengycin 같은 biosurfactants lipopeptide를 생산하여 식물병원성 곰팡이의 성장을 강하게 억제하였다. LM11균주 성장단계에 따라 biosurfactant 생산과 surface tension은 상당히 유의한 차이가 있었다. 항균 물질인 surfactin, iturin, fengycin의 생합성 유전자는 정지기에 도달하면서 집중적으로 발현되었고 그 생산량도 높았다. 또한 LM11균주를 제거한 배양 상등액 함량의 농도에 따라 고추 탄저병원균의 포자발아와 높은 부의 상관관계가 있었다(R=0.761, P<0.001). 식물병원성 곰팡이의 균사 생장억제를 위한 최소 surface tension 수준은 38.5 mN/m였다(R=0.951-0.977, P<0.001). 본 연구 결과는 B. amyloliquefaciens LM11의 biosurfactant가 식물병에 대한 생물학적 방제에 중요한 항진균 대사물질로 작용하며, 배양액의 surface tension 측정은 생물학적 방제제의 최적 사용을 위한 기초 지표로 사용될 수 있음을 보여 주었다. Bacillus amyloliquefaciens LM11 was isolated from the feces of larvae of the rhino beetle and showed strong antifungal activities against various phytopathogenic fungi by producing biosurfactants. In this study, our overall goal was to determine relationship between biosurfactants produced from the LM11 strain and its role in growth inhibition of phytopathogenic fungi. Production and expression levels of B. amyloliquefaciens LM11 biosurfactants were significantly differed depending on growth phases. Transcriptional and biochemical analysis indicated that the biosurfactants of the LM11 strain were greatly enhanced in late log-phase to stationary phase. Inhibitions of phytopathogenic mycelial growth and spore germination were directly correlated (P<0.001, R=0.761) with concentrations of the LM11 cell-free culture filtrates. The minimum inhibitory surface tension of the culture filtrate of the B. amyloliquefaciens LM11 grown in stationary phase to inhibit mycelial growth of the phytopathogenic fungi was 38.5 mN/m (P<0.001, R=0.951-0.977). Our results indicated that the biosurfactants of B. amyloliquefaciens LM11 act as key antifungal metabolites in biocontrol of plant diseases, and measuring surface tension of the cell-free culture fluids can be used as an easy indicator for optimal usage of the biocontrol agents.

리보플라빈을 함유한 바이오닥터^TM 처리에 따른 벼 도열병과 흰잎마름병 억제효과

강범용,한송희,김철홍,김영철,Kang, Beom Ryong,Han, Song Hee,Kim, Chul Hong,Kim, Young Cheol 한국식물병리학회 2016 식물병연구 Vol.22 No.3

쌀은 세계에서 가장 중요한 작물 중의 하나이지만 충분한 비타민을 제공하지 않고, 벼 도열병과 흰잎마름병은 전 세계적으로 가장 큰 피해를 주고 있는 병해이다. 리보플라빈, 비타민 B2는 인간의 건강에 필수적인 영양소이며, 식물의 병원균에 대한 식물의 방어 활성화로 알려져 있다. 본 연구에서는 BioDoctor (Hyunnong Co., Ltd., Gokseong, Korea)라는 리보플라빈 기반 제품을 벼에 경엽살포했을 때, 주요 병해에 대한 저항성 유도 및 벼 체내에 비타민 함량이 증가되는지에 대한 가능성을 조사하였다. 온실검정에서 BioDoctor 제품 500배와 1,000배로 희석하여 경엽처리 결과 벼 도열병과 흰잎마름병에 대해 현저한 병 저항성을 유도하였다. 또한, BioDoctor를 처리한 알곡과 잎에서 통계적으로 유의한 수준으로 리보플라빈 함량이 검출되었다. 본 연구는 비타민인 리보플라빈이 함유된 BioDoctor가 벼 도열병과 흰잎마름병에 대해 병 저항성을 유도할 뿐만 아니라 쌀 곡류 내에 비타민 함량을 증가시키는 큰 잠재력을 가지고 있는 것으로 나타났다. Rice bacterial blight and blast are devastating rice diseases in worldwide. Riboflavin, vitamin B2, is an essential nutrient for human health, and is known to be as a growth regulator and as a plant defense activator against pathogens in plants. In this study, we investigated possibility of increasing internal vitamin B contents and inducing resistances against rice diseases by external foliar application of a riboflavin-based formulator called BioDoctor. In planta bioassay indicated that pretreatment of the foliar application of 1,000-fold or 500-fold diluted BioDoctor significantly induced disease resistance against rice blast and bacterial blight. In addition, about four fold higher levels of riboflavin contents were detected in the BioDoctor treated rice grain and stem compared to those of untreated rice. Our results indicated that foliar application of the riboflavin has a great potential to control plant diseases and to enhance internal vitamin contents in rice.

Bacillus amyloliquefaciens PPL과 식물추출 혼합 제형의 식물병(토마토 시들음병, 고추 탄저병, 벼 잎집무늬마름병)과 흡즙성 해충(점박이응애, 복숭아혹진딧물)에 대한 실내활성 검정

강범용(Beom Ryong Kang),김선암(Sun Am Kim),박준성(Joon Seong Park),김영철(Young Cheol Kim) 한국농약과학회 2019 농약과학회지 Vol.23 No.2

Bacillus amyloliquefaciens PPL과 식물추출물의 혼합 제형과 유효성분 Fengycin에 의한 토마토 시들음병 방제

강범용(Beom Ryong Kang),정우진(Woo-Jin Jung),박준성(Joon Seong Park) 한국농약과학회 2020 농약과학회지 Vol.24 No.2

Paenibacillus polymyxa KB16 바이오프로세스 생산성에서 배양 영양소 키토산의대사유도기전에 의한 항진균 향상 효과

강범용 ( Beom Ryong Kang ),최준석 ( Jun-seok Choi ),신혜민 ( Hye-min Shin ),류광록 ( Gwang Rok Ryu ),정우진 ( Woo-jin Jung ) 한국키틴키토산학회 2022 한국키틴키토산학회지 Vol.27 No.4

벼 재배지의 토양에서 Paenibacillus polymyxa(Pp) KB16를 분리하였고, 16S ribosomal RNA 염기서열 분석과 계통수 분류에 의해 동정되었다. 본 연구는 분리동정된 Pp KB16의 생물공정 생산성에서 배양 영양원인 키토산의 대사산물 생성 유도와 향상 기작을 규명하였다. Pp KB16 생육에서 키토산 0.1%와 0.3% 농도 범위내에서 biosurfactant 생산과 biofilm 형성 유도에 정의 상관관계가 있었다. 특히, 키토산 0.1%는 surfactin lipopeptide와 chitosanase 생산에 직접적으로 관여하는 유전자가 6.6배와 5.0배 이상의 높은 수준으로 발현되었다. 또한 배양 7일 동안 chitosanase의 현저한 증가 유도와 31.6 kDa을 포함하는 효소 활성이 SDS-PAGE gel에서 발현되었다. 키토산을 이용한 Pp KB16의 항진균 및 효소 활성은 Rhizoctonia solani에 대한 67% 이상의 균사생육저지와 오이 모잘록병에 대해 오이 유묘에서 62% 이상의 방제효과로 향상시켰다. 이러한 결과는 키토산 배양 기질의 선택이 Pp KB16 균주에 의한 2차 대사산물 생산에 상승적으로 영향을 미치고 결과적으로 항진균 활성에 영향을 미치는 것을 확인하였다. Paenibacillus polymyxa(Pp) KB16 was isolated from rice fields, and identified by 16S ribosomal RNA sequencing and phylogeny. The purpose of this study is to investigate the mechanism of induction and improvement of metabolite production of chitosan, a culture nutrient, in the productivity of Pp KB16 bioprocess. In Pp KB16 growth, there was a positive correlation between biosurfactant production and biofilm formation induction within the 0.1% and 0.3% chitosan concentration ranges. In particular, in 0.1% of chitosan, genes directly involved in the production of surfactin lipopeptide or chitosanase were expressed at 6.6-fold or 5.0-fold higher levels. In addition, chitosanase induction and enzyme activity including 31.6 kDa were significantly increased by SDS-PAGE for 7 days of culture. Pp KB16 cultured with chitosan substrate inhibited the mycelia growth of Rhizoctonia solani by more than 67%, and showed more than 62% control effect on damping-off in cucumber seedlings. Overall, the results of this study show that the selection of the chitosan culture substrate synergistically affects the production of secondary metabolites by the Pp KB16 strain and consequently affects the antifungal activity.

키틴분해세균의 현장 대량 배양방법을 이용한 효과적인 식물병의 생물적 방제 전략

김영철,강범용,김용환,박서기,Kim, Young-Cheol,Kang, Beom Ryong,Kim, Yong Hwan,Park, Seur Kee 한국식물병리학회 2017 식물병연구 Vol.23 No.1

유기농 및 지속 가능한 농산물에 대한 최근의 전 세계적인 수요는 농가 현장에서 사용 가능한 생물 농약의 개발 및 활용에 대한 요구가 증대되고 있다. 그러나 대부분의 생물학적 방제 방법은 실제 현장 조건에서 식물병 방제 스펙트럼이 제한적이고 효능이 높지 않다. 본 연구팀은 키틴분해 미생물과 키틴을 활용하여 적은 비용으로 방제효과가 우수한 키틴 기반 제형을 개발했다. 이 제형은 포장 조건에서 다양한 식물병을 성공적으로 방제하였다. 본 리뷰에서는 성공적인 포장 연구와 관련하여 이 제형에 함유되어 있는 키틴분해미생물들의 생태학적 측면과 생물적 방제 기작에 대해 기술하였다. 또한 현장에서 키틴분해미생물의 현장 대량 배양과 효과적인 생물학적 방제 방법을 사용하여 농민 친화적인 수단으로 확대 할 수 있는 생물적 방제 방법과 전략의 가능성에 대해 논의했다. Recent worldwide demand for organic and sustainable agriculture products is driving the development of formulations of biopesticides effective in the field. Biopesticides have the benefit of environmentally-friendly qualities. However, biocontrol approaches largely have been ineffective in controlling plant pests in field conditions. Previously, we developed a cost-effective biocontrol formulation containing chitin and chitinase-producing biocontrol bacteria with field efficacy. This formulated product has successfully suppressed various plant diseases in the field conditions. In this review, we focus on ecological aspects and the potential mechanisms underpinning the success of chitinase-producing bacteria. In addition, we discuss the possibility on-site cultivation of the formulated products to further strengthen the approach as being farmer friendly and successful.

전남지역 유기 딸기재배지에서 제충국과 멀구슬 추출물을 이용한 점박이응애 방제 및 천적에 대한 독성

김도익,김선곤,강범용,고숙주,김진섭,김상수,Kim, Do-Ik,Kim, Seon-Gon,Kang, Beom-Ryong,Ko, Suk-Ju,Kim, Jin-Seob,Kim, Sang-Soo 한국유기농업학회 2009 韓國有機農業學會誌 Vol.17 No.2

유기재배 딸기 해충 방제를 위해 제충국과 멀구슬 추출물의 천적에 대한 독성과 함께 점박이응애 방제체계를 확립하기 위해 포장에서 시험한 결과는 다음과 같다. 칠레이리응애에 대한 제충국과 멀구슬의 살비율은 높았으나, 유럽애꽃노린재에 대해서는 낮았다. 제충국의 칠레이리응애에 대한 잔효독성은 아주 낮았으나 멀구슬은 최소한 1일 정도는 지나야 천적에 안전하였다. 기생성 천적의 우화율은 7일째에 대부분 40%내외로 나타내 천적에 약간의 피해를 주었다. 황온좀벌의 방사시에는 반드시 멀구슬 살포 이후에 하여야 한다. 제충국을 먼저 살포하여 점박이응애를 방제하기 위해 포장에서 2회 또는 3회 교호로 살포한 경우, 제충국+멀구슬처리와 제충국+제충국+멀구슬을 1주 간격으로 살포하면 15일째에 밀도가 억제 되었으나 이후 밀도가 다시 증가하였다. 제층국+멀구슬+제충국 처리시 8일째에 31.7%로 낮아졌으나, 15일 이후 30일째까지 밀도가 억제되지 못하고 증가하였다. 멀구슬을 먼저 살포한 경우, 멀구슬+제충국, 멀구슬+멀구슬+제충국, 멀구슬+제충국+멀구슬 살포시 초기에 점박이응애의 밀도가 급격히 떨어져 30일째까지 낮은 밀도가 유지되어, 멀구슬을 먼저 살포하고 제충국이나 멀구슬을 교호로 1회 더 살포하는 처리가 효과적이었다. 제충국을 살포 전 후에 천적을 방사하면 칠레이리응애의 밀도는 거의 변동 없이 유지하였으나, 점박이응애의 밀도가 증가하는 8일 이후에 밀도를 충분히 억제하지 못하였다. 멀구슬은 살포전이나 후 모두 초기부터 점박이응애의 밀도가 떨어지면서 칠레이리응애 역시 같이 밀도가 떨어져 8일 이후부터는 더 이상의 발생이 없었다. This experiment was conducted to investigate the effect of plant extracts, Chrysanthimum cinerariefolium and Melia azedarach to natural enemies and management of two spotted spider mite, Tetranychus urticae in organic strawberry fields in Jeonnam area. Plant extracts were highly toxic against Phytoseiulus persimilis, but low against Orius laevigatus. In the residual effect against Phytoseiulus persimilis, C. cinerariefolium showed lower level than M. azedarach which safe at least 1 day after spray. Emergence rates of parasitoids were about 40% at seven days after spray. Eretmocerus eremicus has very low emergence rate in treatment of M. azedarach, so it should release after spray of M. azedarach. To control of T. urticae C. cinerariefolium (CC) sprayed first and then sprayed C. cinerariefolium or M. azedarach (MA) for two and three times at a week interval. In the treatment of CC+MA and CC+CC+MA, the density of T. urticae was inhibited by 15th day but increased afterward. In CC+MA+CC, that of T. urticae inhibit from 8 days but also increased after I5th day. In case of spray M. azedarach (MA) first, the treatment of MA+CC, MA+MA+CC, MA+CC+MA suppressed T. urticae from the first day so the densy of T. urticae maintained low level to 30 days after spray. It suggested that M. azedarach should spray first and then alternative spray. When C. cinerariefolium sprayed before and behind to release of P. persimilis, the density of P. persimilis maintained unchanged but could not suppress T. urticae after 8 days which T. urticae increase time. When M. azedarach sprayed, the density of T. urticae rapidly decreased. It was accompanied with P. persimilis so T. urticae did not occur at 8 days after treatment.

파에서 파밤나방 요방제 수준 설정

김선곤,김도익,강범용,최경주,Kim, Seon-Gon,Kim, Do-Ik,Kang, Beom-Ryong,Choi, Kyeong-Ju 한국응용곤충학회 2007 한국응용곤충학회지 Vol.46 No.3

대파에서 파밤나방의 접종시기와 접종량에 따른 피해엽율을 조사하고 수량과 관계를 조사한 결과는 다음과 같다. 파밤나방의 접종시기별 피해엽율은 정식 5일째(1차 접종)의 경우 20주에 40마리 접종과 5마리 접종에서 9월 7일에 각각 33.5%와 10.9%를 나타내었다. 정식 20일째에 접종(2차 접종)한 경우 9월 7일에 20.5%를 보였으나 1차 접종 보다는 낮았다. 파밤나방 무접종구의 수량은 3,495.2 kg/10a이었으며 1차 40마리 접종구의 수량은 1,774. 2kg/10a로 수량감소율은 49.2%였으며 2차 접종구의 수량 2,220.5 kg/10a로 수량 감소율은 36.5%였다. 파 파밤나방의 유충밀도와 수량감소율과의 상관관계식은 정식 5일은 Y = -43.474x + 3419.6 ($R^2\;=\;0.9698$), 정식 20일에는 Y = -32.977x + 3518.9 ($R^2\;=\;0.9928$)로 대파재배 시 파밤나방 유충의 요방제 수준은 정식 5일째의 경우 20주당 1.8마리이며, 정식 20일째의 경우 20주당 4.6마리였다. 파밤나방 접종밀도에 따른 피해율과 수량감소율의 관계는 정의 상관을 나타내어 피해가 클수록 수량 감소율도 크게 나타나 대파의 수량에는 파밤나방의 피해가 크게 작용하였다. Control thresholds for the management of beet army worm, Spodoptera exigua (Lepidoptera : Noctuidae) were evaluated on welsh onion of two different planting time. Two inoculation times were tested for each planting and the number of inoculated larva was 5, 10, 20, 40 per twenty plants. The injured rate of leaves was 33.5% to 10.9% at 7th September at 40 to 5 larva inoculation plot on the five days planting. That of leaves was 20.5% at 40 larva on the twenty days planting. The yields of welsh onion on non-inoculation plot were 4,395 kg per 10a. The rate of reduced yields was 49.2%(1,774.2 kg) and 36.5%(2,220.5 kg) at 40 larva inoculation on the 5 and 20 days planting, respectively. The linear relationships between population density and yield reduction were as following; it was Y=-43.474X + 3419.6 ($R^2\;=\;0.9698$) for 5 days and Y=-32.977X + 3518.9 ($R^2\;=\;0.9928$) for 20 days. Based on these results the control threshold level was estimated to be 1.8 larva for 5 days and 4.6 larva for 20 days per 20 plant. The more damaged leaves by S. exigua larva, the more yield reduction on welsh onion.

왕우렁이(Pomacea canaliculata: Ampullariidae) 방제를 위한 오리 및 통발 이용

김도익,김선곤,최경주,강범용,김정준,박형만,Kim, Do-Ik,Kim, Seon-Gon,Choi, Kyeong-Ju,Kang, Beom-Ryong,Kim, Jeong-Jun,Park, Hyeong-Man 한국응용곤충학회 2007 한국응용곤충학회지 Vol.46 No.1

전남지역 담수직파재배지에서 발생하여 피해를 주고 있는 왕우렁이를 방제하기 위해 오리 및 통발과 유인제를 이용하여 시험한 결과는 다음과 같다. 왕우렁이를 포식하는 오리는 작은 오리(700g)가 큰오리(1300g) 보다 더 많이 포식하였다. 작은 오리 1마리보다는 2마리 있을 경우 포식량이 더 많아 투입 2일째에 90% 이상의 우렁이를 섭식하였다. 왕우렁이와 오리를 동시에 투입하는 것 보다 왕우렁이 투입 7일후에 오리를 투입하는 것이 왕우렁이 방제에 효과적이었다. 또한 왕우렁이를 잡초제거 용으로 활용한 1개월 후부터는 오리를 어느 시기에 투입하더라도 왕우렁이 밀도를 억제시킬 수 있었다. 왕우렁이 월동이 끝나는 5월 상순에 오리를 $30m^2$ 당 4마리 투입함으로써 밀도를 억제할 수 있었다. 왕우렁이를 방제하기 위해 통발로 떡밥과 유인제를 혼합하여 유인한 결과 왕우렁이는 잉어용 떡밥에 menthol이 첨가된 통발에서 216마리/1주(週) 유인되었다. This study was investigated the potential of ducks and fish trap for the control of golden apple snail, Pomacea canaliculata, in paddy field and water canals. The smaller size of duck (700g) preyed snails than the bigger one (1,300g). The consumption of two ducks was bigger under plastic house. They preyed over 90% on the second days of release. The release time of ducks was more effective at seven days after inoculation of snails than simultaneous. Duck could suppress the density of snails at any time from month after inoculation. Four ducks per $30m^2$ could control snails in an irrigation canals. The number of attracted golden apple snail per week was 216 in big fish trap $({\Phi}15cm)$ with menthol paste which for a carp.

유기와 관행재배 배 과수원의 무척추동물의 종 다양성 연구

김도익,김선곤,고숙주,강범용,최덕수,임경호,김상수,Kim, Do-Ik,Kim, Seon-Gon,Ko, Sug-Ju,Kang, Beom-Ryong,Choi, Duck-Soo,Lim, Gyeong-Ho,Kim, Sang-Soo 한국유기농업학회 2011 韓國有機農業學會誌 Vol.19 No.1

유기 배 과수원의 생물종 다양성을 조사하기 위해 토양 미소동물은 토양채취를 하였으며 지상부의 생물 조사는 pitfall 트랩, malaise 트랩, 유아등을 사용하여 채집하였다. 토양채취에서는 유기재배에서 37종 1,184마리, 관행 재배 28종 501마리였으며 pitfall 트랩에서는 각각 38종 648마리, 29종 440마리였다. malaise 트랩과 유아등에서는 각각 55종 650마리, 47종 508마리와 23종 201마리, 9종 42마리였다. 토양채취에서 톡토기목이 389마리로 많이 채집되었는데 관행재배지 보다 5배 이상 많이 채집되었으며 pitfall 트랩에서도 183마리로 3배 이상 채집되어 지표생물로 선발되었다. 토양미소동물의 유기재배지의 종 다양도는 3월에 1.956, 8월에 2.638로 관행의 1.426, 2.011보다 더 높아 유기 재배지에서 생물 다양성이 더 높았다. Pitfall 트랩에서 주로 출현한 종들은 거미류, 톡토기류, 딱정벌레였다. 딱정벌레 중에 관행재배지에는 점박이먼지벌레, 폭탄먼지벌레가 유기재배지에서는 큰넓적송장벌레가 지표생물이 될 가능성이 높았다. malaise 트랩에 의한 곤충종은 벌목, 파리목이 많이 채집되었으며, 그중에서 벌류는 고치벌과 맵시벌이 주를 이루었다. 지상부 생물의 종 다양성 조사 결과, pitfall 트랩의 종다양도가 유기재배지에서 2.952, 관행 2.587이었으며, malaise 트랩은 유기 3.120, 관행 2.398, 유아등은 유기 2.010, 관행 1.507로 나타나 malaise 트랩에서의 종 다양도가 가장 높았다. This research was carried out to investigate invertebrate fauna with organic and conventional pear orchards, which used four collected methods; soil sampling for soil microorganism, pitfall, malaise, and black light trap for over ground species. Collected species were 37 species, 1,184 individuals in organic and 28 species, 501 individuals by soil sampling in conventional pear fields. Those were 38 species, 646 individuals and 29 species, 440 individuals by pitfall trap, 55 species 650 individuals and 47 species, 508 individuals by malaise trap, and 23 species, 201 individuals and 9 species, 42 individuals by black light trap. Collembola was collected 389 individuals in organic which was 5 times than in conventional in soil sampling. In pitfall trap, that was 183 individuals which was 3 times. The diversity indices of organic pear orchards were 1.956 in May, 2.638 in August and those of conventional was 1.426 in May, 2.011 in August in soil sampling. In pitfall trap, the dominant species were spiders, collembollan, and coleopteran. Among Coleoptera, indicator insects for the evaluation of agricultural environment suggested were Eusilpha jakowelewi as organic pear orchard and Anisodactykus punctatipennis and Pheropsophus jessoensis as conventional. Malaise trap was collected dominant species as Diptera and Hymenoptera of Braconidae and Ichneumonidae. The diversity indices of organic pear orchards were 2.952, 3.120, and 2.010 in pitfall, malaise and black light trap in over ground invertebrate sampling. The highest diversity was in malaise trap. The higher diversity indices, the lower dominance indices.