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Study on antibacterial activity of lactic acid bacteria against different plant pathogenic bacteria
Anupama Shrestha 강원대학교 2008 국내석사
Lactic acid bacteria (LAB) are a phylogenetically diverse group of bacteria that are gram-positive usually non-motile, non-spore-forming rods and cocci with less than 50 mol% G+C in their DNA. They lack the ability to synthesize cytochromes and therefore cannot generate ATP by creation of a proton gradient. LAB includes the genera Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Carnobacterium, Propionibacterium and Bifdobacterium. Many LAB have important roles in the production of fermented foods, and some of these bacteria have been shown to be capable of inhibiting the growth of a wide variety of food spoilage organisms. In this study, strains were isolated from the soil around healthy tomato plants in a polyhouse, where most of the other plants showed bacterial wilt symptoms. In vitro antagonistic effect of culture fractionated in bacteria free supernatant and bacterial suspension of the isolated strain KLF01, Lactococcus strain KLC02 and Pediococcus strain KPD03 were tested against different plant pathogenic bacteria. The antibacterial substances from all three bacteria were subjected to different physical conditions as different pH and temperature. Furthermore, greenhouse experiments were conducted to determine the effectiveness of the Lactococcus strain KLC02, Pediococcus strain KPD03 and Lactobacillus strain KLF01 to control the bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum. Biochemical and 16S rRNA gene analysis of bacterial isolate KLF01 from garden soil showed relatedness to Lactobacillus sp. The supernatant was found to show no antibacterial effect, indicating that live bacteria are responsible for the activity in case of Pediococcus strain KPD03 and Lactobacillus strain KLF01 while the supernatant of Lactococcus strain KLC02 showed antibacterial activity against Xanthomonas axonopodis pv. citri. Among different plant pathogenic bacteria investigated, the zone of inhibition against Xanthomonas axonopodis pv. citri, Xanthomonas campestris pv. vesicatoria and R. solanacearum were significant therefore, selected for further study. The results showed that the antibacterial substance from Lactococcus strain KLC02 was found to consistently retain its biological activity after exposure to wide range of pH (2.0-9.0) and heat. Drench application of these strains (4×108 C.F.U/ml) into the experimental plot containing tomato (Solanum lycopersicum L.) cultivar ‘Lokkusanmaru’ and pepper (Capsicum annuum L.) cultivar ‘Buja’ plants, post-inoculated with the pathogen, R. solanacearum, drastically reduced the disease severity, compared to the non-treated plants. Since the above mentioned bacterial pathogens are critical in the initiation and progression of wide variety of plant diseases, the present findings suggest that the implementation of LAB may offer a novel approach in the biological control of these diseases. 계통 발생적으로 Lactic acid bacteria (LAB)는 다양성을 가지는 세균의 한 그룹으로써 gram-positive 이고 이동성이 없으며 포자를 형성하지 않는 rods 와 cocci 모양을 띄고 DNA 에는 50 mol% 보다 적은 G+C를 가지고 있다.이와 같은 세균은 cytochromes 을 생성 할 수 없다. 그러므로 proton gradient를 이용하여 ATP를 만들지 못한다. LAB의 속에 포함된 세균들은 다음과 같다: Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Carnobacterium, Propionibacterium and Bifdobacterium. 많은 LAB 은 발효식품 가공 시 중요한 역할을 한다 또한 이균들 중 음식을 상하게하는 미생물을 억제할수 있는 능력을 지녔다. 이번 연구를 위해 ployhouse 의 시들음병 에걸린 토마토 식물체중 건강한 토마토 식물의 토양에서 strain 을 분리 (채취) 하였다. 세균이 없는 supernatant 와 분리된 KLF01, Lactococcus strain KLC02 and Pediococcus strain KPD03 계통의 bacterial suspension이 병원성 세균에 대한 대립성을 알아 보기 위해 in vitro 시험되었다. 이 세종류의 항생성 은 pH와 온도 와 같은 물리적인 조건에 따라 다르게 나타난다. 또한, Lactococcus strain KLC02, Pediococcus strain KPD03 and Lactobacillus strain KLF01 의 R. solanacearum 에 의해 시들음 병을 억제할 수 있는 능력의 효과를 알아보기 위해 온실에서 실험되었다. KLF01 계통의 16S rRNA gene 와 생화학적 분석을 통해 Lactobacillus sp. 와의 연관성을 알수있었다. Supernatant에서는 항생 효과가 없었다. 이는, 살아 있는 세균만이 KPD03 계통의 Pediococcus 와 KLF01 계통의 Lactobacillus에서 제 역할을 하는 것으로 나타났다. 그런 반면, KLC02 계통의 Lactococcus supernatant는 Xanthomonas axonopodis pv. citri. 에데해 항생성을 보였다. 다른 식물 병원성 세균들도 조사한결과 Xanthomonas axonopodis pv. citri, Xanthomonas campestris pv. vesicatoria와 R. solanacearum 의 저항성은 눈에띄게 나타났다. 그러므로 더 연구 해볼 필요가 있다. KLC02 계통의 Lactococcus 의 항생성분 은 pH (2.0-9.0) 와 열에 노출되었음에도 불구하고 모든 생물적인 활동은 잃지 않았다. 위의 strains (4×108 C.F.U/ml)에 Drench application을 tomato (Solanum lycopersicum L.)의 재배종 ‘Lokkusanmaru’ 와 pepper (Capsicumannuum L.) 의 재배종 ‘Buja’ 식물들이 병원성 R. solanacearum에 접종되었을 때가 접종되지 않았을 때 보다 병징을 확연히 줄였음을 확인할수 있었다. 그러므로 위와 같은 세균으로부터 시작, 발전되는 다양한 식물병을 control 할수있는 방법 등에 LAB은 많은 도움과 성과를 불러올 것으로 판단된다.
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