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배추 뿌리혹병 방제를 위한 미생물 선발과 바이오차 인위적 로딩 조건 설정 연구
남주희 ( Joo-hee Nam ),임성희 ( Sung-hee Lim ),장재은 ( Jae-eun Jang ),신민우 ( Min-woo Shin ),문지영 ( Ji-young Moon ),임갑준 ( Gab-june Lim ),심창기 ( Chan-ki Shim ),김민정 ( Min-jung Kim ),신중두 ( Jung-doo Shin ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0
배추, 양배추, 무, 순무 등의 십자화과 작물에서 발생되는 배추 뿌리혹병은 Plasmodiophora brassicae라는 병원균에 의해 발생되며, 균학적 특성상 약제 처리만으로 방제가 어려운 난방제 병원균에 속한다. 뿌리혹병원균은 토양 내 7~10년간 장기간 잔존할 수 있으며, 존재하는 휴면포자가 발아한 후 유주포자를 형성하여 이 유주포자가 배추 뿌리털 속으로 침입하고 증식하면서 뿌리혹을 형성하게 된다. 경기도농업기술원에서는 뿌리혹병에 대한 친환경 방제 기술 개발을 위하여 항균력이 우수한 균주를 수집하여 포트 검정시 방제 효과가 60% 이상인 3종의 미생물을 선발하였으며, 동정 결과 Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp.로 확인되었다. 기존에 알려진 선행연구는 선발한 미생물을 관주처리 하는 경우가 많았지만, 미생물의 특성 상 토양 내 잔존이나 우점이 어렵고, 환경이 적합하지 않아 증식이 불리하여 기내검정에서 효과가 우수한 균주를 선발하여도 현장에서 균주 자체의 특성을 나타내지 못하는 경우가 많았다. 본 연구는 이러한 현장 적용의 문제점을 해결하기 위하여 흡착력이 우수한 다공성의 바이오차에 미생물을 로딩하고, 미생물이 잘 배양될 수 있도록 pH, 멸균 유무, 건조 시간 등을 고려하여 균주 배양 특성에 적합한 인위적인 바이오차 로딩 조건을 설정하는 연구를 진행하였다. 바이오차는 계분+구아노 바이오차, 계분+구아노+산처리(구연산) 바이오차, 왕겨+구아노 바이오차, 왕겨+구아노+산처리(구연산), 왕겨+구아노+산처리(목초액) 총 5종류의 바이오차를 이용하였으며, 선발한 균주를 멸균유무, pH, 건조시간에 따라 인위적으로 로딩 조건을 설정하여 진행한 뒤, 접종한 균주가 바이오차 내에서 동일하게 발현하는지 유무를 확인하였다. 접종 후 도말하여 30℃에서 배양시킨 뒤 gDNA 추출 후 27F(5’-AGAGTTTGATCMTGG CTCAG-3’)과 1429R(5’-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3’) primer set을 이용하여 16S rRNA 유전자를 분석하였다. 분석된 염기서열은 NCBI의 BLAST를 이용하여 GenBank에 등록된 염기서열과 상동성을 비교하여 최종적으로 동정하였다. pH 농도별 선발된 길항미생물의 생균수를 측정한 결과 pH 6.0에서 8.0 전까지는 균주 배양이 가능하였으나 pH 8.0 이상부터는 균주 발현이 되지 않았다. 바이오차 멸균 유무에 따라 균주 로딩 후 발현 유무를 확인하였을 때, 멸균하지 않은 처리에서는 5종류의 바이오차 중에서 1종류의 바이오차에서만 Pseudomonas sp. 접종한 균주가 그대로 발현하였으며, 나머지 멸균하지 않은 바이오차에서는 접종한 균주 외 Staphylococcus sp. 등 대장성 오염균이 주로 발현되었고, 멸균한 바이오차에서는 Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp. 접종 균주가 그대로 발현되었다. 바이오차 로딩 후 건조시간에 따른 발현 조건을 확인한 결과 24 hr 건조에서는 Arthrobacter sp. 외 다른 미생물은 거의 발현이 되지 않았고, 72 hr 건조하였을 때 Arthrobacter sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp. 접종 균주가 왕겨가 포함된 바이오차 3종류에서 모두 그대로 우점하여 발현되었다. 이 연구 결과를 통해 현장에 적용하는 환경과 선발 미생물이 배양되는 조건 간 차이를 줄여나가는 것이 군락 형성에 중요한 요소임을 확인하였으며, 추후 수분 조건, 영양 성분 등 인위적으로 줄여나갈 수 있는 조건을 구체적으로 확립하여 현장 적용이 가능한 유기농업자재를 개발할 수 있는 자료로 활용하고자 한다.
느타리버섯 수확후배지를 이용한 가축분퇴비의 이화학적 특성
장재은(Jae-Eun Jang),임성희(Sung-Hee Lim),신민우(Min-Woo Shin),문지영(Ji-Young Moon),남주희(Joo-Hee Nam),임갑준(Gab-June Lim) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
경기도는 느타리버섯 주생산지로 전국 생산량(4만5,724톤)의 68.7%(3만1,410톤)을 차지하고 있어 버섯 수확후배지의 발생량이 연간 약 16만톤에 이른다. 느타리버섯 수확후배지는 수분함량이 약65%이고 유기물함량이 높기 때문에 쉽게 부패될 우려가 있어 적기에 사용되는 것이 필요하다. 본연구는 용인축협과 공동으로 용인축협 퇴비공장에서 현장적용연구로 수행되었으며, 기존 톱밥을 수분조절제로 사용한 가축분퇴비와 비교하여 느타리버섯 수확후배지를 혼합한 가축분퇴비 제조시의부숙기간 및 온도변화, 수분함량, 비료성분 등을 조사하였다. 느타리버섯 수확후배지를 혼합한 퇴비는 1, 2차 발효 및 후숙단계를 거치면 기존 톱밥을 혼합한 퇴비과 비교하여 퇴비 부숙기간 및 수분함량, 비료성분 등에 차이가 없었으며, 비료공정규격에도 적합하게 나타났다. 현물 상태의 느타리버섯수확후배지는 톱밥 가격 대비 상대적으로 공급가격이 낮아 이를 활용하여 톱밥을 전량 대체하면 가축분퇴비의 생산비를 낮출 수 있는 장점이 있다. 이번에 개발된 기술로 느타리버섯 수확후 부산물의유기자원화를 통한 버섯 수확후배지의 소비처 확대 및 고품질의 가축분퇴비 생산에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
문지영 ( Ji-young Moon ),임성희 ( Sung-hee Lim ),장재은 ( Jae-eun Jang ),신민우 ( Min-woo Shin ),남주희 ( Joo-hee Nam ),김도현 ( Do-hyun Kim ),김상윤 ( Sang-yoon Kim ),임갑준 ( Gab-june Lim ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0
농업생태계에서 토양미생물은 토양 양분 순환, 작물 생육에 중요한 역할을 하며, 농경지 토양은 물리, 화학, 생물학적 특성이 순차적으로 개선되므로 최적의 농업환경 유지를 위해서는 이화학적 측면 뿐만 아니라 미생물 생태학적 측면에서도 토양 관리기술 개발이 필요하다. 따라서 농촌진흥청에서는 1999년부터 농업환경변동조사 사업을 통해 토양미생물 분포를 모니터링하고 있으며, 본 사업의 일환으로 경기지역 과수원 29지점의 표토(10-15 cm)를 채취하여 토양미생물의 유전자 정량, 탈수소효소 활성, 종 풍부도, 다양성 지수를 분석하였다. 토양 시료를 2 mm 체로 체별하여 22℃에서 6~7일간 배양 후 시료 당 1 g의 DNA를 추출하였다. 추출된 군집 DNA를 qPCR로 정량하였고 16S rRNA, ITS 유전자 증폭체 염기서열(amplicon sequencing) 분석으로 문(phylum), 강(class) 수준의 미생물 분포를 확인하였다. 종 풍부도는 Chao, Ace 추정치를, 다양성은 Shannon, Invsimpson 지수로 나타냈다. 탈수소효소 활성은 토양 시료 6 g과 CaCO<sub>3</sub> 60 mg, 3% 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride 1 mL, 증류수 2.5 mL 혼합액을 37℃에서 24시간 반응시킨 후 메탄올을 10 mL씩 첨가하여 100 mL가 되도록 여과하고 485 nm에서 비색 정량한 Casida 방법으로 분석하였다. 경기지역 과수원 토양미생물의 탈수소효소 활성은 평균 77.5 ㎍ TPF g<sup>-1</sup> soil day<sup>-1</sup> (범위 15.1-255.9)로 전국 평균(52.3 ㎍)보다 높았는데 특정 지점이 특이적으로 높은 활성을 나타내는 경향을 보였다. 유전자 정량 분석 결과 16S rRNA(세균), nirS/nirK(아질산 환원균) 유전자는 유사한 경향을 나타내었으며 전국 평균보다 높았으나, nosZ(아산화질소 환원균), cnorB(일산화질소 환원균)은 전국 평균보다 낮았다. 시료마다 시퀀스 개수가 다르기 때문에 최저 데이터셋으로 샘플링하여 종 풍부도 추정치와 다양성 지수를 분석하였으며 세균의 종 풍부도는 Chao 평균 4,981(범위 2,993-5,791), Ace 5425(3,049-6,998)로 나타났다. 다양성 지수는 Shannon 6.9(6.2-7.2), Invsimpson 280.6(139.0-436.9)이었으며 종 풍부도 추정치, 다양성 지수 모두 전국 평균보다 4-26% 높았다. 세균 문 단위의 분포는 Proteobacteria 평균 30.0%(범위 24.5-37.9), Actinobacteria 18.1%(12.9-22.6), Acidobacteria 15.9%(7.4-21.7), Firmicutes 10.6%(4.6-29.0) 순서로 우점하였다. 진균의 종 풍부도는 Chao 905(441-1,154), Ace 940(436-1,216), 다양성 지수는 Shannon 4.2(3.1-5.0), Invsimpson 24.5(6.1-49.9)이었으며 종 풍부도 추정치, 다양성 지수 모두 전국 평균보다 5-7% 높았다. 진균 문 단위의 분포는 Ascomycota 49.4%(16.2-74.0), Basidiomycota 16.0%(2.0-54.0), Mortierellomycota 15.0%(2.4-57.5) 순서로 우점하였다. 토양미생물은 재배 과수 작목, 작목별 시비량 등 재배 방법에 따라 다르게 나타날 수 있으므로 향후 토양 화학성 자료와 연계하여 분석해야 할 것으로 판단된다.