유용미생물은 가지과 작물의 뿌리에서 서식하는 근권미생물이며 병원균에 대한 길항력이 높고 작물의 생육을 촉진시키는 미생물로서 해당 미생물제제를 첨가한 상토에서 자란 고추 식물의 초장은 22cm로 미생물제제를 첨가하지 않은 상토보다 성장률이 약 6%가 증가한 결과가 나왔다.
<h1>결과 및 고찰</h1><h2>유용미생물의 선발</h2><p>유용미생물은 가지과 작물의 뿌리에 서식하는 근권미생물로 병원균에 대한 길항력이 높고 또한 작물의 생육을 촉진시키는 미생물로서 근권 · 길항 · 생육촉진미생물을 제형화하고 상토에 적용하였다. Table 3과 같이 근권미생물은 가지과 작물의 뿌리와 재배토양 등 385점의 균원시료로부터 540여점을 분리하였다. 이들 근권미생물 중에서 길항미생물은 가지과 작물에 공통적으로 발생되는 Alternaria solani, Botrytis cinerea, Fusarium oxysporium, Phytophthora capsici, Sclerotinia sclerotiorum 등의 병원균과 대치배양하여 길항력이 우수한 20여 주를 1차 선별하고 재현성 실험을 통하여 비교적 높은 길항력을 나타내는 분리주 MJ-1~MJ-5 까지 5주를 2차 선별하였다. Alternaria solani에는 MJ-2와 3균주가 높은 길항력을 나타내었으며, Botrytis cinerea 및 Fusarium oxysporium에는 MJ-1과 4균주가, Phytophthora capsici 및 Sclerotinia sclerotiorum에는 MJ-3과 5균주가 높은 길항력을 나타내었다. 생육촉진미생물을 선발하기 위해 상기 5주의 근권 · 길항미생물을 대상으로 7일 동안 재배한 고추의 생체중량을 조사한 결과, 증류수만 첨가한 대조구의 생체중량이 \( 0.90(\mathrm{g} / plant) \)이었으나 MJ-3 균주 배양액을 첨가한 시험구에서는 \( 1.18(\mathrm{~g} / plant) \)로 \( 30 \% \) 이상 초기 생육이 촉진되어 MJ-3 균주를 최종 유용미생물로 선발하여 실험에 이용하였다.</p><h2>유용 미생물 MJ-3의 동정 및 특성조사</h2><p>근권 · 길항 · 생육촉진미생물인 MJ-3 균주는 Bergey's Manual of Systematic Bacteriology의 방법으로 배양학적 생리 · 생화학적 특성을 조사한 결과, gram 염색에서 양성으로 나타났고, 전자현미경 관찰하에서는 여러 개의 편모를 가지있고, 내생포자를 형성하였다. 세포는 전형적인 간균이며, 크기는 \( 0.5 \times 3.8 \mu \mathrm{m} \) 정도이며, flagella가 측면에 부착되어 있고, catalase를 생성하여 대표적인 Bacillus 속으로 확인되었다. 또한 glucose를 이용하여 산을 생성하며 전분을 가수분해하고 혐기적 조건이나 \( 3^{\circ} \mathrm{C} \) 저온에서는 생육이 불가능하였다. 이러한 특징은 Bacillus 속의 전형적인 특징이며 B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. maroccanus, B. pacificus 등의 종들이 여기에 속한다.</p><p>16S rDNA 염기서열( \(590\mathrm{bp}\))을 결정하고 Jukes와 Cantor model에 의하여 evolutionary distance를 계산하여 Neigh-bor-joining method로 계통수를 작성한 결과 Fig. 2와 같이 분리주 MJ-3은 Bacillus amyloliquefaciens와 \( 99.48 \% \)의 높은 유사도를 보였으며, B. atrophaeus와는 \( 99.28 \% \), B. vallismortis와는 99.15, B. subtilis와는 \( 98.98 \% \)의 유사도를 나타내어 B. subtilis complex에 속하는 것으로 동정되었다. 이상의 결과로부터 MJ-3 균주는 Bacillus amyloliquefaciens이거나 그 유연균으로 동정되었기에 Bacillus amyloliquefaciens MJ-3으로 명명하였다.</p><h2>B. amyloliquefaciens MJ-3 미생물제제 혼입 상토에 의한 고추 식물의 초기 생육에 미치는 영향</h2><p>미생물제제를 첨가하지 않은 상토(대조구)와 미생물제제를 \( 4 \% \) 첨가한 상토(시험구)를 이용하여 온실 내에서 67일간 고추 플러그 묘를 재배하여 초기 생육을 조사한 결과 Table 5 에서와 같이 시험구 고추 식물의 초장은 \( 21.69 \mathrm{~cm} \)로 처리하지 않은 상토보다 약 \( 6.3 \% \) 증가되었고, 경경은 미생물제제를 첨가한 상토와 처리하지 않은 상토간에 큰 차이가 없이 \( 2.5 \mathrm{~cm} \)로 나타났다. 뿌리의 길이는 처리구가 대조구보다 약 \( 17.2 \% \) 길었고, 생체중량은 \( 16.8 \% \) 증가하였다. 그러나 특이하게도 뿌리의 생체중량은 대조구가 \( 0.61 \mathrm{~g} / plant\) 이었으나 시험구는 \( 0.88 \mathrm{~g} / plant \)로 \( 44.3 \% \) 증가하였다.</p><p>PGPR이면서 biocontrol의 기능을 수행할 수 있는 근권미생물로 siderophore를 생산하는 Pseudomonas putida와 항생제를 생산하는 P. fluorescens, 항진균성물질을 생산하는 Cladosporium werneckii, chitinase 등의 효소를 생산하는 Serratia maecescens, 병원균과 영양분 경쟁관계의 Trichoderma sp. 등의 그룹이 이미 많이 알려져 있다. 그러나 B. amyloliquefaciens가 iturins을 생산하여 bio-control기능을 나타내는 보고는 있으나 작물생육 촉진물질에 관해서는 알려진 바 없다. 따라서 B. amyloliquefaciens가 식물생장촉진 호르몬인 gibberellin을 생산하거나 또는 고추 식물체내 gibberellin 생합성에 관여하는 \( 2 \beta \)-hyrdoxy-lase 및 \( 3 \beta \)-hyrdoxylase 등의 효소활성을 촉진시키는 효소 활성 촉진제(activator)가 존재하거나 또는 IAA 등의 작물 생육촉진 호르몬을 생산하여 고추의 생육을 촉진시킬 것으로 판단하여 먼저 B. amyloliquefaciens 배양액과 고추 식물체내의 gibberellin의 함량을 조사하였다.</p><h2>미생물제제 첨가 상토에서 재배한 고추식물의 gibber-ellin(GA1)의 함량조사</h2><p>미생물제제 첨가 상토와 무첨가 상토에서 각각 재배한 고추의 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 함량 및 B. amyloliquefaciens 배양액에 존재하는 \( \mathrm{GA}_{1} \)을 조사하기 위해 내부표준물질(ISTD)인 \( { }^{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{GA}_{1} \)과 체내 호르몬 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 GC-MS chromatogram을 조사한 결과, Fig. 3에서와 같이 \( { }^{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{GA}_{1} \)은 parent ion이 508, \(\mathrm{GA}_{1} \)은 506으로 나타났다. 이를 기준으로 대조구와 시험구의 \( \mathrm{GA}_{1} \) 함량을 조사한 결과, Table 6에서와 같이 \( \mathrm{GA}_{1} \)함량은 각각 \( 0.426 \mathrm{ng} / \mathrm{g} \) DW과 \( 0.559 \mathrm{ng} / \mathrm{g} \) DW로 큰 차이를 보이지 않았다. 그러나 이러한 차이는 작물의 생육에 관여하는 호르몬의 수준에서 생육촉진에 큰 영향을 끼칠 것으로 사료된다. 또한 B. amyloliquefaciens 배양액에는 \( \mathrm{GA}_{1} \)이 존재하지 않았다(데이타미제시).</p><p>일반적으로 미생물과 식물체를 사용한 in vivo 실험에서 GA의 생합성에 관한 연구 및 식물체 내의 80여종의GA분석은 많이 이루어졌다. 가지과 작물 중 토마토(Lyco-persicon esculentum) 잎에는 \( \mathrm{GA}_{1}\), \(\mathrm{GA}_{3}\), \(\mathrm{GA}_{4}\), \(\mathrm{GA}_{8}\), \(\mathrm{GA}_{19} \)가 존재하며, 박과 작물인 오이(Cucumis sativus)에는 \( \mathrm{GA}_{1} \), \( \mathrm{GA}_{3}\), \(\mathrm{GA}_{4} \)가 알려져 있고, 호박(Cucurbita maxiuma)의 embryo에서는 \( \mathrm{GA}_{1}\), \(\mathrm{GA}_{4}\), \(\mathrm{GA}_{17}\), \(\mathrm{GA}_{28}\), \(\mathrm{GA}_{37}\), \(\mathrm{GA}_{38}\), \(\mathrm{GA}_{48} \),\( \mathrm{GA}_{85} \) 등이 존재하는 것으로 보고되었다. 그러나 가지과 작물인 고추(Capsium annuum)의 \(\mathrm{GA}_{1} \)에 관해서는 보고된 바가 아직 없고 본 연구에서 \( \mathrm{GA}_{1} \)이 존재함을 확인하였고 미생물제제 첨가 상토에서 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 함량이 다소 많이 존재하였다.</p><p>B. amyloliquefaciens 배양액에는 \( \mathrm{GA}_{1} \)이 존재하지 않았지만 gibberellin 생합성에 관여하는 \( 2 \beta \)-hyrdoxylase 및 \( 3 \beta \) -hyrdoxylase 등의 효소활성을 촉진시키는 activator가 존재하여 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 함량이 증가된 것으로 추측되나 정확한 원인은 더 연구해야 될 것으로 사료된다. 그러나 부분적이지만 식물체내 GA 대사과정에서 활성 \( \mathrm{GA}_{1}, \mathrm{GA}_{3}, \mathrm{GA}_{4} \) 등의 함량이 증가함에 따라 작물의 생육이 촉진되는 것은 잘 알려져 있는 사실이므로 본 연구에서 B. amyloliquefaciens를 처리함으로써 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 함량이 다소 많이 존재하였고, \( B \). amyloliquefaciens가 생산하는 생리활성물질 또는 효소활성 activator가 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 생산량을 증가시켜 작물 생육이 부분적 이나마 촉진된 것같다. 그러나 \( \mathrm{GA}_{1} \)의 함량이 약간 더 많이 존재하는 정확한 이유에 대해서는 추가 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.</p>