KR102071714B1 - 식물의 저항성을 증진시키는 바실러스 메소나에 균주 및 이의 용도 - Google Patents

식물의 저항성을 증진시키는 바실러스 메소나에 균주 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물의 저항성을 증진시키는 신규한 바실러스 메소나에 균주 및 이의 용도에 관한 것으로, 다양한 스트레스에 대한 식물의 저항성 증진 효과가 우수한 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주 또는 그 배양액 등을 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물, 상기 균주를 사용한 식물의 스트레스 저항성 증진 방법, 및 상기 균주를 사용한 식물의 생장 촉진 방법에 관한 것이다.
본 발명의 균주는 식물의 스트레스 저항성의 우수한 증가 효과를 보여, 이를 이용하여 고온과 염류집적 환경 또는 병원균이 존재하는 식물 생장이 불리한 환경하에서도 식물이 잘 성장할 수 있도록 하여 식물 생산량을 증가시킬 수 있다.

Description

식물의 저항성을 증진시키는 바실러스 메소나에 균주 및 이의 용도{Bacillus mesonae strain promoting tolerance of plants and use thereof}
본 발명은 식물의 저항성을 증진시키는 바실러스 메소나에 균주 및 이의 용도에 관한 것이며, 다양한 스트레스에 대한 식물의 저항성 증진 효과가 우수한 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 및 이를 이용한 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물, 식물의 스트레스 저항성 증진 방법 및 식물 생장 촉진 방법에 관한 것이다.
식물 생장을 지원하는 영양소를 제공하기 위해 전세계적으로 농업에 과량의 화학 비료들이 이용되어 왔다. 화학 비료는 현대 농업에 잇점들을 제공하였지만, 화학 비료 사용의 증가로 농토의 구성 및 품질이 저하된다는 것이 관찰되어왔다. 이로 인하여 오히려 화학 비료의 남용은 토양 압밀(compaction)과 부식을 야기시키고, 생산율의 저하 및 비료의 이용 효율의 저하를 초래한다.
이와 더불어 종자 및 과일 생산은 생물적 및 비생물적 스트레스에 기인하여 기본적으로 제한을 받기 때문에, 예컨대 가뭄 스트레스, 염분 스트레스, 영양분 결핍, 중금속에 의한 오염, 극도의 온도 또는 침수는 식물 생장 및 생산성을 제한하는 추가적인 주요 인자이다. 예를 들어, 대두(Glycine max)는 저장 과정에서 종자 발아 능력의 손실로부터 어려움을 겪으며, 토양 온도가 저온일 때, 발아하지 못하는 곡물 종이 또한, 옥수수 및 다른 식물은 작물학에서 중요하다. 식물에서 비생물적 스트레스 저항성의 개선은, 성장체가 저온, 가뭄, 홍수, 고온, UV 스트레스, 오존 증가, 산성비, 공해, 염 스트레스, 중금속, 미네랄화된 토양, 및 다른 비생물적 스트레스에서 성장 및 발아가 증가되게 하여 작물학적으로 이점이 있을 것이다. 또한, 진균 및 바이러스 감염과 같은 생물적 스트레스는 전세계적으로 많은 곡물 손실의 원인이 된다.
따라서 과다하게 사용되고 있는 비료나 농약 때문에 자연환경과 사람의 건강이 크게 위협받고 있는 현시점에서 생산성을 유지하여 농가의 소득을 증대시키고 소비자들이 건강하게 살 권리도 충족시킬 수 있는 방안으로 기존의 화학비료보다 미생물을 이용한 친환경적인 기능성 농자재의 개발을 위한 관심이 높아지고 있다.
일례로, 친환경 농업기술 중의 하나로 최근에는 토양미생물을 이용한 작물의 재배방법이 사용되고 있는데, 현재 토양미생물을 이용한 농작물의 재배는 콩과식물에서 광범위하게 이루어지고 있다. 이러한 농작물의 재배에 주로 사용되는 미생물로는 (i) 기체상의 질소를 수소와 결합된 상태의 암모니아태 질소(NH₃)로 전환시키는 질소고정(nitrogen fixiation) 능력을 가지어 질소 결핍 토양에서도 콩과 식물이 생존할 수 있도록 하는 라이조비움(Rhizobium; 뿌리혹박테리아), (ii) 기주식물과 공생관계를 갖지 않으면서 식물의 생장을 촉진시키는 식물 생장-촉진 리조박테리아(Plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)로서, 공중질소를 고정하는 아조스퍼릴럼 속균(Azospirrilum)및 슈도모나스 속균(Pseudomonas)등이 대표적이다. 이러한 식물생장촉진 미생물은 공중질소의 고정, 식물의 양분흡수 촉진 및 식물의 병 발생 억제 등 여러 가지 기능에 의해서 식물의 생장을 돕는 것으로 알려져 있다. 또한, 토양 중 중요 식물 영양소 중 하나인 토양 중에 축적된 불용성 인산을 가용화 시킬 수 있는 방법 중의 하나로 유기산을 생성하는 미생물을 이용하는 연구가 지속되고 있는데, 인산염 가용화 균에 대한 연구는 1950년대부터 러시아와 동유럽에서 미생물비료 개발로 작물수량 증수 효과가 발표된 후, 국내외에서도 많은 연구가 진행 중에 있다.
이렇듯, 토양 영양을 증진시키고 유기 물질로부터 식물 영양분을 방출하게 하는 방법은 식물 생장을 증가시킬 수 있고 식물에 대한 환경적 스트레스를 완화시키는 방법은 식물 생산 증대에 주요한 역할을 하며, 다양하고 효과적인 스트레스 완화 방법에 대한 개발 필요성이 지속적으로 존재한다.
1. 대한민국 특허 제10-1086367호 (2011.11.17) 2. 대한민국 특허 제10-2015-0050578호 (2015.05.08) 3. 대한민국 특허 제10-2012-0075936호 (2012.07.09) 4. 대한민국 특허 제10-2010-0032855호 (2010.03.26)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 식물의 저항성을 증가시키는 데 효과적인 신규 균주 및 이러한 균주를 이용해 식물의 저항성을 증진시키고 생장을 촉진시키는 조성물 및 이를 이용한 식물의 저항성 증진 및 생장 촉진 방법을 제공하는 것이다.
상기 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP)를 제공한다.
본 발명에 따른 균주는 서열번호 1로 표시되는 염기서열의 16S rRNA를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 또는 이들 모두를 유효성분으로 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 수분, 온도, 염, pH, 영양 및 병원균으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 토마토 풋마름병, 고추 역병, 배추 뿌리혹병 및 토마토 뿌리혹선충으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 식물병을 유발시키는 병원균 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼, 녹조류, 단자엽 식물 및 쌍자엽 식물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물의 저항성을 증진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 식물 성장 조절제, 식물 성장 자극제 및 식물 영양제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 상기 균주를 포함하는 조성물, 및 상기 균주의 배양액을 포함하는 조성물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 식물, 식물 주변 영역, 또는 이들 모두에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진 방법은 수분, 온도, 염, pH, 영양 및 병원균으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진 방법은 토마토 풋마름병, 고추 역병, 배추 뿌리혹병 및 토마토 뿌리혹선충으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 식물병을 유발시키는 병원균 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 식물의 스트레스 저항성 증진 방법은 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼, 녹조류, 단자엽 식물, 및 쌍자엽 식물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물의 저항성을 증진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 상기 균주를 포함하는 조성물, 및 상기 균주의 배양액을 포함하는 조성물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 식물, 식물 주변 영역, 또는 이들 모두에 처리하는 단계를 포함하는 식물 생장 촉진 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 식물 생장 촉진 방법은 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼, 녹조류, 단자엽 식물, 및 쌍자엽 식물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물의 성장을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 스트레스에 대한 식물의 저항성(내성)을 증가시키는 신규 균주인 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물, 이를 사용한 식물의 스트레스 저항성 증진 방법 및 식물 생장 촉진 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 특정 균주를 이용하여 식물의 스트레스 저항성을 증가시켜 고온 또는 저온의 이상기온과 염류집적 토양 등의 식물 생장이 불리한 환경하에서도 식물이 잘 성장할 수 있도록 하여 식물 생장을 촉진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 균주의 16S rRNA 염기서열을 분석하여 다른 바실러스 균주와 비교한 계통분석도이다.
도 2a는 염류 스트레스에 대한 식물의 내성을 실험한 결과 사진이다. 좌측은 대조군(Control), 우측은 본 발명의 균주 처리군(H20-5)임.
도 2b 및 2c은 염류 스트레스하에서 식물의 생물중을 측정한 결과이다(2b는 1차실험, 2c는 2차실험). 좌측 상단부터 순서대로, 염류를 저농도, 중농도, 고농도 처리시 결과임.
도 3a은 온도 스트레스에서의 식물의 내성을 실험한 결과 사진이다. 좌측은 대조군(Control), 우측은 본 발명의 균주 처리군(H20-5) 결과임.
도 3b 및 3c는 온도 스트레스하에서 식물의 생물중을 측정한 결과이다(3b는 1차실험, 3c는 2차실험). 좌측부터 순서대로, 25℃, 10℃, 40℃ 결과임.
도 4a은 토마토 풋마름병(랄스토니아 솔라나세아럼)에 대한 병저항성을 실험한 결과 사진이다. 좌측은 대조군(Control), 우측은 본 발명의 균주 처리군(H20-5) 결과임.
도 4b는 토마토 풋마름병(랄스토니아 솔라나세아럼) 접종 후 병발생율을 평가한 결과이다. 좌측은 대조군(Control), 우측은 본 발명의 균주 처리군(H20-5) 결과임.
상기 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주 또는 그 배양액 등을 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물, 상기 균주 또는 상기 조성물 등을 이용한 식물의 스트레스 저항성 증진 방법, 및 상기 균주 또는 상기 조성물 등을 이용한 식물의 식물 생장 촉진 방법임을 특징으로 한다. 이하 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP)를 제공한다. 상기 균주는 서열번호 1로 표시되는 염기서열의 16S rRNA를 가질 수 있다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 또는 이들 모두를 유효성분으로 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물을 제공한다.
본 명세서에서 "식물"은 식물계에 속하는 임의의 살아있는 유기체 (즉, 식물계 내의 임의의 속/종)를 지칭하여, 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼 및 녹조류와 같으나 이에 제한되지는 않는다. 따라서 조성물이 적용될 수 있는 대표적인 식물로 브라시카, 구근 채소, 곡물, 시트러스, 목화, 조롱박, 과실 채소, 잎 채소, 콩과식물, 오일 종자 작물, 땅콩, 이과류, 뿌리 채소, 괴경 채소, 구경 채소, 핵과류, 담배, 딸기 및 다른 장과류, 및 다양한 관상식물을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 일례로, 본 발명에 토마토에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 “배양액”은 균주를 배지에 접종하고 일정시간 배양하여 얻은 결과물로서, 본 발명에 따른 균주를 적합한 액체 배지에서 배양한 배양액 자체, 상기 배양액을 여과 또는 원심분리하여 균주를 제거한 여액(여과액 또는 원심분리한 상등액), 상기 배양액을 초음파 처리하거나 상기 배양액에 용해효소(lysozyme)를 처리하여 수득한 세포 파쇄액, 상기 배양액, 여액, 파쇄액 등을 농축한 농축액 등을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 생균제 또는 항균용 조성물은 고체배지 배양물, 또는 상기 배양액의 건조물 또는 추출물 등의 배양물을 함유할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 나아가 적합한 부형제 또는 담체를 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명의 조성물은 액상 비료 형태로 제조될 수 있으며 이에 증량제를 첨가하여 가루분말의 형태로 이용하거나 이를 제형화하여 과립화시킬 수도 있다. 그러나 그 제형에 특별히 한정되지는 않는다.
본 발명의 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 수분, 온도, 염, pH, 영양 및 병원균으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시킬 수 있다.
본 명세서에서 “스트레스”는 식물에 대한 생물적 또는 비생물적 또는 생물적 스트레스일 수 있으며, 구체적으로 비생물적 스트레스는 건조, 고온, 저온, 고 염분, 또는 영양분 결핍일 수 있다. 용어 "비생물적 스트레스"는 특정 환경에서 살아있는 유기체에 대한 비-생물 인자의 부정적 영향으로서 그의 통상의 의미로 본원에서 사용되며, 따라서 식물과 관련하여 특정 환경에서 식물에 대한 비-생물 인자의 부정적 영향을 의미한다. 생물적 스트레스는 진균 또는 유해 곤충과 같은 살아있는 방해물을 포함하는 반면에, 비생물적 스트레스 인자는 자연 발생적인 것 또는 인간이 만든 것일 수 있고, 온도, 건조 토양, 삼투 스트레스, 가뭄, 염 또는 영양분 결핍을 포함하며, 이들은 모두 영향을 받은 영역에서 식물에게 해를 유발할 수 있다, 일례로, 상기 염 스트레스는 증가된 염 농도 또는 가뭄을 포함할 수 있다. 영양분 결핍은 식물 주변의 토양 영역에서의 토양 영양분, 예컨대 칼륨, 포스페이트 또는 철의 부족일 수 있다. (토양) 영양분, 예컨대 포스페이트 결핍에 대한 스트레스 저항성의 증가는 토양에 결여되어 있는 영양분의 개선된 가용화에 의해 제공될 수 있다.
용어 "염에 대한 저항성(또는 내성)"은 염 농도에 대한 식물의 저항성(내성)을 지칭하는 그의 통상의 의미로 본원에서 사용된다. 따라서, "식물의 염 내성 또는 저항성을 증가시키는 것"은 통상적으로 식물에게 생리학상 허용되는 염 농도보다 높은 염 농도에 식물을 노출시킨 경우에 (토양 또는 물에서와 같은 그의 환경에서) 염 농도를 견디거나 참는 식물의 능력이 증가 또는 개선되는 것을 의미한다.
용어 “수분 저항성(또는 내성)” 또는 “건조 저항성(또는 내성)”은 통상적으로 건조한 조건에 노출된 경우에도 바람직한 수분 균형 및 팽창을 유지하여 스트레스 및 그 결과를 회피하는 식물의 능력에 대한 그의 통상의 의미로 또한 본원에서 사용된다. 따라서, 식물의 "수분(또는 건조) 저항성을 증가시키는 것"은 식물이 수분 균형 및 팽창을 유지하기 위해 정기적으로 필요한 물의 양을 공급받지 못하는 가뭄 조건에 노출된 경우보다 바람직한 수분 균형 및 팽창을 유지하는 식물의 능력을 증가 또는 개선하는 것을 의미한다.
용어 “식물 병원균”은 식물에 침입하여 식물의 잎, 줄기, 뿌리 또는 과실을 손실 및 손상을 일으키는 병원균을 의미하며, 예컨대 진균(fungi), 세균(bacteria), 바이러스(virus) 및 파이토플라즈마(phytoplasma)를 포함한다. 식물 병원균에 대한 정보는 당해 분야에 잘 알려져 있으며, 한국식물병명목록(한국식물병리학회; 도서출판 아카데미) 및 농촌진흥청 홈페이지(www.rda.go.kr)에 개시되어 있다.
용어 “(식물) 병원균 저항성(또는 내성)” 또는 “(식물) 병균 저항성(또는 내성)”은 통상적으로 병원균의 감염 및 성장으로부터 벗어나서 식물의 성장을 향상시키는 능력을 의미하고, 이러한 병원균에 대한 저항성을 증진시킨다는 것은 당해 분야에서 사용되는 방제, 살균, 방충의 의미를 포함한다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 토마토 풋마름병, 고추 역병, 배추 뿌리혹병 및 토마토 뿌리혹선충으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 식물병을 유발시키는 병원균 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 병원균은 랄스토니아 솔라나세아럼(Ralstonia solanacearum), 아시도보락스 아베내 아종 카틀리애(Acidovorax avenae subsp. cattlyae), 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens), 버크홀더리아 글루매(Burkholderia glumae), 펙토박테리움 크리산테미(Pectobacterium chrysanthemi), 슈도모나스 시린개 변종 액티니데(Pseudomonas syringae pv. actinidiae), 슈도모나스 시린개 변종 라크리만스(Pseudomonas syringae pv. lachrymans), 산토모나스 악소노포디스(Xanthomonas axonopodis), 클라비박터 미시가넨시스 아종 미시가넨시스(Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis), 리족토니아 솔라니 (Rhizoctonia solani), 마그나포르테 오리재(Magnaporthe oryzae), 보트리티스 씨네레아(Botrytis cinerea), 콜레토트리쿰 코코데스(Colletotrichum coccodes), 스클레로티니아 스클레로티오룸(Sclerotinia sclerotiorum), 파이토프토라 캡사이시(Phytophthora capsici), 파이토프토라 인페스탄스(Phytophthora infestans) 및 플라즈모디오포라 브래시캐(Plasmodiphora brassicae)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 병원균일 수 있다.
본 발명은 외부 병원균에 대한 스트레스로 인하여 분비되는 식물 스트레스 호르몬을 억제시킬 수 있는 효소를 분비함으로써 식물의 병저항성 및 식물의 성장을 향상시키는 효과를 발휘한다. 일례로 본 발명은 인돌 아세트산(옥신, IAA, Indole-3-acetic acid)을 생산하여 식물 성장을 촉진시키는 효과를 발휘한다.
본 발명의 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼, 녹조류, 단자엽 식물 및 쌍자엽 식물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물의 저항성을 증진시킬 수 있다.
본 발명은 식물의 스트레스 저항성 증진은 통하여 식물 생장 증진 또는 촉진을 발휘한다. 상기에서 '식물 생장'은 식물의 발아, 각 기관(뿌리, 줄기, 잎, 열매 등)의 분화, 개화 또는 발육, 그리고 크기 및 무게 증진, 수량 증진과 관련된 것을 의미한다.
본 발명의 식물의 스트레스 저항성 증진용 조성물은 상술한 본 발명의 균주, 상기 균주 배양액, 또는 이들의 혼합물에 당해 분야에서 식물의 스트레스 저항성을 증진시키거나 생장을 촉진시키는 것으로 사용되는 다른 임의의 성분을 추가로 포함할 수 있다. 일례로, 식물 성장 조절제, 식물 성장 자극제 및 식물 영양제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
상기 식물 성장 조절제, 식물 성장 자극제 또는 식물 영양제는 화학물질 또는 박테리아의 또 다른 균주일 수 있고, 제초제, 살균제, 살충제, 비료 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
본 발명은 식물의 생장을 촉진시키는 조성물에는 유익한 다른 미생물들, 미생물 활성물질, 유기 비료, 그리고 화학비료가 포함될 수 있다.
상기 유익한 다른 미생물들에는 기존에 식물 생장을 촉진시키는 것으로 알려진 바실러스 종(Bacillus spp.), 아조토박터 종(Azotobacter spp.), 트리코데르마 종(Trichoderma spp) 그리고 사카로미세스 종(Saccharomyces spp)이 포함될 수 있다.
상기 미생물 활성물질에는 효소 전구물질, 미생물 대사물질, 유기산, 탄수화물, 효소 및/또는 미량원소 등이 포함될 수 있다. 예를 들면, 미생물 활성물질에는 효모 자가용해질과 같은 가공된 효소 산물, 부식질 재료들, 해초 추출물, 전분, 아미노산, 그리고 아연, 철, 구리, 망간, 브롬, 몰리브덴과 같은 미량원소 등이 포함될 수 있다.
유익한 다른 미생물들, 미생물 활성물질 그리고 유기 비료는 상기에서 설명된 것과 동일할 수 있다. 화학비료에는 식물 생장을 지원하기 위하여 질소, 인, 및 칼륨 영양소를 제공할 수 있는 다양한 화학물질이 포함될 수 있다. 예를 들면, 화학비료에는 요소, 인산칼슘, 인산칼륨 및 혼합형 질소-인산-칼륨(N-P-K) 비료가 포함될 수도 있다. 화학비료에는 당분야에 공지된 다른 재료들도 포함될 수 있다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 상기 균주를 포함하는 조성물, 및 상기 균주의 배양액을 포함하는 조성물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 식물, 식물 주변 영역, 또는 이들 모두에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 스트레스 저항성 증진 방법을 제공한다.
본 발명이 적용되는 식물의 부위는 제한되지 않는다. 따라서, 식물 전체는 물론, 식물의 부분, 예를 들어 씨앗, 새순, 줄기, 뿌리, 잎, 과실, 이들의 전체는 물론 이들의 일부를 모두 포함한다.
본 발명은 상기 균주, 균주를 배양한 배양액 및 상기 균주를 이용한 조성물을 종자나 식물에 침지하거나 관주, 즉, 분무하여 수행할 수 있다. 침지하는 방법의 경우, 배양액 및 제제를 식물체 주변의 토양에 관주 또는 종자를 배양액 및 조성물에 담가 진탕 접종할 수 있다.
본 발명이 적용되는 주변 영역이란 본 발명의 조성물이 효과를 발휘할 수 있는 범위를 의미하는 것으로, 지상 및 지하를 모두 포함한다. 예를 들어 식물, 식물 부분 또는 과실 주위의 약 2m 이내, 약 1m 이내, 약 70㎝ 이내, 약 50㎝ 이내, 약 25㎝ 이내, 약 10㎝ 이내 또는 약 5㎝ 이내의 영역일 수 있다.
본 발명의 방법은 조성물을 식물의 수명 주기 동안 임의의 시점에, 식물의 수명 주기의 하나 이상의 단계 동안, 또는 식물의 수명 주기에서 정기적인 간격으로, 또는 식물의 수명 전체에 걸쳐 계속적으로 적용하는 것을 포함한다. 따라서 조성물은 필요에 따라 적용될 수 있다. 조성물은 예를 들어 식물에게 성장 동안, 개화 전 및/또는 동안, 및/또는 종자 발생 전 및/또는 동안 적용될 수 있다. 일례로, 조성물은 식물이 한 위치에서 또 다른 위치로, 예컨대 온실 또는 온상에서 필드로 이식되기 전, 동안 및/또는 직후에 적용될 수 있다. 또 다른 일례로, 각각의 조성물은 식물에 원하는 간격 기간으로 다수회 적용될 수 있다.
본 발명의 식물의 스트레스 저항성 증진 방법은 수분, 온도, 염, pH, 영양 및 병원균으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시킬 수 있다.
본 발명에 따른 식물의 스트레스 저항성 증진 방법은 토마토 풋마름병, 고추 역병, 배추 뿌리혹병 및 토마토 뿌리혹선충으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 식물병을 유발시키는 병원균 스트레스에 대한 식물의 저항성을 증진시킬 수 있다. 병원균에 대한 구체적인 내용은 상술한 바와 같다.
본 발명의 상기 식물의 스트레스 저항성 증진 방법은 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼, 녹조류, 단자엽 식물, 및 쌍자엽 식물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물의 저항성을 증진시킬 수 있다.
본 발명은 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 상기 균주를 포함하는 조성물, 및 상기 균주의 배양액을 포함하는 조성물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 식물, 식물 주변 영역, 또는 이들 모두에 처리하는 단계를 포함하는 식물 생장 촉진 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 식물 생장 촉진 방법은 나무, 허브, 관목, 목초, 덩굴, 양치식물, 이끼, 녹조류, 단자엽 식물, 및 쌍자엽 식물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물의 생장을 촉진시킬 수 있다.
이하, 실시 예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 미생물의 선별 및 동정
본 발명의 균주는 2004년 경기도 양평읍 상추 재배지의 비근권 토양에서 분리하였으며, 분류동정을 위해 Qiagen genomnic tip kip을 사용하여 총 RNA를 분리하였으며, fD1과 rP2 프라이머를 이용하여 polymerase chain reaction(PCR)하여 16S rRNA 부분을 증폭하였다.
PCR 조건은 95℃에서 4분, 58℃에서 1분, 72℃에서 2분으로 35회 반복하였으며 이 후 72℃에서 8분 동안 유지하였다. 증폭된 PCR 부분의 염기서열을 분석한 후 National Center for Biotechnology Information (NCBI)에서 BLAST 네트워크 서비스를 이용하여 염기서열이 유사한 종을 확인하였다.
상기 실험 결과 얻은 본 발명의 균주의 16S rRNA 정보를 서열목록 1에 기재하였고, 이에 대한 계통분석을 통하여 바실러스 메소나에로 동정하였다(도 1 참조). 이에 상기 수득한 균주를 바실러스 메소나에 H20-5로 명명하고, 기탁하여 수탁번호 KACC 81041BP를 부여받았다.
[실시예 2] 본 발명 균주의 생장 특성
본 발명 균주의 생장 특성을 평가하기 위하여, 1/10 트립틱 소이 브로스(TSB)에 본 발명의 균주를 접종한 후, 10℃, 25℃, 40℃에서 배양한 후 48시간 후 흡광도 600nm에서 미생물의 생장을 측정하였다. 실험 결과, 수행한 온도 10℃, 25℃, 40℃ 모두에서 생존함(활성 있음)을 확인하였다.
[실시예 3] 본 발명 균주의 외부 스트레스에 대한 내성 유도 능력 평가
본 발명의 균주를 트립틱 소이 아가에서 28℃, 24시간 동안 배양한 후 단일 콜로니를 100㎖ 트립틱 소이 브로스에 28℃, 150rpm으로 48시간 동안 진탕배양하고, 원심분리(5,000rpm, 5분)한 후 상청액은 제거하고 침전한 균만 10mM 황산마그네슘(MgSO4) 용액으로 수확한 후 107cells/㎖으로 맞추어 균주 현탁액으로 사용하였다.
옥신 생성능을 평가하기 위하여, 본 발명의 균주를 접종하여 10℃, 25℃, 40℃에서 24시간 동안 배양한 후, 원심분리에 의해 균주를 수확한 후, 1/2 트립틱 소이 브로스에 트립토판 100㎍/㎖으로 혼합한 배지에 24시간 동안 배양하였다. 이 후 4,000rpm으로 10분간 원심분리한 후, 상청액 40㎕를 살코프스키 용액(Salkowski reagent : 35% 과염소산(HClO4), 0.5M 염화제이철(FeCl3) 1㎖) 80㎕에 혼합한 후, 10mM 인산(H3PO4, 1/40 희석) 2㎕를 첨가하여 10℃에서 24시간 동안 배양한 후 흡광도 530nm에서 측정하여 평가하였다.
인산 가용화능을 평가하기 위하여, 상기에서 준비한 본 발명의 균주 현탁액을 PVK 배지(포도당 10.0g, 트리칼슘포스페이트(Ca3(PO4)2) 5.0g, 황산암모늄((NH4)2SO4) 0.5g, 염화나트륨 0.2g, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 0.1g, 염화칼륨(KCl) 0.2g, 효모추출물 0.5g, 황산망간(MnSO4·H2O) 0.002g, 황산제일철(FeSO4·7H2O) 0.002g, 한천 15.0g, 증류수 1000㎖, 브로모-페놀-블루 0.025g, pH 7.0)에서 5일 동안 배양하여 환형이 형성되는지 평가하였다.
식물 생장 촉진 관련 효소인 아미노시클로프로판-1-카르복실산 디아미네이즈(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase, ACC deaminase) 활성을 평가하기 위하여 DF 최소배지(Dworkin and Foster 1958. J. Bacteriol., 75, 592-601)에 아미노시클로프로판-1-카르복실산(ACC)을 도말(30μmol/plate)한 후, 상기에서 준비한 본 발명의 균주 현탁액 1방울 떨어뜨려 5일 배양하여 생장 여부를 평가하였다.
상기 상술한 옥신 생성능, 인산 가용화능 및 ACC 디아미네이즈 활성은 다음 하기 표와 같이 염류 농도가 저농도, 중농도, 고농도인 조성물을 각각 처리하여 다양한 온도에서 실험하였다.
구분 저농도 중농도 고농도
조성 KH2PO4 1 mM 10 mM 22 mM
KNO3 6 mM 55 mM 125 mM
Ca(NO3)2 4 mM 40 mM 82 mM
MgSO4 2 mM 20 mM 41 mM
용액의 전기전도도 (dS/m) 2.4 18.5 35.5
토양에 처리시 전기전도도 (dS/m) <1 4 8.5

상기 표에서 용액의 전기전도도(EC)와 토양에 처리한 경우의 전기전도도가 다른 이유는 토양입자의 완충작용과 용출현상으로 값이 감소하면서 안정화되기 때문이다. 이에 전기전도도가 2.4dS/m인 용액은 일반적으로 판매하는 양액의 농도와 거의 일치하는 농도의 용액이며, 전기전도도가 18.5dS/m인 용액은 10배, 전기전도도가 35.5dS/m인 용액은 20배 정도의 농도의 용액이다.
삭제
특히, 염류집적은 EC농도가 2~9 dS/m이 넘는 경우 수량이 약 50% 감소하는 등 농업 생산성에 영향을 주며, 염류 집적은 시설하우스에서 일반적으로 일어나는 현상이므로 관리가 필요하다.
상기 실험 결과는 하기 표 2에 나타냈다. 식물 생장에 도움을 주는 것으로 기존에 잘 알려진 미생물 활성을 평가한 것으로, +는 활성이 있음을 -는 활성이 없는 것을 의미한다.
온도(℃) 염류 농도
저농도 중농도 고농도
옥신 생성능 10 - - -
25 + + +
40 + + +
인산 가용화능 10 - - -
25 + + +
40 + + +
ACC 디아미네이즈 10 - + +
25 + + +
40 + + +
실험 결과, 본 발명의 균주는 10℃에서는 실험된 온도 모두에서 옥신 생성능 및 인산 가용화능을 발휘하지 못하였으나, ACC 디아미네이즈의 경우 저농도 염류에서는 활성이 없었으나, 중농도 및 고농도 염류에서는 발휘함을 확인하였다.
또한 25℃에서는 저농도, 중농도 및 고농도의 다양한 염류 조건에서 ACC 디아미네이즈 활성이 있었으며, 인산 가용화능과 옥신류 생성능도 존재하였고, 나아가, 고온조건인 40℃에서도 실험된 저농도, 중농도 및 고농도의 다양한 염류 조건에서 ACC 디아미네이즈 활성과 인산 가용화능, 옥신류 생성능이 모두 있는 것을 확인하였다.
이를 종합하면, 본 발명의 균주는 특히 25℃ 및 40℃의 다양한 염 농도 조건에서 식물생장 촉진과 관련된 효소를 형성하거나 활성을 유지하는 것을 명확히 알 수 있다.
[실시예 4] 본 발명 균주의 염류 스트레스에 대한 내성 유도 효과
온실조건에서 본 발명의 균주를 처리하고 토마토에 다양한 농도의 염류를 처리한 후 토마토 생장을 비교하였다(도 2).
토마토 종자(품종: 슈퍼도태랑)를 상토가 담긴 9cm 플라스틱 포트에 포장한 후 온실에서 7~8일 동안 재배한 후, 떡잎이 나올 때 상기 실시예 3에서 기술한 것과 같이 준비한 본 발명의 균주 현탁액(107cells/㎖) 20㎖를 관주처리한 후 7~8일 동안 재배한 후 염류처리를 하였다. 상기 염류처리는 상기 표 1의 염 조성에 따라 저농도, 중농도 및 고농도를 갖는 용액으로 복합염을 제조하였으며 2일 간격으로 3회 20㎖씩 관주처리하였다. 대조군(Control)은 균주 현탁액 대신 10mM 황산마그네슘(MgSO4)을 관주처리하였다. 이 후 2주 동안 식물을 재배한 후 식물의 무게(평균 생체중)를 측정하였다(도 2a 참조). 상기 실험은 총 2회 실시하였다.
실험 결과, 일반적으로 대조군은 다양한 염류 조건, 특히 고염류 조건에서 생장이 저해되는데 비하여, 본 발명의 균주 처리군(H20-5)에서는 염류 조건에 대한 식물 내성을 유도하여 식물의 생물중이 통계적으로 유의하게 증가하였다(P<0.05, Least Significance Difference (LSD) Test, 도 2b 참조). 구체적인 실험 결과는 다음 표와 같다.
구분 대조군
(생체중, g)		 균주 처리군(H20-5)
(생체중, g)		 통계적 유의성
( LSD test P<0.05)		 대조군 대비 상대적 증가율
(%)
1차 실험 무처리 12.81 14.15 있음 -
저농도 염류 용액 처리 13.81 19.57 있음 41.7
중농도 염류 용액 처리 10.71 16.24 있음 51.6
고농도 염류 용액 처리 3.26 7.59 있음 132.8
2차실험 무처리 12.70 14.91 있음 -
저농도 염류 용액 처리 15.00 17.42 있음 16.1
중농도 염류 용액 처리 10.61 16.01 있음 50.9
고농도 염류 용액 처리 4.12 7.53 있음 82.8
따라서, 기본적으로 염류를 식물에 처리하게 되면, 처리하는 염류의 농도가 증가할수록 작물의 생육은 점차 감소하는데, 본 발명의 균주 H20-5를 처리한 경우는 고염류 처리에 의한 피해를 감소시키는 매우 효과가 있음을 알 수 있다.
[실시예 5] 본 발명 균주의 식물 고온 스트레스에 대한 내성 유도 효과
상기에 기술한 염류 스트레스와 유사하게 온실조건에서 식물을 재배 및 본 발명의 균주를 처리하였으며, 10, 25, 40℃의 온도로 5일 동안 스트레스를 준 후 온실조건에서 2주동안 재배하여 식물의 생육을 평가하였다(도 3a). 상기 실험은 총 2회 실시하였다.
그 결과, 본 발명의 균주 처리군(H20-5)은 25℃의 일반적인 온도와 비교적 생육 저해를 일으키는 10℃의 저온에서 대조군(Control)에 비해 다소 생장이 증가하긴 하지만 통계적 유의성은 없었다. 반면, 식물이 생존 및 생장하는데 영향을 받는 40℃의 고온조건에서는 대조군(Control)은 생육 저해가 일어나는데 비하여 본 발명의 균주 처리군(H20-5)은 생물중이 증가하여 본 발명의 균주에 의해 식물에 고온 내성이 유도되는 것을 확인하였다(도 3b). 구체적인 실험 결과는 다음 표와 같다.
구분 대조군
(생체중, g)		 균주 처리군(H20-5)
(생체중, g)		 통계적 유의성
( LSD test P<0.05)		 대조군 대비 상대적 증가율
(%)
1차 실험 10℃ 9.83 10.68 없음 8.6
25℃ 13.13 13.61 없음 3.7
40℃ 8.01 9.00 있음 12.4
2차 실험 10℃ 10.81 11.81 없음 9.3
25℃ 13.42 13.82 없음 3.0
40℃ 7.63 9.44 있음 23.7
따라서, 기본적으로 식물은 재배적정 온도보다 높거나 낮을 경우 생육이 저해되는데, 본 발명의 균주 H20-5를 처리한 경우는 고온에서 특이적으로 작용하여 고온장해를 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있다.
[실시예 6] 본 발명 균주의 식물병 억제 효과
식물에서 발생하는 주요병인 풋마름병에 대하여 온실조건에서 본 발명의 균주에 의한 병억제 효과를 검증하였다(도 4).
72공 육묘트레이에 재배한 후 떡잎이 나올 때 상기 실시예 3에서 기재된 것과 같이 준비한 본 발명의 균주 현탁액을 107cells/㎖ 농도로 관주처리한 후, 7~8일 후 풋마름병원균(랄스토니아 솔라네세아럼(Ralstonia solanacearum)을 접종(흡광도 600nm=0.6, 1ml/g 토양)하여 병발생율(%)을 평가하였다. 병발생율은 병원균을 접종 한 14일 후 평가하였으며, 병발생 식물 수/전체식물수 x100 (%)로 평가하였다.
실험 결과, 대조군(Control)의 경우 병발생율이 83.33%인 것에 비해 본 발명의 균주 처리군(H20-5)에서는 병발생율이 61.11%로 나타나서, 병발생율이 감소한 것을 확인하였다(도 4a 및 4b).
상술한 모든 실험의 결과 데이터는 SAS software (SAS Institute, Cary, NC, USA)를 사용해 변이 분석하였다. 각 샘플의 처리 수단에 따른 상당한 차이는 P < 0.05 에서 Least Significance Difference (LSD) Test 를 사용해 결정하였다. 모든 실험은 2회 이상 실시하였다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
국립농업과학원 농업유전자원센터 KACC81041BP 20170109
<110> REPUBLIC OF KOREA(MANAGEMENT : RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Bacillus mesonae strain promoting tolerance of plants and use thereof <130> P18-104 <150> KR 10-2017-0046958 <151> 2017-04-11 <160> 1 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1519 <212> DNA <213> Unknown <220> <223> 16S rRNA of Bacillus mesonae H20-5 <400> 1 ttttgagttt tagaatctgg tcaggacgaa cgctggcggc gtgcctaata catgcaagtc 60 gagcgaactt gcgggagctt gctcccaaaa gttagcggcg gacgggtgag taacacgtgg 120 gcaacctgcc tgtaagactg ggataacttc gggaaaccgg agctaatacc ggataattct 180 tatcaacaca tgttggtaag ctgaaagtcg gtttcggctg acacttacag atgggcccgc 240 ggcgcattag ctagttggtg aggtaacggc tcaccaaggc aacgatgcgt agccgacctg 300 agagggtgat cggccacact gggactgaga cacggcccag actcctacgg gaggcagcag 360 tagggaatct tccacaatgg acgaaagtct gatggagcaa cgccgcgtga gcgatgaagg 420 ccttcgggtc gtaaagctct gttgttaggg aagaacaagt atcggagtaa ctgccggtac 480 cttgacggta cctaaccaga aagccacggc taactacgtg ccagcagccg cggtaatacg 540 taggtggcaa gcgttgtccg gaattattgg gcgtaaagcg cgcgcaggcg gtcctttaag 600 tctgatgtga aagcccacgg ctcaaccgtg gagggtcatt ggaaactggg ggacttgagt 660 gcagaagagg aaagcggaat tccacgtgta gcggtgaaat gcgtagagat gtggaggaac 720 accagtggcg aaggcggctt tctggtctgt aactgacgct gaggcgcgaa agcgtgggga 780 gcaaacagga ttagataccc tggtagtcca cgccgtaaac gatgagtgct aagtgttaga 840 gggtttccgc cctttagtgc tgcagctaac gcattaagca ctccgcctgg ggagtacggc 900 cgcaaggctg aaactcaaag gaattgacgg gggcccgcac aagcggtgga gcatgtggtt 960 taattcgaag caacgcgaag aaccttacca ggtcttgaca tcctctgaca ctcctagaga 1020 taggactttc cccttcgggg gacagagtga caggtggtgc atggttgtcg tcagctcgtg 1080 tcgtgagatg ttgggttaag tcccgcaacg agcgcaaccc ttgatcttag ttgccagcat 1140 tcagttgggc actctaaggt gactgccggt gacaaaccgg aggaaggtgg ggatgacgtc 1200 aaatcatcat gccccttatg acctgggcta cacacgtgct acaatggatg gtacaaaggg 1260 ctgcaaaacc gcaaggtcta gccaatccca taaaaccatt ctcagttcgg attgcaggct 1320 gcaactcgcc tgcatgaagc cggaatcgct agtaatcgcg gatcagcatg ccgcggtgaa 1380 tacgttcccg ggccttgtac acaccgcccg tcacaccacg agagtttgta acacccgaag 1440 tcggtggggt aaccgtaagg agccagccgc ctaaggtggg acagatgatt ggggtgaagt 1500 cgtaacaggg tagccgtaa 1519

Claims (12)

  1. 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5 균주(기탁번호 : KACC 81041BP), 상기 균주의 배양액, 또는 이들 모두를 유효성분으로 포함하며, 염류, 온도, 및 토마토 풋마름병 중 적어도 하나의 스트레스에 대한 토마토의 저항성을 증진시키는 토마토의 스트레스 저항성 증진용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 균주는 서열번호 1로 표시되는 염기서열의 16S rRNA를 갖는 것을 특징으로 하는 바실러스 메소나에(Bacillus mesonae) H20-5균주인 토마토의 스트레스 저항성 증진용 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 기재된 토마토의 스트레스 저항성 증진용 조성물을 토마토, 토마토 주변 영역, 또는 이들 모두에 처리하는 단계를 포함하는 토마토의 스트레스 저항성 증진 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1 항에 기재된 토마토의 스트레스 저항성 증진용 조성물을 토마토, 토마토 주변 영역, 또는 이들 모두에 처리하는 단계를 포함하는 토마토 생장 촉진 방법.
  12. 삭제
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