KR102525319B1 - 부산물의 발효와 식물의 생육을 촉진하고, 옥신을 생성하는 바실러스 리체니포르미스 jws22003 균주의 제조방법 및 이를 이용한 부산물 발효방법과 식물 생육 촉진방법 - Google Patents

부산물의 발효와 식물의 생육을 촉진하고, 옥신을 생성하는 바실러스 리체니포르미스 jws22003 균주의 제조방법 및 이를 이용한 부산물 발효방법과 식물 생육 촉진방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부산물의 발효와 옥신 생성 및 식물의 생육을 촉진하는 것을 특징으로 하는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P), 및 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주의 100배 희석액을 활용한 부산물 발효 촉진 방법, 식물 생육 촉진방법, 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주에 의한 옥신 생성방법 및 농작물 부산물과 인근 토양에서 수집한 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis) 균주에 화학적 돌연변이를 유발하는 EMS(ethyl methane sulfonate)를 처리하여 제조되는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주 제조방법을 개시한다.

Description

부산물의 발효와 식물의 생육을 촉진하고, 옥신을 생성하는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003 균주의 제조방법 및 이를 이용한 부산물 발효방법과 식물 생육 촉진방법{Manufacturing method of Bacillus licheniformis JWS22003 strain that promotes fermentation of by-products and plant growth and produces auxin, method for fermentation of by-products using the same, method for improving plant growth}
본 발명은 부산물의 발효와 옥신 생성 및 식물의 생육을 촉진하는 것을 특징으로 하는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P), 이를 이용한 부산물 발효방법, 식물 생육 촉진방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주의 100배 희석액을 활용한 부산물의 발효를 촉진하는 방법, 100배 희석액을 활용한 식물의 생육을 촉진하는 방법, 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주에 의한 옥신을 생성하는 방법 및 농작물 부산물과 인근 토양에서 수집한 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis) 균주에 화학적 돌연변이를 유발하는 EMS(ethyl methane sulfonate)를 처리하여 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주를 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 Bacillus 속 유기농업자재로 B. subtilis, B. thuringiensis, B. licheniformis 등이 주목받고 있다. 앞서 언급한 B. subtilisB. thuringiensis는 다른 미생물과 비교해 농업용 항생제, 미생물 비료, 형질전환 유전재료 등으로 다양한 산업분야에서 활용되고 있다. 반면 B. licheniformis는 배양과 동정에 적합한 분석기술이 정립되지 않았고, 이로 인해 유용 균주에 대한 연구와 산업화도 상대적으로 미흡하다.
Bacillus licheniformis(이하 B. licheniformis)는 토양 혹은 농작물의 잔사물에서 흔하게 발견되는 그람 음성, 중온성 세균이다. 균주에 따라서 50℃ 혹은 그 이상의 더 높은 온도에서도 생존할 수 있어 농가에서 자가 제조 혹은 농업자재로 생산ㆍ유통시 오염, 변질, 사멸 등의 우려가 낮기 때문에 최근 농업적으로 활용하기 위해 주목 받고 있다.
여러 가지 미생물중에는 생태학적으로 식물병원균 또는 식물과의 상호작용에 의해 여러 가지 유용한 기능을 나타내는 경우가 있다. 그 원리는 첫째 Streptomyces blastmyces, S. griseus, Peicillium nigricans, Bacillus subtilis 등에 대한 항균성 항생물질을 통한 억제 항생작용(antibiosis), 둘째, 진균 외막 가수분해쇼로 알려진 chitinase, β-1,3-glucanase와 같은 효소에 의한 식물병원균의 세포벽 분해를 시키는 용균작용, 셋째, 식물 성장 촉진세균(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR), 넷째, 식물 잔사물 또는 부산물의 발효를 촉진하여 고효율, 고품질의 발효 퇴비를 생산할 수 있도록 cellulase 및 chitinase 등의 효소 분비력이 우수한 경우 등이 있다. 특히 B. licheniformis는 다양한 효소를 만들어 부산물 발효와 식물 생육 촉진 및 옥신(auxin)을 생합성하는 것으로 알려져 있다.
본 기술은 지금까지 알려진 B. licheniformis의 고온 배양 가능성을 통한 농업자재 생산의 효율성과 식물생장촉진(PGPR)에 주목하여 높은 활력을 지닌 새로운 B. licheniformis를 탐색하고 이를 EMS(Ethyl Methane Sulfonate) 화학돌연변이를 이용하여 새로운 균주을 개발하고, 본 균주의 부산물 발효, 농작물 생육 촉진에 활용하는 것을 목적으로 한다.
등록특허공보 제10-1500930호(항균활성을 가지는 바실러스 리체니포르미스 균주)
삭제
본 발명은 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주의 제조 및 이를 이용한 부산물 발효와 식물 생육 개선 및 옥신 생성을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 B. licheniformis의 고온 배양 가능성을 통한 농업자재 생산의 효율성과 식물생장촉진(PGPR)에 높은 활력을 지닌 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주의 제조를 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 락토바실러스 파라카제이 균주는 부산물의 발효와 식물의 생육을 촉진하며 옥신을 생성하는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부산물 발효 촉진 방법은 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)의 100배 희석액을 활용하여 부산물의 발효를 촉진하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 식물 생육 촉진방법은 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)의 100배 희석액을 농작물에 엽면시비하여 식물의 생육을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명에 따른 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P) 제조방법은 농작물 부산물과 인근 토양에서 수집한 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis) 균주에 화학적 돌연변이를 유발하는 EMS(ethyl methane sulfonate)를 처리하여 제조되는 방법인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 EMS(ethyl methane sulfonate) 화학돌연변이를 이용하여 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 생물 자원을 확보할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주를 통해 퇴비 발효를 개선할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주에 의한 농작물 생육을 개선할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주에 의해 옥신을 생성할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 B. licheniformis JWS22003 균주의 기내배양을 나타낸 도면.
도 2는 B. licheniformis JWS22003 균주의 유전염기서열정보.
도 3은 B. licheniformis JWS22003 균주의 유전적 유연관계분석 결과.
도 4는 B. licheniformis JWS22003 균주의 옥신 생성량 HPLC 분석결과.
바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)는 부산물의 발효와 식물의 생육을 촉진하고 옥신을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P) 제조방법은 농작물 부산물과 인근 토양에서 수집한 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis) 균주에 화학적 돌연변이를 유발하는 EMS(ethyl methane sulfonate)를 처리하여 제조되는 방법이다.
식물의 생육을 촉진하기 위해 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)의 100배 희석액을 농작물에 엽면시비할 경우, 3회에 걸쳐 엽면시비하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참고하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 개발 및 분석방법
벼를 수확한 후 부산물로 남겨진 잔사물 및 그 인근 토양에서 채취한 시료를 토대로 B. licheniformis를 분리하였다. 순수 분리된 B. licheniformis는 세균영양배지(Nutrition agar medium)에서 기내 생육이 왕성한 균주를 선발하였다. 선발된 B. licheniformis 균주 NA 액체배지에서 배양온도 28℃에서 48시간 배양하였다. 선발된 B. licheniformis 균주를 0.9ml씩 10반복으로 분주한 후 100㎕/ml의 EMS를 10분간 처리하였다. 상기의 현탁액을 100㎕을 취해 NA 배지에 평판도말한 후 배양온도 28℃에서 48시간 배양하였다. 이 중에서 기내 생육이 가장 왕성한 균주를 선발하여 B. licheniformis JWS22003로 명명하였다.
명명된 B. licheniformis JWS22003를 목재 부산물 퇴비, 농작물(화성벼, 대원콩, 청치마 상추, 춘광 배추, 거창한 고추, 홍로 사과)에 대조구 무처리, 처리구 1번 10배 희석, 처리구 2번 100배 희석, 처리구 3번 500배 희석으로 처리하였다. 본 자료의 이화학성 분석은 AOAC(Association of Official Agricultural Chemists) 표준 분석법에 따라 분석하였다.
2. 개발 결과
B. licheniformis는 NA 배지에서 기내 생육이 왕성한 단일 콜로니를 선발하였다. 선발된 단일 콜로니 균주는 EMS 돌연변이를 유발시킨 후 이 중 사멸하거나 기내 생육이 저조한 균주를 도태시키고, NA 배지에서 기내 생육이 왕성한 기내 생육이 왕성한 EMS 돌연변이 균주 1종을 최종 선발하여 B. licheniformis JWS22003로 명명하였다(도 1).
선발된 EMS 돌연변이 B. licheniformis JWS22003 균주의 유전자 염기서열을 정렬 및 분석하였다(도 2).
이 유전 정보를 토대로 미국 국립생물공학 정보센터(National Center for Biotechnology Information)에 등록된 기존의 바실러스 서브틸리스와 ITS16s rRNA 유전자 염기 서열의 비교 분석 및 유연관계분석(phylogenetic tree)을 통해 지금까지 밝혀진 동종의 바실러스 서브틸리스(B. licheniformis)와 비교해 다르다는 것을 확인하였다(도 3).
3. 분석 결과
본 발명에서 새로운 B. licheniformis JWS22003 균주를 퇴비 발효에 처리한 결과 모든 처리구에서 무처리한 대조구보다 좋은 효과를 보였다. 처리구 1번에서 암모니아태질소 함량 20.41mg/L에서 78.99mg/L, 질산태질소 함량 76.04mg/L에서 182.13mg/L로 나타났다. 처리구 2번에서 암모니아태질소 함량 21.15mg/L에서 63.46mg/L, 질산태질소 함량 80.28mg/L에서 173.80mg/L로 나타났다. 처리구 1, 2번의 두 처리구에서 대조구와 비교해 3배에 이르는 효과를 보였고, 특히 처리구 2번이 처리구 1과 비해 B. licheniformis JWS22003 균주의 투여량이 1/10 수준이기 때문에 경제적인 것으로 나타났다.
표 1은 B. licheniformis JWS22003 균주의 퇴비 발효에 처리후 질소 함량 변화를 나타낸 것이다.
처리 전 시료(mg/L) 처리 후 시료(mg/L)
NH4 + NO3 - NH4 + NO3 -
대조구 19.25 75.58 44.48 61.86
처리구1 20.41 76.04 78.99 182.13
처리구2 21.15 80.28 63.46 173.80
처리구3 21.49 74.99 54.46 86.68
B. licheniformis JWS22003 균주의 옥신 생성량을 알아보기 위해 HPLC 분석을 하였다. 그 결과 B. licheniformis JWS22003 균주에 의해 옥신이 생합성되는 것을 확인할 수 있었다(도 4).
여기서 옥신은 식물이 씨에서 발아하여 생장하는 데에는 여러 가지 조절물질 중 하나인데, 특히 줄기의 신장에 관여하는 식물생장호르몬의 일종이다. 또한 옥신은 생장이 왕성한 줄기와 뿌리 끝에서 만들어지며 세포벽을 신장시킴으로써 길이 생장을 촉진한다. 이에 따라 옥신이 생성됨으로 인해 식물체의 생장을 촉진할 수 있다.
B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 벼(화성벼)에 3회 걸쳐 엽면시비하였는데, 모든 처리구에서 대조구 대비 초장, 분얼수, 엽록소가 전 생육기간에 걸쳐 개선되는 것을 확인하였다(표 2). 특히 100배액 처리구 2번의 초장이 30일 62.46cm, 60일 93.64cm, 90일 106.73cm, 분얼수 30일 10.96개/주, 60일 13.30개/주, 90일 13.77개/주, 엽록소 30일 41.82, 60일 37.73, 90일 35.48로 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 벼 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
표 2는 B. licheniformis JWS22003 균주의 엽면시비 처리후 벼(화성벼)의 생육 개선 효과를 나타낸 것이다.
초장
(cm)
분얼수
(ea/plant)
엽록소
(SPAD)
30일 60일 90일 30일 60일 90일 30일 60일 90일
대조구 56.58 84.13 102.27 7.45 10.98 12.63 34.02 31.32 32.91
처리구1 59.52 85.95 100.41 9.78 11.55 11.13 39.64 32.57 34.03
처리구2 62.46 93.64 106.73 10.96 13.30 13.77 41.82 37.73 35.48
처리구3 59.11 91.95 105.05 10.91 13.07 13.66 41.39 36.38 33.82
B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 콩(대원콩)에 3회 걸쳐 엽면시비하였는데, 모든 처리구에서 대조구 대비 경장, 분지수, 종자수, 백립중, 생산량, 생산률이 모두 개선되는 것을 확인하였다(표 3). 특히 100배액의 처리구 2번이 경장 74.97cm, 분지수 82.94개/주, 종자수 250.60립/주, 백립중 27.88g, 생산량 259.56kg/10a, 생산률 128%로 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 콩 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
표 3은 B. licheniformis JWS22003 균주의 엽면시비 처리후 콩(대원콩)의 생육 개선 효과를 나타낸 것이다.
경장
(cm)
분지수
(개/주)
종자수
(립/주)
백립중
(g)
생산량
(kg/10a)
생산률
(%)
대조구 67.40 74.36 215.52 24.06 203.25 100
처리구1 72.38 75.18 230.40 26.03 228.69 113
처리구2 74.97 82.94 250.60 27.88 259.56 128
처리구3 72.24 71.82 243.18 25.22 231.71 114
B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 상추(청치마)에 3회 걸쳐 엽면시비하였는데, 모든 처리구에서 대조구 대비 지상부 생체중과 건물중 비율, 지하부 뿌리 길이, 지하부 생체중, 지하부 건물중 비율이 개선되는 것을 확인하였다(표 4). 특히 100배액의 처리구 2번이 지상부 생체중 41.35g, 건물중 비중 3.74%, 지하부 뿌리길이 35.76cm, 지하부 생체중 4.78g, 지하부 건물중 비중 3.72%로 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 상추 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
표 4는 B. licheniformis JWS22003 균주의 엽면시비 처리후 상추(청치마)의 생육 개선 효과를 나타낸 것이다.
지상부 지하부
생체중
(g)
건물중 비율
(%)
뿌리 길이
(cm)
생체중
(g)
건물중 비율
(%)
대조구 33.46 3.58 30.73 3.39 3.24
처리구1 38.07 3.59 31.00 4.69 3.61
처리구2 41.35 3.74 35.76 4.78 3.72
처리구3 37.50 3.61 34.44 3.80 4.75
B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 배추(춘광)에 3회 걸쳐 엽면시비하였는데, 모든 처리구에서 대조구 대비 구중, 구고, 구경, 엽수, 엽록소가 개선되는 것을 확인하였다(표 5). 특히 100배액의 처리구 2번이 구중 2.95kg, 구고 27.72cm, 구경 17.60cm, 엽수 41.95매, 엽록소 35.02로 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 배추 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
표 5는 B. licheniformis JWS22003 균주의 엽면시비 처리후 배추(춘광)의 생육 개선 효과를 나타낸 것이다.
구중
(kg)
구고
(cm)
구경
(cm)
엽수
(매)
엽록소
(SPAD)
대조구 2.26 24.86 16.51 33.70 32.29
처리구1 2.76 27.66 17.25 35.11 33.17
처리구2 2.95 27.72 17.60 41.95 35.02
처리구3 2.79 26.31 17.12 39.04 34.36
B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 고추(거창한)에 3회 걸쳐 엽면시비하였는데, 모든 처리구에서 대조구 대비 초장, 엽수, 엽면적, 생체중, 건물중, 과수, 과중, 건과중이 개선되는 것을 확인하였다(표 6). 특히 100배액의 처리구 2번에서 초장 152.81cm, 엽수 2,088.34매, 엽면적 25,592.94cm2/주, 생체중 489.13g/주, 건물중 105.31g/주, 과수 46.17개/주, 과중 537.52g/주, 건과중 84.24g/주로 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 고추 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
표 6은 B. licheniformis JWS22003 균주의 엽면시비 처리후 고추(거창한)의 생육 개선 효과를 나타낸 것이다.
초장
(cm)
엽수
(매)
엽면적
(cm2/주)
생체중
(g/주)
건물중
(g/주)
과수
(개/주)
과중
(g/주)
건과중
(g/주)
대조구 148.45 2,033.75 24,822.59 471.32 101.35 40.94 490.07 81.73
처리구1 151.24 2,074.60 25,445.81 482.34 103.98 43.01 515.65 83.92
처리구2 152.81 2,088.34 25,592.94 489.13 105.31 46.17 537.52 84.24
처리구3 150.70 2,071.78 25,310.70 484.97 103.54 45.24 517.04 82.07
B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 사과(홍로)에 3회 걸쳐 엽면시비하였는데, 모든 처리구에서 대조과와 비교해 신초량, 경정, 과수, 엽록소가 개선되는 것을 확인하였다(표 7). 특히 100배액의 처리구 2번에서 신초량 64.70cm, 경정 49.17mm, 과수 36.09개/주, 엽록소 35.97로 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 사과 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
표 7은 B. licheniformis JWS22003 균주의 엽면시비 처리후 사과(홍로)의 생육 개선 효과를 나타낸 것이다.
신초량
(cm)
경정
(mm)
과수
(개/주)
엽록소
(SPAD)
대조구 59.23 42.30 32.88 30.05
처리구1 61.61 44.50 34.15 33.11
처리구2 64.70 49.17 36.09 35.97
처리구3 63.13 45.98 35.65 33.43
위와 같은 B. licheniformis JWS22003 균주를 목재 부산물 퇴비, 6종의 원예작물에 처리하여 개선효과를 검정한 결과로써,
부산물의 경우, B. licheniformis JWS22003 균주를 퇴비 발효에 처리한 결과, 아무 것도 처리하지 않은 대조구와 비교해 10배액으로 처리하는 것이 생육이 가장 우수했지만, 종합적으로 볼 때, 100배액으로 처리하는 것이 B. licheniformis JWS22003 균주의 투여량이 1/10 수준이기 때문에 경제적이므로 생육이 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
또한, 식물의 경우, B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 농작물에 3회 걸쳐 엽면시비한 결과, 아무 것도 처리하지 않은 대조구와 비교해 B. licheniformis JWS22003 균주 배양액을 100배액으로 처리하는 것이 가장 우수하여 B. licheniformis JWS22003 균주가 생육을 향상시키는 것으로 나타났다.
그 외에, B. licheniformis JWS22003 균주의 옥신 생성량을 알아보기 위해 HPLC 분석을 한 결과 B. licheniformis JWS22003 균주에 의해 옥신이 생합성되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라 B. licheniformis JWS22003 균주는 B. licheniformis의 고온 배양 가능성을 통한 농업자재 생산의 효율성과 식물생장촉진(PGPR)에 주목하여 높은 활력을 지녔으므로 본 균주의 부산물 발효, 농작물 생육 촉진에 활용할 수 있다.
농촌진흥청 국립농업과학원 미생물은행(KACC) KACC92452P 20220922

Claims (5)

  1. 부산물의 발효와 식물의 생육을 촉진하고 옥신을 생성하는 것을 특징으로 하는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P).
  2. 제1항에 따른 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)의 100배 희석액을 활용하여 부산물의 발효를 촉진하는 것을 특징으로 하는 부산물 발효 촉진 방법.
  3. 제1항에 따른 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)의 100배 희석액을 농작물에 엽면시비하여 식물의 생육을 촉진하는 것을 특징으로 하는 식물 생육 촉진방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 따른 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주(기탁번호: KACC 92452P)는 농작물 부산물과 인근 토양에서 수집한 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis) 균주에 화학적 돌연변이를 유발하는 EMS(ethyl methane sulfonate)를 처리하여 제조되는 것을 특징으로 하는 바실러스 리체니포르미스 JWS22003(Bacillus licheniformis JWS22003) 균주 제조방법.





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