20일 무를 이용한 감자 더뎅이병의 생물검정

공시작물 및 토양

본 시험에서 더뎅이병 시험재료로 사용할 감자를 대신하여 hybrid 무 품종인 20일 무는 아시아종묘㈜에서 판매하고 있는 품종인 ‘코메트(Comet)’, ‘체리원(Cherry one)’ 및 ‘모듬(Modum)’ 등 총 세가지 품종을 사용하였다.

본 시험에서 사용한 토양은 강원도 원주시와 제주도 제주시의 감자 연작 재배 지에서 2018년에 봄감자와 가을감자를 재배할 때, 감자에 더뎅이병이 심하게 발생한 토양(severe), 중간 정도로 발생한 토양(moderate) 및 전혀 발생하지 않은 토양(healthy)을 각각 나누어 채취하고 각각의 토양을 시험토양으로 사용하였다.

공시토양의 화학성

본 시험에 공시한 제주지역과 원주지역의 감자 더뎅이병발병 토양에 대한 pH, EC, 유기물 함량, 유효인산, 양이온 함량 등을 농촌진흥청 토양이화학분석법에 준하여 분석하였다(NIAST, 2010). 토양의 pH와 EC는 건조 토양과 증류수의 비율을 1:5로 하여 측정하였고, 유기물은 Walkley-Black법, 유효인산은 Bray. No-1법, 치환성 칼리, 칼슘, 마그네슘 등이 양이온은 1 N NH4OAc (pH7.0) 침출법을 이용하여 분석하였다.

공시토양의 더뎅이병 밀도 조사

본 시험에 사용한 제주지역과 원주지역의 감자 더뎅이병발병 토양의 Streptomyces sp.의 밀도를 검정하고자 Kim et al. (1998)의 방법을 변형하여 시험하였다. 제주와 원주지역에서 채취한 건조 토양으로부터 5 g을 개량하여 45 ml 살균수가 들어 있는 멸균된 250 ml 삼각플라스크에 넣고, 50^oC 항온수조에서 1시간 동안 교반 하였다. 상등액을 취하여 평판희석법에 의해 10배 희석하여 NPPC Agar배지(nystatin 50 mg, polymixin B sulfate 5 mg, sodium penicillin-G 1 mg, cycloheximide 50 mg, Agar 20 g, 증류수 1,000 ml)에도 말하여 30^oC 항온 배양기에서 7일 간 배양한 후 방선균 균총의 수를 조사하였다.

더뎅이병 생물검정

더뎅이병 발병 토양을 이용한 20일 무 품종 별 더뎅이병 발병 정도를 알아보고자 Comet, Cherry one 및 Modum 품종의 무 종자 10개씩을 3반복으로 제주와 원주 감자 더뎅이 병 이병토양을 담은 화분(Ǿ300×250 mm)에 파종하였다. 파종 30일 후, 무 품종 별로 지상부와 지하부 생체중을 조사하였으며, 뿌리를 세척하여 더뎅이병 발병 정도는 정도를 조사하여, 다음과 같이 육안으로 더뎅이병 발병율을 계산하였다.

더뎅이병 발병괴경률 (%) =발병 괴경수 /총 조사 괴경수×100

무 더뎅이병 이병조직의 전자현미경 관찰

20일 무에 발생한 더뎅이병 이병조직의 원인 병원균의 형태와 발병 양상을 관찰하고자 Park et al. (2016)이 제시한 전자현미경 전처리 방법에 따라 시료를 처리하여 전자현미경으로 관찰하였다.

더뎅이병이 발생한 Comet, Cherry One 및 Modum 무의 조직을 5×5 mm²의 크기로 잘라 2% glutaraldehyde를 포함한 0.05 M phosphate buffer solution (PBS; pH 7.2)에 담아 실온에서 2시간 동안 고정한 후, 2% osmium tetroxide로 4^oC에서 2시간 동안 2차 고정한 후 멸균된 3차 증류수로 3회 세척하였다. 세척된 시료들은 ethanol 농도(10~100%)에 따른 단계별 처리를 통해 탈수를 하였다. 각 시료들은 critical point drier (CPD 030; BAL-Tec, CA, USA)를 사용하여 임계점에서 건조시킨 후 시료 표면을 금으로 코팅(~100 A)하였다. 코팅한 후 주사전자현미경(JSM-6700F; JEOL Ltd., Tokyo, Japan)을 통해 20 kV에서 처리구 당 3개의 시료의 더뎅이 병원균의 형태와 생육을 관찰하였다.

자료정리 및 통계처리

본 실험은 처리별로 3반복으로 진행하였으며, 수집된 자료의 정리는 MS-EXCEL 2010으로 하였으며 실험에서 얻어진 모든 자료들의 통계분석은 Statistical Analysis System (SAS release ver 9.1, 2004)의 General Linear Model (GLM) procedure를 이용하여 분산분석을 실시하였고, 처리구간에 대한 유의성은 5% 수준에서 DMRT 검정을 하였다.

공시토양의 화학성 비교

시험에 공시한 토양의 이화학적 특성을 분석한 결과, 제주지역 토양은 원주지역 토양에 비해 유효인산 함량을 제외하고 pH, EC, 유기물 함량, 치환성 칼리, 칼슘, 마그네슘 등양이온 함량이 높은 것으로 조사되었다(Table 1). 제주지역의 감자 더뎅이병 발병 토양의 pH 값과 EC 값은 8.4와 2.6으로 염기성 토양이면서 EC가 다소 높았고, 원주지역의 감자 더뎅이병 발병 토양의 pH 값과 EC 값은 6.1과 1.5로 산성 토양이면서 EC가 적정한 것으로 조사되었다(Table 1). 치환성 양이온 중 칼슘 함량이 제일 높게 조사되었는데 제주와 원주 토양의 칼슘 함량은 각각 19.8 cmol/kg, 3.3 cmol/kg으로 조사되었다(Table 1).

Table 1.

Soil characteristics of Jeju and Wonju experimental field for organic potato farming

Lambert와 Manzer (1991)은 토양 pH가 높을 때, 토양 중의 Ca함량보다 표피에 Ca의 집적이 많은 괴경에서 더뎅이 병이 발생이 많았다고 보고하였다. 또한 우리나라 감자재배토양에는 알카리성 토양에서 감자 더뎅이병을 일으키는S. scabies와 산성토양에서 발병하는 S. acidiscabiesrk가 존재한다(Kim et al., 1998; Lambert et al., 2006).

본 실험의 결과로 미루어 볼 때, 시험에 공시한 제주토양과 원주토양은 화학적으로 차이가 있지만, 두 토양 모두 더뎅이병 발병 시험에 적합한 것으로 생각된다.

공시토양의 Streptomyces scabies 밀도 비교

본 시험에 사용한 제주지역과 원주지역의 감자 더뎅이병 발병 토양의 더뎅이 병원균(Streptomyces sp.)의 밀도를 NPPC배지에 도말하여 조사하였더니, 지역 간에 Streptomyces sp.의 밀도는 지역간에 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 1). 제주 지역과 원주 지역의 감자 더뎅이병이 심하게 걸린 토양의 Streptomyces sp.의 밀도는 각각 20.5×10⁵ cfu/g, 22.7×10⁵ cfu/g으로 원주지역의 토양이 Streptomyces sp.의 밀도가 조금 높은 경향을 보였다. 그러나 제주 지역과 원주 지역의 감자 더뎅이병이 중간 정도 걸린 토양의 Streptomyces sp.의 밀도는 2.3×10⁵ cfu/g, 2.2×10⁵ cfu/g으로 통계적인 유의 차는 보이지 않았다. 다만, 감자 더뎅이병이 심하게 걸린 토양과 중간 정도 걸린 토양의 Streptomyces sp.의 밀도는 평균 10배 정도 차이를 보였으며 건전한 토양에서는 전혀 두개 지역 모두 Streptomyces sp.의 균총이 나타나지 않았다(Fig. 1).

Fig. 1.

Population density of Streptomyces sp. isolated from Jeju (A) and Wonju (B) healthy soil and severely and moderately infested soils with common scab disease.Vertical bars labeled with means and standard error.

Ryan과 Kinkel (1997)은 감자 더뎅이병을 방제하기 위한 생물적 방제인자를 개발하기 위하여 인위적으로 감자 더뎅이병을 일으키기 위한 토양 내 S. scabies의 밀도는 2.63×10⁵~ 4.1×10⁶ cfu/g soil인 것으로 보고하였다. 본 연구에서 사용한 토양은 Ryan과 Kinkel (1997)이 보고한 밀도와 큰차이를 보이지 않아 더뎅이병 시험을 위한 자연 발병 토양으로 충분할 것으로 생각된다.

더뎅이병 이병 토양에 따른 무 품종의 생육비교

2018년 봄감자와 가을감자를 재배하여 감자에 더뎅이병이 발생했던 토양에 더뎅이병 발병 정도에 따라 Comet, Cherry One, Modum 등 3개의 무 품종을 파종하고 30일 후, 무 품종 별 지상부와 지하부의 생체중을 조사하였더니, 무 품종 모두 건전토양에 비해 발병 토양에서 생체중이 감소하였다(Table 2, Fig. 2). 토양의 더뎅이병 발생 정도에 따른 무 품종의 생체중을 비교하였을 때, 원주지역의 건전 토양에서 재배한 무보다 제주지역의 건전 토양에서 재배한 무의 지상부와 지하부의 생체중이 각각 2.4~9.5%와 14.1~60.3%씩 증가하였다(Table 2, Fig. 2). 더뎅이병이 심하게 발생했던 원주지역의 발병토양에서는 제주지역의 발병토양보다 3개의 무 품종, 모두 지상부와 지하부의 생체중이 각각 69.7~79.7%와 55.6~76.9% 씩 감소했지만, 더뎅이병이 중간 정도 로 발생했던 토양에서는 원주지역 토양보다 제주지역 토양에서 재배한 3개의 무 품종 모두에서 지상부와 지하부의 생체중이 각각 12.9~16.2%와 9.3~64.7% 감소하였다(Table 2, Fig. 2).

Table 2.

Growth Comparison of 20 day radish varieties, Comet, Cherry One, and Modum cultivated on soils infested with potato common scab disease in Jeju and Wonju

Fig. 2.

Growth Comparison of 20 day radish, Comet (CO), Cherry One (CH), and Modum (MO) cultivated in Jeju (A) and Wonju (B) healthy soil and severely and moderately infested soils with common scab disease.

Richardson (1952)은 감자 더뎅이병은 괴경이 성장하면서 병징이 심해진다고 하였고 성숙한 괴경은 더 이상 병징이 심해지지 않는다고 하였다. 본 실험에서 더뎅이병 발병 토양에서 무의 품종마다 생육의 차이를 보이는 것은 건전 토양의 무의 생육과 비교해 보았을 때, 토양의 이화학성의 차이도 있을 수 있으나 토양 중에 존재하는 Streptomyces sp. 의 밀도를 추정해 볼 때, 무 품종별 생육에 가장 영향을 주는 것은 Streptomyces sp.에 의한 생육 감소가 원인인 것으로 생각된다.

무 품종에 따른 더뎅이병 발병정도 비교

제주와 원주지역에서 채취한 더뎅이병 발병 토양에 Comet, Cherry One, Modum 등 3개의 무 품종을 파종하고 30일 후, 무 품종별 더뎅이병 발병 정도를 조사하였더니, 2개 지역의 건전 토양에서는 3개의 무 품종이 모두 더뎅이병이 발생하지 않았으나, 발병 토양에서는 Cherry One >Modum > Comet 순으로 더뎅이병 발생이 심하였다(Fig. 3). 더뎅이병이 발생한 Cherry One무의 표면에는 정형적인 더뎅이병 병징인 황갈색이고 움푹패인 병반이 발생하였으며 움품패인 병반은 깊은 곳까지 어두운 색의 침몰이 이루어졌다(Fig. 4). 심하게 감염된 토양(severe)의 무의 뿌리의 경우 Fig. 2에서 보는 바와 같이 뿌리의 발육이 전혀 이루어지지 않았다. Lesile (2004)의 보고에서도 감수성인 20일 무의 경우 떡잎에 감염되어 식물체가 죽거나 뿌리의 발육이 억제되는 것으로 나타났다. 본 연구에서도 감수성인 무 품종의 경우 뿌리의 발육이 정상적인 무 보다 억제되는 것으로 동일한 결과를 보였다.

Fig. 3.

The incidence of common scab disease of 20 day radish, Cherry One, Comet, and Modum in Jeju (A) and Gangwon (B) soil infested with potato common scab disease.** Treatments with same letter in each column are not significantly different at the 0.05 probability level by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT).

Fig. 4.

Scanning electron microscopic observation of Streptomyces scabies mycelia and spores on the common scab symptoms of thee varieties of 20-day radish, Cherry One ((A), (D)), Comet ((B), (C)), and Modum ((D), (F)) (×20,000).

원주지역의 발병 토양에 파종한 Cherry One 품종은 제주지역의 발병 토양보다 7.3~22% 더 높게 더뎅이병이 발생하였다. 원주지역의 발병 토양에 파종한 Comet 품종은 제주지역의 발병 토양보다 0.7~6.6% 더 낮게 더뎅이병이 발생하였다(Fig. 3). 원주지역에서 더뎅이병이 심하게 발생한 발병토양에 파종한 Modum 품종은 제주지역의 발병 토양보다 6.0% 더 낮게 더뎅이병이 발생하였다. 제주지역에서 감자 더뎅이병이 중간 정도 발생했던 발병 토양에 파종한 Modum 품종은 원주지역의 발병 토양보다 6.7% 더 높게 발병하였다(Fig. 3, Fig. 4). 제주지역의 감자 더뎅이병 발병이 심했던 발병 토양에서 Cherry One 품종은 54.0%의 더뎅이 병 발병율을 보였으며 Modum과 Comet 품종은 각각 14.0%와 6.7%의 더뎅이병 발병율을 보였다(Fig. 3, Fig. 4).

따라서 3개의 무 품종 중, Cherry One과 Comet 품종은 감자 더뎅이병이 심하게 발생하였으나 Modum 품종은 Cherry One과 Comet 품종에 비해 더뎅이병 발생이 낮은 것으로 판단된다.

무 더뎅이병 이병조직의 전자현미경 관찰

Cherry One과 Comet, 2개 품종에 나타난 병징이 감자 더뎅이병을 일으키는 S. scabies에 의해 발생한 것인지 확인하고자 발병 조직을 0.2% glutaraldehyde용액에 고정한 후, 전자현미경으로 관찰하였다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 감수성인 Cherry one과 Comet 품종의 이병 조직(Fig. 4 A-D, B-E)에서는 S. scabies의 균사생육과 포장 형성이 왕성하여 심한 발병을 보인 반면 Modum품종의 병징(Fig. C-F)에서는 S. scabies의 균사생육과 포장 형성이 미약하여 발생이 적었던 것으로 나타났다.

제주도의 감자재배는 이모작이 많고 주로 감수성 품종인 대지가 재배되고 있어 더뎅이병이 대부분의 토양에 감염되어 있으며, 앞으로 더뎅이병의 발생은 더욱 확산될 것으로 예상한다(Kim, 1999; Hong et al., 2004). 또한 Hong et al. (2003)은 제주도 감자 더뎅이병 발병 조직으로부터 방선균을 분리하였더니 S. scabies, Streptomyces turgidiscabies, Streptomyces scidiscabies 등이 분리되었다. 따라서 3개의 무 품종에 더뎅이병을 일으킨 Streptomyces sp.에 대한 동정과 병리학적인 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것으로 생각한다.

국내에서는 아직 무에 대한 더뎅이병 발병에 대한 보고가 없으나(KSPP, 2019) 외국의 경우 오래 전부터 더뎅이병균(S. scabes)이 여러 가지 작물 중에서 무에 더 감수성이며 순무와 서양우엉도 토양 조건이 건조하거나 pH 6.0 이상일 경우, 매우 감수성인 것으로 보고되었다(Loria et al., 2006).

이상의 결과를 미루어 볼 때, 감자를 이용한 더뎅이병 방제기술의 개발은 시간이 많이 소요되고 때문에 반복적인 실험의 진행이 어려움으로 20일 무와 같이 재배 기간이 짧고 더뎅이병을 일으키는 Streptomyces scabies에 감수성인 작물을 이용하면 더뎅이병 방제용 농약이나 유기농업자재를 개발하기 위한 보다 신속하고 정확한 생물검정방법을 구축하는데 기여할 수 있을 것으로 생각한다.