Effective Control Strategy against Bacterial Blight on Carrot

Hyun Su Kang; Mi-Jin Kim; Yong Ho Shin; Yong Chull Jeun

doi:10.5423/RPD.2023.29.4.405

Res. Plant Dis > Volume 29(4); 2023 > Article

당근 세균잎마름병에 대한 효과적 방제 수단

Research Article

Research in Plant Disease 2023;29(4):405-413.

Published online: December 31, 2023

DOI: https://doi.org/10.5423/RPD.2023.29.4.405

당근 세균잎마름병에 대한 효과적 방제 수단

강현수¹, 김미진¹, 신용호¹, 전용철^1,^2,^*

¹제주대학교 생명자원과학대학 친환경연구소

²제주대학교 아열대농업생명과학연구소

Effective Control Strategy against Bacterial Blight on Carrot

Hyun Su Kang¹, Mi-Jin Kim¹, Yong Ho Shin¹, Yong Chull Jeun^1,^2,^*

¹College of Applied Life Sciences, Sustainable Agriculture Research Institute, Jeju National University, Jeju 63243, Korea

²The Research Institute for Subtropical Agriculture and Biotechnology, Jeju National University, Jeju 63604, Korea

^*Corresponding author
Tel: +82-64-754-3319 Fax: +82-64-725-2351 E-mail: ycjeun@jejunu.ac.kr

Received September 13, 2023 Revised September 27, 2023 Accepted October 11, 2023

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요 약

당근 세균잎마름병을 일으키는 Xanthomonas hortorum pv. carotae는 당근 생산량에 큰 피해를 주는 병 중 하나로 국내에서 아직 방제에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 당근 세균잎마름병균에 효과적인 농약을 선발하기 위하여 3종의 항생제 streptomycin, oxolinic acid, kasugamycin, 2종의 구리제 copper hydroxide, copper sulfate basic 그리고 길항근권세균 Burkholderia gladioli MRL408-3, Pseudomonas fluorescens TRH415-2, Bacillus cereus KRY505-3을 선정하여 인공배지를 이용하여 이들의 직접적인 항균효과를 조사하였다. 이 중 항생제 streptomycin, oxolinic acid와 길항미생물 MRL408-3을 처리한 배지에서 억제환이 형성되었다. 당근 잎에 농약과 항균효과를 보였던 길항미생물 MRL408-3을 전처리한 후 당근 세균잎마름병균을 접종하였더니 streptomycin과 oxolinic acid을 전처리한 당근 잎에 높은 방제효과를 보였다. 이들 당근 잎 표면의 장방출주사현미경 이미지에서 streptomycin과 oxolinic acid를 전처리한 잎에서는 세균 수가 무처리한 잎과 비교하여 급격히 감소하였다. 이들 결과를 통해 streptomycin과 oxolinic acid와 같은 항생제가 다른 약제에 비해 방제 효과가 뛰어나다는 것을 알 수 있었다. 본 연구는 당근 세균잎마름병에 대한 이상적인 방제 시스템을 구축하는 데 도움이 되는 자료로서 가치가 있을 것으로 생각된다.

ABSTRACT

Bacterial blight of carrot caused by Xanthomonas hortorum pv. carotae (Xhc) is one of the serious diseases of carrot, of which control measures has not been still established in the domestic farm. In this study, in order to select effective sterilizer for bacterial blight of carrots, three antibiotics such as streptomycin, oxolinic acid, kasugamycin, two copper compounds like copper hydroxide and copper sulfate basic and three rhizobacteria Burkholderia gladioli MRL408-3, Pseudomonas fluorescens TRH415-2 and Bacillus cereus KRY505-3 were selected to investigate their direct antibacterial effects using artificial media, aiming to identify effective pesticides against Xhc. Among them, treated medium with antibiotics such as streptomycin, oxolinic acid, and the antagonistic rhizobacteria MRL408-3 were formed inhibition zone. The agrochemicals and the rhizobacteria MRL408-3, which showed antibacterial effects on carrot leaves, pre-treated on the carrot leaves and then inoculated with Xhc. High control effects were shown on the carrot leaves pre-treated with both streptomycin and oxolinic acid. Scanning electron microscopy images of the carrot leaf surfaces showed that the population of bacteria decreased significantly on leaves pre-treated with streptomycin and oxolinic acid. From these results, it can be inferred that antibiotics like streptomycin and oxolinic acid exhibit superior control effects compared to other agents. This study provides valuable insights towards establishing an effective control system for bacterial blight of carrot.

Keywords: Antibiotic, Bactericide, Disease protection, PGPR, Seedborne diseases

서 론

당근(Daucus carota L. subsp. sativus)에 세균잎마름병을 일으키는 Xanthomonas hortorum pv. carotae는 미국의 캘리포니아에서 처음 보고되었으며 이후에 오레곤주와 인디애나주 그리고 스페인, 터키, 일본 등 여러 나라에서 발견되었으며, 국내에서도 2012년 12월에 처음 보고되었다(Bastas 등, 2021; Christianson 등, 2015; Du Toit 등, 2014; Kendrick, 1934; Myung 등, 2014; Nishiyama 등, 1979; Palomo Gómez 등, 2021; Pfleger 등, 1974). 당근 세균잎마름병은 주로 종자 생산 및 수확량 감소를 초래하는데 미국 캘리포니아의 한 재배지에서 종자 수확량 손실이 약 25% 일어났으며, 수확량 손실은 50%에 달하고 고온 다습한 지역일 경우 그 피해는 증가한다고 하였다(Davis, 2004; Kendrick, 1934; Sharma 등, 2022). 또한 당근 주요 생산 지역에서 당근 세균잎마름병으로 인한 피해액은 연간 800만 달러에서 1,100만 달러에 이른다고 추정하였다(United States Department of Agriculture, 2021). 따라서 만약 당근 세균잎마름병이 국내에도 만연하게 된다면 이 질병으로 인한 당근 수확량 손실로 경제적 피해가 클 것으로 예상되었다(Myung 등, 2014).

X. hortorum pv. carotae는 1978년 X. campestris pv. carotae 로 분류되었지만 분자 생물학적 동정으로 인해 1995년에 X. hortorum pv. carotae로 재분리되었다(Dia 등, 2022; Dupas 등, 2023; Kimbrel 등, 2011). X. hortorum pv. carotae에 의한 증상은 잎과 줄기에 불규칙한 반점이 나타나며, 이러한 반점은 암갈색을 띄고 건조하게 되어 부서지기 쉽고 종종 불규칙한 노란색의 환으로 둘러싸인다. 잎에 발생할 경우 엽선부터 말리는 증상을 나타내며, 당근에 마름병을 유발하는 Alternaria dauci와 Cercospora carotae에 의한 곰팡이병과 유사한 증상을 보이고, 이러한 증상이 심해질 경우 식물체가 고사하게 된다(Kendrick, 1934; Nishiyama 등, 1979; Pfleger 등, 1974).

세균잎마름병은 꽃과 뿌리를 통해 전반 될 수 있는데 감염된 꽃에서 생성된 당근 종자는 건전한 종자에 대해 1차 전염원이 될 수 있으며, 감염상태의 뿌리에서도 최대 1년간 잠재한다고 알려져 있다(Bastas 등, 2021; Kuan 등, 1985; Nishiyama 등, 1979). 종자 전염 이외에도 기후가 덥고 습할 시 공기나 관개수 등을 통해 전파 가능하다(Christianson 등, 2015; Du Toit 등, 2005; Gugino 등, 2004).

세균잎마름병은 주로 종자를 통해 전반되기 때문에 감염된 당근을 온탕 침지함으로써 소독이 가능하다(Bastas 등, 2021; Scott와 Dung, 2020; Umesh 등, 1998). 하지만 이러한 방법은 많은 비용이 들며 종자 수명이 줄어들고 병원균을 완전히 박멸할 수 없기 때문에 방제에 한계가 있다(Scott와 Dung, 2020; Strandberg와 White, 1989). 그 외에 당근 세균잎마름병은 구리제와 같은 농약을 살포하는 방법으로 방제가 이루어지고 있지만 여전히 효과적인 방제는 불가능한 실정이다(Christianson 등, 2015; Du Toit 등, 2005; Umesh 등, 1998).

국내에서는 당근 세균잎마름병에 대한 연구가 많이 되어있지 않으며 방제 방법이 아직 구축되어 있지 않다. 따라서 본 연구는 시중에 판매하는 농약과 몇 가지 길항근권세균을 대상으로 당근 세균잎마름병균에 대한 직접적인 항균효과를 알아보았다. 또한 당근 잎을 대상으로 한 접종 실험을 통해 당근 세균잎마름병에 대한 살균제의 효과를 알아보고 감염 부위를 장방출주사현미경(field emission scanning electron microscopy)을 이용하여 관찰하였다.

재료 및 방법

당근 식물체 및 재배조건.

당근은 제주 구좌에서 많이 재배되고 있는 당근종자(cv. Dream 7)를 실험에 사용하였다(Jeon 등, 2021). 건전한 당근종자를 임의로 30개를 선택하여 WB-22 water bath (Daihan Scientific, Wonju, Korea)에 50°C, 30분간 담가 소독하였다(Nega 등, 2003). 소독한 종자를 시판되고 있는 더존원예용상토(Gungon Geotec, Jincheon, Korea)를 채운 플라스틱 포트(직경 8 cm)에 1 cm 깊이로 파종하고 28±1° C, 12시간 일광조건인 식물 배양실에서 배양하였다. 14일 후 포트(직경 8 cm)에 아주 심기하여 본 1엽이 완전히 전개한 식물을 실험에 사용하였다.

식물병원성 세균 및 배양조건.

당근 세균잎마름병균인 Xanthomonas hortorum pv. carotae (JJ2001)를 국립농업과학원 농업미생물은행(Korean Agricultural Culture Collection)으로부터 분양 받아 사용하였다. 균주는 tryptic soy broth (Kisan-Bio, Seoul, Korea)에 글리세린(glycerin)을 30% (w/v) 첨가하여 28°C에서 2일 동안 보관한 후 −80°C에 동결하고 실험에 필요할 때마다 배양하여 사용하였다. 균 배양은 tryptic soy agar (TSA; BD Difco, Franklin Lakes, NJ, USA) 배지에 도말한 후 28° C LMI-3004PL incubator (Daihan Labtech, Namyangju, Korea)에 옮겨 2일 동안 배양하였다. 균이 배양된 TSA 배지에 살균수 10 ml 를 넣고 루프를 이용하여 현탁액을 만든 후 Optizen Pop Spec-trophotometer (Mecasys, Daejeon, Korea)를 이용하여 세균 농도를 2.2×10⁸ cfu/ml로 조정하여 접종원으로 사용하였다.

당근 세균잎마름병균에 대한 항균활성 시험.

당근 세균잎마름병 방제 약제로 등록되어 시판중인 5종의 단제 약제 streptomycin 수화제(20% active), kasugamycin 수화제(10% active), oxolinic acid 수화제(20% active), copper hydroxide 수화제(77% active)와 copper sulfate basic 수화제(58% active)의 당근 세균잎마름병균에 대한 직접적인 항균효과를 알아보고자 각 농약의 농도를 1,000 ppm으로 조정하였다. 또한 감귤 궤양병에 방제효과를 나타냈던 식물근권세균 Burkholderia gladioli MRL408-3와 Pseudomonas fluorescens TRH415-2 (Yang 등, 2014)와 감귤 역병에 억제효과가 있는 Bacillus cereus KRY505-3 (Kang과 Jeun, 2010)를 대상으로 당근 세균잎마름병균에 대한 항균 효과를 조사하고자 각 세균의 농도를 2.5×10⁸ cfu/ml로 현탁하여 사용하였다. 항균 효과를 알아보기 위해 당근 세균잎마름병균을 TSA 배지에 도말하고, 준비한 농약 및 식물근권세균 현탁액을 각각 20 µl씩 점적한 paper disk (직경 8 mm)를 배지의 중앙부분에 배치한 후 28° C에서 3일간 배양하였다. 항균 효과는 농약 또는 식물근권세균에 의해 형성된 억제환(inhibition zone)의 직경을 측정하여 조사하였다.

당근 세균잎마름병 방제 효과 평가.

항균 활성 실험을 통해 당근 세균잎마름병에 대한 in vivo 방제효과시험이 확인된 농약과 식물근권세균이 당근 식물체에서도 당근 세균잎마름병 발생을 억제하는지 확인하기 위해 실험을 실시하였다. 농약 농도는 농업 현장에서 사용하는 약제 희석배수인 1,000 ppm으로 조정하였고 길항근권세균 Burkholderia gladioli MRL408-3은 인공배지에서 항균효과가 나타난 농도인 2.5×10⁸ cfu/ml로 조정하여 당근 식물체 엽면에 충분히 젖을 정도로 분무 처리하였다. 처리한 당근 식물체를 상온에서 1시간 동안 건조시킨 후 당근 세균잎마름병균 접종원(2.2×10⁸ cfu/ml)에 Tween 20을 0.01% (w/v) 첨가하여 당근 식물체 엽면에 분무 접종하였다. 그 후 접종된 당근 식물체를 상대습도 99%와 28℃를 유지하는 DA-DC dew chamber (DONG-A, Siheung, Korea)에서 24시간 동안 보관한 다음 28±1° C, 습도 90±10% 그리고 12시간의 일광조건으로 유지되는 식물배양실에 배양하면서 병 발생 여부를 관찰하였다. 대부분의 처리구에서 병이 발병되는 접종 후 28일째에 발병정도를 조사하였으며 발병지수는 0: 병징 없음, 1: 잎 끝에 부분 1-25% 발병, 2: 잎의 26-50% 절반정도 발병, 3: 잎의 51-75% 발병하거나 마르는 증상, 4: 잎의 76-100% 발병하였으며 완전고사로 구분하였다. 또한 발병도(disease severity)는 ∑[(발병지수×발병엽수)]/(4×조사엽수)×100, 방제가는 [(무처리구의 방제가-처리구의 방제가)/무처리구의 방제가]×100으로 산출하였다.

장방출주사현미경을 이용한 당근 세균잎마름병균을 접종한 당근 잎 관찰.

처리한 농약의 당근 세균잎마름병균에 대한 효과를 알아보기 위해 당근 잎에 당근 세균잎마름병균을 접종한 지 3일과 7일 후에 당근 잎 표면의 초미세구조를 관찰하였다. 접종한 잎을 소독한 메스를 사용하여 2×2 mm² 크기로 잘라 2% glutaraldehyde를 포함한 0.05 M sodium phosphate buffer (pH 7.2)에 담가 4° C에서 2시간 동안 1차 고정(primary fixation)한 후 동일한 buffer에 10분간 4° C에서 3회 washing 하였다. 1차 고정을 마친 식물 시료를 1% osmium tetroxide 를 포함한 0.05 M sodium phosphate buffer (pH 7.2)로 4℃에서 2시간 동안 2차 고정(post-fixation)한 후 살균된 3차 증류수로 실온에서 10분간 3회 washing하였다. 그 후 시료의 탈수(dehydration)는 30, 50, 70, 80, 90, 100% ethanol로 각 10분간 1회 실시하고 최종 100% ethanol를 2회 추가로 탈수하였다. 시료의 표면을 손상시키지 않게 건조하기 위해 임계점 건조기인 EM CPD300 critical piont dryer (Leica Mikrosusteme, Vienna, Austria)를 이용하여 건조한 후 시료를 진공증착기 ion sputter coater (Quorum Technologies, East Sussex, UK)로 platinum을 이용해 샘플을 균일하게 코팅하였다. 시료의 초미세 구조는 MAIA3 장방출주사현미경(Tescan, Brno, Czechia)을 이용하여 5.0 kV에서 관찰하였으며 표면의 세균 수는 3,000배 확대된 이미지에서 임의로 선택하여 계수하였다.

통계분석.

무처리, 농약 처리 및 식물근권세균에 의해 형성된 당근 세균잎마름병균의 억제환 직경과 이들을 전처리한 당근 잎에서 당근 세균잎마름병균 접종 후 조사된 발병정도 그리고 장방출주사현미경으로 세균의 수를 계수한 평균을 비교를 위하여 분산분석(ANOVA)과 Duncan의 다중검정을 SAS version 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 분석하였다.

결 과

시판 농약과 식물근권세균의 당근 세균잎마름병균에 대한 항균활성.

시판 중인 5개의 농약과 3개의 길항근권세균 중에서 인공 배지에서 당근 세균잎마름병균에 대한 항균 효과가 있는 것은 streptomycin, oxolinic acid와 길항근권세균 B. gladioli MRL408-3인 것으로 나타났다(Fig. 1). 특히 oxolinic acid에 의해 형성된 억제환 직경은 평균 2.2 cm로 다른 처리구에 비해 가장 크게 나타난 것으로 보아(Fig. 1E), 당근 세균잎마름병균에 대한 직접적인 항균 효과가 가장 높은 것으로 나타났다.

Fig. 1.

Growth inhibitory effect by water (A), streptomycin (B), oxolinic acid (C), and rhizobacterial strain Burkholderia gladioli MRL 408-3 (D) against Xanthomonas hortorum pv. carotae. The concentration of the agrochemicals were 1,000 pp, each. The diameter of the inhibition zone by streptomycin, oxolinic acid and B. gladioli MRL 408-3 were presented (E).

다음으로 B. gladioli MRL408-3은 2.0 cm, streptomycin은 1.4 cm 크기의 억제환을 형성하였다(Fig. 1E). 이러한 결과를 통해 항생제인 oxolinic acid와 streptomycin 그리고 길항근권세균 B. gladioli MRL408-3은 당근 세균잎마름병균에 대한 직접적인 항균 효과가 있는 것을 알 수 있었다. 그러나 kasugamycin, copper hydroxide와 copper sulfate basic 그리고 길항근권세균인 B. cereus KRY505-3와 P. fluorescens TRH415-2에 의해서는 억제환을 형성하지 않았으므로 당근 세균잎마름병균에 대한 직접적인 항균 효과가 없는 것으로 확인되었다.

생체 실험을 통한 시판 농약과 길항근권세균의 당근 세균잎마름병에 대한 방제 효과.

전처리를 하지 않고 당근 세균잎마름병균만 접종한 무처리에서는 대부분의 잎이 당근 세균잎마름병의 전형적인 병징인 끝에서부터 전체적으로 마르거나 오그라들며, 어두운 갈색의 증상을 나타내었으며, 대부분의 잎에서 92.6%로 높은 발병도를 보였다(Figs. 2A, 3).

Fig. 2.

Disease severity on carrot leaves untreated (A), pre-treated with streptomycin (B), oxolinic acid (C), kasugamycin (D), copper hydroxide (E), copper sulfate basic (F) and Burkholderia gladioli MRL408-3 (G) after inoculation with Xanthomonas hortorum pv. carotae suspension of 2.2 cfu/ml. The photographs have been taken at 4 weeks after the inoculation with X. hortorum pv. carotae.

Fig. 3.

The level of disease severity on carrot leaves untreated and pre-treated with agrochemicals and rhizobacterial strain Burkholderia gladioli MRL408-3 after inoculation with Xanthomonas hortorum pv. carotae suspension of 2.2 cfu/ml.

그러나 streptomycin을 전처리한 잎에서는 잎 끝부분이 흰색으로 변하는 증상이 있었지만 잎의 대부분이 건전한 상태를 유지하였다(Figs. 2B, 3). Oxolinic acid을 전처리한 잎에서도 부분적으로 갈변하는 증상이 나타났지만 37%의 매우 약한 발병도를 보였다(Figs. 2C, 3).

하지만 kasugamycin을 전처리한 잎에서는 당근 세균잎마름병 증상인 어두운 갈색을 띄고 마르거나 오그라드는 현상이 약하게 나타났으며 67.6%의 발병도를 나타내었다(Figs. 2D, 3). 가장 높은 발병도는 구리제인 copper hydroxide와 copper sulfate basic을 전처리한 잎에서 나타났는데 Xhc만 처리한 잎과 유사하게 전형적인 당근 세균잎마름병 증상을 보였으며 80.6%, 85.2%의 높은 발병도를 보였다(Figs. 2, 3). 한편, 길항근권세균 B. gladioli MRL408-3을 천처리한 잎에서의 발병률은 75%로 나타났으며, 인공 배지에서 직접적인 항균 효과를 보인 것과는 다르게 당근 잎에 전처리로 인한 병 방제 효과는 낮은 것으로 나타났다(Figs. 2G, 3).

장방출주사현미경을 이용한 시판농약의 당근 세균잎마름병 방제 효과 검정.

당근 세균잎마름병에 대해 방제 효과가 있는 streptomycin, oxolinic acid, kasugamycin 및 copper hydroxide 를 전처리한 후 당근 세균잎마름병균을 접종한 당근 잎을 장방출주사현미경을 이용하여 관찰하였다. 당근 세균잎마름병균을 접종하지 않은 건전한 당근 잎에서는 세균이 전혀 발견되지 않았다. 그러나 농약을 전처리를 하지 않고 당근 세균잎마름병균을 접종한 당근 잎 표면에는 많은 수의 세균이 관찰되었다(Table 1, Fig. 4A, B). 이를 통하여 장방출주사현미경을 통한 이미지에서 발견된 세균은 당근 세균잎마름병균임을 확인할 수 있었다.

Fig. 4.

Scanning electron microscopy on carrot leaves healthy (A) and untreated (B), pre-treated with streptomycin (C), oxolinic acid (D), kasugamycin (E), and copper hydroxide (F) after inoculation with Xanthomonas hortorum pv. carotae at 3 days. Scale bars=20 μm.

Table 1.

Number of bacterial cells on the carrot leaves pre-treated with various agrochemicals after inoculated with Xanthomonas hortorum pv. carotae

Days after inoculation	No. of bacterial cells
Days after inoculation	Non-treated control	Streptomycin	Oxolinic acid	Kasugamycin	Copper hydroxide
3	163.7±11.4 a ^a	7.6±2.2 d	12.5±3.1 c	81.2±9.5 b	85.5±10.5 b
7	127.3±8.8 a*0	5.7±1.6 e	11.3±3.2 d	58.2±5.1 c	65.5±8.7 b

^a Values are presented as mean±standard deviation. Different letters indicate significant differences (P<0.05) according to Duncan's mul-tiple range test.

Streptomycin을 전처리한 잎 표면에는 당근 세균잎마름병균을 접종한 후 3일째의 초미세 이미지를 관찰한 결과 당근 세균잎마름병균 수가 급격히 감소하였다(Table 1, Fig. 4C). 마찬가지로 oxolinic acid를 전처리한 잎에서도 매우 적은 수의 당근 세균잎마름병균이 발견되었다(Table 1, Fig. 4D). 이와 같이 당근 잎 표면에서의 당근 세균잎마름병균 수의 감소는 병 발생 정도의 억제와 동일한 결과를 나타냈다(Figs. 3, 4).

그러나 kasugamycin과 copper hydroxide를 전처리한 당근 잎에서는 당근 세균잎마름병균 수가 무처리구에 비해서 감소하기는 했지만 현저하게 감소하지 않았다(Table 1, Fig. 4E, F). 이들 농약을 전처리하였을 때 당근 세균잎마름병균 수가 감소가 저조한 것은 당근 잎에서 병 발생이 무처리한 잎에서의 병 발생 정도가 유사한 것과 연관이 있는 것으로 보인다(Figs. 3, 4).

당근 세균잎마름병균을 접종한 후 7일째의 당근 잎에서 당근 세균잎마름병균을 수는 접종 후 3일째에 비해 무처리뿐 아니라 농약을 전처리한 잎에서 대체로 감소하기는 하였지만 큰 차이는 없었다(Table 1).

고 찰

작물에서 세균병은 곰팡이병보다 방제하기 어려우며 화학적 방제 수단으로 주로 항생제나 구리제를 이용한다(McManus 등, 2002; Norelli 등, 2003; Vu와 Oh, 2020). 국내에는 streptomycin, kasugamycin, oxolinic acid 등이 농용항생제로 등록되어 세균병 방제에 이용되고 있으나, 당근 세균병 방제 효과에 대한 연구가 부족하다. 일반적으로 항생제는 세균의 생명활동에 중추적인 기작을 특이적으로 저해하여 강한 살균효과를 나타낸다. 예를 들어 streptomycin은 아미노글리코사이드계에 속하며 16S rRNA와 상호작용하여 단백질 합성을 저해시켜 살균 작용을 하고(Sundin과 Bender, 1993; Vianna 등, 2019), 또 다른 아미노글리코사이드계 항생제인 kasugamycin은 리보솜 소단위체에 대한 aminoacyl-tRNA의 결합을 방해하여 단백질 생성을 억제하는 것으로 알려져 있으며(Copping과 Duke, 2007; Tanaka 등, 1966). 또한 oxolinic acid는 gram-negative 세균에 대한 항균활성을 갖는 quinolone계로 type II topoisomerases에 결합하여 세포분열과 성장을 억제하는 살균작용을 한다(Ham 등, 2022; Hikichi 등, 2001; Shungu 등, 1983). 항생제가 당근 세균잎마름병균에 방제효과가 있었는지 확인하기 위해 배지상에서 살균효과를 시험한 결과에서 항생제 streptomycin과 oxolinic acid는 당근 세균잎마름병균(X. hortorum pv. carotae)에 직접적인 살균효과가 있었고, 생체실험에서도 유의미한 수준의 당근 세균잎마름병 방제효과를 나타내었다(Figs. 1-3). 다른 연구에서도 streptomycin과 oxolinic acid가 Xanthomonas 속 식물병원세균 방제에 효과가 있다는 보고가 있었다. Streptomycin 은 호두의 개화기에 X. campestris pv. juglandis에 효과를 보였으며, 마찬가지로 oxolinic acid는 딸기의 육묘기에서 X. fragariae에 의한 모무늬병 방제에 큰 효과를 보였다(Kim 등, 2015; Polito 등, 2002). 한편 kasugamycin이 세균 Erwinia amylovora에 의한 사과 화상병 방제에 효과를 나타낸다는 다른 보고가 있지만(McGhee와 Sundin, 2011), 본 연구에서는 당근 세균잎마름병균에 대한 kasugamycin의 식물병 방제효과가 뛰어나지 않았다(Figs. 2, 3).

일반적으로 구리제는 병원균 세포내 단백질이나 탈수소화의 S-H기와 결합하여 생리작용에 피해를 주며, 식물체에 살포 시 구리제가 피복된 식물 표면에서만 보호 작용을 한다고 알려져 있으나(Hyun 등, 2005; Whiteside, 1977), 본 연구에서 시험한 구리제(copper hydroxide, copper sulfate basic)는 유의미한 수준의 당근 세균잎마름병 억제 효과를 나타내지 않았다(Figs. 2, 3).

최근 세균병을 방제하는 데 길항근권세균을 이용하는 것이 효과적이라는 보고가 있다(Choi 등, 2022; Cui 등, 2020; Kim과 Sang, 2023; Kim 등, 2022; Vu와 Oh, 2020). 특히 B. gladioli은 토마토 점무늬병을 일으키는 X. perforans, 감귤 궤양병을 일으키는 X. citri 등 여러가지 Xanthomonas 속 식물병원세균에 대해 직접적인 항균 효과가 알려져 있다(Shantharaj 등, 2021; Yang 등, 2014). 본 연구에 사용된 길항미생물 B. gladioli MRL408-3도 당근 세균잎마름병균(X. hortorum pv. carotae)에 대한 직접적인 항균효과를 보였으나(Fig. 1), 기대한 바와 달리 생체실험에서는 유의미한 수준의 당근 세균잎마름병 방제효과를 나타내지 못했다(Figs. 2, 3). 이와 같이 직접적인 항균효과가 있더라도 식물에 처리하였을 때 효과가 다르게 나타난 것은 식물체 주변의 환경, 즉 다른 미생물과의 영양 경쟁 또는 식물체에서 분비되는 화학성분과 같은 요인들에 의한 것일 수 있으나, 이를 확인하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다(Kim 등, 2008; Roberts 등, 2005; Weller, 1988).

장방출주사현미경을 이용하여 농약을 처리한 당근 잎을 당근 세균잎마름병균 접종한 후 표면을 관찰하였더니(Fig. 4), 생체 실험에서 강한 방제 효과를 나타냈던 streptomycin과 oxolinic acid를 전처리한 잎에서는 당근 세균잎마름병균 수가 91-95% 감소한 반면, 방제효과가 낮았던 kasugamycin과 copper hydroxide를 전처리한 잎에서는 당근 세균잎마름병균 수가 49-54% 정도 감소하였다(Table 1, Fig. 2). 농약의 방제효과는 잎 표면에서의 병원세균 개체수와 역의 상관 관계가 있다(Figs. 3, 4). 그러므로 방제 효과를 나타내기 위해서는 농약을 처리한 잎에서 당근 세균잎마름병균의 개체수를 크게 감소시킬 수 있는 강력한 살균효과가 필수적이다.

본 연구는 최근 제주도를 포함하여 국내에 발생한 당근 세균잎마름병균을 방제하기 위하여 효과적인 농약을 선발하는 데 중요한 자료로 이용될 뿐 아니라 당근 세균잎마름병균에 대한 방제 시스템을 구축하기에 도움이 되는 자료가 될 것으로 생각된다.

NOTES

Conflicts of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Acknowledgments

This work was carried out with the support of “Cooperative Research Program for Agriculture Science & Technology Development (PJ0162412021)” Rural Development Administration, Republic of Korea.

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