Evaluating the Impacts of Long-Term Use of Agricultural Chemicals on a Soil Ecosystem by Structural Analysis of Bacterial Community

세균군집의 구조분석을 통한 장기간 농약사용이 토양생태계에 미치는 영향 평가

In this study bacterial community was analyzed to evaluate the impacts of long-term use of agricultural chemicals on a soil ecosystem as well as to obtain fundamental data on the relationship. Sequences of 16S rRNA clones from a non-agricultural site and a tangerine orchard soil which has a history of long-term use of agricultural chemicals over 30 years were analyzed. This revealed that bacterial community containing 5 divisions and 18 genera was distributed in a tangerine orchard soil, while bacterial community containing 9 divisions and 44 genera was distributed. In a tangerine orchard soil site, the most abundant bacteria in subdivision level were placed into Proteobacteria γ group which occupied 56% of total clones. The other bacterial clones from the ocrhcard soil exposed to agricultural chemicals over 30 years were Acidobacteria group (25%), Fimicutes group (5%), Planctomycetes group (2%), Proteobacteria α (1%), δ group (1%), and Cyanobacteria group (1%). Whereas, the clones were from the non-agricultural site were distributed among the division or subdivision Acidobacteria group (14%), Planctomycetes group (13%), Proteobacteria α (10%), β (9%), δ (9%), Fimicutes group (8%), Verrucomicrobia group (8%), Actinobacteria group (6%), Proteobacteria γ group (3%), Bacteroidetes group (3%), Gemmatimonadetes group (3%), and Cyanobacteria group (1%). This finding suggests the possibility that long-term application of agricultural chemicals or fertilizers on a tangerine orchard might result in drastic reduction or alteration in the composition of the bacterial community in the contaminated soil site.

본 연구는 장기간 동안 지속적인 농약의 사용이 토양생태계에 미치는 영향을 세균군집의 구조분석을 통하여 그 관련성을 평가하고, 이에 대한 기초 자료를 얻고자 수행하였다. 30년 이상 매년 수시로 농약을 사용하여온 제주지역의 한 감귤원 토양과 비농지 토양에 존재하는 세균군집을 16S rRNA clonal library로부터 얻은 각 100 개 클론의 유전자 염기서열을 기초로 하여 비교 분석한 결과 지속적으로 농약을 사용해온 감귤원 토양에서는 3개의 아문(Proteobacteria $\alpha$, $\gamma$, $\delta$)을 포함하는 Proteobacteria를 비롯한 5개 문 18개의 속 그룹에 포함되는 세균군집의 구조를 보였고, 농약을 사용하지 않은 비농지 토양에서는 4개의 아문(Proteobacteria $\alpha$, $\beta$, $\gamma$, $\delta$)을 포함하는 Proteobacteria를 비롯한 12개 문, 44개의 속 그룹에 포함되는 군집구조를 나타냈다. 감귤원 토양에서 가장 많은 분포를 보인 세균은 Proteobacteria g group에 속하는 것으로 전체 clone의 56%로 상당한 우점현상을 나타내었고, Acidobacteria group에 속하는 균이 25%, Firmicutes group, 5%, Planctomycetes group, 2%, Proteobacteria $\alpha$와 $\delta$ group이 각 1%, Cyanobacteria group, 1% 등의 순서로 우점현상을 보였다. 반면, 비농지 토양에서는 Acidobacteria group에 속하는 균이 14%, Planctomycetes group, 13%, Proteobacteria $\alpha$, $\gamma$, $\delta$ group이 각각 10%, 9%, 9%, Firmicutes group, 8%, Verrucomicrobia group, 8%, Actinobacteria group, 6%, Proteobacteria $\gamma$ group, 3%, Bacteroidetes group, 3%, Gemmatimonadetes group, 3%, Cyanobacteria group이 1% 등의 순서로 장기간 농약을 사용해 온 토양에 비하여 훨씬 다양한 미생물군집의 분포빈도를 나타냈다. 이러한 결과는 지속적인 비료 및 농약의 사용이 토양생태계를 구성하는 세균군집의 다양성을 크게 감소시키거나 또는 특정 미생물을 소멸 시킬 수 있음을 제시해 주었다.