A potential biocontrol bacterium, YB-70 was isolated from a rhizosphere in suppressive soil and identified as a strain of Bacillus subtilis. In several biochemical and in vitro antibiosis tests on Fusarium solani with the culture filterates from B. subtilis YB-70, we found that antifungal mechanism of B. subtilis YB-70 was mediated by antibiotic substances produced from the bacterium. These antifungal substances were appeared to be hear-resistant, micromolecular, and ethy alcohol soluble. Antifungal agents produced by B. subtilis YB-70 showed strong inhibified against root-rotting fungi F. solani in in vivo pot test. An antifungal substance. YBS-1s, was purified from the culture broth of B. subtilis YB-70 by isoelectronic precipitation, silica gel column chromatography and Sephadex LH-20 column chromatography analysis by Fab-MASS, $^{1}$H-NMR, $^{13}$C-NMR, DEPT, and amino acid analyzer revealed that the YBS-1A was a peptide antibiotics of iturin class containing seven amino acids from five different groups, and the other(YBS-1B) was an analogue of iturin group composed of 11 amino acids with larher molecular weight of about 1, 500 dalton, which was lager than that of iturin A.
본 연구에서는 생리활성물질을 생성하는 해양미생물을 분리하기 위하여 연근해역의 해면을 조사하였다. 해면 중의 미생물은 $1.2{\times}10{\sim}2.1{\times}10^3/g$ 범위에 있었고, 이들 중 방선균은 $0.01{\sim}0.5\%$(data 생략)로 나타났다. 분리된 미생물은 각각 배양하여 항균물질을 검토하였으며, 검토하던 중에 비교적 강한 항균물질을 생산하는 균주 No. 101을 분리, 선발하였다. 선발된 균의 특징은 sclerotia로 형태가 다양하였고, 다양한 배지에서 생육이 가능하였고, 기균사의 색깔은 회백색, 배면의 색깔은 주로 회백색에서 갈색으로 나타났으며, 젤라틴 액화능과 전분 분해능을 가지나 myo-inositol은 이용하지 못하였다. 이 균의 배양학적 특성은 최적 pH 및 온도가 $6.5{\sim}7.0$ 및 $30^{\circ}C$였으며, 탄소원으로는 starch가 30g/l, 질소원으로는 casamino acid 10g/l가 적합한 것으로 나타났다. 방선균 No. 101의 균체 및 균배양액의 추출물에 대한 항균 및 항진균성에서는 Staphylococcus aureus와 Bacillus subtilis에서 강한 항균력을, 효모와 곰팡이에 대하여는 낮은 항진균성을 나타내었다.
토양 우점능이 강한 생물학적 방제제 제조를 위해 경북지역 토양에서 길항균주를 분리하고 이들 중 Fusarium oxysporum, Phytophthora capsici 에 강력한 길항능을 보이는 Pseudomonas sp. 4059 를 선발, 동정하였다. Pseudomonas sp. 4059 의 시들음 병균 Fusarium oxysporum, 고추 역병균 Phytophthora capsici 에 대한 길항기작은 내열성 저분자의 항생물질과 철이온을 특이적으로 흡착하는 siderophore의 생산에 의한 것이다. Pseudomonas sp. 4059 는 항진균성 항생물질 Phenazine 생산 유전자를 소유하며 Salkowski test에 양성인 옥신류 생산도 한다는 것을 확인하였다. Pseudomonas sp. 4059 는 bioochemical tests, API test, MicroLogTM system을 통해 Pseudomonas fluorescens (biotype A)으로 98% 상동성을 보였으므로 이를 Pseudomonas fluorescens (biotype A) 4059 로 명명하였다. 선발된 길항균 Pseudomonas fluorescens (biotype A) 4059는 고추를 기주식물로 하였을 때 고추역병균인 Phytophthora capsici가 원인이 되는 고추역병을 in vivo 상에서도 충분히 억제할 수 있는 생물방제능을 나타내었다.
본 연구에서는 천연 항균물질의 개발 이용을 위해 황기 종자로부터 인체에 무해한 천연 항균 단백질을 ion exchange chromatography 및 gel filteration을 이용하여, 순수 분리하고 특성을 조사하였다. 황기종자로부터 추출한 천연 항균 단백질은 Aspergillus ocraceus, Penicillium expensum, P. digitatum, Botrytis cineria의 포자 발아 및 효모인 Candida albicans의 생육을 현저하게 저해하였으며 ammonium sulfate 포화도가 0.4일 때 단백질의 침전량이 122.6 $\mu\textrm{g}$/$m\ell$로 가장 많았고 항균력도 15.2 mm로 가장 높게 나타났다. 강력한 cation exchange chromatography인 Mono-S를 이용하여 FPLC에서 단백질을 분획하였을때 첫번째 peak에서 분획된 단백질군이 항균력을 보였으며 Superose 12HR gel filteration column을 이용하여 2차 분획 하였을 때 분자량이 19 kDa되는 단일 단백질만을 순수분리 할 수 있었다. 전기 영동한 polyacrylamide gel위에 곰팡이 포자를 중층하는 bio autography로 19 kDa 단백질 band의 항균력을 직접 확인하였으며 분리된 항균 단백질의 아미노 말단의 아미 노산 22잔기를 sequencing하고 thaumatin 및 zeamatin 유사 단백질들과 상동성을 측정한 결과 50%내외의 homology를 나타내었다. 분리된 항균 단백질은 곰팡이 균사가 성장하는 선단부위에 가장 먼저 침투하여 channel을 형성함으로 osmolysis를 일으켜 곰팡이의 생육을 억제하는 것으로 추측할 수 있었다.
6개 고추재배지의 근권 및 해안가 토양으로부터 고추 역병균(Phytophthora capsici)과 벼 도열병균(Magnaporthe grisea)에 길항효과가 있는 53개의 방선균을 분리하였다. 분리된 방선균 중에서 고추 역병균의 균사생장을 억제시켜 5 mm 이상 저지원을 형성하는 32균주를 선발하여 이들 균주의 균총형태, 색깔 등에 따라 20군으로 유별하였다. 이들 길항방선균의 고추 역병균에 대한 길항효과는 균주간에 매우 다양하여 V-8 juice agar에서 5.7-17.5, tryptic soy agar에서는 2.5-l7mm의 저지효과를 보였다. 몇가지 방선균의 길항효과는 두 배지에서 상당히 다르게 발현되었다. 길항균들은 비교적 넓은 항진균성 스펙트럼을 나타내었으나, 세균에 대해서는 Pseudomonas solanacearum을 제외하고는 항균작용이 거의 없었다. 길항방선균 배양여액의 butanol 추출액이 고추 역병균과 벼도열병균의 균사생장을 억제하는 것으로 보아서 이들 길항균이 항균물질을 생성함을 강하게 시사하고 있다. 몇가지 길항방선균의 배양여액은 고추 역병방제 효과가 뚜렷하였다.
About 300 actinomycetes were isolated from two forest and one sea-shore soil and tested for inhibitory effects on mycelial growth of six plant pathogenic fungi Magnaporthe grisea, Alternaria mali, Colletotrichum gloeosporioides, Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum, and Rhizoctonia solani. Among 300 actinomycetes tested, only 16 actinomycetes showed the antifungal activity against the test fungi. Isolate NH 50 was selected for production and purification of antifungal antibiotic substances. Actinomycete isolate NH 50 displayed the broad antifungal spectra against 11 plant pathogenic fungi. To identify actinomycete isolate NH 50, cultural characteristics on various agar media, diaminopimelic acid type, and morphological characteristics by scanning electron microscopy were examined. As a result, actinomycete isolate NH 50 was classified as a rare actinomycete that had LL-DAP type and did not produce spores. After incubation of isolate NH 50 in yeast extract-malt extract-dextrose broth, antifungal compound NH-B1 that inhibited mycelial growth of some plant pathogenic fungi was purified from the methanol eluates of XAD-16 resins by a series of purification procedures, i.e., silica gel flash chromatography, C18 flash chromatography, Sephadex LH-20 column chromatography, silica gel medium pressure liquid chromatography (MPLC), C18 MPLC, and high pressure liquid chromatography (HPLC). UV spectrum and 1HNMR spectrum of antifungal compound NH-B1 dissolved in methanol were examined. The antibiotic NH-B1 showed the major peaks at 230 and 271.2nm. Based on the data of 1H-NMR spectrum, NH-B1 was confirmed to be an extremely complex polymer of sugars called polysaccharides. The antibiotic NH-B1 showed strong antifungal activity against Alternaria solani and Cercospora kikuchi, but weak activity against M. grisea.
Griseofulvin의 구조활성상관연구에서 6'-methyl기와 4'-oxo기가 생물활성에 있어서 중요한 인자라는 것이 예견되어, 6'-methyl기(基)를 phenyl기(基)로 치환한 6'-phenylgriseofulvin을 diels-alder부가환화로 합성하고 Botrytis allii 및 B. cinerea에 대한 항균활성을 paper disc 법으로 연구하였다. 6'-Phenylgriseofulvin은 $25\;{\mu}g/disc$에서 높은 항균활성을 나타냈다.
고추 역병이 발병된 토양 시료에서 길항미생물을 선발 및 개량하여 다시 현장에 적용했을 때 방제능 및 적응력이 높은 생물 방제균을 선발하고자 총 300여점의 경북 북부지역의 토양시료로부터 길항능이 우수한 균주를 분리하였으며, 이들을 대상으로 고추 역병균에 대한 항진균력이 가장 우수한 균주 AM-651을 최종 선발하였다. 분리균주 AM-651은 생리생화학적 특성과 16S rDNA sequencing의 방법을 이용하여 동정한 결과 Bacillus sp.로 동정되었다. 항진균성 활성물질의 생산을 위한 배지의 최적조건은 Davis minimal media를 변형하여 배양하였을 경우 pH 7, 온도 $30^{\circ}C$ 조건에서 고추 역병균에 대한 항진균 활성이 높았으며, 탄소원으로는 0.5% glucose, 질소원으로는 0.1% $(NH_4)_2SO_4$, 무기염으로는 0.7% $K_2HPO_4$를 첨가하였을 때 가장 높은 활성을 보였다 선발된 Bacillus sp. AM-651 균주를 시간대별로 배양 후 항진균력을 측정 해 본 결과 48시간 배양액에서 고추 역병균에 대한 억제율이 가장 높았다. 또한, Bacillus sp. AM-651의 배양액은 pH와 온도의 변화에서 안정된 활성을 보였다. Bacillus sp. AM-651은 고추 역병 외에도 B. sorokiniana, B. cinerea, R. solani 등에 대하여 항진균 활성이 높았고, 다른 식물성 병원균에 대해서도 비교적 항진균 활성이 높게 나타났다. 열처리한 Bacillus sp. AM-651 배양상등액은 처리전과 비슷한 항진균 활성을 가지므로 열에 안정한 물질인 것으로 추측되었다.
토마토시들음병의 원인균인 Fusarium oxysporum의 생물학적 방제를 위해 경북지역의 저병해경작지로부터 항진균성 항생물질 생산성 길항미생물인 BK4 균주를 선발하였으며, 길항균주 BK4의 16S rDNA 분석 및 생화학적 특성 조사 후 최종적으로 Biolog사 동정시스템인 $MicroLog^{TM}$ 3.0을 이용하여 선발 길항균주 BK4를 Bacillus thuringiensis BK4로 동정하였다. B. thuringiensis BK4는 pH 9.0로 적정한 Nutrient broth를 이용하여 $30^{\circ}C$에서 배양할 경우 항생물질의 생산은 최대였다. B. thuringiensis BK4가 생산하는 항생물질은 $121^{\circ}C$에서 열처리시에도 $80{\%}$ 잔존활성을 유지한 내열성 항생물질이었으며, pH $3.0{\~}12.0$의 범위에서 활성의 변화를 조사한 결과 산성보다는 알칼리성에서 다소 안정적이였으나 pH 3.0에서도 $50{\%}$ 이상의 잔존 활성을 가지고 있다. B. thuringiensis BK4는 F. oxysporun에 의한 토마토시들음병에 대하여 in vivo pot상에서도 충분한 방제력을 나타내었으므로 토마토시들음병을 위시한 Fusarium속 균주가 원인이 되는 질병을 방제할 수 있는 미생물제제의 개발이 가능하게 되었다.
본 연구에서는 생물농약용으로 연구 개발된 길항미생물의 균주들을 이용하여 친환경농업용 길항미생물 컨소시엄을 개발하고자 하였으며, 개별 길항미생물의 항생능력, 항진균성 siderophore 및 ${\beta}$-glucannase 생산능, auxin생산능, 인산가용능 등 각 기작별 상호 보완형 미생물균주의 컨소시엄 후보군을 구성하였다. 구성된 컨소시엄 후보군 중 컨소시엄 No. 11이 in vivo pot test에서 가장 좋은 고추생장촉진능과 교추역병 방제능을 발휘하였다. 최적 컨소시엄인 No. 11 컨소시엄내 두 길항미생물인 B. subtilis AH18과 B. licheniformis K11은 기작별 상호보완형으로 모두 auxin생산능, 항진균성siderophore 및 ${\beta}$-glucannase생산능을 가지며, 특히 B. licheniformis K11는 고추역병을 길항하는 항생물질인 iturin을 생산한다. 고추역병방제용 최적컨소시엄 구성균주들간의 상호 비경쟁적 상리공생 여부를 조사하기 위하여 개별균주인 B. subtilis AH18과 B. licheniformis K11을 각각 단독으로 배양한 것과 두 균주를 동시에 접종하여 배양한 것 그리고, 각각 단독으로 배양한 것을 접종시에 혼용하는 것의 3가지 처리를 실시하였다. 그 결과 동시 배양한 것은 각각을 단독을 배양한 것과 비교하였을 때 방제능과 생육촉진능 모두 시너지 효과를 나타내지 않았다. 하지만, 단독배양 후 혼용한 처리구에서는 시너지 효과를 크게 나타내었는데 방제능도 가지면서 뿌리, 줄기, 잎의 생장촉진효과에서 모두 개별 단독배양 후 처리 또는 동시배양 후 처리에서 보다 50% 이상 시너지 효과를 발휘하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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