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Biological control of the root-knot nematode, Meloidogyne hapla with an antagonistic bacterium
길항미생물을 이용한 Meloidogyne hapla의 생물학적 방제

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Authors
박지영
Advisor
김영호
Major
농업생명과학대학 농생명공학부
Issue Date
2013-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
Bacillus cereusbiological controlMeloidogyne hapla
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 농생명공학부(식물미생물학전공), 2013. 2. 김영호.
Abstract
뿌리혹선충은 전세계적으로 분포하며 2,000여종이 넘는 식물을 가해한다. 우리나라에 피해를 많이 주고 있는 주요 뿌리혹선충으로는 Meloidogyne incognita, M. arenaria, M, hapla로, 이 중 M. hapla는 비교적 서늘한 지역에 분포하고 인삼이나 당근, 더덕 등 주로 노지작물에 많은 피해를 주고 있으며 국내에 존재하는 다른 뿌리혹선충에 비해 대량증식이 어려워 연구가 많이 이루어져 있지 않다. 오늘날까지 선충을 방제하기 위해 주로 화학살선충제들이 사용되고 있으나 이러한 화학살선충제들은 토양병원성인 뿌리혹선충에 있어서 완전한 방제가 어려우며, 사람과 가축에게 유해하고 식물에 약해를 유발하기도 하며 환경오염 등의 문제로 이를 대체할 방법으로 생물학적 방제가 대두되고 있다. 특히, 인삼이나 당근과 같은 연작작물이나 근채 작물에 있어서 비교적 효율적이며 친환경적인 작물의 생산이 가능한 생물학적 방제법이 필요하다. 이에 따라 본 연구는 노지작물에 많은 피해를 주고 있는 Meloidogyne hapla의 효율적인 생물학적 방제제를 찾기 위해 다양한 지역의 토양으로부터 분리한 세균과 저장 중 인삼의 뿌리썩음병으로부터 분리한 plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) 그룹에 속하는 세균들을 테스트하였고, 이 중 살선충력이 뛰어난 균주를 선발하여 방제 효과를 알아보고 이의 활용을 위한 실험들을 수행하였다. 실험에 사용된 M. hapla는 전북 진안에서 뿌리혹 피해를 받은 인삼으로부터 분리하여 28S rDNA sequencing을 통해 동정되었다. 총 542개의 균주 중 in vitro상에서 C1-7균주가 M. hapla의 2령충에 대해 가장 강한 살선충성을 보였고, 이를 가지고 당근과 토마토에 C1-7 배양액을 처리하여 방제 실험을 수행한 결과, 배양액을 처리한 것이 처리하지 않은 것보다 형성된 뿌리혹의 크기가 작고 그 수도 적었으며, 각각의 작물에서 뿌리혹 형성 정도는 100%와 90%의 방제 효과를 보였으며 알집 형성 정도는 75%와 100%의 방제 효과를 보였다. 또한, 선충의 증식률도 감소되었을 뿐 만 아니라 식물의 생육도 증가한 것을 확인하였고, 식물에서 약해도 나타나지 않았다. 이 C1-7균주는 간균 모양의 그람양성균으로 16S rDNA sequencing analysis, Biolog assay와 cellular fatty acid composition assay를 통하여 Bacillus cereus로 동정되었다. 균주의 효율적인 활용을 위해 다양한 기본 세균 배지에서 생장을 측정한 결과 다른 배지들 보다 Brain Heart Infusion broth에서 높은 수준의 개체 밀도를 가장 오래 유지하였으며 제일 강한 살선충성을 보였다. 또한, C1-7균주를 48시간 동안 키운 배양여액만을 처리하였을 때도 멸균처리 유무에 상관 없이 동일하게 높은 살선충성이 관찰되었다. 뿌리혹선충에 감염된 식물체 뿌리 조직을 광학현미경으로 관찰 하였을 때, 뿌리혹선충만 처리한 것에서는 거대세포 (giant cell)가 크고 많이 형성된 것이 관찰되었으나, C1-7균주를 함께 처리한 것에서는 거대세포가 비교적 작고 비정상적으로 형성되었으며 심지어 다 자라지 못하고 뿌리체내에 죽어있는 선충도 관찰되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 Bacillus cereus C1-7은 M. hapla의 생물학적 방제제로서의 가능성이 있다고 사료된다.
Root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) are distributed throughout the world and attack more than 2,000 plant species. In Korea, Meloidogyne incognita, M. arenaria and M. hapla are major root-knot nematodes. M. incognita and M. arenaria distribute in the warm regions especially damaging greenhouse crops
however, M. hapla favors rather cool temperature, widely distributing in crop fields such as ginseng and carrot. Up to this day, chemical control using nematicides has been often used for the control of the nematodes, which is not enough to achieve a full control because of their soil-borne nature. Besides, chemical nematicides are very toxic to humans, animals and sometimes even to plants, and bring about soil and water pollution. Biological control is a good alternative for the chemical control, providing an efficient control value with no or little hazards to soil environments. Thus, the purpose of this study is to investigate biological control of the root-knot nematode (RKN), M. hapla that damages severely the root crops in fields using an antagonistic bacterium. Root-knot nematodes used in experiments were isolated from root galls of ginseng cultivated in Jinan, Korea and identified Meloidogyne hapla through 28S rDNA sequencing analysis. To find useful antagonistic bacteria against M. hapla, soil samples were collected from various regions and bacteria were isolated through the dilution plating method. Out of 523 bacterial isolates from soil samples and 19 Paenibacillus strains isolated from ginseng roots, a bacterial isolate C1-7 showed a very strong nematicidal activity in vitro against M. hapla. In pot experiment on tomato and carrot inoculated with the root-knot nematodes, treatments of C1-7 bacterial culture (1×108 CFU/㎖) reduced root-galling with control values of 100 % and 90 % and egg mass formation with control values of 75 % and 100 %, respectively, compared to those on plants only with RKN inoculation, and the bacterial treatments alone showed no evident phytotoxicities to both plants. The bacterial isolate formed circular and flat colonies with undulate margin, and was rod shaped bacilli and gram-positive, which was identified Bacillus cereus by the morphological characters, and Biolog program, fatty-acid composition and 16S rDNA sequencing analyses. Population density of C1-7 were kept high for a long period of time and its nematicidal activity was strong when it was cultured in brain heart infusion broth, compared to other culture media such as nutrient broth, Luria Bertani broth and tryptic soy broth. Culture filtrate of C1-7 from 48-h culture with or without heat treatment showed strong nematicidal activity even at a concentration of 1 %. Light microscopy of RKN-infected root tissues treated with C1-7 showed the inhibition of intact giant cell formation, sometimes accompanying dead nematodes located in the root tissues, while RKN alone induced fully matured giant cell formation with profound cell wall ingrowths. All of these results suggest the C1-7 bacterial isolate have a good potential to be developed as a biocontrol agent for the root-knot nematode, M. hapla.
Language
English
URI
https://hdl.handle.net/10371/125795
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Appears in Collections:
College of Agriculture and Life Sciences (농업생명과학대학)Dept. of Agricultural Biotechnology (농생명공학부)Theses (Master's Degree_농생명공학부)
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