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현희 장
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1 미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 박경석 농촌진흥청국립농업과학원농업생물부미생물기능연구실 Development of Biopesticide and Role of Bacillus spp. Kyungseok Park Applied Microbiology Laboratory, Agricultural Microbiology Team, NAAS, RDA Abstract: 최근유기합성농약의오남용으로인한농업생태계오염에대한우려는친환경안전농산물에대한소비자의관심을증폭시키고있다. 따라서농작물의생산에사용되는화학농약을대체하기위한노력으로자연계에존재하는토착미생물을직접이용하거나이들의유용기능을활용한생물농약이속속개발되고있다. 이들의기능을작물생육을촉진하는식물호르몬생산, 항생물질생산, 식물방어기작의활성화등작물보호를위한유용한기능을갖는다. 그러나생물농약은화학농약에비하여약효가떨어지고약효가균일하지않은단점이있다. 이러한단점에도불구하고바실러스속유용미생물을중심으로한많은미생물제들이산업화되고있으며국내에도 31 종의생물농약이등록시판되고있다. 미국의아그라퀘스트에서개발한미생물농약인세레나데는전세계 25 개국에서시판되고있으며가장산업화에성공한미생물제로평가받고있다. 미생물농약은지구환경생태계오염에대한우려의증가와친환경안전농산물에대한수요증가에힘입어 21 세기유망산업으로떠오르고있다. Keywords: 미생물농약, 생물적방제, Biological control, Bacillus 1. 배경 1) 최근기상이변으로인한지구생태계악화는기존의농업생태계에도많은영향을주고있으며이러한변화는지속적인식량생산에악영향을주고있다. 농작물은재배중에풍수해등을포함한수많은환경스트레스에직면하는데이러한장해에는기상이변에따른물리적요인뿐아니라생물적요인인병, 해충, 잡초를얼마나잘방제하느냐에따라식량생산이좌우된다. 지금까지농작물의보호를위해서는유기합성농약을기초로한화학방제시스템이주가되어왔으나농약의오남용, 독성, 환경오염및자연생태계에미치는악영향과약제내성의출현등에의한약효감소등의부작용이증가하고있다. 한편웰빙 (well being) 혹은로하스 (Lifestyle of Health 주저자 ( And Sustainability, LOHAS) 라는용어에서보듯자연스럽고건강한삶을위한멋스러운소비문화가유행하고있다. 그중에서도농산물은특히민감한변화를보이고있는데특히, 환경오염에대한우려로신선하고안전한식품에대한소비자의관심을유발하고차별화된고품질안전농산물에대한선호도가높아가고있다. 친환경농산물의비중은매년평균 14.6% 이상성장해갈것으로예상되며이에따라유기재배등친환경농산물재배에필수적인생물농약의생산과사용도매년큰폭으로증가하고있다. 지난세기의무분별한경제개발과획일적인대량생산체계는지구환경파괴와인간소외를가져왔고이에대한반성과자각이생명과환경을중심으로한삶의질을추구하는시대로변화시켰다. 지금의우리나라의농업은생산에서소비까지환경에영향을주지않으면서소비자의건강한삶을지켜줄수있을것을요구받고있으며이를극복할수있는대안으로서환경오염 KIC News, Volume 14, No. 4,

2 Figure 1. 미국의합성농약과생물농약분류체계 (CFR 40). 을최소화하면서지속적으로안전한농사를짓는친환경농업이대안으로제시되고있다. 미생물농약은자연상태에존재하는토착미생물로생태계에영향을주지않으면서병, 해충을억제하며, 농작물의생장을촉진하는기능이있다. 이와같은미생물농약의기능은친환경농업생산과차별화된고품질의안전농산물생산의기초가된다. 2. 생물농약이란? 생물농약 (Biopesticides) 은농작물에발생하는병, 해충및잡초를제거하기위하여자연환경으로부터유래한천연물, 천적및유익한미생물을골라서농업용으로이용할수있도록제품화한것을말한다. 생물농약에는미생물농약 (Microbial biopesticide) 과생화학농약 (Biochemical biopesticide) 등이있는데그중에서도가장많이개발되고있는것은세균, 곰팡이, 바이러스, 선충등으로개발하는미생물농약이다. 생화학농약은작물보호활성을가지면서거의독성이없는식물, 미생물, 동물및조류 (algae) 등천연자원에서기원한생물농약을말한다 (Figure 1). 3. 생물농약개발현황생물농약에대한연구개발은 1970년초반본격적으로시작되어주로정부기관연구소, 대학, 기업체에서수행되어왔으며이중대표적인생물농약으로는 2001년미국 Eden bioscience사의 Harpin ( 미생물추출단백질 ), 2003년미국 Agraquest사가개발한 Serenade ( 바실러스미생물 ), 네덜란드 Koppert사의 Trianum ( 곰팡이미생물 ) 등이대표적이며이들중 Agraquest사의 Serenade는 License를통하여다국적기업인 BASF를통하여전세계 25개국에서판매중이며매출도급증하고있다. 국내의경우미생물농약에대한연구는 1980년을전후로기초적인연구가시작되어 80 년대중반인삼뿌리썩음병방제연구를시작으로주요작물의모잘록병, 역병, 잿빛곰팡이병등의방제를위한연구가대학교, 국가연구기관및기업체등에서수행되어왔으며 2003년도국내최초의미생물농약이 ( 주 ) 그린바이오텍에의해오이흰가루병방제용탑시드액상수화제 (Bacillus polymixa AC-1) 와배추좀나방방제를위한솔빛채액상수화제 (Bacillus thuringiensis) 등이미생물농약 2 공업화학전망, 제 14 권제 4 호, 2011

3 미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 Table 1. 국내생물농약등록현황 ( ) : 31 종 ( 미생물농약 29 + 생화학농약 2) 번호용도구분농약품목명주성분함량상표명 1 살균수입바실루스서브틸리스와이 1336 수화제 1 10^9 cfu/g 바이봉 2 (17) 바실루스서브틸리스큐에스티 713 수화제 5 10^9 cfu/g 에코제트 3 바실루스서브틸리스큐에스티 713 액상수화제 1 10^9 cfu/g 에코스마트 4 바실루스푸밀루스큐에스티 2808 액상수화제 1 10^9 cfu/g 에코센스 5 제조바실루스서브틸리스디비비 1501 수화제 ^9 cfu/g 테라스 6 바실루스서브틸리스디비비 1501 입제 1 10^6 cfu/g 홀인원 7 바실루스서브틸리스제이케이케이 238 액상제 ^7 cfu/ml 잎살림 8 바실루스서브틸리스지비 365 수화제 ^7 cfu/g 그린올 9 바실루스서브틸리스지비 365 액상수화제 ^7 cfu/ml 씰러스 10 바실루스서브틸리스케이비 401 유상현탁제 ^7 cfu/ml 슈팅스타, 마실 11 바실루스서브틸리스케이비시 1010 수화제 1 10^5 cfu/g 재노탄 12 바실루스아밀로리퀴파시엔스케이비시 1121 수화제 1 10^6 cfu/g 청마름 13 스트렙토마이세스고시키엔시스더블유와이이 324 액제 1 10^5 cfu/ml 쎄이프그로 14 스트렙토마이세스콜롬비엔시스더블유와이이 20 액제 1 10^4 cfu/ml 마이코싸이드 15 암펠로마이세스퀴스콸리스에이큐 수화제 ^7 cfu/g 큐펙트 16 패니바실루스폴리믹사에이시 -1 액상수화제 5 10^6 cfu/ml 탑시드 17 바실루스서브틸리스시제이 -9 액상현탁제 ^7 cfu/ml 탑세이버 18 살충수입뷰베리아바시아나지에이치에이유상현탁제 ^8 cfu/ml 보타니가드 19 (12) 뷰베리아바시아나티비아이 -1 액상제 ^6 cfu/ml 세레모니 20 비티아이자와이액상수화제 8.5 BIU/kg 비오칸 21 비티아이자와이입상수화제 35,000 DBMU/mg 미성살충탄스콜피온 22 비티쿠르스타키액상수화제 10% 엠페릴 23 비티쿠르스타키입상수화제 64 BIU/kg 튠업 24 아자디락틴입제 ( 생화학농약 ) 0.15% 단독 25 제조모나크로스포륨타우마슘케이비시 3017 고상제 ^4 cfu/g 땅거미 26 비티아이자와이엔티 423 수화제 1 10^9 cfu/g 토박이 27 비티아이자와이엔티 423 액상수화제 1 10^8 cfu/ml 토박이 28 비티아이자와이지비 413 액상수화제 1 10^7 cfu/ml 솔빛채 29 비티쿠르스타키수화제 16 BIU/kg 그물망바이오비트바이충비결삼공비티슈리사이드영일비티 30 패실로마이세스퓨모소로세우스디비비 수화제 ^7 cfu/g 방시리 31 제초수입펠라르곤산유제 ( 생화학농약 ) 53% 싸이티 으로등록된이래, ( 주 ) 케이아이비씨, 동부한농화 학 ( 주 ) 등에서등록하여현재에이르고있으며, 2010 년 12 월현재 29 종의미생물농약과 2 종의생 화학농약을포함하여 31 종의생물농약이등록시 판되고있다 (Table 1). 가장널리알려진생물농약 은나비목해충을죽이는세균바실러스써린젠시 KIC News, Volume 14, No. 4,

4 Table 2. 미생물농약과화학농약의비교 구분화학농약미생물농약 장점 효과가빠르고약효가좋다. 저가이며사용및보관이용이하다. 약효지속시간이길다. 인축및작물에무해하다. 환경에미치는영향이적다. 병해충에선택적으로작용해주변유용생물에미치는영향이거의없다. 병해충에알려진저항성이없다. 화학방제가어려운토양병이나해충을방제할수있다. 화학잔류물질이거의없다. 단점 인축에독성이있으며잔류성이높아수확후작물에잔류농약문제를유발할수도있다. 광범위한살충 / 살균효과로천적, 유익생물에피해를입힐수있다. 장기간사용할경우저항성이나타날수있으며작물에약해를나타낼수있다. 예방위주로처리해야효과적이다. 방제효과가균일하지않으며약효지속기간이비교적짧다. 살아있는생물체로상온에서활력이저하되기쉽다. 가격이고가인경우가있다. 스 (Bacillus thuringensis) 를이용한제품으로비티 (BT) 제로널리알려져있다. 이균은체내에단백질독소를생산하는데농작물에뿌려진이균을해충이먹게되면소화기관에해를끼쳐죽게된다. Table 1에서와같이가장많은품목으로국내등록된품목이다. 생화학농약인천연물살균제의연구결과를살펴보면벼도열병전문방제제로개발된 Kasugamycin은방선균의일종인 Streptomyces kasugaensis로부터분리된항생제로인축및어독성이매우낮아 1965년개발된이래지금까지사용중에있다. Blasticidin-S도 1959년 St. griseochromogenes로부터보고된이래벼도열병약제로현재까지쓰이고있으며항암및항바이러스효과도보고된바있다. Polyoxin도대표적인천연항생물질로 St. cacaoi var. asoensis로부터분리된물질로 14개의유도체가혼합된형태로다양한식물병원균에억제효과를나타내는데병원균의세포벽키틴질의합성저해에관여하는것으로알려져있다. 그외 Validamycin Mildiomycin, Natamycin, Oxytetracyclin, 및 Streptomycin 등의미생물기원천연물질들이개발되어식물병방제용으로사용되거나개발중인물질도있다. 식물에전신획득저항성을부여하는기작을가진물질도생물농약으로상용화되고있는데 Pectobacterium amylovora가생산하는 Harpin 단백질의일종으로 Harpin 유전자를대장균에형질전환 시킨다음대량생산한다. Massenger라는이름으로 Eden Bioscience 사에서상용화에성공하였으며식물병방제효과이외에식물생육촉진효과도보고되고있다. 미생물농약의가장큰장점은환경과농업생태계에미치는영향을최소화할수있다는것이나화학농약에비하여약효및약효의지속성이떨어지며미생물농약제품자체가살아있는생명체이므로상온에서의보존기간이짧고활력이떨어지는문제점이있으며효과적인방제를위해서는공기습도와온도가적절하고자외선량이약한아침저녁에살포해야한다 (Table 2). 4. 생물농약으로쓰이는미생물의주요기능미생물은자연환경에다양한형태로존재하며생물농약으로쓰이는미생물은식물의뿌리혹은잎면에살아가면서식물과공생혹은영양적종속관계에있는경우가대부분이다. 그림에서와같이생물농약에쓰이는미생물은항생물질생산등많은유용한기능을가지며계속적인미생물생태연구를통하여다양한기능들이새로이밝혀지고있다. 이와같은미생물기능은생물농약뿐아니라미생물을이용한신물질, 신농약개발등새로운부가가치산업의원동력이될수있다 (Figure 2). 4 공업화학전망, 제 14 권제 4 호, 2011

미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 Figure 2. 미생물농약으로쓰이는미생물의유용기능. 오이탄저병균 수박잘록병균 Figure 3.

농작물의병은잎, 줄기에생기는병과뿌리에생기는병해로구분할수있는데흙속에살면서뿌리를썩히는병원균은땅속에있어증상이잘보이지않을뿐아니라화학농약은흙속에투입하기가어렵고또한유효성분이토양입자에달라붙어제기능을못하는등의이유로잘방제되지않는다.

미생물농약이내는항균물질은농작물의뿌리에침입하는곰팡이, 세균의생장을억제하거나죽게한다. 이와같은현상을항생작용 (antibiosis) 이라고하며농작물에이용되는생물농약중가장많은범위를차지한다 (Figure 3).

5 미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 Figure 2. 미생물농약으로쓰이는미생물의유용기능. 오이탄저병균 수박잘록병균 Figure 3. Burkholderia gladioli K86 이생산하는 Pyrrolnitrin 에의한식물병원곰팡이의생육억제. 농작물의병은잎, 줄기에생기는병과뿌리에생기는병해로구분할수있는데흙속에살면서뿌리를썩히는병원균은땅속에있어증상이잘보이지않을뿐아니라화학농약은흙속에투입하기가어렵고또한유효성분이토양입자에달라붙어제기능을못하는등의이유로잘방제되지않는다. 따라서생물농약은흙속에사는식물병원균으로부터식물을보호할목적으로많이적용되어왔다. 흙속에는식물의뿌리표면에기생하거나식물뿌리에서분비되는유기물을먹고사는미생물이있는데이균들은대부분식물생육에관여하며식물병원균을죽일수있는항균물질을생산한다. 미생물농약이내는항균물질은농작물의뿌리에침입하는곰팡이, 세균의생장을억제하거나죽게한다. 이와같은현상을항생작용 (antibiosis) 이라고하며농작물에이용되는생물농약중가장많은범위를차지한다 (Figure 3). 뿌리에사는미생물집단은근권미생물로불리는데이들을생물농약으로개발하기위해서는뿌리에정착능력이큰미생물이식물병에대한방제에유리하다. 근권미생물의입장에서근권 ( 뿌리주변 ) 은사막에서의오아시스와같다. 즉뿌리주변에서먼토양은거의먹을것이없는황량한지역인데반하여뿌리주변은뿌리로부터공급되는양분과안락한서식처를제공받기때문이다. 따라서근권은다양한미생물의서식처가되며이곳을먼저차지하기위한미생물간의싸움도치열하다. 뿌리주변에어떤미생물군집이우점하느냐는식물생육에유익한집단의정착또는유해한집단의정착에따라식물의건전한생육이보장되기때문 KIC News, Volume 14, No. 4,

에매우중요하다. 따라서생물농약으로개발하기위해서는고활성이면서근권정착력이높은미생물이생물농약의활성능력을결정한다. 이런근권미생물은생물농약뿐아니라토양미생물제로많이개발되고있는데이러한미생물군을식물생육촉진세균 (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) 으로부른다.

6 에매우중요하다. 따라서생물농약으로개발하기위해서는고활성이면서근권정착력이높은미생물이생물농약의활성능력을결정한다. 이런근권미생물은생물농약뿐아니라토양미생물제로많이개발되고있는데이러한미생물군을식물생육촉진세균 (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) 으로부른다. PGPR은뿌리의표면이나내부에기생하면서근권내에서식하는식물생육저해균 (deleterious microorganism) 의생육을억제할뿐아니라흙에서전염되는병의침입으로부터식물을안전하게보호한다. 이들균주들은항생물질생산, 병저항성유도휘발성생육촉진물질, 질소고정, 인산가용화등식물생육및병해방제에유용한많은기능을갖는다. 흥미있는현상으로근권미생물을오이뿌리에정착시키면세균성오이시들음병이대폭감소하는것을발견하였다. 이와같은원인은세균성시들음병을전파시키는오이딱정벌레 (Diabrotica undecimpunctata) 가현저히줄었기때문이었다. 딱정벌레는큐커비타신 (cucurbitacin) 이라는오이가내는화학물질에의하여먹이를감지하는데뿌리에정착한근권미생물이큐커비타신함량을낮추었기때문이었다. 또다른예로서이물질은오이에쓴맛을내는물질로잘알려져있다. 이와같이근권미생물이식물에미치는영향은다양하며신기능들이계속적으로밝혀지고있다. 최근연구로서식물이온실가루이라는해충에감염되었을때고추식물은세균성식물병원균에대한방어력이커지는데이때식물은토양내의다양한미생물군으로부터자기가필요로하는, 즉병저항성을유도시키는유용미생물을더많이정착시키는것으로알려지고있다. 비슷한연구로 2011년 5월 Science지에게재된네덜란드와게닝겐대학의라이즈메이커박사연구그룹에서보고한발병억제토양에서식물이자기가필요로하는미생물을선택할수있다는 Phylo-chip을이용한메타게놈연구결과를보고한바있다. 미생물중에는식물병원균, 곤충, 선충에기생하여살아가는경우도있는데이와같은현상을마이코파라지티즘 (mycorparasitism) 이라하며선 Figure 4. 암펠로마이세스퀴스콸리스 (Ampellomyces quisqualis) 가흰가루병균사에기생한모습. 발된우수균주는생물농약으로이용되고있다. 한예로농작물에발생하는흰가루병은대부분의채소류에발생하는곰팡이균으로농작물을잘자라지못하게할뿐만아니라농산물의품질을저하시킨다. 암펠로마이세스퀴스콸리스 (Ampellomyces quisqualis) 라는곰팡이균은이러한흰가루병균이균사에기생하여살아가는데최근국내에서이균주를이용한흰가루병균의생물농약을개발하여상품화하였다 (Figure 4). 채소류의재배시많이발생하는흰가루병은화학농약에대한내성이심한균으로계속사용하면더이상효과적이지못하게된다. 이러한현실에비추어생물농약의사용은화학농약에비하여소비자의농약사용에대한우려와농업환경에미치는영향을줄일수있음은당연하다. 5. 미생물농약에서의바실러스균속의중요성미생물농약으로산업화된대부분의고활성미생물은바실러스속에속하며특징적으로열과건조등환경스트레스에견딜수있는내생포자 (endospore) 를형성한다. 이러한특성은우수한효능을갖는고효율의미생물제를대량으로생산하여농가보급형태로포장할경우 2 3년정도의장기간보존에도활력을유지해야하기때문에생 6 공업화학전망, 제 14 권제 4 호, 2011

7 미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 Figure 5. 바실러스가생산하는환형리포펩타이드 (CLP : cyclic lipopeptide) 의화학구조와종류. 물농약의상용화에매우중요한요인이다. 바실러스균은자연계의도처에분포하며다양한기능을갖는펩타이드물질을생산하는데농작물의생육과관련이있는식물의생육촉진과식물병에대항할수있는항생기작및식물에방어기작을부여하고근권내미생물의정착을돕는유용한기능을갖는것으로알려져있다. 농업용으로쓰이는바실러스균은대부분 Paenibacillus와 Bacillus속으로 Cyclic lipopeptide (CLP) 에속하는 Surfectin, Iturin, Fengycin 계열의다양한리포펩타이드를생산하며그물리화학적특성에따라다양한생리활성을나타낸다. 최근의연구를보면 이들물질은유용미생물의근권정착활성과뿌리의건전성을증강시키며식물의저항성기작을활성화시킨다. 이들물질은다양한형태의유도체로구성되며그물리화학적특성에따라다양한근권내유용작용기작을활성화시킨다 (Figure 5). 선발된바실러스의이와같은특성은농작물의생육촉진과병해방제및환경스트레스에대한내성을증대시켜농작물의안전생산과수량증대를가져온다. Agraquest사에서개발한 Bacillus subtilis 는 BASF의유통망을통하여전세계 25개국에서판매중이며가장성공한미생물제로인정받고있다. KIC News, Volume 14, No. 4,

8 6. 농작물에면역기능을유도하는미생물제 식물에면역기능을부여하여작물생육을촉진하고각종식물병의침입에대한저항력을높여안전농산물을생산하게하는미생물은그효율면에서항생기작 (Antibiosis) 를기반으로한미생물제와는많은장점이있다. 바실러스등생육촉진근권세균의근권정착에의하여방어대세를갖춘식물은곰팡이에의한병뿐아니라세균, 바이러스등여러가지병에대한복합적인방제가가능하다는장점이있다. 이러한균주를이용하면그동안생물농약의단점인적용범위가한정된다는문제점을해결할수있다. 병저항성을유도하는생육촉진근권세균 (PGPR : Plant Growth Promoting Rhizobacteria) 을이용한생물농약의장점은항생기작에기초한생물농약과같이무공해의환경친화적인방법이라는점에서크게다르지않다. Figure 6에서와같이선발된고효율의유도저항성미생물이식물의근권에정착하면근권균으로부터의유도저항성관여신호물질을감지한식물의세포에서병저항성에돌입하게되며최종적으로식물은식물병원균의침입에대한저항성물질 Figure 6. 근권미생물에의한식물의유도저항성모식도. Table 3. 식물에병저항성을유도하는미생물현황 Species, strain B. subtilis sp. Cotton/Meloidogyne Pathosystem GBO3 Cucumber/Erwinia, beetle; Arabidopsis/Erwinia IN937b Tomato/Cucumber mosaic cucumovirus (CMV), Tomato mottle virus (TMV) S499 Cucumber/Colletotrichum Tomato/Pythium Bean/Botrytis FZB-G Tomato/Fusarium BacB Sugar beet/cercospora B. pumilus SE34 Tobacco/Peronospora; Arabidopsis/Pseudomonas; Cucumber/beetle; Tomato/Fusarium; Phytophthora, CMV; TMV T4 Tobacco/Pseudomonas; Arabidopsis/Pseudomonas INR-7 Loblolly pine/ Cronartium Cucumber/ beetle Sugar beet/cercospora B. amyloliquefaciens IN937 Tomato/CMV, TMV; Cucumber/beetle; Arabidopsis/Erwinia EXTN-1 Tobacco/Pepper mild mottle virus (PMV); Cucumber/Colletotrichum Arabidopsis/PMV B. thuringiensis Berliner Coffee/Hemileia B. mycoides BacJ Sugar beet/cercospora B. pasteurii C-9 Tobacco/Peronospora B. sphaericus B43 Potato/nematode B. cereus B1 White clover/nematode 8 공업화학전망, 제 14 권제 4 호, 2011

미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 (A) Figure 7. EXTN-1 의균세포모양및오이모자익바이러스억제효과 (A: Bacillus vallismortis EXTN-1, B: CMV 억제 ). (B) Figure 8.

이러한유도저항성을기반으로한미생물제의개발에도바실러스속미생물이주로사용되며 Table 3에서와같이 Bacillus subtilis가가장많고그외 B. pumilus, B. amyloliquefaciens 등수종의바실러스속고효율미생물이상용화되고있다.

EXTN-1이라는식물의병저항성을유도하는미생물이생물농약으로개발되었는데이균주는식물이가지고있는자체방어기작을활성화시켜식물이자체적으로병저항성을가지게되며병저항성단백질의활성화, 세포조직의강화, 과민감반응등의저항성반응을보이며식물생육촉진효과도 나타내는것으로증명되었다.

9 미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 (A) Figure 7. EXTN-1 의균세포모양및오이모자익바이러스억제효과 (A: Bacillus vallismortis EXTN-1, B: CMV 억제 ). (B) Figure 8. Bacillus vallismortis EXTN-1 처리에의한토마토생육증대 ( 좌 : 무처리, 우 : EXTN-1 처리 ). 과식물조직의강화를통하여병원균의침입을막아내게된다. 이러한유도저항성을기반으로한미생물제의개발에도바실러스속미생물이주로사용되며 Table 3에서와같이 Bacillus subtilis가가장많고그외 B. pumilus, B. amyloliquefaciens 등수종의바실러스속고효율미생물이상용화되고있다. 국내에서는 2006년국립농업과학원을중심으로바실러스발리스모르티스 (Bacillus vallismortis) EXTN-1이라는식물의병저항성을유도하는미생물이생물농약으로개발되었는데이균주는식물이가지고있는자체방어기작을활성화시켜식물이자체적으로병저항성을가지게되며병저항성단백질의활성화, 세포조직의강화, 과민감반응등의저항성반응을보이며식물생육촉진효과도 나타내는것으로증명되었다. 이균주는단한차례의종자처리만으로도바이러스를비롯한다양한식물병원균을억제하며식물생육촉진을나타내는특성이있다 (Figures 7, 8). 이균주는동부한농으로의기술이전을통하여 2006년부터엑스텐입제, 상토, 액제, 유기비료등 10여종의관련제품을출시하고있으며관련제품의총매출도연간 100억원에이르고있다. 토마토등주요엽채류의경우에도생육촉진효과가두드러지게나타나는데 EXTN-1을관주처리한모든식물에서생육촉진현상이관찰되며유도저항성발현에따른식물병의방제뿐아니라열악한식물생육환경에서의실용화가능성을보여준다 (Figure 8). 국립농업과학원은최근식물의병저항성을유 KIC News, Volume 14, No. 4,

Figure 9. Cyclic peptide H3 처리농도별오이무름병 (Pectobacterium carotovora SCC1) 억제효과. 도하는바실러스속미생물로부터식물병에대한저분자의환형펩타이드 (cyclic peptides) 를동정하여이를토대로 256점의신규물질을합성하였다.

10 Figure 9. Cyclic peptide H3 처리농도별오이무름병 (Pectobacterium carotovora SCC1) 억제효과. 도하는바실러스속미생물로부터식물병에대한저분자의환형펩타이드 (cyclic peptides) 를동정하여이를토대로 256점의신규물질을합성하였다. 이들물질중식물의면역기능을활성화시켜각종식물병에대한방제효과를갖는 P1, H7 등수종의 cyclic peptides를선발하였다. 이들물질은 ppm의농도로살포하거나토양관주할경우세균성무름병균 (Pectobacterium carotovora) 에대하여 97% 이상의방제효율을나타낸다 (Figure 9). 이펩타이드는금년 7월국내특허와 PCT 출원을마쳐기업체와의산업화협의를진행중에있다. 7. 미생물농약의미래전망생물농약을이용한식물병의친환경적방제는최근의건강한삶을추구하는소비문화의정착에따라농약을사용하지않은채소류의소비가급속하게증가하고있다. 생물농약은본래자연상태에있는토착화된미생물을이용하기때문에생태계에미치는영향이거의없으며화학농약과는반대로생물농약은계속사용하여도약효가감소하지않아화학농약의반복사용으로인하여방제되지않는병해충에도효과적인장점이있다. 또한생물농약은연구개발면에서도기존화학농약개발비의 1/10 수준의적은비용으로개발이가능하다. 반면에생물농약은화학농약보다방제효과가늦고, 효과에비하여아직비싸며, 균일한효과를내지못하는단점이있다. 이러한단점에도불구하 고생물농약은환경생태계오염에대한우려를불식시키며깨끗하고안전한고품질농산물에대한소비자의욕구를충족시켜건강한삶을지향하는소비문화의정착에기여할뿐만아니라생산자의소득증진에도기여할것이다. 지금까지식물병방제를위한생물농약의개발은항생기작을기초로한방법이었으나 1990년대중반, 생육촉진근권세균이식물의뿌리에정착하면병에대한저항성을일으킨다는사실이새로이밝혀졌다. 생육촉진근권세균에의하여방어대세를갖춘식물은곰팡이에의한병뿐아니라세균, 바이러스등여러가지병에대한복합적인방제가가능하다는장점이있다. 이러한균주를이용하면그동안생물농약의단점인적용범위가한정된다는문제점을해결할수있다. 병저항성을유도하는생육촉진근권세균을이용한생물농약의장점은항생기작에기초한생물농약과같이무공해의환경친화적인방법이라는점에서크게다르지않다. 그러나기주식물의자체방어시스템을활성화함으로방제효과가전신적이라는장점과다양한외부병원균과불량환경에대항한다는점에서식물병원균에직접대응하는항생기작에기초한생물농약과는뚜렷이구별된다. 또한그기능으로보아생물학적방제의효율을좀더경제수준에맞게적용할수있을것으로보이며아직충분히검증되지않은과채류의신선도유지등저장병해의방제가능성도있다. 특히근권미생물의유도저항성을이용한생물학적방제는식물체 10 공업화학전망, 제 14 권제 4 호, 2011

미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 가가지고있는자체방어시스템을가동시켜줌으로써식물병을방제할수있는기술로서일단식물체에저항성이유도되면곰팡이에의한병해뿐아니라세균, 바이러스등여러가지병해에대한복합적인방제가가능하다는장점때문에농약의과다사용에따른농업생태계의개선뿐아니라저공해무농약채소류생산등농업생산에많은장점이있을것으로기대된다.

11 미생물농약의개발현황과바실러스미생물의중요성 가가지고있는자체방어시스템을가동시켜줌으로써식물병을방제할수있는기술로서일단식물체에저항성이유도되면곰팡이에의한병해뿐아니라세균, 바이러스등여러가지병해에대한복합적인방제가가능하다는장점때문에농약의과다사용에따른농업생태계의개선뿐아니라저공해무농약채소류생산등농업생산에많은장점이있을것으로기대된다. 식물병방제를위한미생물농약의개발은그특성상바실러스속위주의복합병해에대한저항력증진미생물제의개발과토양미생물군에서의신기능성물질이속속발견되고특히 CLP 그룹의펩타이드성분의항균력과방어유도기능등의복합활성물질을활용한생화학농약의개발이촉진될것으로생각된다. 참고문헌 1. M. Ongena and P. Jacques, Bacillus lipopeptdes: versatile weapons for plantdisease biocontrol, Trends in Microbiology, 16, 115 (2007). 2. B. B. McSpadden Gardener, Ecology of Bacillus and Paenibacillus spp. in agricultural systems, Phytopathology, 94, 1252 (2004). 3. BASF general information on Serenade 4. R. Mendes et al., Deciphering the rhizosphere microbiome for disease-suppressive bacteria Science express, (2011). 5. B. B. McSpadden Gardener, Ecology of Bacillus and Paenibacillus spp. in Agricultural system, Phytopathology, 94, 1252 (2004). 박경석 충북대학교농과대학농학과졸업 1994 충북대학교농과대학농학박사학위취득 미국어번대학교생물학적방제연구소박사후연구원현재농업과학기술원농업생물부미생물기능이용연구실장 KIC News, Volume 14, No. 4,

미생물유래물질을이용한식물병방제용작물보호제의산업화

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