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農業科學技術硏究, 第 48 輯, 2014 年 6 月 Agricultural Science & Technology Research, Vol. 48 배검은별무늬병균 (Venturia nashicola) 의균사생장에대한배지조성의영향 유정필 민광현 임순희 1 송장훈 1 최장전 1 이상현 김월수 조백호 양광열 * 전남대학교농업생명과학대학식물생명공학부, 1 농촌진흥청원예특작과학원배시험장 Effect of Medium Compositions on the Mycelial Growth of Venturia nashicola causing Pear Scab Jeong-Pil Ryu, Kwang-Hyun Min, Sun Hee Yim 1, Jang Hoon Song 1, Jang Jeon Choi 1, Sang Hyun Lee, Wol Soo Kim, Baik Ho Cho and Kwang-Yeol Yang* Department of Plant Biotechnology, College of Agriculture and Life Science, Chonnam National University, Gwangju 500-757, Korea; 1 Pear Research Station, National Institute of Horticultural and Herbal Science, 1034-68 Godong-ri, Geumcheon-myeon, Naju 520-821, Korea *Corresponding author: kyyang@chonnam.ac.kr ABSTRACT Pear scab caused by the fungus Venturia nashicola is the most devastating disease on Asian pear (Pyrus pyrifolia). However, mycological and biological traits of V. nashicola were rarely known because the artificial cultivation of the fungus is difficult using typical fungal growth medium in the laboratory. The main objective of this study, was to determine the best culture medium composition suitable for mycelial growth of V. nashicola. A new culture medium using pear extracts, various carbon and nitrogen sources were used to examine the best combination for mycelial growth of V. nashicola. The culture medium ammended with pear extracts showed higher mycelial growth than non-ammended PDA medium. Specifically, the culture medium ammended with pear ground young leaf extract showed the highest fungal mycelial growth. The increased mycelial growth of V. nashicola was observed in growth medium ammended with Ca(NO 3) 2 but mycelial growth was negatively influenced by supplement with calcium chelating agent, EGTA. Taken together, we invented a new growth medium ammended with pear extract or Ca(NO 3) 2 for growth of V. nashicola, and it could be helpful to study on ecological and mycological traits of the pear scab pathogen. Additional key words: Venturia nashicola, Pear scab, Mycelial growth, Pear extracts, PDA medium - 9 -

서언우리나라배나무의재배과정에서발생되는주요병해는검은별무늬병 (Scab), 붉은별무늬병 (Rust), 검은무늬병 (Leaf spot), 과피얼룩병 (Skin sooty dapple), 겹무늬병 (Black rot) 등이있으며, 이들주요병해중 Venturia nashicola Tanaka & Yamamoto에의해발병하는검은별무늬병은나무가고사하는전신적인피해는나타나지않으나, 잎과과실, 줄기등모든배나무부위에서발병한다. 특히잎과과실에감염될경우잎의조기낙엽이나과실의열과, 낙과등의직접적인피해를주어수확시에상품가치의하락과수확량의감소로이어져매년지속적인피해를주는대표적인병이다 ( 김등, 2009). 우리나라의경우검은별무늬병에대해저항성품종으로알려진 감천배, 추황배, 만풍배 등과감수성품종으로알려진 신고 와 황금배 등다양한품종이재배되고있지만그중에서도검은별무늬병에대한대표적인감수성품종인 신고 의재배가전체재배면적의약 81.5% 정도를차지하고있는실정이다 ( 신등, 2009). 또한또다른감수성품종인 황금배 의재배면적이지속적으로증가됨에따라검은별무늬병방제를위해작물보호제를이용한끊임없는노력을하고있지만 2009년부터 2011년까지나주지역수출전업농가의비품과발생원인중검은별무늬병에의한피해가가장높은비율을차지하고있다 ( 민등, 2012). 그러나이처럼배재배농가에많은피해를주는중요한병임에도불구하고검은별무늬병을일으키는병원균에대한연구는거의이루어지지않았는데, 그이유는우리나라에서재배하고있는동양배 (Pyrus pyrifolia) 에검은별무늬병을일으키는병원균인 V. nashicola의인공배양이매우어렵기때문이다. Venturia 속의검은별무늬병균의배양적특성에관한연구는 1950년대에사과나무에서발생하는같은속의검은별무늬병균인 V. inaequalis를이용해시작한후인공배양배지의질소원과탄소원, 비타민, ph 등과같은조건의탐색과온도와습도, 광등과같은배양조건에대한연구가꾸준히이루어진결과, 사과검은별무늬병균을배양하기위한최소요구조건이확립되었다 (Fothergill and Ashcroft, 1955). 또한새로운질소원과탄소원의첨가에의한생육의변화및포자형성을위한연구등이꾸준히이루어졌다 (Ross and Bremner, 1971; Ross, 1974), 그리고서양배 (Pyrus communis) 에서발생하는검은별무늬병의병원균인 V. pirina에대한인공배양적특성에대한연구를통해질소원, 탄소원, ph 및배양온도등과같은배양조건이확립되었으며각성분의변화를통해검은별무늬병균의분생포자형성에매우큰영향을끼친다고알려져있다 (Ben-Yephet, 1977). 또한동양배의검은별무늬병균인 V. nashicola에관한인공배양적특성연구는 1990년대초에일본에서집중적으로많이이루어져병원균의최적생육온도는 15~20, ph는 6~7, 탄소원은 soluble starch가가장효과적이며, glucose나 D-mannose 등도비교적효과적이라고알려져있다 ( 梅本清作, 1993). 또한질소원으로는 (NH 4) 2PO 4 과 NH 4PO 3 가균사의생장에효과적이며기본배지인 Richard 배지와비교해볼때기본배지에 Ca(NO 3) 2, 또는 glycine 등을첨가하였을때균사의생육이더효과적이라고보고하였다 ( 梅本清作, 1993). 그러나균사의생육이좋다고확인된 Ca(NO 3) 2 가첨가된 Richard 배지에서검은별무늬병균을 61일간배양하였으나균사체의직경이불과 20mm 밖에생장하지못해서약제저항성을포함한검은별무늬병균의특성연구를위해서는더효과적인배지의조성을찾는연구가필요하지만아직까지연구결과가미미한상태이다. 따라서본연구에서는현재곰팡이의생육에널리사용되고있는 PDA(Potato Dextrose Agar) 배지를기본배지로사용하고검은별무늬병균이요구하는영양원의조건을확인하고자배나무유래물질인유엽, 성엽, 과피, 과육, 과즙등과다양한탄소원및질소원등화학물질을추가로첨가하여검은별무늬병균의균사생장률을비교분석함으로써최적의배양배지조건을확인하고자하였다. - 10 -

재료및방법 1. 사용균주및배양조건 본연구에사용된검은별무늬병균 (Venturia nashicola Tanaka & Yamamoto) 는 Korean Collection for Type Cultures(KCTC) 에서분양받은 KCTC 6484 균주를사용하였으며, 균주를분양받은직후 Potato Dextrose Agar(PDA, Potato 200g/L, Dextrose 20g/L, Agar 15g/L, ph 7.0) 에치상하여 20 에서 45일동안배양하여실험에사용하였다. 모든실험은각처리당 3반복으로이루어졌으며, 반복당 3개의균사체를이용하였다. 균주의접종은기본배지인 PDA에서배양된균주의균사선단을지름 4mm의 cork borer로잘라내어각각의배지에균사체가배지윗면에직접닿도록접종하였으며, 20 배양기에서암흑하에 20일간배양후개별균주의균사체직경을측정하여각각의균사생장률을비교하였다. 실험결과값에대한유의성은 SPSS 21.0 통계프로그램을이용하여 Duncan의다중범위검정 5% 수준에서실시하였다. 2. 배나무유래물질, 탄소원및질소원첨가를통한배양배지조성 배나무유래물질들이첨가된배양배지조성을위하여전남대학교농업생명과학대학의온실에서재배중인신고품종의배나무에서새로전개되는 3주뒤의유엽과 2개월이상성장한성엽을재료로하였으며, 과실의경우과실의각각과피와과육을따로구분하여사용하거나또는과피와과육을혼합하여사용하였다. 배나무유래물질들이첨가된모든배양배지는각각의유래물질 100g을등량의 (v/w) 멸균수로즙액을만들어 Miracloth에여과한뒤 3,000rpm으로 20분간원심분리한후그상등액을기본배지인 PDA배지에 30% 의농도가되도록첨가하여만들었다. 또한기본배지로써 PDA배지를이용하여다양한탄소원과질소원첨가에따른검은별무늬병균의균사생장률을비교해보기위하여균사의생육에비교적양호하다고알려진 glucose, sucrose, mannose, soluble starch 등을탄소원으로선발하 여 2% 농도가되도록첨가하였으며, 질소원으로는 glycine, Ca(NO 3) 2, KNO 3, NH 4NO 3 등을선발하여최종적으로 1mM의농도가되도록첨가하여만들었다. 3. 칼슘및칼슘킬레이트제가첨가된배양배지조성 칼슘첨가에의한배양배지상에서검은별무늬병균의균사생장률변화를비교하기위하여칼슘첨가배지를조성하기위하여 Ca(NO 3) 2, CaCl 2, CaCO 3 등을선발하여사용하였으며, 칼슘킬레이트제로알려진 ethylene-bis(oxy-ethylenenitrolo) tetraacetic acid(egta) 를사용하여칼슘첨가에의한균사생장률변화효과를확인해보았다. 칼슘첨가배지는기본배지로사용된 PDA배지에각각 1mM의농도로처리하였으며, 칼슘효과확인을위한 EGTA 처리배지는칼슘처리가된각각의배지조제시추가로 1mM EGTA를첨가하여만들었다. 4. 검은별무늬병에걸린이병엽및이병과로부터병원균의단포자분리 단포자분리는전라남도나주시에위치한농가과수원에서 2012년 5~6월에유과의과경이나과실혹은잎자루나잎맥에서검은별무늬병의병징이나타난이병엽및이병과의병반에형성된검은별무늬병균분생포자를채취하여멸균수에현탁시킨뒤실험재료로사용하였다. 외부의세균이나부생균의번식으로인한배지의오염을막기위해 penicillin과 streptomycin을각각 50μg/ml의농도로첨가된한천배지에준비된분생포자현탁액을 Miracloth로여과하여도말한후, 20 배양기에서 48시간동안포자의발아를유도한뒤현미경하에서단포자를선발하였다. 결과및고찰 1. 배나무유래물질첨가배지에서검은별무늬병균의균사생장률비교 검은별무늬병균 KCTC 6484 균주를이용하여 - 11 -

배나무유래물질첨가배지에서검은별무늬병균균사생장률을비교해본결과, 첨가된배나무유래물질간에의미가있는차이를확인할수있었다. 기본배지인 PDA배지에서 20일동안키운검은별무늬병균균사체의직경은 3.65mm로확인되었으나, 과육, 성엽, 과피, 과즙, 유엽을첨가한배지에서생장한검은별무늬병균균사체의직경은각각 6.22, 7.04, 7.21, 7.56, 9.54mm로나타나대조구에비해비교적높은생장률을보였다 (Fig. 1A). 또한각각의배지에서검은별무늬병균의표현형은약간씩차이가있었는데, 특히유엽과성엽을첨가한배지에서다른배지보다검은색이아닌짙은회색에가까운균사체의색상이나타났으며, 이는유엽첨가물보다성엽첨가물일경우더확연하게나타나는것을확인하였다 (Fig. 1B). 결과적으로배나무유래물질중유엽이첨가된배지에서검은별무늬병균균사체의직경이기본배지인 PDA배지 보다약 3배정도증가된생장률을보여가장효과가좋은것으로나타났다 (Fig. 1 A and B). 이러한결과는 PDA배지와같은인공배지에는검은별무늬병균의생장에필요한영양성분이충분하게포함되어있지않아균사생장이매우느리게자랐지만, 배나무유래물질이첨가된배지에서는그영양성분이보완됨으로써생장이더빨라지는것으로생각된다. 따라서유엽과같은배나무유래물질을첨가하여배양배지를조성한다면빠른시간내에효과적으로검은별무늬병균을확보하여약제저항성과같은연구에도움이될수있으리라생각한다. 2. 다양한탄소원과질소원이첨가된배양배지에서검은별무늬병균의균사생장률비교 유엽과같은배나무유래물질을첨가한배지를만들기위해서는유엽등을꾸준히확보해야하는 Fig. 1. The mycelial growth rates A) and mycelial phenotypes B) of V. nashicola cultured on PDA medium with or without pear extracts. Different letters among treatments indicate the significant differences according to Duncan s multiple range tests, p<0.05. Scale bar is 5mm. - 12 -

어려움이있으며배지를만드는과정도기본배지인 PDA배지와비교해볼때복잡하다는단점이있다. 따라서 PDA배지를기본배지로하여검은별무늬병균의생장에효과가좋다고알려진다양한탄소원과질소원을첨가한뒤검은별무늬병균의균사생장률을비교하여최적의배양배지를확인해보고자하였다. 탄소원의첨가에의한검은별무늬병균의균사생장률은기본배지인 PDA배지보다약간증가하는것으로확인되었다. PDA배지에서자란검은별무늬병균균사체의직경은 Fig. 1A에서와같이 3.65mm로나타났으며, 최종적으로 2% 의농도로탄소원을첨가한배지의경우 sucrose는 4.90mm, soluble starch는 4.80mm, mannose는 4.49mm, 그리고 glucose는 4.78mm로확인되었다 (Fig. 2A). 또한질소원첨가에의한검은별무늬병균의균 사생장률은질소원의종류에따라매우상반되게나타났다. Fig. 2A에서확인할수있듯이 Ca(NO 3) 2 와 glycine을첨가하였을경우에는균사생장률이대조구에비해증가하였으나, KNO 3 와 NH 4NO 3 를첨가한경우는오히려대조구에비해생장률이감소하였다. 특히 NH 4NO 3 가첨가된배지에서검은별무늬병균균사체의직경은 2.94mm 인반면 KNO 3 가첨가된배지에서는균사체의직경이 2.54mm로나타나 KNO 3 가첨가된배지에서균사의생장이더억제되는것으로나타났다 (Fig. 2A). 반대로 glycine의경우는균사체의직경이 4.78mm로확인되었으며 Ca(NO 3) 2 가첨가된배지에서는균사체의직경이 13.51mm로나타나대조구에비해약 4배정도생장이크게빨라짐을확인할수있었다 (Fig. 2A and 2B). 梅本清作 (1993) 의연구에서는기본배지인 Richard Fig. 2. The mycelial growth rates A) and mycelial phenotypes B) of V. nashicola cultured on PDA medium with or without various carbon or nitrogen sources. Different letters among treatments indicate the significant differences according to Duncan s multiple range tests, p<0.05. Scale bar is 5mm. - 13 -

배지에첨가된다양한탄소원중에서 soluble starch가다른탄소원에비해균사의생장에월등한효과를보였으나 PDA배지를기본배지로이용한본연구에서는 soluble starch가다른탄소원과비슷한효과를보여줌으로써상이한결과를확인할수있었다. 그리고梅本清作 (1993) 의연구에서는질소원으로 Ca(NO 3) 2 를첨가하였을때기본배지인 Richard 배지보다약 2배에가까운균사생장률의효과를나타냄으로써 61일동안 20mm가조금넘는균사생장률을보인반면본연구에서기본배지를 PDA 배지로사용하고 Ca(NO 3) 2 의농도역시 1mM로낮게처리하였음에도불구하고검은별무늬병균의균사생장률이 20일만에 13.51mm 로나타났다 (Fig 2A). 이러한결과는보다빠른검은별무늬병균의균사생장을위해서는기본배지로 Richard 배지보다는 PDA배지를사용하는것이더효과적임을의미한다하겠다. 또한본연구에서나타난질소원첨가배지의균사생장률을비교한결과에의하면, Ca(NO 3) 2 가첨가된배지에서 NH 4NO 3, KNO 3, 그리고 glycine과같은다른질소원이포함된배지와다르게검은별무늬병균의 균사생장률이확연한차이를보여주었다. 따라서 Ca(NO 3) 2 가첨가된배지에서검은별무늬병균균사생장률의효과는단순히질소원의효과가아닌다른첨가화학물질인칼슘의효과에대한검증이필요하리라생각되었다. 3. 검은별무늬병균의균사생장에영향을미치는칼슘의효과 탄소원과질소원첨가배지실험을통하여 Ca(NO 3) 2 를 PDA배지에첨가할경우검은별무늬병균의균사생장이극대화되는것을확인하였다. 그러나이러한효과가다른질소원에서나타나지않았으므로칼슘의관련성여부를확인해보고자하였다. 따라서다양한칼슘원을 PDA배지에첨가한후검은별무늬병균의균사생장률을비교해보았다. 본연구에서는각각 1mM의 CaCO 3, CaCl 2, 그리고 Ca(NO 3) 2 를칼슘원으로사용하였으며그결과, 모든처리구에서검은별무늬병균의균사생장률이기본배지에비해크게증가하는것을확인하였다 (Fig. 3). 기본배지인 PDA배지에서는 3.65mm가자라는반면 CaCO 3 을첨가한 PDA배 Fig. 3. Effects of calcium with or without EGTA on the mycelial growth. Different letters among treatments indicate significant differences according to Duncan s multiple range tests, p<0.05. - 14 -

지에서는 10.04mm가자랐으며, CaCl 2 의경우는 12.31mm 그리고 Ca(NO 3) 2 의경우는 13.38mm의생장을확인할수있었다. 이러한결과는칼슘이 PDA배지에첨가되었을때검은별무늬병균의균사생장에영향을미쳤음을의미한다하겠다. 여러보고에의하면칼슘처리가다양한곰팡이의자낭포자형성이나, 분생포자발아, 그리고균사의생육과균사팁의굴절등에관여되어있다 (Jackson and Health, 1993). 특히잿빛곰팡이를대상으로한칼슘의효과에대한연구에서는칼슘처리가균사의세포벽의증량에관여되어있다는보고가있었고, 균사생육을억제한다고알려진식물의항균단백질인 defensin은병원균의칼슘채널을막아균사생육을억제한다고알려졌다 (Chardonnet et al., 1999; Spelbrink et al., 2004). 또한칼슘채널을억제할경우벼녹병원균에서는자낭포자의방출과균사의생육이억제된다고알려져있어칼슘에의하여곰팡이의생육변화가나타날수있음을보고하였다 (Hallen and Trail, 2008). 그러나아직까지검은별무늬병균의생장에영향을미치는칼슘의효과에대한연구는전무한상태이다. 따라서칼슘의검은별무늬병균균사생장효과를보다명확하게검증해보기위해칼슘킬레이트제로알려진 EGTA를사용하여검은별무늬병균의균사생장률변화를확인해보았다 (Donaldson and Deacon, 1992). 1mM EGTA를각각의칼슘첨가배지에추가로처리하여칼슘의효과를억제시킨후검은별무늬병균의균사생장률을확인해본결과, PDA배지의경우 0.35mm의생장을보여거의자라지못하는것을확인하였고, CaCO 3 는 1.54mm, CaCl 2, 와 Ca(NO 3) 2 는각각 1.66, 1.6mm 의균사생장률을보여주었다 (Fig 3). 이러한결과들을종합해보면질소원을보충하고자사용하였던 Ca(NO 3) 2 가첨가된배지에서의검은별무늬병균균사생장률의효과는질소뿐만아니라칼슘이크게영향을미쳤음을의미한다하겠다. 4. Ca(NO 3) 2 가첨가된배양배지를사용하여검은별무늬병균의단포자분리 최근에우리나라에서도 V. nashicola균의경우 EBI 계열의 hexaconazole과 flusilazole에대한약 제저항성이보고되었다 (Kwon et al., 2010). 따라서현재배과수원에서검은별무늬병을방제하기위해사용중인주요약제에대한저항성여부를확인하는노력은매우중요하리라생각된다. 그러기위해서는배과수원에서다양한검은별무늬병균들을채집한후단포자분리를통해단일균주를확보하는연구가최우선적으로수행되어야하지만검은별무늬병균은인공배지에서균사생장이매우늦기때문에단일균주확보가쉽지않는상태이다. 그래서본연구에서는검은별무늬병균을빠르게배양할수있는최적의배양배지를찾기위해먼저유엽과같은배나무유래물질을첨가하여배지를조성하여균사생장률을확인해보았다. 그러나검은별무늬병균이배나무유래물질인유엽을첨가한배지에서 20일동안약 9.54mm정도자랐으나기본배지인 PDA배지에 Ca(NO 3) 2 를첨가한배지에서는 13.51mm정도생장함으로써검은별무늬병균의균사생장률이확연하게증가하는것을확인하였다 (Fig. 1 및 Fig. 2). 따라서 Ca(NO 3) 2 를첨가한최적의배양배지를사용하여우리나라최고의배생산지인전라남도나주지역의전남대봉황농장배실습장의과수원에서검은별무늬병에걸린잎과유과들을수집하여검은별무늬병균단포자를분리하였다. 분리된단일균주들도본연구에서그동안사용하였던검은별무늬병균 KCTC 6484 균주처럼 Ca(NO 3) 2 가첨가된 PDA배지에서빠른생장률을확인할수있었다. 배실습장의과수원에서수집한검은별무늬병균의단포자를현미경하에서분리한후균사배양을위해기본배지로 PDA배지를사용하였을경우는직경이 18.31mm 인균사체를확보하기위해서약 180일이필요하였지만, Ca(NO 3) 2 를첨가한 PDA배지를사용하였을경우는약 60일간만배양하여도직경이 24.35mm인균사체를확보할수있었다 (Fig. 4). 결론적으로 Ca(NO 3) 2 가첨가한 PDA배지를검은별무늬병균균사생장용배양배지로이용한다면기본배지인 PDA배지와비교해배양시간을 1/3로절약할수있어한천희석법을사용하여간단하게약제저항성을확인할수있을것으로생각된다. 따라서본연구를통해선발된검은별무늬병균최적배양배지는그동안실험실내에서배양이늦어어 - 15 -

Fig. 4. The procedures of single-spore isolation under microscope A) and mycelial phonotypes B) of V. nashicola cultured on PDA medium ammended with Ca(NO 3) 2 for 60 days or cultured on PDA medium for 180 days. 렵게생각되었던검은별무늬병균에대한연구에도움이될것이라생각한다. 초록배검은별무늬병 (Pear Scab) 는배나무의재배과정에서발생되는주요병해중에서가장큰피해를주는중요한병임에도불구하고검은별무늬병균 (Venturia nashicola) 에대한연구는인공배양의어려움때문에매우미미한상태이다. 따라서본연구에서는검은별무늬병균인공배양의어려움을해결해보고자배나무유래물질들과다양한탄소원및질소원등을이용하여새로운배양배지를조성해검은별무늬병균의균사생장률을분석해보았다. 그결과기본배지인 PDA배지보다배나무유래물질을첨가한배지에서균사생장률이증가하는것을확인하였고, 특히유엽을첨가한배지에서 PDA배지에비해약 3배에가까운균사생장률을확인하였다. 또한기존의알려진다양한탄소원과질소원을 PDA배지에첨가한후균사생장률을비교한결과, Ca(NO 3) 2 첨가에의한효과가매우뛰어난것을확인할수있었다. 칼슘킬레이트제인 EGTA와다른칼슘원첨가배지에서균사생장률을확인함으로써 Ca(NO 3) 2 에의한검은별무 늬병균의균사생장률의증가에칼슘이영향을미치고있음을확인하였다. 가장효과가좋았던 Ca(NO 3) 2 가첨가된 PDA배지를사용할경우검은별무늬병균의단포자분리후배양시 PDA배지를사용한것보다배양시간을대폭줄이면서도보다빠른균사생장을확인할수있었다. 따라서본연구를통해선발된 Ca(NO 3) 2 가첨가된 PDA배지는검은별무늬병균의연구에크게도움이될것이라생각한다. 감사의글본연구는농촌진흥청어젠다사업의지원에의해서수행되었습니다. 참고문헌 1. Ben-Yephet, Y. 1977. Sporulation of Venturia pirina on growth media. Phytoparasitica 5: 109-113. 2. Chardonnet, C., Sams, C., and Conway, W. 1999. Calcium effect on the mycelial cell walls of Botrytis cinerea. Phytochem. 52: 967-973. - 16 -

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