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Control of Powdery Mildew by Foliar Application of a Suspension of Cheonggukjang
Research in Plant Disease 2015;21:58-66
Published online June 30, 2015
© 2015 The Korean Society of Plant Pathology.

Min-Jeong Kim1, Chang-Ki Shim1,*, Yong-Ki Kim1, Sung-Jun Hong1, Jong-Ho Park1, Eun-Jung Han1, Hyeong-Jin Jee1, Jin-Hyeuk Kwon2, and Seuk-Chul Kim1

1Organic Agriculture Division, National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration, Wanju 565-851, Korea,
2Eco-friendly Research Department, Gyeongsangnam-do Agricultural Research & Extension Services, Jinju 660-985, Korea
*Corresponding author Tel : +82-63-238-2557 Fax: +82-63-238-3824 E-mail: ckshim@korea.kr
Received March 9, 2015; Revised April 7, 2015; Accepted May 8, 2015.
cc This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract

요약

흰가루병은 온실과 포장 조건에서 재배한 오이에 발생하는 흔한 질병 중 하나이다. 본 연구는 S. fuliginea에 의한 오이 흰가루병에 대하여 발효 식품 ‘청국장 (Daepung)’의 방제효과를 평가하기 위해 실시되었다. 멸균한 ‘대풍’ 콩에 볏짚을 자연 접종원으로 하여 가정용 청국장 제조기에서 42°C에서 72시간 동안 발효시켰다. 청국장 발효 72시간 후, 멸균된 콩 표면에 흰색의 발효균이 증식하였다. 72시간 발효된 청국장의 pH는 큰 변화가 없었으나 전기전도도는 발효 전보다 약 2배 가량 증가하는 것으로 나타났다. 청국장 발효균의 밀도를 조사하였더니 발효 후 60시간에 정점을 보였으며 전체 발효균의 농도는 8.2×107 cfu/ml이었다. 청국장 발효균은 세 종류의 균총 형태로 나누어졌으며 그 중에서 희고 큰 균총(WL)을 가진 세균이 발효 60시간까지 우점하였다. 오이 흰가루병을 방제하고자 오이 잎에 6.0-30.0% 청국장 현탁액을 처리하였더니 15% 이상의 청국장 발효균 현탁액에서 오이 잎에 약해 증상을 보였다. 그러나 6.0% 이상의 청국장 현탁액 처리만으로도 77.8% 이상 오이 흰가루병 방제효과를 보였다. 또한 청국장 발효균은 처리 후 15일까지도 오이 엽권에 잘 정착하고 있었다. 10% 청국장 발효균 현탁액은 4종의 식물병원균, C. gloeosporioides, S. cepvivorum, R. sloaniP. capsici에 대해서 항균력이 뛰어났다. 따라서 청국장 발효균 현탁액을 유기농 병해 관리용 자재로 농가에서도 쉽게 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

This study was conducted to evaluate control efficacy of a fermented food ’Cheonggukjang’ against cucumber powdery mildew caused by Sphaerotheca fuliginea in greenhouse. Sterilized Daepung beans were inoculated with the rice straw as natural inoculum and then incubated for 72 hrs at 42°C in the household cheonggkjang maker. After 72 hrs of cheonggukjang fermentation, white zymogens were grown on the surface of a sterile Daepung beans. The pH of the 72 hrs fermented soybean was not significantly changed and electrical conductivity was found to increase by about 2 times than before fermentation. The population density of soybean zymogen showed a peak of growth at 60 hrs after fermentation and the concentration of zymogen was 8.2×107 cfu/ml. Soybean zymogen form of the colony was divided into three kinds of bacteria and a white and a large colony (WL) was predominant bacteria among those up to 60 hrs of fermentation. To control the cucumber powdery mildew, diluted solutions of cheonggukjang was applied from 6.0% to 30.0% on cucumber leaves and they showed injury symptoms on cucumber leaves in more than 15% of them. However, more than 6.0% diluted cheonggukjang solutions showed more than 77.8% control effect of cucumber powdery mildew at 15 days after treatment. The fermented bacteria of Chenggukjang were well established in the cucumber leaf area at 15 days after treatment. The antifungal activity of 10% diluted cheonggukjang solutions was excellent for four species of plant fungal pathogens, Colletotrichum gloeosporioides, Sclerotinia cepivorum, Rhizoctonia sloani and Phytophthora capsici in the dual culture test. Results indicated that foliar application of Cheonggukjang solution could be used for the control of powdery mildews occurring on organically cultivated cucumber.

Keywords : Antifungal activity, Cucumber, Cheonggukjang, Sphaerotheca fuliginea
서론

흰가루병은 공기전염성병해 중의 하나로 시설재배지에서 연작 재배로 인한 병원균 밀도가 증가하여 작물재배의 전생육시기에 발생하기 때문에 매우 관리가 어려운 병해이다(Endo, 1989). 흰가루병인 Sphaerotheca fuliginea는 오이, 수박, 상추, 배추 등 기주 범위(The Korean Society of Plant Pathology, 2009; Jarvis 등, 2002)가 매우 넓다 (Braun 등, 2002). 오이에 발생한 흰가루병으로 인해 주당 병반 면적율이 20%만 되어도 경제적인 손실이 시작되고, 50%가 넘으면 약 35%의 수량감소가 일어나 경제적 큰 손실을 일으키는 것으로 보고되었다(Belanger 등, 1998; Kim 등, 2006). 오이에 발생하는 흰가루병은 전재배 기간 중에 지속적으로 발생하는 중요한 병원균으로 오이 재배지 주변에 자라는 깨풀이나 백일홍 등의 잡초나 화훼류에 발생하는 흰가루병으로부터 분생포자가 바람에 날리어 전파되기도 하는 것으로 알려져 있고 전 재배 기간 중에 지속적으로 발생하는 중요 병원균이다(Endo, 1989).

소비자의 안전농산물에 대한 요구가 증가하면서 화학농약을 대체할 수 있는 방안에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 있으며, 생물적방제(Biological control)가 하나의 대안으로 제시되고 있다(Belanger 등, 1998; Hijwegan, 1992; Lee 등, 2013). 전세계적으로 Bacillus 속 세균과 같은 미생물을 이용하는 생물 농약의 개발은 149종에 이르고 병해충과 잡초방제에 이용되고 있으며(Copping, 2009), 농업생태계의 오염과 병원균의 저항성 발생 대체 방안으로서 이용되고 있다(Fravel, 2005; Kim 등, 2008; Romero 등, 2004). 국내에서도 다양한 유용미생물을 이용한 오이 흰가루병 방제연구결과들이 보고되었다(Kim 등, 2011; Lee 등, 2007; Nam 등, 2010). 특히, Lee 등(2013)은 LB(Luria Bertani) 배지에서 배양한 Bacillus amyloliquefaciens M27 균주의 배양여액을 10배로 희석하여 처리한 결과 88.9-98.9%의 방제효과를 보이는 것으로 보고하였다.

청국장은 우리나라의 전통발효식품중의 하나로 혈중 콜레스테롤 저하(Yoo, 1997), 고혈압 예방(Okanato 등, 1995), 항산화(Lee 등, 2008), 혈전용해(Lee 등, 1991) 및 항균효과(Youn 등, 2001) 등이 뛰어난 것으로 알려져 있다. 청국장은 볏짚 위에 삶은 콩을 담아 40°C에서 2-3일간의 짧은 기간 동안 발효시켜 만드는 전통발효식품이다. 청국장의 발효과정 중에 발생하는 점질물은 청국장의 품질을 결정하는 중요한 요인으로 발효·숙성 과정 중에 발효미생물이 생성하는 protease 효소의 작용으로 콩의 단백질이 가수분해 된 것이다(Shon 등, 2000). 그리고 청국장은 각 지방마다 사용하는 콩의 종류(Moon 등, 2011)와 재료가 달라 제조방법이 다르기 때문에 발효에 관여하는 미생물 또한 다르고 이로 인해 독특한 향과 맛을 갖는다(Fujii 등, 1975; Hong 등, 2013; Lee 등, 2005).

청국장 발효에 관여하는 미생물은 Brevibacillus brevis(Lee 등, 2005), Bacillus subtilis(Kim 등, 2003; Kwon, 2000), B. licheniformis(Lee 등, 2005), B. pumilis(Kwon 등, 2004), B. amyloliquefaciens(Kim 등, 2003) 등 다양한 Bacillus 속 세균들이 관여하는 것으로 보고되고 있다. 또한 청국장의 발효에 관여하는 미생물 동정과 다양성에 관해서 분자생물학적 방법(Kwon 등, 2009)과 균학적인 방법(Hong 등, 2013; Lee 등, 2005)에 의해 연구가 진행되고 있다.

이러한 청국장의 발효에 관여한 대표적인 발효균인 Bacillus sp.는 박테리오신(Cladera-Olivera 등, 2004; Chang 등, 2001; He 등, 2006) 생성뿐만 아니라 생물학적 방법으로 항생제에 내성 문제가 많은 살균제를 대체할 수 있는 길항물질(Park 등, 2006; Yi 등, 2003)도 생성하는 것으로 알려져 있다. Wei 등(2001)은 청국장 발효과정 중에 생성되는 점질물은 Staphylococcus aureus, B. cereusEscherichia coli 0157 균과 같은 식품위생세균에 작용하는 세포삼투압조절과 항균작용 등을 조절하는 기능성 물질이 다량 함유되어 있다고 보고하였다.

본 연구는 Bacillus 속의 유용 미생물을 다량 함유하고 있어 유기농 병해 관리용 자재로 농가에서 쉽게 활용할 수 있는 청국장의 제조방법과 흰가루병 방제를 위한 활용방법을 정립하고자 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

식물병원균

본 실험에서 사용된 식물병원균은 오이역병균(Phytophthora capsici, KACC 40181), 고추탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides, KACC 40690), 오이잘록병(Rhizoctonia solani AG-1B, KACC 40111), 마늘흑색썩음균핵병(Sclerotium cepivorum, KACC 40582) 등 4종으로 국립농업미생물자원센터(KACC)로부터 분양 받아 사용하였다. 분양받은 4종의 식물병원균 실험실에서 감자한천배지(Potato dextrose agar, PDA)에 7일간 계대 배양하여 항균활성 검정에 사용하였다.

청국장의 제조

본 실험에서 청국장 제조에 사용된 콩 품종은 ‘대풍’콩으로 2013년도에 충남 서산지역 유기농 장유콩 재배 농가에서 재배하여 수확한 것을 형태, 색, 크기가 비슷한 것을 정선하여 실험에 사용하였다. 우선 선별한 ‘대풍’콩 300 g을 흐르는 물에 2회 세척 후, 2시간 정도 실온에서 불린 후 121°C 50분간 autoclave로 고압 멸균하여 냉각시켜 준비하였다. 청국장은 멸균한 콩을 가정용 청국장 제조기에 국립농업과학원 유기재배 논 포장에서 수확한 볏짚을 자연발효원으로 한 층 깔고 그 위에 50°C로 냉각시킨 콩을 단층으로 깔고 다시 볏짚을 얹어 42°C에서 72시간 동안 발효시켜 제조하였다.

청국장 발효미생물 생육 조사 및 pH, EC 측정

청국장 발효기간 중에 증식한 미생물의 종류와 밀도를 조사하고자 12시간 간격으로 채취한 시료 중 10 g을 증류수 90 ml를 가하여 homogenizer로 파쇄한 후 희석평판배양 법에 의해 nutrientagar 배지(Difco Laboratories)에 도말 하여 28°C에서 24시간 배양한 후에 나타나는 세균의 colony의 밀도를 조사하였다. 이 때 세균 colony의 색깔이나 형태별로 순수 분리하여 동정에 사용하였다. 또한 청국장 발효시간의 경과에 따라 pH와 전기전도도가 어떻게 변하는지 3회 반복하여 조사하였다.

16S ribosomal DNA 염기서열 분석

세균의 균총 형태별로 선발된 균주의 16S rDNA 유전자를 Polymerase Chain Reaction으로 부분적으로 증폭시키고자, 16S rDNA 증폭용 PCR primer로 16S-27F primer, 5’-AGA GTT TGA TCC TGG CTC AG-3’와 16S-1492R primer 5’-TAC GGT TAC CTT GTT ACG ACT T-3’를 사용하였다. PCR은 먼저 95°C에서 5분간 변성시킨 후, 95°C 30초, 55°C 30초, 72°C 1분의 반응주기를 30회 반복하여 진행하였으며, 최종적으로 72°C에서 10분간 연장반응을 마친 후 PCR 산물을 4°C에 보관하였다. PCR산물을 DNA purification kit(Qiagen Inc., Valencia, CA, USA)를 이용하여 PCR 반응물만 순수 분리한 후, ABI automatic sequencer를 통해 염기서열을 분석하였다. 분석한 16S DNA의 염기서열은 미국 Gene bank(NCBI) 홈페이지에 서 제공하는 nucleotide blast search program을 이용하여 근연종에 대한 조사를 하였다(http://www.ncbi.clm.nih.goc/BLAST).

식물재배

시험에 사용한 오이는 흰가루병에 감수성을 나타내는 싱싱백다다기 오이(Cucumis sativus) 종자를 시중에서 구입하여 사용하였으며, 24시간 동안 멸균증류수에서 불린 후, 바로커상토가 들어 있는72공 육묘상자에 파종하여 48시간 동안 포화습도 상태에서 발아를 유도하였고 제2본엽이 전개될 때까지 육묘상자에서 키웠다. 파종 후 45일이 지난 오이 식물체를 바로커상토가 들어 있는 직경 7 cm2 비닐포트에 정식 후, 낮 온도 25±5°C, 밤온도 15±5°C로 재배조건을 유지하면서 온실에서 오이 식물체를 재배하였다.

오이 흰가루병 방제시험

오이 성체에 흰가루병균을 자연발생시키고자 오이 유묘를 7 cm2 비닐포트에 심어서 이병 식물체 주변에 배치하여 오이 흰가루병균을 지속적으로 발생하게 하였다. ‘대풍’ 콩을 고압 멸균 후 볏짚을 자연 발효원으로 60시간 동안 발효시켜 제조한 청국장 100 g을 멸균증류수 100 ml에 넣고 Waring blender(Dynamics Corp., Hartford, USA)로 마쇄한 후, 멸균한 4겹의 거즈에 걸러서 청국장 발효균 현탁액을 제조하였다. 60시간 배양한 청국장으로부터 추출한 발효균 현탁액을 5가지 농도(6.0, 7.5, 10.0, 15.0, and 30.0%(w/v))로 물에 희석하여 고압분무기를 사용하여 오이 잎에 흰가루병 병반 면적율이 30% 정도 발병했을 때 오이 잎의 앞면과 뒷면에 흠뻑 적시게 살포하였다. 시험구는 구당 10주씩 4반복으로 처리하였다. 또한 청국장 발효균 현탁액 살포 후 3일 간격으로 15일까지 흰가루병의 발병면적을 조사하였다.

청국장 발효균 현탁액 처리에 의해 오이식물체에 발생하는 약해 발생 정도는 다음과 같이 조사하였다. 약해: 0, 전혀 발생하지 않음; 1, 잎에 5 mm 이하의 약한 수침상; 2, 5-10 mm의 반점; 3, 10 mm 이상의 반점; 4, 식물체 전체에 반점; 5, 잎이나 조직이 괴사.

청국장 발효 미생물 재분리

오이식물체에 청국장 발효균 현탁액 처리 12일 후, 청국장 발효균이 오이 엽권에 안정적으로 정착하고 있는지 확인하고자 청국장 발효균 현탁액을 처리한오이 잎을 4부분으로 나누어 오이 잎을 5×5 mm 크기로 4개씩 절단하여 TSA(Trypticase Soy Agar) 배지에 올려 28°C 항온배양기에서 배양하여 발생한 균을 조사하였다.

청국장 현탁액의 항균력 검정

72시간 발효시킨 청국장 발효균 현탁액 10% 희석액의 주요 식물병원균, 오이 역병균 P. capsici, 고추 탄저병균 C. gloeosporioides, 오이 잘록병균 R. solani 및 마늘 흑색썩음균핵병균 S. cepivorum에 대한 PDA배지상에서 대치 배양하였을 때 나타나는 균사생육 억제 정도를 조사하였다. 먼저 72시간 발효시킨 청국장 발효균 현탁액 10% 희석액을 멸균된 미생물 접종 루프(loop)에 묻혀 PDA 배지 중앙에 선을 끄어 접종하였다. 청국장 발효균이 접종된 PDA배지의 중앙에서 2 cm 간격으로 5일간 배양한 각 식물병원균 균사 disc를 화염 소독한 직경 8 mm corker borer로 균일하게 절단 후 올려놓고 28°C에서 6일간 대치배양한 후 균사생육 저해 정도를 측정하여 항균력을 조사하였다(Hwang 등, 2006).

결과 및 고찰

유기농 장유 콩인 대풍콩을 고압멸균 후, 가정용 청국장 제조기를 이용하여 유기 재배한 볏짚을 자연 발효원으로 42°C에서 72시간 동안 발효시켰더니 12시간이 경과된 이후부터 청국장 발효균이 증식하고 있는 모습을 관찰할 수 있었고 72시간째에 는 멸균된 콩 표면 전체에 흰색의 발효균이 덮여있는 것을 관찰할 수 있었다(Fig. 1A).

Fig. 1.

Fermentation of soybean with rice straw for 72 hrs (A) and counting of colony forms of fermentation bacteria on Trypticase soy agar (TSA). Determination of colony forms as yellow small (YS), white small (WS), and white large (WL) (C).


Lee 등(2013)은 황태콩과 흑태콩을 재료로 하여 청국장 발효시간의 경과에 따른 미생물수의 변화를 조사한 결과 발효 24시간까지 미생물수(9.0×108-5.4×109 cfu/g)가 계속 증가하는 것으로 보고하였으며, Youn 등(2002)은 발효시간 45시간까지 생균수가 증가하였고, Yoo와 Chang(1999)은 콩 품종별로 제조한 청국장의 총균수를 측정한 결과 발효 48시간에 108-109 cfu/g 수준으로 나타났다고 보고하였다. 특히 앞서 보고된 연구결과들에 의하면 청국장 발효시 B. subtilis를 접종한 경우 생균수가 가장 높았던 것으로 보고한 바 있어 본 실험에서 제조한 청국장 발효균도 B. subtilis 균이 우점할 것으로 생각된다.

오이 흰가루병 방제제로 청국장 발효미생물을 이용하고자 볏짚을 자연 발효원으로 하여 청국장을 42°C에서 72시간 동안 발효시켜 12시간 간격으로 청국장 발효에 관여하는 세균의 밀도 변화를 형태적인 특성에 따라 나누어 조사하였더니, 형태적인 특징에 따라 분류하였을 때 크게 3종류의 형태로, 노랗고 작은 균총(YS), 희고 큰 균총(WS), 희고 작은 균총(WS)이었다(Fig. 1). 청국장 발효에 관여하는 세균의 밀도는 그 정점을 보이는 60시간째에 8.2×107 cfu/g을 나타났다. 청국장 발효에 관여하는 전체 세균의 밀도는 청국장 발효시간의 경과에 따라 60시간 째에 최고 밀도를 보이고 72시간째 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 2).

Fig. 2.

Population density of yellow small (YS), white small (WS), and white large (WL) colonies of fermentation bacteria isolated from ‘Daepung’ cheonggukjang fermented with rice straw for 72 hours.


청국장 발효에 관여하는 세균 중 희고 큰 균총(WS)의 세균 (4.8×107 cfu/ml)이 발효 60시간까지 우점하는 것으로 나타났고 72시간부터는 노랗고 작은 균총(YS)의 밀도가 큰 흰색 균총(WS)보다 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2). 청국장 발효에 관여 하는 세균 중 희고 작은 균총(WS)은 3종류의 세균 주에서 가장 낮은 밀도를 나타내었으며 노랗고 작은 균총(YS)의 밀도변화에 영향을 받는 것으로 보인다. 따라서 오이 흰가루병 방제제로 청국장 발효미생물을 이용하고자 할 경우는 청국장 발효 이후 48-60시간 사이의 청국장을 이용하는 것이 가장 높은 농도의 청국장 발효미생물을 이용할 수 있을 것으로 생각된다.

Yoo 등(1999)에 의하면 전통 된장 및 간장의 숙성기간별로 미생물의 생육 균수를 측정해 보았더니, 된장의 경우는 0-10일 사이에 미생물의 생육 균수가 크게 증가하는 것으로 나타났으며 균주 동정의 결과 B. licheniformis(34.6%), B. pumilis(26.9%), B. subtilis(23.1%), 3종이 주요 균주로 탐색된 것으로 보고하였다. Kang 등(2000)에 의하면 된장으로부터 분리한 길항미생물 중에서 아플라톡신(aflatoxin) 생성균인 Aspergillus flavusAspergillus parasiticus에 대해 길항력이 가장 강력한 균이 Bacillus 속 균인 것으로 보고하였다. 또한 2010년까지 상용화된 미생물 살균제 19종 중 16종이 Bacillus 속을 이용한 미생물 살균제인 것으로 보고되었다(Kim 등, 2011). 본 실험에서는 분리한 청국장 발효에 관여하는 세균의 균총의 형태적인 특징을 조사하였을 때 대부분이 Bacillus 속 세균인 것으로 나타났다(Table 1).

Analysis of 16s rDNA sequence of three colony forms of fermentation bacteria, yellow small (YS), white small (WS), and white large (WL) isolated from ‘Daepung’ cheonggukjang

Colony form (Isolates)Nucleotide sequence (5’→3’)Species
White large (CS0037)CCTGGCTCAGGACGAACGCTGGCGGCGTGCCTAATACATGCAAGTCGAGCGGACAGATGGGAGCTTGCTCCCTGATGTTAGCGGCGGACGGGTGAGTAACACGTGGGTAACCTGCCTGTAAGACTGGATAACTCCGGGAAACCGGGGCTAATACCGGATGGTTGTTTGAACCGCATGGTTCAAACATAAAAGGTGGCTTCGGCTACCACTTACAGATGGACCCGCGGCGCATTAGCTAGTTGGTGAGGTACGGCTCACCAAGGCAACGATGCGTAGCCGACCTGAGAGGGTGATCGGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTAGGGAATCTTCCGCAATGGACGAAAGTCTGCGGAGCAACGCCGCGTGAGTGATGAAGGTTTTCGGATCGTAAAGCTCTGTTGTTAGGGAAGAACAAGTACCGTTCGAATAGGGCGGTACCTTGACGGTACCTAACCAGAAAGCCACGGCTAACTACTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGTGGCAAGCGTTGTCCGGAATTATTGGGCGTAAAGGGCTCGCAGGCGGTTTCTTAAGTCTGATGTGAAAGCCCCCGGCTCAACCGGGGAGGGTCATTGGAACTGGGGAACTTGAGTGCAGAAGAGGAGAGTGGAAATTCCACGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATGTGGAGGAACACCCAGTGGCGAAGGCGACTCTCTGGTCTGTAACTGACGCTGAGGAGCGAAAGCGTGGGGAGBacillus subtilis

White small (CS0217)TTTGATCCTGGCTCAGGACGAACGCTGGCGGCGTGCCTAATACATGCAAGTCGAGCGGACAGAAGGGAGCTTGCTCCCGGATGTTAGCGGCGGACGGGTGAGTAACACGTGGGTAACCTGCCTGTAGACTGGGATAACTCCGGGAAACCGGAGCTAATACCGGATAGTTCCTTGAACCGCATGGTTCAAGGATGAAAGACGGTTTCGGCTGTCACTTACAGATGGACCCGCGGCGCATTAGCTAGTTGGTAGGTAACGGCTCACCAAGGCGACGATGCGTAGCCGACCTGAGAGGGTGATCGGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTAGGGAATCTTCCGCAATGGACGAAGTCTGACGGAGCAACGCCGCGTGAGTGATGAAGGTTTTCGGATCGTAAAGCTCTGTTGTTAGGGAAGAACAAGTGCAAGAGTAACTGCTTGCACCTTGACGGTACCTAACCAGAAAGCCACGGCTACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGTGGCAAGCGTTGTCCGGAATTATTGGGCGTAAAGGGCTCGCAGGCGGTTTCTTAAGTCTGATGTGAAAGCCCCCGGCTCAACCGGGGAGGGTCTTGGAAACTGGGAAACTTGAGTGCAGAAGAGGAGAGTGGAATTCCACGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATGTGGAGGAACACCAGTGGCGAAGGCGACTCTCTGGTCTGTAACTGACGCTGAGAGCGAAAGCGTGGGGAGCGAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACGCCGTAAACGATGAGTGCTAAGTGTTAGGGGGTBacillus pumilus

Yellow small (CS0341)TCCTGGCTCAGATTGAACGCTGGCGGCAGGCCTAACACATGCAAGTCGAGCGGTAGCACAGGGAGCTTGCTCTTGGGTGACGAGCGGCGGACGGGTGAGTAATGTCTGGGAAACTGCCTGATGGAGGGGATAACTACTGGAAACGGTAGCTAATACCGCATAACGTCGCAAGACCAAAGAGGGGGACCTTCGGGCCTCTTGCCATCAGATGTGCCCAGATGGGATTAGCTAGTAGGTGGGGTAACGGCTCCCTAGGCGACGATCCCTAGCTGGTCTGAGAGGATGACCAGCCACACTGGAACTGAGACACGGTCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATATTGCACAATGGGCGCAAGCCTGATGCAGCATGCCGCGTGTATGAAGAAGGCCTTCGGGTTGTAAAGTACTTTCAGCGAGGAGGAAGGTGTTGAGGTTAATAACCTCAGCAATTGACGTTACTCGCAGAAGAAGCACCGGCTAACTCCGTGCCAGAGCCGCGGTAATACGGAGGGTGCAAGCGTTAATCGGAATTACTGGGCGTAAAGCGCACGCAGGCGGTCTGTCAAGTCGGATGTGAAATCCCCGGGCTCAACCTGGGAACTGCATTCGAAACTGGCGGCTAGAGTCTTGTAGAGGGGGGTAGAATTCCAGGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATCTGGAGGAATACCGGTGGCGAAGGCGGCCCCCTGGACAAAGACTGACGCTCAGGTGCGAAAGCGTGGGAGCAAACAGGATEnterobacter asburiae strain IHB B 1510

청국장 발효에 따른 pH와 전기전도도의 변화를 조사하였더니, 청국장의 pH는 발효 72시간동안 큰 변화가 없었으나 전기 전도도는 발효 전 104.3 dS/m에서 72시간 후 245.1 dS/m으로 약 2배 가량 증가하는 것으로 나타났다(Table 2).

Changes of electrical conductivity (EC) and pH of cheonggukjang fermented with rice straw at 42°C for 72 hours

Fermentation time (hr)pHEC (dS/m)
06.8 ± 0.1104.3 ± 2.1
247.0 ± 0.1131.4 ± 4.2
487.1 ± 0.1134.4 ± 3.1
726.3 ± 0.1245.1 ± 4.1
± : Represent the standard deviation of four replications.

청국장 발효 60시간 후, 청국장 발효균 현탁액을 6-30%로 물에 희석하여 농도 별로 오이 잎에 분무 살포 12일 후, 청국장 발효균이 오이 엽권에 안정적으로 정착하고 있는지 확인하고 자 청국장 발효균 현탁액을 처리한 오이 잎을 4부분으로 나누어 오이 잎을 5×5 mm 크기로 4개씩 절단하여 TSA(Trypticase Soy Agar) 배지에 치상하여 28°C 항온배양기에서 배양 하였더니, 청국장 발효균 밀도 조사에서 나타난 세균들과 동일한 균총의 모양을 보이는 세균들이 재 분리되었다(Fig. 3B).

Fig. 3.

Control efficacy and phytotoxicity of five concentrations of Cheonggukjang solution, 6.0, 7.5, 10.0, 15.0, and 30.0% against powdery mildew (A) in cucumber leaves. Colonization of fermentation bacteria (B) on cucumber leaves applied with Cheonggukjang solution.


Kim 등(1990)에 의하면 포장에서 얻어진 생물학적 방제 연구를 보면 극히 일부를 제외하고는 대부분의 결과가 초기에는 길항미생물의 밀도가 충분히 유지되어 병원균을 억제할 수 있으나, 시간이 경과함에 따라 현저하게 밀도가 저하되어 2-3주 후에는 길항균으로서의 제 기능을 발휘하지 못하는 것으로 보고하였다.

본 연구에서는 청국장 발효 이후 60시간째에 청국장 발효 미생물의 전체농도가 8.2×107 cfu/g로 매우 높은 농도를 나타내고 있어 생물적 방제인자로 이용하기에 충분할 것으로 생각된다.

청국장 발효균 현탁액을 6.0, 7.5, 10.0, 15.0, and 30.0%(w/v)농도로 오이 흰가루병 병반면적율이 30% 정도 발병한 8엽기의 오이 잎에 처리한 후 흰가루병 방제효과를 조사하였더니, 처리 3일 후부터 청국장 발효균 6.0% 이상의 현탁액에서 77.8% 이상의 오이 흰가루병 방제효과를 보였다. 청국장 발효균 현탁액 처리 15일 후, 청국장 발효균 현탁액 10% 이하의 농도에서는 93.4% 이상의 흰가루병 방제효과를 보였고 약해는 전혀 나타나지 않았다(Table 3). 특히, 청국장 발효균 30% 현탁액에서는 흰가루병의 발생이 매우 억제되었으나 오이 잎이 심하게 황화되는 현상을 보였다(Table 4, Fig. 3).

Control efficacy of Cheonggukjang solution on the development of cucumber powdery mildew when they were foliar-applied on infected cucumber leaves with Sphaerothca fusca in greenhouse

Percentage of Cheonggukjang (%)Disease severity (%)Control value (%)


3 DAT1)12 DAT15 DAT3 DAT1)12 DAT15 DAT
30.00.0 a2)0.0 a0.0 a100 a100 a100 a
15.00.0 a0.0 a0.0 a100 a100 a100 a
10.00.3 a0.0 a0.0 a99.3 a100 a100 a
7.55.7 b4.5 b3.1 b88.3 b91.5 b95.7 b
6.010.8 c7.3 c4.8 b77.8 c86.2 c93.4 b
Control48.7 d52.8 d72.2 c---

1)DAT : Days after treatment of cheonggukjang solutions.

2)In a column, means followed by a common letter are not significantly different at the 1% level by DMRT.


Phtotoxicity of five concentrations of Cheonggukjang solution, 6.0, 7.5, 10.0, 15.0, and 30.0% on cucumber leaves infected with Sphaerothca fusca in greenhouse

Percentage of Cheonggukjang (%)Phytotoxicity1)

3 DAT2)12 DAT15 DAT
30.03 a3)5 a5 a
15.01 b1 b1 b
10.00 c0 c0 c
7.50 c0 c0 c
6.00 c0 c0 c
Control0 c0 c0 c

1)Phytotoxicity: 0, no phytotoxicity; 1, Possible but not obvious, and light or spotty; 2, Obvious phytotoxicity with light or spotty; 3, Obvious phytotoxicity with moderate; 4, Obvious phytotoxicity and heavy throughout the plot; 5, Obvious necrosis.

2)DAT: Days after treatment of cheonggukjang solutions.

3)In a column, means followed by a common letter are not significantly different at the 1% level by DMRT.


Lee 등(2013)은 청국장 발효과정 중에 Bacillus 속 미생물이 증가하면서 protease 효소의 활성이 증가하는 것으로 보고하였다. 청국장이 지닌 효능 중의 하나로 인체에 유익한 Bacillus sp.균이 부패균의 활동을 억제함으로써 부패균이 만드는 발암물질을 감소시키는 것으로 보고하였다. 일반적인 생물적 방제인자로 활용되고 있는 다양한 미생물 균주들이 갖는 길항작용을 하는 기작으로 항균물질 분비뿐만 아니라 키틴, 셀루로스, 단백질 분해 효소 등을 분비하는 것으로 알려져 있다(Romero 등, 2004).

5가지 농도(6.0, 7.5, 10.0, 15.0, and 30.0%(w/v))의 청국장 발효균 현탁액을 오이 흰가루병이 발병한 오이 잎에 처리한 후 3일 간격으로 15일까지 약해 발생 정도를 조사하였더니, 처리 3일 후부터 청국장 발효균 15%와 30% 현탁액에서는 약해 증상을 보이기 시작했다(Table 4). 특히, 처리한 후 3일부터 청국장 발효균 현탁액 30% 농도에서는 오이 흰가루병 발생이 매우 억제되었으나, 오이 잎이 심하게 황화되는 현상을 보였다(Fig. 3A). 그러나 청국장 발효균 현탁액 처리 15일 후에도 10% 이하의 농도에서는 전혀 약해를 보이지 않았으나 15% 현탁액 처리에서는 약한 약해 증상을 보였고 30% 현탁액 처리에서는 오이 잎이 고사하는 증상을 보였다(Table 4, Fig. 3A).

이러한 약해를 보이는 것은 본 연구결과 표 1에서 청국장발표 72시간 후에 전기전도도(245.1 ds/m)가 매우 높게 나타났는데 일시적으로 높은 전기전도도 등의 영향으로 인하여 진한 농도의 청국장 발효균 현탁액에서 약해를 보인 것 같다.

오이 흰가루병에 대해 우수한 방제효과를 보인 청국장 발효균 현탁액 10%를 4종류의 주요 식물병원균과 대치 배양하여 균사생육억제 정도를 조사하였더니 대치배양 6일 후 고추탄저병(C. gloeosporioides)과 마늘 흑색균핵썩음병(S. cepvivorum)에 대해 각각 24.2 mm와 26.4 mm 내외의 매우 높은 균사생육저지원을 형성하였으며 오이 잘록병(R. sloani)과 오이 역병(P.capsici)에 대해서도 15.4 mm 이상의 균사생육 저지원을 형성하였다(Table 5, Fig. 4).

Mycelial inhibition of 10% Cheonggukjang solution fermented with rice straw against four plant pathogens, Phytophthora capsici, Colletotrichum gloeosporioides, Rhizoctonia solani AG-1B and Sclerotium cepivorum on PDA for six days

Incubation timeMycelial inhibition of pytopathogenic fungi (mm)a

Rhizoctonia solani AG-1BColletotrichum gloeosporioidesPhytophthora capsiciSclerotium cepivorum
2 days5.5 ± 0.69.2 ± 0.55.1 ± 0.711.4 ± 0.8
4 days12.5 ± 0.916.2 ± 0.712.3 ± 1.319.2 ± 1.1
6 days18.4 ± 1.524.2 ± 1.115.4 ± 1.526.4 ± 1.3

aClear zone was measured 6 days after dural culture at 28°C.


Fig. 4.

Antifungal spectrum of 10% Cheonggukjang solution fermented with rice straw against four plant pathogens, Phytophthora capsici, Colletotrichum gloeosporioides, Rhizoctonia solani AG-1B, and Sclerotium cepivorum at 28°C for six days.


유기농업분야에서 오이 흰가루병은 중요한 병으로 이를 방제하기 위해 난황유(Jee 등, 2006), 마요네즈(Kim 등, 2009), 올레산(Lee and Kim, 2014) 등 다양한 방제기술들이 개발되었으며 특히 Bacillus 속 유용미생물을 이용한 오이 흰가루병 방제연구에 대한 결과들이 보고되었다(Lee 등, 2013; Nam 등, 2010; Romero 등, 2004). Hwang 등(2006)은 버섯폐배지로부터 분리한 길항세균이 실내에서 고추 탄저병, 고추역병 등 8종의 주요 식물병원균에 대해 높은 길항력을 보였으며 온실에서도 상추 균핵병의 발병율을 28% 이하로 낮춰주는 효과가 있는 것으로 보고하였으며 이들 길항세균을 동정하였더니 Brevibacillus brevisBacillus stearothermophilus인 것으로 밝혀졌다. 청국장 발효에 관여하는 미생물은 B. brevis(Lee 등, 2005), B. subtilis(Kim 등, 2003; Kwon, 2000), B. licheniformis(Cladera-Olivera 등, 2004; Lee 등, 2005), B. pumilis(Kwon 등, 2004), B. amyloliquefaciens(Kim 등, 2003) 등 다양한 Bacillus 속 세균들이 분리되는 것으로 보고되었으며, Lee 등(2008)은 청국장으로부터 식품위생 세균인 Bacillus cereus의 생육을 억제하는 길항세균으로 보이는 20종의 Bacillus 속 균주를 분리하여 보고하였다.

특히, Kang 등(2006)은 청국장 생산과정에서 미 발효된 콩을 유기농 상추재배 토양에 10일 간격으로 엽면시비 하였더니 퇴비를 처리한 처리구보다 상추의 수량이 10% 정도 향상되는 것으로 보고하였다.

본 실험결과에서는 정제하지 않은 청국장발효균 현탁액만을 처리하여도 오이 잘록병(R. sloani)과 오이 역병(P. capsici) 등 주요 식물병원균에 대해 높은 길항력을 보이는 것으로 보아 청국장발효균 현탁액 내에 유용한 Bacillus 속 세균들이 우점하고 있는 것으로 생각된다. 이상의 결과를 종합해보면, Bacillus 속의 유용 미생물을 다량함유하고 있고 청국장 발효균 현탁액은 4종의 식물병원성 곰팡이에 대해서도 높은 길항력을 가지며 온실에서도 오이 흰가루병에 대한 높은 방제력을 나타내기 때문에 청국장 발효균 현탁액을 유기농 병해 관리용 자재로 농가에서 도 쉽게 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

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September 2018, 24 (3)