무농약 병해충 방제를 위한 농자재 선발 및 개발

[꿈을꾸는농부]

1. 친환경 농업소재의 식물 병 방제활성 검증
 가. 실내 활성 검정
  친환경 농자재의 효능 및 특성을 검정하고 매뉴얼 개발 관련 정보를 얻고자 시판중인 다양한 종류의 농자재를 확보하고 실내 및 포장 실증 실험을 실시하였다. 농자재 선정시 한 작물의 여러 병에 적용할 수 있는 자재를 구하기는 매우 힘들었으며 특히 탄저병 및 역병에 동시에 활성을 갖는 자재를 구하기는 매우 어려웠다. 최근에 개발중에 있는 DAYU사의 MAI 제품의 경우는 역병 및 탄저병에 활성을 갖는 것으로 일차 조사된바 있다.

  본 연구는 1단계, 2단계 연구로 나누어 실시해 왔다. 일차 활성 검정에서 GL (BUI사), MAI (DAYu사)와 TOP (GrBio사) 제품이 높은 항균활성을 나타냈으며 TOP 제품의 경우는 시들음병균인 Fusarium 균에서 보다 고추 역병균 (Phytophthora capsici)에 더 높은 활성을 나타냈다. 제 1단계에서는 친환경 농업소재의 실내 및 포장에서의 병 방제 활성 검증 및 실증 시험을 통한 우수 자재 선발, 2단계에서는 선정된 자재의 병방제 매뉴얼 개발에 활용하기 위한 반복실험 및 농가적용 연구가 포함된다.

 나. 포장시험을 통한 자재 실증 시험 및 매뉴얼 정보 확보
  자재 검증을 위한 포장시험과 관련하여 남평 (청양 고추)을 포함하여 나주 반남 (비가림 고추 품종), 광양(녹광 고추, 단고추) 포장에서 실시하였다. 최근에는 광양 포장의 경우 단고추 포장에서 여러 종류의 친환경 자재를 검증하고 있으며 고추의 본산지인 청양지역의 노지 포장을 대상으로 다양한 병 방제 매뉴얼 정보를 확보해 왔다. 

  4핵심 공동 연구를 위해 설치한 남평 공동 포장에서는 시설재배 무농약 및 관행구 2동을 임대하였으며 고추 (품종: 청양) 전작 재배 과정동안 관행구와 친환경재배구로 나누어 연구를 수행하였으며 시험포장면적은 366.6평 (1,212m²)이며, 재배시설의 환경은 환풍기 (유동팬) 장치, 방충망, 온도 및 습도 자동제어기가 설치되었다. 

  연구실에서 일차 검증을 실시하고 매뉴얼 개발 정보를 확보하기 위하여 친환경 자재를 대상으로 남평 공동 포장에서 검증에 사용한 농자재는 6개 회사 6개 제품이 사용되었다. Top 제품은 Paenibacillus 계통, Qpect는 Ampelomyces quisqualis, Cil은 Bacillus subtilis, Ecoget는 Bacillus subtilis, Mai는 Streptomyces 계통, GL은 천연물 및 미량원소를 함유하고 있으며 특히 마늘, 고삼 등 추출물 성분을 함유하고 있었다. GL의 경우 지금까지의 결과를 종합하면 휘발성 물질이 살충효과와 항균효과를 동시에 보이며 특히 작기 후반에 살충제제로 사용할 경우 내성을 극복하며 높은 살충 효과를 보이는 것으로 나타났다 (자료 부분 제시). 그러나 본 연구에서 마늘 농축액만을 동일 병원균에 처리할 경우 GL 제품에서와 같은 효과가 나타나지 않아 GL의 주요 성분이 마늘에 있지 않음을 알 수 있었으며 일차 분석을 통하여 다량의 고삼유래의 성분이 함유되어 있는 것으로 추정되었다 (자료 미제시). 한편, 공동포장의 관행구에 사용된 약제에 대한 종류 및 성분은 에마멕틴벤조에이트, 이미다클로프리드, 메타락실과 같은 약제가 포함되었으며 주로 충과 곰팡이병 방제를 위한 약제가 대부분이었다. 

  고추 친환경 병 방제 매뉴얼 개발을 위한 전략은 다음과 같다. 유묘기를 거쳐 활착기 까지는 기초 다지기로 칼슘제 등의 충분한 시비가 중요하며, 유묘 초기부터 바이러스병 방제를 위해 매개체인 곤충 및 선충의 억제를 위해 모기장 설치 의무와 충제의 적절한 사용이 중요하며, 정식시 무병 (virus free) 유묘의 사용이 더욱 중요할 것으로 판단된다. 특히 초기 시들음병 (도관시들음병에 의한 포자의 도관내 영양원의 이동 차단) 및 청고병 (세균병) 방제를 위해 항균활성을 갖는 생물제제 등의 꾸준한 시용이 매우 중요할 것으로 판단되었다.

 다. 친환경 자재별 병 방제 활성 연구
  본 연구에서는 친환경 자재 (TOP, MAI, GL 등) 및 자체 개발중인 자재 (BAC-1)를 대상으로 병 방제 활성을 조사하였다. 남평포장에서 분리된 시들음 증상을 갖는 식물조직 (뿌리 및 줄기) 으로부터 시료를 채취하여 분리 동정한 결과 주로 Fusarium 균에 의한 도관시들음병 (vascular wilt) 이었으며 시들음 증상이 나타나기 시작하는 시기에 4종류 (대조구 2개 포함 총 6개 시험구) 의 자재를 대상으로 농도를 공시농도의 2배 이상을 관주 처리하면서 병억제를 조사하였다. BUI사의 GL이 높은 방제 효과를 나타냈고 그 다음으로 Mai가 중간 정도의 방제효과를 보였지만 이랑에 따라 시들음 이병 정도 (severity)가 다 달라 약제 비처리구 (대조구)에서도 병 발생이 적게 나오는 이랑구도 있어 정확한 효과를 판정하기에는 어려움이 있었다.

  한편, 병발생이 심할 경우에는 기존 약제의 농도를 2배 이상으로 처리하여도 효과를 보이지 않았는데 이는 Fusarium 균의 특성상 균의 포자가 식물의 도관을 막기 때문에 (영양) 물질의 이동이 어려워 바로 시드는 것이기 때문에 균 침입에 대한 예방이 매우 중요하다고 사료되었다. Top 처리 구역이 처리 전에도 의외로 병 발생이 심해 높은 수치를 보였으며 본 시험 약제들의 경우 시들음 증상을 보이는 식물에 2배 농도 (기존의 농도에 비해) 로 처리하였으나 방제 효과가 낮았다. 따라서 이러한 약제는 방제 매뉴얼 개발시 병 발생 전에 처리하거나 다른 주 약제와 겸용할 수 있는 보조제 정도의 수준으로 사용될 수 있을 것으로 판단되었다. 한편, 남평포장 이외의 나주포장에서도 CIL, ECOZ 등의 방제활성 검정을 위하여 제제의 8차 처리 후 흰가루병 방제효과를 조사한 결과 각각 65-93%의 방제효과를 나타냈다 (자료 미제시).
a Control 처리구 총 54주, Top 총 64주, Mai 총 63주, GL 총 65주, 무처리구 총 64주, 관행구 약 600주로 1/10로 나눠서 다른 처리구와 비교함.  Top: GrBio사, Mai: DAYU사, GL: BUI사.b NC: Not counted, c NT: Not treated, d C/S: No. of completely wilted pepper/no. of slightly wilted pepper.

2. 고추 병 방제를 위한 미생물 선발 및 적용
 가. 주요 고추병의 발생 분포 조사 및 병원균의 동정
  1) 시들음병 발생포장으로부터 병반 시료 수집 및 병원균의 분리
  정식이후 남평 시험포장에서는 관행구와 친환경 재배구에서 시들음 증상을 갖는 고추 식물체가 자주 발견되었으며 특히 고추 재배 초기에 시들음 증상을 보이는 식물체가 많이 발견되었고 이들 시료에서 분리한 균주별로 형태 및 분자계통분류를 실시하여다수의 병원균을 분류동정하였다. 본 연구에서는 방제 대상이 되는 병을 정확히 진단하고 방제 대상 병원균의 정확한 분리와 동정을 통하여 분리된 병원균은 병 방제 활성 실험 등에 활용하고자 하였다. 식물병을 일으키는 병원균에는 주로 70-80%가 곰팡이 병으로 알려져 있는바 다음과 같은 주요 곰팡이 병에 대해 관심을 갖고 포장시험을 실시하였다. 주요 병으로는 고추 탄저병 (Colletotricum gloeosporioides, C. acutatum, C. coccodes 등), 역병균 (Phytophthora capsici), 흰가루병 (Podosphaera sp.), 꼭지썩음병 (Rhizopus stolonifer), 검은점 열매썩음병 (Phomopsis phaseoli), 잿빛곰팡이병 (Botrytis cinerea), 갈색점무늬병 (Cercospora capsici), 균핵병 (Sclerotinia sclerotiorum), 시들음병 (Fusarium oxysporum)이 있으며, 세균병에는 무름병 (Erwinia carotovora), 세균성점무늬병 (Xanthomonas campestris), 풋마름병 (Ralstonia solanacearum=Pseudomonas)이 있으며, 주요 바이러스병에는 CMV, TMV, pepper Mottle Virus (PepMoV) 등이 알려져 있다. 따라서 연구 대상 병원균은 시험 포장별로 다를 수 있겠지만 주로 피해가 발생하는 포장의 병을 대상으로 방제 및 활성실험에 적용하였다. 연구 결과 시들음 증상을 갖는 이병 부위의 줄기, 지재부, 뿌리 시료에서는대부분 Fusarium이 주종을 이루었으며 Phytophthora 균이 자주 검출되었다.

  2) 다양한 병 발생포장으로부터 탄저병 병반 시료 수집 및 병원균의 분리
  연구실에서는 청양, 반남 등 노지 고추재배지에서 탄저병에 걸린 고추열매에서 수시로 병원균을 분리하여 국내 탄저병의 발생, 약제저항성균 분포 및 우점균의 분포를 조사해오고 있다. 이러한 정보는 병 방제 매뉴얼 개발을 위한 정보로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

  3) 고추 이병 및 건전 식물체로부터 분리된 세균의 다양성 
  본 연구에서는 고추 식물체로부터 건전 및 이병 식물체별로 세균을 분리하여왔다. 분석 결과 Enterobacter spp., Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas mediterranea, Microbacterium testaceum, Bacillus subtilis, 등이 자주 검출되었고 주요 세균병원균인 Erwinia, Burkoholderia, Xanthomonas 등은 본 실험에서는 거의 분리되지 않았다. 시들음 증상을 보이는 고추 뿌리 및 줄기로부터 분리된 세균류에는 주로 Enterobacter와 Pseudomonas균이 차지하였으며 건전 잎으로부터 분리된 내생세균으로는 Microbacterium 이나 Bacillus subtilis균 등이 주로 분리되었다. 이들 중에는 길항을 보이는 균주도 자주 발견되어 미생물제제로 개발 될 수 있음을 시사하고 있다. 한편, Pseudomonas mediterranea균이 시들음 병반 부위로부터 자주 검출되는바 기존의 P. solanacearum (=Ralstonia) 등과는 다른 종으로서 그 발생에 대해 좀 더 연구가 필요하다고 판단되었다.

  4) 역병, 2차 감염, 기타 생리장해
  한편, 본 연구에서는 노지재배 고추에서에서 주로 발생하는 역병균 감염 포장에서 역병균을 분리하여 왔으며 역병 발생이후에 2차 감염이 자주 발생함을 확인하였다. 한편, Ca제 결핍 증상 (일명 배꼽썩음병)을 보이는 고추 열매를 자주 관찰하고 매뉴얼 개발시 칼슘제의 결핍을 막기 위한 정식전 후 충분한 칼슘제의 처리, 엽면시비의 필요성을 확인하였으며 특히, 칼슘장해에 의한 배꼽썩음병 발생 이후에 Alternaria 등에 의한 2차 감염이 우려되기 때문에 지속적인 친환경 자재의 사용을 통한 추가 감염을 억제하는 노력이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

 나. 자체 개발중인 식물병 방제용 미생물 제제의 효능 시험
  본 연구실에서는 일차 스크리닝 연구를 통하여 활성을 보인 수개의 Bacillus 균주를 선발해 왔으며 시설하우스 포장에서 하우스내 흰가루병 방제활성 포장 실증 시험을 실시한 결과 Bacillus spp. 균주가 애호박 흰가루병 (Podosphaera)에 대해 높은 희석 배양체에서도 90-95%의 높은 병방제가를 보였으며 in vitro 시험에서도 고추탄저병 (Colletotrichum gloeosporioides)에 대해서도 활성을 보여 복합활성 (dual activity)을 갖는 생물학적 방제제 (biocontrol agent)로서의 산업화 잠재성을 확인하였다 (활성사진 미제시).

BAC-1의 경우 타 제품에 비해 높은 방제가를 보여 미생물살균제로서의 개발 잠재성을 확인하였다. 본 연구에서는 시설하우스의 경우 자동 온습도계를 이용하여 병발생과 환경과의 상관성을 염두에 두고 실시하였다. BAC-1을 포함한 활성균주의 분자계통도는 그림 9에 나타낸바와 같이 16S rDNA에 기초한 분자계통분류를 실시한 결과 모두 Bacillus spp.로 동정되었으며 현재 특허 출원준비 중에 있다. 본 연구에서는 BAC-1의 경우 고추 흰가루병에 대한 방제 효과를 조사한 결과 처리 초기에는 매우 높은 방제가 (최고 89%)를 보이다 흰가루병이 대발생하는 6-7월의 경우에는 30-49%까지 차차 떨어지는 경향을 보였다.

결과를 종합하면 미생물농약이 기존의 합성 농약에 비해 효과가 훨씬 떨어지지만 병 발생 초기에 또는 다른 약제들과 혼합하여 처리한다면 병 방제효과를 높일 수 있으므로 친환경 농업 (무농약 재배) 차원에서 효과적으로 활용할 필요가 있다고 판단된다. 차년도에는 선발된 활성균주의 배양법 연구, 식물생장 촉진능 조사, 생물제제 개발에 필요한 다양한 균주 특성에 관한 연구를 진행하고 있다.

연구성과 활용실적
가. 영농활용 및 기술지도 
 ○ 4핵심 연구팀이 담당한 남평 공동포장 (이화철, 김상원 등 농가; 면적 1,212㎡)과 광양시 5개 친환경 선도농가 (김승기, 김윤구, 서병호, 유상남, 황영기 농가; 면적 23,472㎡)를 대상으로 친환경 농자재의 활성 검정 및 기술지도를 실시함.

기대효과 및 향후계획
가. 기대효과
 ○ 식물병 방제를 위한 친환경 농자재의 검증 및 발굴을 통한 친환경 농업 확대
 ○ 친환경 농자재의 특성 규명 및 병 방제 활성검정 기술의 확보
 ○ 친환경 자재를 이용함으로서 농산물의 안전성 제고 및 농업생태계의 보호
 ○ 고추 병 방제용 매뉴얼 작성 가능
 ○ 환경친환적 미생물농약 개발 관련 기술 확보 및 균주 특허권 확보

나. 향후계획
 ○ 고추 병 제어를 위한 친환경 농자재의 활성 평가 및 선발 
 ○ 고추 병 방제 매뉴얼 개발을 위한 정보 확보 및 작성
 ○ 고추 병 방제용 미생물제제 개발