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식물병원체의 종류와 곰팡이의 실체
1, 식물병원체의 종류
1) 미생물(microorganisms)
육안으로 잘 보이지 않는 크기가 작은 생물체로서 세균(bacteria), 곰팡이(fungi), 조류(algae), 원생생물(protozoa) 등이 미생물의 범주에 포함된다. 미생물은 지구 생태계에서 먹이사슬의 가장 밑에 위치하여 탄소, 질소, 산소 등의 원소순환에 매우 중요한 역할을 하지만 일부 미생물은 동물 및 식물에 병을 일으킨다. 바이러스(virus) 및 바이로이드(viroid)는 세포가 아니기 때문에 미생물이 아니지만 기주세포에 기생하여 증식하고 병을 일으키는 방식이 미생물과 유사하여 미생물의 범주에 포함시킨다.
2) 세균(bacteria)
매우 작고 단순하며 원핵세포(prokaryote)의 단세포생물(unicellular)이다. 크기는 0.2-2.0㎛ x 2-8㎛이며 구형, 막대형, 나선형, 부정형의 다양한 형태를 취하고 있으며, 일부 세균은 집합체를 형성하거나 실모양의 균사 형태로 자라기도 한다. 세균은 한 개의 세균이 두 개로 나뉘는 이분법(binary fission)으로 증식한다. 일부 균사형태로 자라는 세균은 균사 끝에 포자를 형성하기도 한다. 지금까지 약 1,600여 종(種, species)이 보고되어 있으며, 그 중에서 약 160여 종이 식물에 병을 일으키는 것으로 알려져 있으나, 새로운 종의 발견 및 새로운 분류법으로 전체 종수 및 식물병원 세균 종수는 꾸준히 증가하고 있다.
3) 곰팡이(fungi)
진핵생물(eukaryote)로 단세포(unicellular) 혹은 다세포생물(multicellular)이다. 단세포 곰팡이인 효모의 경우 둥근 구형이지만 대부분의 곰팡이는 가늘고 긴 실모양의 균사(hyphae)의 집합체인 균사체(mycelium)로 구성되어 있다. 무성생식(asexual reproduction) 혹은 유성생식(sexual reproduction)을 통해 증식하며, 이 과정에서 다양한 포자(spore)를 형성한다. 10만 종(種, species) 이상의 곰팡이가 알려져 있고, 이 들의 대부분은 부생균(사물기생균, saprophyte)이지만, 약 50종이 인간과 동물에 병을 일으키고 10,000 종 이상의 곰팡이가 식물에 다양한 병을 일으킨다.
4) 바이러스(virus)
바이러스는 매우 작아서 광학현미경으로 볼 수 없으며 전자현미경으로 관찰이 가능하다. 바이러스는 세포가 아니며(acellular), 유전물질인 핵산을 단백질 외피(coat)가 싸고 있는 단순한 구조를 가지고 있어 흔히 입자(particle)라고 부른다. 일부 바이러스는 외피단백질 밖을 지질 막(envelope)이 싸고 있다. 바이러스는 자체로는 증식이 불가능하며 기주세포(host cell)내에서만 증식이 가능하여 모든 바이러스는 절대세포기생체(obligate cellular parasite)이다. 지금까지 2,000 종류의 바이러스가 알려져 있고, 그 중 거의 절반이 식물에 병을 일으킨다.
5) 바이로이드(viroid)
단백질이나 막으로 둘러싸여있지 않는 매우 작은 RNA(250-370 뉴클레오티드로 구성된 구형 혹은 선형의 RNA 분자)로 식물세포를 침입하여 복제하고 병을 일으킨다. 지금까지 동물이나 사람에게는 병을 일으킨다는 보고는 없으며, 약 40가지 식물병이 바이로이드에 의한 병으로 알려져 있다.
6) 식물병원선충(plant pathogenic nematode)
선충은 미생물에 속하지 않고 동물에 속하며 지렁이 모양이나 분류상 지렁이와는 완전히 다르다. 길이는 0.3-0.4 mm ~ 4 mm 이고 직경은 15-35 ㎛로서 짧은 직경 때문에 육안으로 관찰되지 않고 현미경으로 관찰 할 수 있다. 선충은 긴 뱀장어 모양으로 몸통은 둥글고 매끄러우며 몸통에 분절이나 다리, 그리고 다른 부설기관이 없다. 일부 암컷의 경우 성숙하면 둥근 구형 혹은 배(pear) 모양을 갖는다.
7) 편모충류(flagellate protozoa)
원생생물계(protozoa), Trypanosomatidae과에 속하는 편모충류가 식물에 기생하여 병을 일으킨다고 여러 번 제안되었으나, 이 기생체가 순수분리 되지 못해 아직 완전하게 식물병원체로 인정받지는 못하고 있다.(출처: 난과함께)
2, 춘란과 곰팡이의 실체
난에 생기는 병의 대부분은 곰팡이병이다. 썩음병, 탄저병, 흑점병, 흑반병, 수병을 비롯하여 백견병, 회색곰팡이병, 흰가루곰팡이병 등이 있으며, 곰팡이병의 실체에 대해서 알아보기로 하겠다. 현재 지구상에서 생활하고 있는 동.식물의 종류는 200만종 이상으로 알려지고 있으며, 규칙에 의한 연쇄작용을 일으키면서 생활하고 있다. 사람의 육안으로 직접 관찰할 수 없고 현미경만으로 관찰이 가능한 작은 생물을 미생물이라 하며, 자연계에 존재하는 모든 유기체를 최종적으로 탄산가스와 암모니아 혹은 질소 등의 기체로 분해. 환원하는 생물집단이 곰팡이균류이다. 생물간에는 먹어 치우는 것과 먹이가 되는 관계가 형성되어 있어, 미생물 세계에서도 동물계에서와 같은 약육강식의 복잡한 관계를 형성하고 있다. 곰팡이란 세균 중에서도 단세포 또는 균사라는 실 모양의 세포체로 된 균류의 총칭이며, 영양생장하고 있을 때는 균사 모양을 하고 있으므로 학문적으로는 실 모양으로 생겼다고 해서 사상균이라 부르고 있다.
1) 버섯은 곰팡이균의 자실체
일반적으로 균류는 곰팡이와 버섯의 2종류로 나눌 수 있으나 버섯은 원래 그 생활사 중에 생기는 번식을 위한 기관인 자실체를 말하는 것으로, 자실체를 형성하지 않는 동안은 곰팡이로 취급한다. 곰팡이는 조균류 5,000종, 불완전균류 15,000종으로 분류하며, 그 중 버섯의 형성이 명확한 것은 자낭균류의 일부와 담자균류가 대부분이고, 기타는 모두 30,000종 정도의 곰팡이로 취급한다. 곰팡이는 대부분이 가늘고 긴 세포가 이어진 모양이고 다핵, 단핵, 2핵으로 구성되어 있으며, 세포는 뚜렷한 세포막을 가지고 있으며 격막의 유무, 우성포자의 형성방법에 따라 분류한다. 곰팡이의 생식 방법에는 무성번식과 유성번식이 있으며, 무성번식을 하려면 포자를 형성하는데, 포자의 종류에는 유주자낭이라는 낭 내에서 생겨 성숙한 후에 분산하는 분생자, 균사의 끝이나 분지상에 생기는 분생자, 균사의 일부가 그대로 갈라져 생기는 체포자, 세포에서 싹이 터져 생기는 출아포자 등이 있다. 유성생식에는 헤엄치는 세포와 세포가 합착하는 배우자접합, 한쪽의 낭 내에 머물러 다른 운동성의 세포와 합착하는 난자접합, 알을 낳는 생란기와 정자를 가지는 조정기가 직접 붙거나 균사의 일부에 배우자낭이라는 생식 세포로 낭이 생겨 그것이 직접 합착하는 배우자낭접합 등 여러 단계가 있으며, 특히 자낭균류에서는 성이 틀리는 균사와 균사가 합착한 후에 자낭이 생겨 유성생식을 완결한다. 단자균류도 성이 다른 것끼리 만나 2핵의 세포를 만들고 최후에 담자기를 만들어 유성생식을 완결한다. 자낭균류 중에는 자낭을 만들 경우에 발달한 자실체를 형성하는 것이 많으며, 사상균은 생식 생장기에 포자를 만들어 내는 자실체가 생기는데, 이 자실체는 직경이 30cm나 되는 버섯이라 불리우는 기관을 만들어 내기도 하며, 방출된 포자는 현미경이 아니면 관찰할 수가 없을 정도로 미세하다. 곰팡이류에는 갈색, 홍색의 균사를 가지는 것, 황색이나 녹색 등 여러 가지 색의 포자가 생기는 것 등이 있는데, 이러한 색소 중에 엽록소처럼 광합성에 관계하는 것은 없다. 모든 곰팡이는 광합성을 할 수 없으므로 생장에 필요한 물질이나 에너지를 이미 형성되어 있는 유기물에 의존한다. 이런 이유로 모든 곰팡이는 동식물 또는 다른 균류에 기생하거나 다른 생물의 시체나 배설물에 부생하여 살아간다.
2) 식물과 곰팡이
그런데 우리 주변에 있는 모든 식물은 모두가 단독으로 살아가지 못한다고 말할 수 있다. 이들 식물은 곰팡이균인 미생물과 깊은 관계를 가지고 생활을 하고 있으며, 식물 조직에 미생물이 기생함으로 적지 않은 변화를 일으키며, 기생이라 하면 일반적으로 대형식물에 소형 생물이 달라붙어서 식물로부터 곰팡이가 살아가기 위한 영양원을 흡수하는 상태를 말한다. 식물과 공생하는 미생물이 있는가 하면, 숙주인 식물에 기생하여 식물에 해를 입히고 나아가서 고사시키는 미생물도 있다.
특정한 변화를 일으켜 해를 입히는 경우 원인 생물이 미세한 생물인 경우 이를 병원균이라 부르며, 숙주 생물은 병에 걸렸다고 한다. 식물이 미생물과 접촉하는 부위는 지상부만이 아니라 토양 중의 뿌리 주위에서도 접촉하고 있으며, 지상부의 미생물을 엽상미생물이라 하고, 토양미생물은 근권미생물과 균근형성균으로 나누고 있다. 식물은 많은 미생물과 공생하고 있으며, 그중 특정한 미생물에 의해 피해를 입는 경우도 있다. 그렇다면 미생물이 체내에 들어온 식물은 미생물에 대해 어떠한 반응을 보일까? 식물은 동물과는 달리 한번 뿌리를 박으면 대부분 이동할 수가 없으며, 따라서 발아한 장소에 고정하여 살아가는 능력을 가지고 있어, 식물이 병원균의 공격을 받거나 침임을 감지하더라도 장소를 옮기지 못하는 대신 미생물이 싫어하는 새로운 화학물을 생성해 내기도 하여, 공격으로 입은 상처를 치유하기 위한 물질을 분비하기도 하고, 심지어는 침입을 받은 세포만 죽여 다른 세포로의 만연을 제지하는 과민반응사를 하기도 한다. 식물 주위에 존재하는 많은 미생물 중에서 박테리아나 바이러스 등의 미생물이 식물과 관계를 가지는 것은 대부분 토양을 사이에 두고 일어난다. 한편 포자를 형성하는 곰팡이는 공중에서도, 토양 중에서도 관계를 가지고 있으며. 유주자라 불리는, 토양 중에 존재하는 곰팡이의 포자는 물속에서도 헤엄칠 수가 있다. 따라서 엄밀하게 말해서 공중에서 식물과 관계를 가지는 곰팡이와 토양 중에서 관계를 가지는 곰팡이는 종류가 다르다는 것을 알수있다.
3) 미생물의 침입을 막는 잎의 구조
공중으로 곰팡이가 식물에 침입하는 시기와 방법에 대해 살펴보겠다. 식물 잎 위에는 바람으로 운반되어 오는 많은 미생물과 포자가 존재하여, 수많은 미생물이 있지만 그 중에서도 식물과 관계를 가지는 미생물은 생각만큼 많지 않다. 식물에 기생하는 곰팡이 종류는 식물의 종류에 따라 또 계절에 따라 바뀌며, 잎 위에 떨어진 곰팡이의 포자가 식물과 관계를 가지기 위해서는 우선 잎을 통해 세포 속으로 침입해 들어가야 하는데, 식물의 잎 표면은 미생물이 침입하는 것을 막는 구조로 되어 있다. 잎 표면에는 털이 나있어서 잎 위로 떨어진 곰팡이의 포자는 직접 잎과 접촉할 수 없도록 되어 있으며, 그렇지만 미생물은 이를 이용하기도 한다. 포자는 실모양의 털 구조물에 감아 붙어 털을 통해 침입한다. 잎에 왁스(펙틴질)라 불리우는 보호물질을 가지고 있는 식물이 있는데, 우리가 배양하는 춘란 동양란 등 난이나 동백나무 잎에는 왁스가 많은 편이다. 이러한 잎에 침입하는 균은 전개된 지 얼마 되지않은 부드러운 잎에 기생하게 되는데, 이는 보호물질인 왁스층이 아직 많이 쌓이지 않아 침입하기 용이하고 쉽기 때문이다. 이와 같이 식물은 식물대로 보호수단을 진화시키고 있는 반면, 병원성균도 식물보다 나은 능력을 개발하여 종이 존속해 나갈 수 있도록 식물을 공략하는 수단을 강구하고 있는 것이다. 식물의 잎은 구조적인 면에서 가장 약한 부분이 잎 뒷면에 존재하는 기공인데, 바로 숨을 쉬기 위해 여닫이 역할을 하는 기공을 공략 당하면 질병에 쉽게 걸리는 경우가 생긴다 그래서 살균 살충시 잎 뒷면으로 묻게 하여야 하는 것이다. 기공은 식물체에서 남아도는 물을 증산시키고, 광합성의 기본물질이 되는 탄산가스를 흡입하는 역할을 하고 있으며, 기공을 여닫는 메커니즘은 식물체의 상태나 외적 조건에 따라 다 다르다. 기공이 계절적으로 위험한 상태에 놓일 경우가 있는데, 이는 공중습도가 높아지는 시기이므로, 남아도는 수분이 쉽게 기화하지 못하고 물방울 형태로 기공주변에 부착하게 되는데, 이렇게 되면 몹시 위험해진다. 많은 미생물이 기공을 통하여 식물체내로 침입하는 경우, 기공 주변의 물방울을 이용하여 이동하는 경우가 대부분으로, 장마철이 지난 다음에 식물에 병이 많이 발생하는 이유가 여기에 있다. 특히 춘란등 농작물에 큰 피해를 입힌다.
4) 잎의 생리와 곰팡이
식물의 잎 표면에 부착하는 미생물은 잎의 생장단계에 따라 달라진다. 일반적으로 어린잎에는 미생물의 종류가 적으며 균수도 적으나, 점점 잎이 생장해 갈수록 종류가 다양해지고 균수도 증가한다. 그리하여 잎이 노랗게 황변하거나 고사하는 시기가 되면 종류나 균수가 최대로 많아지게 된다. 이와 같이 잎의 생리적 활성과 곰팡이와는 큰 관련이 있으며, 잎이 어릴 때는 활동이 왕성하고 또한 분비하는 화학물질의 양도 가장 많기 때문에 곰팡이의 종류나 수는 적다. 잎이 분비하는 물질 중에는 병원성 균의 영양원으로 이용되는 화학물질과 더불어 다른 미생물의 생육을 억제하거나, 사멸시키는 화학물질이 있다. 잎에서 분비하는 분비물질의 양은 기후적인 조건에 따라 크게 달라지지만 일반적으로 어린잎 쪽이 분비능력이 뛰어난다고 학자들은 보고 있다 . 그러나 미생물 중에는 어린잎에서 분비하는 화학물질에 영향을 받지 않고 어린잎이 나오는 시기에만 기생하는 것도 있으며, 어린잎은 조직이 연약하기 때문에 비바람이나 곤충 등의 접촉으로 쉽게 조직이 상하여 미생물의 침입이 쉬워진다. 잎 표면에 떨어진 미생물은 스스로의 영양원 내지 발아 촉진물을 잎에서 분비되어지는 화학물질에 의존하지 않으면 안되는 만큼, 잎의 분비물과 곰팡이와의 관계는 몹시 중요한 요건이 되고 있으며, 따라서 식물병원균은 영양적인 좋지 않은 조건 하에서 미량의 화학물질이라도 민감하게 반응하는 성질이 있다. 그러면 잎 표면에 떨어져도 발아를 자극하는 화학물질을 분비하지 않을 경우 곰팡이의 포자는 어떻게 되는 것일까. 불행하게도 자기의 숙주가 될 식물 이외의 잎에 떨어진 포자는 잎이 시들어 땅 위에 떨어질 때까지 기다리거나, 바람이나 새의 도움을 받아 목적하는 식물에 옮겨질 때까지 기다려야 한다. 이와 같은 조건을 견디기 위해 많은 곰팡이는 내구자 또는 휴면포자의 상태로 공중을 옮겨 다녀야 하며, 이 때문에 어지간해서는 죽지 않는 성질을 가지고 있다. 목적하는 식물의 잎에 떨어진 곰팡이의 포자는 비가 오거나 바람이 불어도 잎 표면에서 떨어지지 않도록 부착기라 불리우는 기관을 형성하여 잎 표면에 고착하게 되며, 이 부착기를 형성할 수 있도록 자극하는 물질도 잎이 분비하는 물질 중에 존재하지만 그 구조가 밝혀진 것은 극소수에 지나지 않으며, 대부분이 미지수이다. 잎 표면에 고착한 곰팡이 포자는 잎의 세포 내에 침입하기 위해 발아관을 뻗게되는데, 통상의 균사보다도 가는 균사를 세포와 세포 사이의 틈에 주입시킨다 그리하여 침입한 균사는 세포내에서 통상의 균사가 되고 자라기 시작한다.
5) 난균과 곰팡이
식물 뿌리에도 곰팡이균이 붙는데 뿌리 속에 미생물이 들어가더라도 식물에 병이 생기지 않을 경우 균과 뿌리가 함께 있다는 뜻으로 균근이라 하며, 균근을 형성하는 곰팡이균을 균근균이라고 하는데, 난이 곰팡이와 함께 살고 있다고 하면 기묘하게 생각되겠지만 큰 생물과 작은 미생물이 공생하면서 서롭 돕고 돕는 현상은 자연계에서는 결코 특별한 것이 아니다. 난균(균근균)은 몹시 미세하므로 난 뿌리 속이나 배양토의 표면에서 찾아보려 해도 육안으로는 볼 수 없으며, 현미경이라야 확인할 수 있다. 뿌리 주위나 표면에 뻗고 있는 균근균의 균사는 근피를 통하여 뿌리 속으로 들어가게 되는데, 뿌리 속에 들어간 균사는 둥글게 자라며 어느 정도 자라면 생장을 중지하고 차츰 사그러든다. 사그러든다는 것은 균근균의 균사 내용물이 난 세포 속으로 흡수된다는 것이며, 균사의 내용물에는 단백질, 아미노산, 비타민류가 함유되어 있으므로 난은 다른 식물이 뿌리에서 얻을 수 없는 양분을 균근균을 통해 얻고 있는 셈이 되며, 균근균과 난균은 좋은 파트너 관계를 유지하고 있는 것이다. 호기성 균근균을 보호하기 위해서는 분 속의 환경을 좋게 해주어야 한다. 통풍이 잘되지 않기라도 하면 혐오성 균이 발생하여 호기성 난균을 잡아먹거나, 호기성균에 해로운 독소를 뿜어내어 난균이 살아가는 데 어려운 환경을 조성하게 되어 결국에는 난의 생장이 중지되는 것으로 보여진다.
6) 식물의 대응과 방제
잎에 곰팡이의 포자가 붙거나 발아하여 식물의 조직 일부가 해를 입게 되면 피해를 최소한으로 막거나 상처를 치유하려는 반응을 하는데, 병원균인 곰팡이가 침입하면 식물은 곰팡이에 대응하기 위해 물질을 생성 축적하게 되고 이 물질을 파이트알렉신이라 부른다. 그리고 식물이 파이트알렉신을 만들도록 유인하는 곰팡이의 분비물을 에리시터라 부르며 에리시터의 존재를 어떻게 감지하고, 파이트알렉신을 생산하도록 지시하는가에 대한 것은 아직도 밝혀지지는 않았지만 식물은 외부로부터 물질적인 자극을 받으면 세포내의 지시와 연결하는 수단을 가지고 있는 것만은 틀림없다. 난과식물은 공기를 좋아하므로 난실의 통풍을 원활하게 하는 환경을 조성해 주어야 하며 난분 내부도 굵은 식재를 사용하여 뿌리 주변의 공기 소통을 원활하게 해주어야 호기성 곰팡이균의 활동을 돕게 된다. 곰팡이균이 생육할 수 있는 최저온도는 20~30℃이며 습도를 선호하는 만큼 온도와 습도가 높은 여름에 활발한 활동을 한다. 따라서 호기성 난균과 공생하는 난과식물은 혐기성 곰팡이균의 활동을 억제하고 난과식물은 혐기성 곰팡이가 유기체를 분해할 때 발생하는 화학물질(곰팡이 냄새 등)을 제거하는 조치를 취해주는 것이 바람직하다. 일반적으로 잎에 일어나는 탄저병이나 흑점병, 수병 등 곰팡이에 의해 일어나는 병은 육안으로 확인 할 수 있으며 다이젠M, 톱신M, 벤레이트, 다코닐, 만고지 등의 살균제로 대부분 방제할 수가 있다. 그러나 분 속에서 생기는 회색곰팡이병, 흰색곰팡이병, 백견병 등 하얀 균사를 뻗는 곰팡이병은 대부분 고약한 냄새가 나며 완전 방제가 몹시 어렵고 난이 고사하는 확률이 높다. 시중에 판매되는 난석에는 눈에는 보이지 않지만 곰팡이의 포자가 부착되어 있으며 조건이 갖춰지면 난석에 만연하게 된다. 옛날에는 3~4년에 한번 분갈이를 하면 된다고 했으나 현재는 분갈이를 1년에 한번 내지 반년에 한번 하도록 권장하는 것도 곰팡이균의 번식을 조기에 막아보자는 뜻이 담겨져 있다. 그리하여 공생균인 트리코더마 와 스토팡등 미생물제재의 사용을 고려하여 보는 것도 좋은 방법일수 있다.
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수고 하셨습니다.
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잘배우고 갑니다