유용미생물처리가 토마토 수량 및 과실 성분에 미치는 영향

서 론

안전한 먹을거리에 대한 관심 증가와 지속가능한 농업을 위해 미생물을 활용한 친환경농업에 대한 연구와 투자가 이루어져 국내 미생물 시장도 급격하게 성장하고 있다. 다양한 유용미생물(Bacillus sp., Lactobacillus sp., Saccharomyces sp. 등)에 대한 농업적 효과가 검증되면서 시설재배지 중심으로 유용 미생물 수요가 증가하여 전국에 미생물을 보급하는 시 ․ 군 농업기술센터가 2016년 134개 지역으로 증가하였다 (RDA, 2016). 단일 미생물은 종류에 따라 작물생장 촉진, 병해충 방제, 토양개량, 품질향상 등 기능적 분류가 가능하지만, 현재 생산되어 보급되는 유용 미생물들은 대부분 세균, 젖산균, 효모를 혼합한 EM(Effective Microorganisms)으로 미생물 사용에 대한 효과를 명확하게 구분할 수 없다. 그리고 유용미생물의 작물에 따른 처리 효과 검증이 부족하여 제대로 된 미생물 처리 효과를 얻지 못하는 것이 문제되고 있다. 따라서 효과가 검증된 미생물에 대해 작물별 사용방법을 적립하여 농가에서 안정적으로 사용할 수 있는 사용법 개발이 필요한 상황이다. 본 연구는 내열성 및 내염성을 함께 가지고 있어 불량 토양환경에 대한 적응능력이 뛰어나며, 뿌리에 침투하는 식물병원균을 효과적으로 억제하고, 식물생육촉진 효과도 검증된 Bacillus subtilis S37-2 균주(Kwon et al., 2007)를 시설재배지에서 효과적으로 활용할 수 있는 처리 방법을 개발하고자 하였다. 대상작물은 2018년 기준 1인당 연가소비량이 7.1 kg, 2015년 기준 생산액이 9,850억 원으로 전체 농업생산액의 2.2%를 점유(KOSIS, 2018)하여 안정적 소비층이 확보되어 있는 토마토를 선정하였다.

재료 및 방법

결과 및 고찰

Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액 처리가 토마토 재배 토양에 미치는 영향을 조사하기 위하여 시험 전 토양과 수확 후 미생물 처리 토양을 채취하여 화학성분을 분석하였다(Table 1). 시험 전 토양의 pH는 7.0, EC는 4.01 dS m⁻¹ 정도이고, 유기물 함량은 7 g kg⁻¹, 유효인산 함량은 129 mg kg⁻¹으로 유기물함량과 유효인산 모두 시설토양의 적정범위보다 낮았다. 토마토 수확 후 처리구별 토양을 분석한 결과, 시험 전 토양에 비해 Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 처리한 토양에서 전기전도도(EC)는 감소하고, 유기물과 유효인산 함량이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 미생물혼합제제를 토양에 처리했을 때 토양비옥도가 개선된다(Ryu et al., 2012)는 결과와 비슷한 경향을 나타냈으나, Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액 처리농도별 처리 방법간에는 유의차가 인정되지 않아, 상추에 Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 관주처리 했을 때 농도 차이에 따른 화학성분은 영향을 받지 않는다(Heo et al., 2016)는 결과와 유사한 경향이었다.

Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 1.0×10⁷ CFU mL⁻¹ 과 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 희석하여 7일 간격으로 5회 관주와 엽면처리로 나누어 처리한 후 생육과 수량 그리고 상품과율을 조사하였다. 처리농도별 처리 방법 간 초장 변화는 유의성이 인정되지 않았으나, 경장은 Bacillus subtilis S37-2 현탁액을 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 엽면처리구에서 무처리 대비 0.9 mm 굵어지는 경향을 나타내었다. 이 결과는 Bacillus subtilis 균주를 이용하여 토마토에 대한 생육촉진 및 병 저항성 활성을 평가한 결과, 토마토의 초 장, 잎의 크기 등 생육 촉진효과를 나타냈다는 Park et al.(2010)의 결과와 유사한 경향이었다.

Fig. 1. Growth characteristics of tomato by Bacillus subtilis S37-2 treatment methods.

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Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액 처리농도 및 처리방법에 따른 수량변화는 Fig. 2와 같다. Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 처리하였을 때 대조구 대비 3~16% 증수되었는데, 엽면 처리구가 관주 처리구보다 수량이 더 증가하는 경향을 나타냈다. 1.0×10⁷ CFU mL⁻¹ 농도로 엽면 처리하였을 때 4,977 kg 10a⁻¹으로 대조구 대비 16% 수량이 증가되었고, 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 엽면 처리 시 4,750 kg 10a⁻¹로 대조구 대비 14%의 수량이 증가되었다. 상추에 Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 정식 후 5일 간격으로 3회 관주에 처리하였을 때 무처리에 비해 29%의 수량증대 효과가 있다(Heo et al., 2016)는 연구 결과와 비슷한 경향을 나타내었다.

Fig. 2. Yield characteristics of tomato by Bacillus subtilis S37-2 treatment methods.

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Bacillus subtilis S37-2 현탁액 처리농도 및 처리방법에 따른 토마토 과실 특성은 Fig. 3 및 Fig. 4와 같다. Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 토마토에 처리하였을 때 대조구 대비 배꼽썩음병은 4.7~6.0 % 감소하였고, 열과는 0.4~3.7% 감소하였다. 배꼽썩음 병과 열과 등의 비상품과 비율이 감소하면서 대조구 대비 Bacillus subtilis S37-2 현탁액 처리구의 상품과율 비율은 5~10% 증가하는 경향을 나타내었다. Bacillus subtilis S37-2 현탁액을 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 정식 후 7일 간격으로 5회 엽면살포 해주었을 때 상품과율이 대조구 대비 10% 향상되었다. 배꼽썩음병의 원인은 칼슘 부족이 원인이므로 수확기 토양에서 대조구에 비해 칼슘함량이 높아진 것과 상관관계가 있을 것으로 판단된다.

Fig. 3. Productivity of tomato by treatment with Bacillus subtilis S37-2.

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Fig 4. Characteristics of tomato by Bacillus subtilis S37-2 treatment methods.

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Bacillus subtilis S37-2 현탁액 처리농도 및 처리방법에 따른 토마토 기능성 물질과 항산화 특성은 표 2와 같다. Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 희석하여 정식 후 7일 간격으로 5회 엽면처리한 결과, 대조구보다 당도가 0.5 °Bx 높아졌고, 기능성물질인 라이코펜과 비타민 C 함량도 유의적으로 증가하였고, 항산화 활성을 나타내는 DPPH 라디컬 소거능도 가장 높게 나타났다. 미생물제 엽면처리가 토마토 배꼽썩음병 발생이 억제되어 총수량이 증가하는 효과를 보였고, 토마토 과실의 산 함량을 제외한 가용성 고형물, 당 및 비타민 C 함량이 높게 나타나 품질을 향상시키는 결과를 얻었다(Jeong et al., 2005)는 결과와 유사한 경향을 나타내어 Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액 처리가 토마토 품질향상에 효과를 나타내는 것으로 판단되었다.

적 요

본 연구는 생육촉진과 항진균 효과가 검증된 Bacillus subtilis S37-2 균주를 시설토마토 재배에 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 개발하기 위해 수행하였다. Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 처리한 토양이 시험 전 토양보다 전기 전도도(EC)는 감소하고, 유기물과 유효인산 함량이 증가하는 경향을 보였다. Bacillus subtilis S37-2 현탁액 처리 시 대조구에 비해 경장이 굵어지고 3~16%의 수량이 증수되었다. 또한 배꼽썩음병은 4.7~6.0% 감소하였고, 열과는 0.4~3.7% 감소하여 상품과율 비율은 5~10% 증가하는 경향을 나타내었다. 기능성 물질 및 항산화 활성은 Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 희석하여 엽면처리한 시험구가 대조구보다 당도가 0.5°Bx 높아졌고, 기능성 물질인 라이코펜과 비타민 C 함량도 유의적으로 증가하였으며, 항산화 활성을 나타내는 DPPH 라디컬 소거능도 가장 높게 나타났다. Bacillus subtilis S37-2 균주 현탁액을 시설토마토 재배에 처리할 때는 1.0×10⁶ CFU mL⁻¹ 농도로 희석한 후 토마토 정식 후 7일 간격으로 5회 엽면처리 한 결과, 생육이 촉진되고 품질도 향상되는 경향을 나타내었다.