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ISSN : 2508-7673(Print)
ISSN : 2508-7681(Online)
Journal of People Plants and Environment Vol.15 No.4 pp.273-280
DOI :

근권 미생물 관주가 분화용 시클라멘의 생육 및 화색에 미치는 영향

김유선1*, 이유림2
1*삼육대학교 환경그린디자인학과, 2청심국제고등학교

Effects of Rhizosphere Microorganisms Drench on Growth Development and Flower Color of Potted Cyclamen

Yoosun Kim1*, Yoolim Lee2
1*Dept. of Envir. Green Design, Sahmyook Univ.
2Cheongshim International Academy
Received on June 22, 2012. Revised on August 22, 2012. Accepted on August 24, 2012

Abstract

This paper aims to analyze the impact of a biweekly microbial media drench on the growth and flower color of Cyclamen persicum usingPhotosynthetic bacterium, Bacillus subtilis, and Lactobacillus plantarum. Microbial drenching protected plants from high temperatures.Also, the number of flowers increased with increasing the amount of drenched microbial solution. Flowers with microbial drenches havemore vivid coloring compared to those without. Microbial drenches therefore had measurable influences on plants. However, the resultswere different based on the types of microbial media drenches and nutrient accumulations. Therefore, follow-up studies will be focusingon the kinds of microbial media drenches and proper nutrient ratios for growth and development.

Ⅰ. 서론

8. 근권_미생물_관주가_분화용_시클라멘의_생육_및_화색에_미치는_영향.pdf2.02MB

시클라멘(Cyclamen persicum)은 유럽뿐 아니라 우리나라에서도 인기가 높고 수요가 많은 대표적인 분화식물이다(Park and Kim, 2010). 시클라멘은 앵초과에 속하는 구근류로 원산지가 유럽, 아시아, 아프리카에 넓게 분포하고 15~20여 종이 알려져 있다. 종자가 형성되면서 화경이 나선상으로 말려 원이라는 뜻의 그리스어 ‘Kyloos’에서 유래되었다(Park, 2010). 주로 겨울철에 아름다운 분화 또는 절화로도 이용되고 있으나(Widmer, 1980) 재래종은 15~18개월 이상 되어야 개화가 가능하여 영리성을 감안한 품종육성이 목표로 되어왔다. 80년대에 들어서 8~9개월 만에 개화되는 F1 종이 육성(Hakozaki, 1973)되었으나 아직도 3회 이식해야 하는 번거로움이 있다. 우리나라에서 분화용 시클라멘의 판매 실적은 2010년 2,765백만원으로 난류와 관엽식물을 포함하여 총 62종에서 24위의 시장점유율 차지하고 있다(MIFAFF, 2011). 

원예종의 원산지는 주로 지중해 연안으로 생육적온은 생육단계별로 다르나 대체로 15~24℃로 알려져 있어 우리나라 재배에서는 고온과 강한 광선을 주의하여 약한 광선 아래에서 적정 온도 하에 재배하여야 한다(Park, 2010). 야간 온도를 25℃보다 높게 관리해 꽃자루를 신장시키고 개화 후에는 야간 온도를 10℃까지 낮춰 분화의 품질을 향상시키는 것이 좋다(Park, 2010). 장일조건에서 시클라멘은 꽃눈분화 속도가 빨라지고 꽃수가 많아지며, 꽃자루도 길어진다. 하지만 엽병이 웃자라 관상가치가 떨어지고 식물체가 약해져서 병충해가 많이 발생하여 낙화률이 높다(Park, 2010). 

근래 유용미생물은 병해충 방제, 가축분뇨 처리 및 악취제거를 위해 의약산업, 생명공학산업은 물론 가정에서도 그 사용이 증가하고 있는 추세로 농업에 있어서 유용미생물의 활용은 이미 없어서는 안 될 꼭 필요한 기술로 자리 잡고 있다. 최근 들어 농가에 유용미생물을 이용한 미생물제제에 대한 소개가 많고, 축산, 채소재배에서 유용미생물을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다(Brown, 1974; Kobayashi, 1971). 하지만 아직까지 화훼분야에서의 이용 사례는 거의 보고되고 있지 않으며 연구 사례 또한 몇 가지를 제외하고는 많지 않은 실정이다(Park, 2010). 현재 농가에 유통되고 있는 미생물제제는 함유된 균주의 활성유지와 작용에 많은 문제점이 있고, 농가는 이에 대한 지식이 부족하다. 따라서 식물에 대한 생장촉진과 내병성 등의 유용효과가 높고, 생리활성이 우수한 균주의 개발이 필요하다(Schippers et al., 1997). 이에 정부 또한 생태계를 보호하기 위한 새로운 방제법을 개발하고 무공해, 무독성 농약의 개발(Kang et al., 2005; Choi et al., 1996) 에 관한 관심과 지속적인 미생물 연구개발 보급 사업을 통하여 농업 발전에 기여할 수 있도록 노력하고 있으나 국내에서 농업에 실용화 시킨 예가 매우 적다(Park, 2010).

본 연구는 근권 미생물의 종류 및 처리 농도가 시클라멘의 생장, 개화 및 화색에 미치는 영향을 구명하여 고품질 시클라멘 분화 생산의 기초자료를 제공하고자 실시되었다. 

Ⅱ. 연구방법

1. 공시재료 및 미생물 처리

본 실험에서 사용한 시클라멘은 재배방법이 용이하고, 시장성이 우수한 미디엄품종으로 Cyclamen persicum Mill. ‘Rose with Eye’를 선정하였다(Fig. 1). 

Fig. 1. Cyclamen persicum Mill. ‘Rose with Eye’ were used for this experiment.

2011년 3월 25일에 288구 플러구 묘판에 종자를 파종하여 그 본엽이 4~5매 전개된 균일한 묘를 4월 24일에 40구 플러그에 가식하였다. 그 후 5월 28일에 직경이 13cm인 플라스틱 화분에 정식하였다. 가식 및 정식에 사용된 배양토는 피트모스(테라컬트, 독일)와 0.3mm 입자 펄라이트(미성산업, 한국)를 피트모스:펄라이트(v/v, 5:1)로 혼합한 것을 사용하였다. 시클라멘 재배는 베드재배 방식으로 15~24℃가 유지되도록 날씨에 따라 통풍기를 사용하여 조절하였고 비닐하우스에 시클라멘이 개화 전에는 차광막을 한 겹으로 하였고 개화가 시작하면 차광 없이 재배하였다. 관수는 5일마다 저면관수로 물을 공급하고 2주 간격으로 액비를 희석하여 공급했다. 또한 필요에 따라 엽면시비를 실시했으며, 공급한 물의 수질은 Table 1과 같다. 또한 잿빛곰팡이, 꽃노랑총채, 응애 방제를 위해 수시로 약제를 살포했다. 

Table 1. Chemical characteristics of irrigation water used in this study.

식물재료는 무처리구의 경우 10개체, 광합성세균(Photosynthetic bacterium), 바실러스균(Bacillus subtilis), 유산균(Lactobacillus plantarum) 처리구 각각 5개체를 완전 임의배치 하였다. 2011년 5월 28일 정식하여 2주 간격으로 미생물을 7회 처리하였으며, 처리농도는 0, 1, 2, 3, 10, 20mL·L-1 로 화분당 50mL를 관주하였다. 

2. 유용미생물의 조제 및 처리 개수

유용미생물 선발은 활용성이 좋고 널리 사용되고 있는 광합성세균(Photosynthetic bacterium), 바실러스균(Bacillus subtilis), 유산균(Lactobacillus plantarum)을 선발하였다(Kobayashi, Nakanishi: 1981, Kyoungkido: 2009). 

1) 광합성세균(Photosynthetic bacterium)

증류수 1L에 광합성세균 배양배지(MS-PSB Medi um) 5g을 넣고 혼합 고압멸균기(120℃/15분)로 살균처리 후 식힌 액체배지에 종균(Rhodobacter)을 5g/L 접종하여 35℃ 배양기에 혐기상태로 200KW 광 조건에서 96시간 배양하여 균수가 1×107cfu·mL-1 이상인 것을 사용했다. 

2) 바실러스균(Bacillus subtilis)

증류수 1L에 바실러스균용 배지 22g를 넣고 혼합 고압멸균기(120℃/15분)로 살균처리 후 식힌 액체배지에 종균(B. subtilis)을 20mL·L-1접종하여 35℃ 배양기에 호기상태로 24시간 배양하여 균수가 9.2×109cfu·mL-1 이상인 것을 사용했다. 

3) 유산균(Lactobacillus plantarum)

증류수 1L에 유산균용 배지 60g를 넣고 혼합고압멸균기(120℃/15)로 살균처리 후 식힌 액체배지에 종균(plantanum, Lactobacillus casei, acidophillus, Saccharomyces cereabise 등)을 20mL·L-1 접종하여 35℃ 배양기에 혐기상태로 24시간 배양하여 균수가 5.7×109 cfu·mL-1이상인 것을 사용했다. 

4) 미생물수 측정

미생물수의 측정은 TSA(tryptic soy agar), PDA (potato dextrose agar)에 적당히 희석, 한천 도말 평판 실시 후 30℃에서 48시간 배양하여 평판상에 나타난 각 콜로니 수(Table 2)를 위상차 현미경으로 관찰(Fig. 2)하여 개수를 측정하였다. 

Table 2. Number of microorganisms used in this study.

Fig. 2. Photosynthetic bacterium, Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum observed by X-ray microscope(× 2800).

3. 생육조사

2011년 5월 28일 정식하여 120일 후에 전초를 대상으로 생육을 조사하였다. 조사항목으로서 초장, 초폭, 꽃수, 꽃대길이, 뿌리길이, 생체중의 생육특성을 조사하였다(Fig. 3). 

Fig. 3. View of testing ground(A) and Image of growth research(B) at 30 days after planting.

1) 화색분석

화색분석은 CIE 체계 중 CIE L*a*b* 모형 또는 줄여서 Lab이라는 색체계를 기준으로 측색하였다. Lab 형식은 L은 명도를 나타내며, 세로축으로 표시되고 a는 빨강과 녹색의 보색축, b는 노랑과 파랑의 보색축으로 색도를 표시한다. 4원색을 기본으로 하여 +a는 빨강, -a는 녹색, +b는 노랑, -b는 파랑이고 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 채도가 높아지며, L=100은 흰색이며, L=0은 검정이다(Moon, 2005). 그리고 +a는 빨강색 방향이며 -a는 녹색방향 그리고 +b는 노랑방향 -b는 파랑방향을 표시하며 중심에 가까울수록 채도가 낮다(Uoo, 2003)(Fig. 4). 

Fig. 4. CIE L*a*b* 2D Color Coordinates (A) and CIE L*a*b* 3D Color Solid (B)(Moon, 2005).

표준광원(Philips TL-D 90 Graphica Pro. 36W/950)에서 색측기(X-rite Eye-One Xtreme iO bundle)를 사용하여 측색을 하였다. 색도(L* a* b*  color space)를 측정하여 CIE L* a* b*  color system으로 표현하였다. 

2) 배지분석

배양토의 화학적 분석 항목은 pH, 유기물 함량(OM: organic matter content), 유효인산(P2O5), 치환성 양이온(Ca, Mg, K, Na),질산성 질소(NO3- N), 수용성 양분함량(water soluble nutrients)으로 분석방법은 다음과 같다. 

pH는 배양토 5g을 50mL 시험관에 취하여 증류수 25mL를 가하고 1시간 진탕한 후 pH meter(MP 220, Mettler, UK)로 측정하는 초자전극법(Thomas, 1996)으로 분석하였다. 

유기물 함량(OM: organic matter content)은 Walkley-Black법(Nelson과 Sommers, 1996)에 따라 정량하였다. 분쇄시킨 풍건시료(50 mesh 통과) 0.5g을 500mL 삼각플라스크에 취하여 1N K2Cr2O7 용액 10mL를 가하고 토양이 기벽에 묻지 않도록 조심스럽게 흔들어 준 다음 진한 황산 25mL를 가하고, 증류수 200mL를 넣었다. 0.02M phenanthroline-ferro us complex를 지시약으로 하여 남아있는 1N K2Cr2O7을 0.5N FeSO4·7H2O로 역정정하여 유기물 함량을 계산하였다. 

유효인산(P2O5)은 Bray No. 1법(Kuo, 1996)에 따라 정량하였다. 풍건토양 2.85g를 100mL 삼각플라스크에 취하여 Bray No. 1침출액(0.025 HCl + 0.03N NH4F) 20mL를 가하고 1분간 흔든 다음 여과지(Whatman No. 42)로 여과하였다. 50mL용량 메스플라스크에 여액을 1~5mL 취하고, 발색시약(ammonium molybdate + H2SO4 + antimony potassium tartarate + ascorbic acid)을 6mL 가하여 증류수를 표선까지 채워 섞었다. 이 용액의 일부를 측정용기(cell)에 옮겨서 파장 880nm에서UV-Spectro phototometer (UV-1700, Shimadzu, Japan)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 이때 표준용액의 인산함량(0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0ppm)에 따른 흡광도도 시료액의 조작과정과 똑같은 과정을 거쳐 측정하고 표준곡선을 작성하고, 이 표준곡선으로부터 유효인산의 양을 구하여 (ppm-P) × 2.29 = ppm P2O5로 계산하였다. 

치환성 양이온(Ca, Mg, K, Na)은 1N 초산 암모니아법(Sumner와 Miller, 1996)에 따라 programmable vacuum extractor(model 24ve, sampletec, USA)를 이용하여 추출하였다. 튜브에 필터펄프를 넣고 풍건토양 5g을 취하여 1N CH3COONH4(pH=7.0) 용액 50mL를 넣어 토양시료에 흡착된 양이온을 추출하였다. 추출된 용액은 여과지(Whatman No. 42)로 여과한 후 필요에 따라 여액을 적절하게 희석하여 여액 중의 양이온 함량을 원자흡광분석기(atomic absorption spectrophoto meter AA-6800, Shimadzu, Japan)로 측정하였다(Helmke와 Sparks, 1996; Suarez, 1996). 

질산성 질소(NO3-N)는 풍건토양(200 mesh 통과) 2g를 digestion tube에 취하고, catalyst mixture 2g를 가하고 진한 황산 10mL를 가한 다음 흔들어 잘 혼합했다. 이 tube를 분해대에서 낮은 온도로 거품이 가라앉을 때까지 가열한 후 온도를 높여 시료가 무색이 될 때까지 약 2시간 가열했다. 분해가 끝나면 식힌 후 질소증류장치(Kjeltec 2300)를 이용하여 측정하였다(Bremner, 1996).

4. 통계분석

통계분석용 프로그램인 SAS package(statistical analysis system, version 9.1, SAS Institute Inc.)를 이용하여 ANOVA(analysis of variance) 분석을 실시하였다. 각 처리간의 유의성은 DMRT (Duncan’s multiple range test) 5% 수준에서 실시하였다. 

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 유용미생물이 분화용 시클라멘의 생장에 미치는 영향

초장의 생장에서 광합성세균(A)을 처리한 시클라멘은 처리하지 않은 시클라멘에 비해 정식 후 90일 후인 한 여름의 고온피해 후 초장이 빠르게 회복하였다. 바실러스균(B)의 가장 높은 농도인 20mL·L-1는 고온의 피해를 받지 않았으며 광합성세균과 유사한 형태를 보였다. 유산균(C)은 바실러스균과 유사한 형태를 보였다(Fig. 4).

시클라멘 초폭의 생장은 고온일 때(60일~90일)에 초장과 다르게 큰 변화가 없었다. 광합성세균(A), 바실러스균(B), 유산균(C) 처리구는 무처리구와 큰 차이를 보이지 않고 유사한 생장형태를 보였다(Fig. 5). 이 결과를 선행연구(Park and Kim, 2011)와 비교해보면, 선행연구에서는 미생물 처리군의 초폭은 증가하였으나 무처리군과 큰 차이는 없어, 미생물 처리가 시클라멘 초폭에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다. 

Fig. 5. The changes of plant height for potted cyclamen drenched 7 times at two week intervals by Photosynthetic bacterium(A), Bacillus subtilis(B) and Lactobacillus plantarum(C) at 120 days after planting.

광합성세균, 바실러스균은 처리에서 농도가 낮은 처리구들이 꽃수가 많았고 무처리군보다 처리군에서 꽃수가 많았다. 이는 유기물을 유용미생물이 분해하면서 생물적 효과에 관하여는 핵산과 비타민, 호르몬이 생산되어 식물의 생육촉진(Matsuguchi, 1986)에 영향을 준 것으로 판단된다. 유산균은 중농도와 20mL·L-1처리에서 꽃수가 많았고 나머지는 무처리군보다 꽃수가 적었다. 광합성세균은 중농도에서, 바실러스균에서는 고농도에서 꽃대가 길었으며 유산균은 처리별 큰 차이가 없었다.

뿌리길이는 광합성세균 2mL·L-1와 10mL·L-1 처리에서 높게 나타났고 나머지 처리구에서는 무처리균보다 낮게 나타났다. 생체중과 건물중은 광합성세균, 바실러스균, 유산균 모두에게 무처리군과 비교하여 유사하거나 대부분 높았다(Table 3, Fig. 6). 

Table 3. Flower number, flower length, root length, and Fresh weigh of cyclamen pot plants drenched 7 times at two week intervals by Photosynthetic bacterium, Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum at 120 days after planting.

Fig. 6. The changes of plant width ffor potted cyclamen drenched 7 times at two week intervals by Photosynthetic bacterium(A), Bacillus subtilis(B) and Lactobacillus plantarum(C) at 120 days after planting.

Fig. 7. Picture of cyclamen pot plants drenched 7 times at two week intervals by Photosynthetic bacterium(A), Bacillus subtilis(B) and Lactobacillus plantarum(C) at 120 days after planting.

2. 유용미생물이 분화용 시클라멘의 색채에 미치는 영향

실험에 측정한 시클라멘의 화색은 크게 바탕색과 꽃잎 안쪽의 무늬색으로 나눌 수 있는데, 식재 120일 후 무늬색을 분석한 결과 다음과 같았다. 

광합성세균을 처리한 무늬색은 무처리군에 비해 명도(L)와 붉은색(a)이 떨어지지만 노랑색(b)은 높이 나타났다. 선호하는 색에 따라 아름다운 색의 선정기준이 달라지겠지만 분화품질평가(Hwang, 2007)를 기준으로 보면, 광합성세균 10mL·L-1처리가 색의 탈색과 이 물질의 흔적이 없었다. 바실러스균도 광합성세균과 유사한 결과가 나타났다. 유산균은 무처리군과 3mL·L-1를 제외하고는 확연히 색상이 다르지 않았다(Table 4). 

Table 4. Flower color-chip(pattern color) of based on potted cyclamen ‘Rose with Eye’ drenched 7 times at two week intervals weeks by Photosynthetic bacteria, Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum at 120 days after planting.

전체적으로 미생물처리에 따른 무늬색은 무처리군에서 채도가 가장 떨어지고 선명한 붉은색보다는 보랏빛을 띠는 색이었다. 중농도에는 다소 톤이 떨어지지만 고농도로 갈수록 선명한 붉은색을 띠는 것을 볼 수 있었다. 이는 균체에 의해서 합성된 다양한 광합성물질 및 생리활성물질이 식물에게 공급됨으로 식물의 생장과 화색이 촉진(Nah, 1997)된 것으로 판단된다. 

바탕색을 분석한 결과 광합성세균은 무처리군에서 명도(L)가 확연히 낮은 것을 볼 수 있었고 1, 2mL·L-1(저농도)와 20mL·L-1(고농도)가 3, 10mL·L-1농도에 비해 채도가 높은 것을 볼 수 있었다. 바실러스균은 각 농도별로 바탕색의 톤(tone)이 다르게 나타났다. 유산균은 무처리군에서 광합성세균과 같이 명도(L)가 확연히 낮았고 3mL·L-1(중농도)에서 다른 농도에 비해 톤이 어두운 것을 볼 수 있었다(Table 5).

Table 5. Flower color-chip(base color) of based on cyclamen pot plants drenched 7 times at two week intervals weeks by Photosynthetic bacterium, Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum at 120 days after planting.

3. 각 유용미생물의 처리에 따른 배양토의 변화

식재 120일 후 배양토의 화학적 특성 변화에 대한 결과는 Table 6과 같았다. pH는 무처리구에 비해 미생물 처리구가 대부분 낮게 나와 광합성균에 의하여 질소질 비료의 가용화로 인한 식물체 흡수가 증가하여 carboxylates의 생산과 양-음이온의 균형이 이루어져 수소이온이 분비되어 근권에서 pH가 낮아진다는 Barber(1984)의 이론과 유사한 결과를 볼 수 있었다. EC는 세 가지 미생물처리구에서 다 중농도의 처리구에서 가장 높게 나왔다. 

Table 6. Chemical characteristics of media drenched 7 times at two week intervals by Photosynthetic bacterium, Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum at 120 days after planting.

P2O5는 바실러스균과 유산균에서는 무처리군보다 높게 나왔으며 광합성세균에서는 무처리군과 같거나 낮게 나왔다. K, Ca, Mg, Na는 광합성세균, 바실러스균, 유산균 모두 무처리구보다 낮게 나왔다. 이는 미생물에 의해 뿌리로부터 식물체 내로 흡수하는데 영향(Park, 2010)을 준 것으로 판단되었다. 

광합성세균에서 NO3-N은 저농도에서 무처리구보다 확연히 낮았다가 고농도로 갈수록 높아져 20mL·L-1농도에서는 무처리구보다 높았다. 바실러스균에서는 저농도에서 10mL·L-1농도까지는 큰 차이를 보이지 않다가 20mL·L-1농도에서 갑자기 높아지는 것을 볼 수 있었다. 유산균처리구는 무처리구보다 확연히 낮은 것을 볼 수 있었다. 이를 분석해보면, 상추에 광합성균 처리 시 무처리구보다 NO3-N, P2O5, K 성분은 감소한다는 Lee(2004)의 결과와 일치한다는 것을 알 수 있었다. 

유기물함량은 광합성세균과 바실러스균에서는 중농도, 유산균에서는 저농도에서 높았으나 무처리구보다는 높지 았았다. 이는 섬유소 분해력이 있는 미생물 작용으로 유기물이 무처리구에 비해 빨리 분해된 것으로 Burr et al.(1978)의 결과와 일치하였다. 

Ⅳ. 적요

본 연구에서는 유용미생물로 알려진 광합성세균(Photosynthetic bacterium), 바실러스균(Bacillus subtilis), 유산균(Lactobacillus plantarum)을 분화용 시클라멘(Cyclamen persicum Mill. ‘Rose with Eye’)에 2주 간격으로 7회 관주 처리하여 생육 및 화색에 미치는 영향을 알아보았다. 그 결과를 요약하면 다음과 같았다. 생육에서는 유용미생물 처리구는 고온피해를 적게 받거나 빠르게 회복하였으며 꽃수 또한 유용미생물 처리구에서 높았다. 시클라멘의 화색도 무처리구에 비해 유용미생물 처리구의 화색이 더욱 선명한 것을 볼 수 있었다. 배양토 화학적 특성 분석 시 미생물 처리구가 무처리구와 다른 결과를 보이는 것으로 P2O5, K, Ca, Mg, Na, NO3-N 등이 시클라멘 흡수 시 미생물제 관주처리가 영향을 준 것으로 판단되었다. 그러나 미생물의 종류별로 다소 다른 차이를 보였으며 농도 처리구에 따라 식물체 부위별 효과가 달라 적합한 미생물 종류와 농도를 찾는 실험이 계속되어야 할 것으로 판단되었다. 또한 여러 방법으로 다양한 화훼류에도 접목할 수 있을 것으로 기대된다.

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