국내 주요 시설재배작물인 토마토, 오이, 수박, 참외를 재배하고 있는 12개 지역에서 토양시료를 채취하여 뿌리혹선충 밀도를 조사한 결과, 모든 토양시료에서 뿌리혹선충이 토양 300g당 평균 72±6~2,898±468 마리로 검출되었다. 각 지역에서 수집한 뿌리혹선충의 종 분류를 위해 PCR-RFLP 분자기법을 이용하였다. 뿌리혹선충 2령 유충으로부터 얻은 1,770 bp의 mitochondrial DNA PCR 증폭산물을 제한효소 HinfI으로 처리한 결과 900, 410, 290 및 170 bp의 절편을 갖는 Group A와 900, 700 및 170 bp의 절편을 갖는 Group B로 분류되었다. 각 그룹에 속하는 뿌리혹선충 2령 유충의 mitochondrial DNA 유전자 염기서열(1,483~1,521 bp)을 결정하여 계통 분석한 결과, Group A에 속하는 뿌리혹선충은 고구마뿌리혹선충(Meloidogyne incognita)으로 그리고 Group B는 땅콩뿌리혹선충(Meloidogyne arenaria)으로 동정되었다. 이상의 결과로부터 과채류 시설재배지에는 고구마뿌리혹선충과 땅콩뿌리혹선충이 주로 분포하며, 특히 고구마뿌리혹선충은 거의 모든 지역의 시설재배지 토양 내에서 우점종으로 확인되었다.
고구마뿌리혹선충을 대상으로 19종의 시판 아미노산을 이용하여 유충 치사력을 검정한 결과, L-asparagine이 50mM 농도에서 94%의 강한 치사력을 나타내었으며, L-aspartic acid, L-methionine, L-tyrosine 및 L-cysteine은 50mM 농도에서 50% 이상의 치사율을 나타내어 고구마뿌리혹선충 유충 치사에 효과적임을 확인하였다.
고구마뿌리혹선충의 생물적 방제를 위한 친환경적인 아미노산을 생산하기 위하여 케라틴 단백질 부산물인 닭 우모분을 사용하였다. 양계장 내 폐깃털, 계분퇴비와 닭 가공공장 폐수로부터 닭 우모분 75% 이상의 케라틴 단백질을 분해하는 세균 31균주를 분리하였다. 닭우모 분해세균 중 Chryseobacterium sp. FBF-7 균주는 2% 닭 우모분이 첨가된 무기염배지에서 30℃, 120 rpm으로 3일간 배양한 결과, 1,236.4 μmol/㎖의 아미노산을 생성하여 우량균주로 선발하였다. 우량균주 Chryseobacterium sp. FBF-7의 단백질분해효소 생산을 위한 최적온도는 20℃, 최적 pH는 7.0~8.0, 3일간 배양이 최적이었으며, 20~40℃와 pH 4.0~9.0 범위 내에서 매우 안정한 저온성 단백질분해효소의 특성을 나타내었다. 효소 활성에 미치는 금속이온의 영향을 조사한 결과, FeSO4와 MgCl2는 효소 활성을 증가시켰으나, CuSO4, ZnSO4 및 MnSO4는 효소 활성을 감소시켰다.
케라틴 단백질 분해세균인 Chryseobacterium sp. FBF-7에 의해 생산된 닭우모 단백질 가수분해물의 고구마뿌리혹선충 알 부화 억제율과 유충 치사력을 검정한 결과, 가수분해물 1/100 희석액 처리 시, 24일 후 61%의 알 부화 억제율을 나타내었으며, 72시간 후 67%의 유충 치사력을 나타내었다. 가수분해물 1/100 희석액을 15일 간격으로 토마토 포트재배 토양에 4회 처리한 결과, 뿌리혹선충수 64%, 난낭수 61% 및 뿌리혹지수 53%의 감소 효과를 나타내었다. 가수분해물의 고구마뿌리혹선충 방제효과를 검증하기 위하여 수박 포장 재배시험을 수행한 결과, 가수분해물 1/100 희석액과 1/50 희석액으로 수박 포장재배 토양에 4회 처리 시, 1/100 희석 처리구에서는 뿌리혹선충수 50%, 난낭수 50%, 뿌리혹지수 33%의 방제효과를 나타내었으며, 1/50 희석 처리구에서는 뿌리혹선충수 60%, 난낭수는 60%, 뿌리혹지수 43%의 방제효과를 나타내었다.
한편, 아미노산 생산능이 우수한 Chryseobacterium sp. FBF-7 균주의 대량배양을 위한 최적배지와 배양조건을 검토한 결과, 쌀겨 2%와 glucose 2%를 첨가한 배지에서 30℃, 120 rpm으로 3일간 배양하여 1.41×109 CFU/㎖의 최대 증식량을 얻었다. 상기의 최적배양조건에서 Chryseobacterium sp. FBF-7 균주를 6ℓ 발효기에서 배양한 후 추출된 아미노산의 총 함량은 1,661 μmol/㎖이었으며, 아미노산의 대량생산을 위한 2.5톤 발효기에서 30℃, 60 rpm으로 4일 배양한 후 추출된 아미노산의 총 함량은 2,495 μmol/㎖로 약 50% 증수되었다. 대용량(2.5톤) 발효기로부터는 총 17종류의 아미노산(L-threonine, L-valine, L-methionine, L-isoleucine, L-leucine, L-phenylalanine, L-lysine, L-histidine, L-aspartic acid, L-serine, L-glutamic acid, L-glycine, L-alanine, L-cysteine, L-tyrosine, L-arginine, L-proline)이 추출되었다. 특히 뿌리혹선충의 유충 치사와 알 부화 억제 효과를 나타내는 것으로 확인된 4종류의 아미노산(L-methionine, L-aspartic acid, L-cysteine, L-tyrosine) 함량은 446.5 μmol/㎖이었으며, 아미노산 총 함량의 18%를 차지하였다.
닭우모 단백질 가수분해물의 처리에 의한 토마토 근권토양 내 세균군집 변동을 검토하기 위하여 16S rRNA 유전자 서열을 기반으로 하는 454 pyrosequencing을 수행하였다. 가수분해물을 처리하지 않은 토마토 근권토양 세균의 16S rRNA 유전자 염기서열(3,281 reads)로부터 측정된 OTU (operational taxonomic unit)는 1,242 이었으며, Shannon index 6.54의 다양성 지수를 나타내었다. 가수분해물을 처리한 토마토 근권토양 세균의 16S rRNA 유전자 염기서열(2,167 reads)로부터 측정된 OTU는 931 이었고, Shannon index 6.33의 다양성 지수를 나타내었다. 각 토마토 근권토양에 존재하는 세균군집은 총 19개의 문(phyla)으로 분류되었고, 전체 군집의 약 40%가 Proteobacteria로 우점하는 것으로 나타났다. 우점계통군 중에서 α-proteobacteria 계통군에 속하는 Rhizobiales

It was investigated to analyze the distribution of root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) living in greenhouse crops of fruits and vegetables in Korea. Soil samples were collected from 12 greenhouse fields cultivating tomato, cucumber, watermelon and oriental melon. Meloidogyne was detected in all soil samples with an average number of 72±6~2,898±468 nematodes per 300g soil. The analysis of polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) was attempted at individual second-stage juvenile (J2) for the identification of Meloidogyne species collected from greenhouse crops. From the all J2 nematodes the gene of mitochondrial cytochrome oxidase subunit II was amplified in the size of 1,770 bp. The Meloidogyne species isolated from greenhouse crops were separated into two groups (A and B) by the analysis of polymorphism generated by HinfI digestion from mitochondrial cytochrome oxidase subunit II gene and small subunit of 16S ribosomal resulting in 900, 410, 290 and 170 bp fragments (group A) and 900, 700 and 170 bp fragments (group B). Phylogenetic analysis based on mitochondrial DNA sequences (1,483~1,521 bp), nematodes in the group A were identified as Meloidogyne incognita and in the group B as Meloidogyne arenaria. According to the result, it was concluded that M. incognita and M. arenaria are the major nematodes and the M. incognita was considered as a dominantly distributed nematode in greenhouse crops of fruits and vegetables in Korea.
The lethal effects were tested using the dipping method on the 19 kinds of commercial amino acids against M. incognita juveniles. L-asparagine showed the highest lethality rate of 94% at a concentration of 50 mM. L-aspartic acid, L-methionine, L-tyrosine and L-cysteine showed lethality rate of more than 50% at a concentration of 50 mM, proving that they are effective amino acids for killing juveniles of M. incognita.
To produce environment-friendly amino acids as biological control agents against M. incognita, chicken feather meal, by-product of keratinaceous protein, was used. Thirty-one chicken feather-degrading bacteria were isolated from wasted feather, compost in poultry farm and wastewater of chicken processing plants. These isolates were selected as a keratinaceous protein degrading bacteria which showed over the feather degradation rate of 75%. The strain Chryseobacterium sp. FBF-7 generated 1,236.4 μmol/㎖ of amino acid when cultured on a basal medium containing 2% of chicken feather meal at 30℃, 120 rpm for 3 days and selected as the best chicken feather-degrading bacterium. Chryseobacterium sp. FBF-7 showed optimal temperature at 20℃ and was stable in range of 20 to 40℃ showing the characteristics of a psychrotrophic protease in the enzyme reaction. The optimal pH was pH 7.0 to 8.0 and stable in the range pH 4.0 to 9.0 for the production of protease. The protease activity was increased by metal ions such as FeSO4 and MgCl2, while inhibited by CuSO4, ZnSO4 and MnSO4.
The nematode lethality and egg hatching suppression effects of chicken feather protein hydrolysate produced by the keratinaceous protein-degrading bacterium Chryseobacterium sp. FBF-7 was investigated against second-stage juveniles (J2) and eggs of M. incognita in vitro. The treatment by 100-fold dilution of hydrolysate showed 61% egg hatching suppression rate in 24 days, and 67% juvenile lethality rate in 72 hours. In the result of tomato pot test by treatment with 100-fold dilution of hydrolysate to tomato cultivating soil four times at an internal of 15 days for 60 days, it showed that the control effects were 64% of juveniles density in the soil, 61% of egg mass and 53% of root gall index, respectively. A greenhouse experiment was performed to investigate the control effects of hydrolysate against the M. incognita. The treatment with 100-fold and 50-fold dilutions of hydrolysate to watermelon cultivating soil four times at an internal of 15 days revealed that the treatments with 100-fold showed 50% of juveniles density in the soil, 50% of egg mass and 33% of root gall index, respectively. The treatments with 50-fold showed 60% of juveniles density in the soil, 60% of egg mass and 43% of root gall index, respectively, comparing to untreated control.
For the optimal media and culture conditions for mass culture of Chryseobacterium sp. FBF-7 in the production of amino acids, the maximum cell mass of 1.41×109 CFU/㎖ was reached in the condition of 2% rice bran, 2% glucose and 3 day culture at 30℃ with 120 rpm. Characteristics of hydrolysate extracted from the optimal medium and culture conditions of Chryseobacterium sp. FBF-7 were analyzed. The total contents of amino acids at the fermentation scale was as follows: 1,661 μmol/㎖ from 6ℓ fermenter and 2,495 μmol/㎖ from 2.5 ton fermenter after 4 days culture at 30℃, 60 rpm, which was 50% increase compared to 6ℓ fermenter. 17 kinds of amino acids (L-threonine, L-valine, L-methionine, L-isoleucine, L-leucine, L-phenylalanine, L-lysine, L-histidine, L-serine, L-aspartic acid, L-glutamic acid, L-glycine, L-alanine, L-cysteine, L-tyrosine, L-arginine and L-proline) were produced from the 2.5 ton fermenter and especially, the contents of four amino acids (L-methionine, L-aspartic acid, L-cysteine and L-tyrosine) which have effects of killing juvenile and suppressing egg hatching of root-knot nematode was 446.5 μmol/㎖ containing amount of 18% of the total amino acids.
In this study, the changes of bacterial communities in a tomato rhizosphere soil treated with chicken feather protein hydrolysate were investigated by 454 pyrosequencing based on 16S rRNA gene sequences. Tomato rhizosphere soil not treated with hydrolysate as a control showed 1,242 operational taxonomic units (OTUs) representing a species diversity in soil and 6.54 Shannon index from 3,281 reads of 16S rRNA gene sequences. Meanwhile, the soil treated with hydrolysate showed 931 OTUs and 6.33 Shannon