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학위논문
저자정보

함미선 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수
김사열.
발행연도
2017
저작권
경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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본 연구는 답전 윤환 재배 방식(벼-고추)과 고추만을 윤작 재배 하는 밀양의 고추 온실에서 근권 토양을 수집하여, 두 곳의 미생물의 군집 구조를 비교 하였다. 단일 작물의 윤작 재배는 토양 염류화를 야기시켜 토양 특성에 다양한 영향을 미친다. 먼저 토양의 특성을 비교하기 위해 토양 pH, EC값, Na, Ca, Mg, K와 같은 4가지 양이온의 양과, 총질소량, 유기물의 양을 분석하였다. 근권 미생물 군집은 배양 가능한 미생물을 분리하는 방법을 이용한 비교와 난 미생물을 포함하는 군집 구조 비교를 위해 파이로시퀀싱 기술을 이용하여 분석하였다. 분리균들의 군집 구조 분석뿐만 아니라 옥신생산능, siderophore 생산능, 인가용능, ACC deaminase 생산능과 같은 4가지 식물생장촉진과 관련된 특성들도 조사하였다.
윤작 재배하는 고추 근권 토양의 EC값은 5.32-5.54 dS/m, 답전 윤환 재배 하는 토양 EC값은 2.05-2.19 dS/m로 윤작 재배 하는 토양의 약 2배 높게 나타났다. 분리균들의 미생물 군집 다양성은 답전 윤환 재배 방식의 토양에서 윤작 재배 방식의 토양보다 높게 나타났으며, 본 실험에서 조사된 4가지 식물생장촉진 특성 또한 답전 윤환 재배 토양에서 분리된 균주들이 윤작 재배 방식 토양에서 분리된 세균들보다 더 높은 비율로 나타났다. 파이로시퀀싱 방법을 통해 다양성을 비교한 결과, 답전 윤환 재배 방식의 토양의 미생물 군집 다양성, 풍부도, 균등도 모두 윤작 재배 방식의 토양보다 더 높게 나타났습니다. 두 가지 방법을 통해 얻은 데이터를 문 수준(phylum level)에서 분포를 비교하였다. 윤작 재배 방식의 토양과 답전 윤환 재배 방식의 토양에서 분리한 세균들의 분포는 Firmicute 문이 가장 우점하는 문으로 나타났으며, 전체적으로 분포에 큰 차이를 보이지는 않았다. 파이로시퀀싱 방법을 통해 분석한 결과, 답전 윤환 재배 방식과 연작 재배 방식의 토양 모두 Proteobacteria 가 가장 우점하는 문으로 나타났다. 윤작 재배 방식의 토양에서 Firmicute와Gemmatinonadetes, 답전 윤환 재배 방식의 토양에서는 Chloroflexi가 두번 째로 우점하는 문으로 분포에 차이를 보였다.
문 수준의 분류군과 OUT 풍부도, 다양성, 균등도와 각 토양 특성과의 상관 관계를 분석하였다. 두 토양 샘플간 가장 큰 차이를 보인 EC값은 Firmicutes와 Gemmatimonadetes 문과 양의 상관 관계를, Acidobacteria, Chloroflex, Deltaproteobacteria 문과는 음의 상관 관계를 나타냈다. 위 결과들을 통해 답전 윤환 재배 방식이 염 축적을 방지하고 토질 개선에 도움을 주어 윤작 재배 방식보다 근권 미생물 군집의 다양성에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 생각된다.
앞선 실험에서 분리된 균주들 중, ACC deaminase 생성능을 포함한 식물 생장 촉진 특성을 가지는 분리균 3종을 선발하여 직접 고추에 적용하여 식물의 염 스트레스 완화 효과를 검증하였다. 식물 생장 촉진 효과 비교를 위해 고추의 키, 생체중량, 건조 중량과 잎의 엽록소(Chlorophyll)의 양과 수분 함량(water content)을 측정하였다. 또한, 스트레스에 관련된 3가지 효소들과 2가지 비효소적 항산화 물질의 활성 또한 조사하였다.
분리된 3종의 균주들은 16S rRNA 부분 동정을 통해 Microbacterium oleivorans KNUC7074, Brevibacterium iodinum KNUC7183, Rhizobium massiliae KNUC7586 속에 속하며 ACC deaminase 생성능을 포함한 인가용능, 옥신생성능, siderophore 생성능을 가진다. 염 스트레스 상황에서 균주를 처리한 고추의 키, 생체 중량, 건조 중량이 균주를 처리하지 않은 대조군에 비해 모두 증가하였다. 뿐만 아니라 잎의 엽록소 양과 수분 함량도 균주를 처리한 고추에서 대조군에 비해 증가 된 것을 확인하였다. 항산화 스트레스와 관련된 3가지 효소 (ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, catalase) 활성 모두 균주를 처리한 고추가 대조군에 비해 증가하였다. 효소뿐만 아니라 2가지 비효소적 항산화 물질인 proline과 total soluble sugar의 활성 또한 균주를 처리한 고추에서 균주를 처리하지 않은 고추에서 더 높게 나타났다. 본 연구를 통해 M. oleivorans KNUC7074, B. iodinum KNUC7183, and R. massiliae KNUC7586 세 균주 모두 염 스트레스로 인한 다양한 해로운 효과들을 완화시키고 식물 생장에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
앞선 실험에서 분리된 균주들 중 다수의 신종 후보 미생물들이 발견되었으며, 이들 중 Bacillus속에 속하는 KNUC7312T를 신종 후보 균주로 선별하였다. KNUC7312T에 대한 계통학적 분석을 통하여 비교 균주를 선택하고 생리?생화학적 분석을 통하여 KNUC7312T는 Bacillus salini라는 신종으로 명명하였다. 본 연구를 통하여 실제 고추 농가의 미생물 생태 및 분류 분야에 기초 자료를 제공하고, 천연 농자재로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

목차

Content
1.General introduction 1
1.1. Plant growth-promoting rhizobacteria 1
1.2. Salt stress 3
1.3. Amelioration of salt stress in plants by PGPR strains 3
1.4. Aim of this study 7
2. Comparative Study of Rhizobacterial Communities in Pepper Greenhouses under Repeated Cropping System and Paddy-Upland Rotational System 9
2.1. Introduction 9
2.2. Materials and Methods 13
2.2.1. Soil sampling and characterization 13
2.2.2. Isolation of bacteria 15
2.2.3. Partial identification of bacterial isolates using sequence analysis of 16S rRNA genes 15
2.2.4. PGP characteristics 16
2.2.5. Genomic DNA extraction from the soil 17
2.2.6. Tag-encoded amplicon pyrosequencing 18
2.2.7. Data and statistical analyses 21
2.3. Results 23
2.3.1. Soil Characterization 23
2.3.2. Isolation and partial identification of rhizobacteria characteristics 25
2.3.3. PGP traits in the bacterial isolates 29
2.3.4. Pyrosequencing data analysis 32
2.3.5. Distribution of bacterial taxa 35
2.3.6. Correlation analysis between soil properties and the bacterial community structure associated with soils of different cropping systems 39
2.4. Discussion 42
3. Application on Pepper of Plant Growth-Promoting Rhizobacteria for Alleviating Salt Stress 51
3.1. Introduction 51
3.2. Materials and Methods 54
3.2.1. Plant material and growth condition 54
3.2.2. PGPR strains, bacterial inoculation, and salt stress treatment 54
3.2.3. Measurement of plant growth parameters and chlorophyll and water contents in leaf tissue 55
3.2.4. Antioxidant enzyme assays 56
3.2.5. Determination of proline and total soluble sugar (TSS) contents 57
3.2.6. Statistical analysis 58
3.3. Results 59
3.3.1. Characteristics of the three PGPR strains 59
3.3.2. Effect of PGPR isolates on pepper growth 62
3.3.3. Leaf chlorophyll content and leaf related water content (LRWC) under normal and saline conditions 65
3.3.4. Antioxidant enzyme activities in pepper plants inoculated with PGPR 67
3.3.5. Accumulation of proline and total soluble sugar in pepper leaves 69
3.4. Discussion 71
4. Bacillus salini sp. nov., a Novel Strain Isolated from the Pepper Rhizosphere under Salt Stress Condition 75
4.1. Introduction 75
4.2. Materials and Methods 77
4.2.1. Phylogenetic analysis 77
4.2.1.1. Sequencing of 16S rRNA gene from isolate 77
4.2.1.2. Partial identification and phylogenetic analysis of 16S rRNA gene sequences 79
4.2.2. Identification of phenotypic characteristics 80
4.2.3. Identification of physiological and biochemical
characteristics 82
4.2.4. Analysis of G+C contents 83
4.2.5. Extraction and analysis of isoprenoid quinones 83
4.2.6. Extraction and analysis of cellular fatty acids 84
4.2.7. Extraction and identification polar lipid 85
4.3. Results and discussion 86
4.3.1. Phylogenetic analysis 86
4.3.2. Phenotypic characteristics 89
4.3.3. Physiological and biochemical characteristics 92
4.3.4. Major isoprenoid quinone and composition of cellular polar lipids 93
4.3.5. Isoprenoid quinone and cellular fatty acid profiles 97
4.4. Taxonomic conclusion 99
4.5. Summary 99
5. Summary 101
6. References 105
국문 초록 126

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