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KR101864259B1 - 펄라이트를 포함하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제 - Google Patents

펄라이트를 포함하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제 Download PDF

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KR101864259B1
KR101864259B1 KR1020140040434A KR20140040434A KR101864259B1 KR 101864259 B1 KR101864259 B1 KR 101864259B1 KR 1020140040434 A KR1020140040434 A KR 1020140040434A KR 20140040434 A KR20140040434 A KR 20140040434A KR 101864259 B1 KR101864259 B1 KR 101864259B1
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KR
South Korea
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rhizobium
seed
perlite
soybean
promoting
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KR1020140040434A
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김창진
장종옥
박동진
권미경
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한국생명공학연구원
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Abstract

본 발명은 콩과 녹비작물 종자 코팅제, 이의 제조방법 및 상기 종자 코팅제를 이용한 콩과 녹비작물 종자의 코팅방법에 관한 것으로, 구체적으로 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합한 종자 코팅제는 고염 환경 토양에서 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진 효과를 확인함으로써, 상기 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진을 위한 종자 코팅제, 이의 제조 방법 및 상기 종자 코팅제를 이용한 콩과 녹비작물 종자의 코팅방법으로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

펄라이트를 포함하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제{Seed coating agent containing perlite for enhancing effect of Leguminous Manures growht in the high salinity land}
본 발명은 콩과 녹비작물 종자 코팅제, 이의 제조방법 및 상기 종자 코팅제를 이용한 콩과 녹비작물 종자의 코팅방법에 관한 것이다.
질소고정은 공기 중에 다량으로 존재하는 안정된 불활성 질소 분자를 반응성이 높은 다른 질소 화합물(암모니아, 질산염, 이산화질소 등)으로 변환하는 과정을 말한다. 질소고정세균은 질소를 고정시키는 세균이며, 질소고정세균에서 대표적으로 콩뿌리에 있는 근류균이 있다. 질소고정세균은 생물학적 질소 고정 과정을 거치는데, 생물학적인 질소 고정 과정은 질소 동화라고 하기도 한다. 대기 중의 질소나 무기 질소 화합물을 생물체의 작용으로 유기 질소 화합물로 바꾸는 것을 의미한다.
두과 작물은 근류균인 리조비윰 속 균주와 공생관계를 통하여 공기 중의 질소를 고정 이용하여 생육할 뿐만 아니라, 두과 작물이 고정한 질소를 다른 작물이 이용할 수 있어 질소 시용량을 절감할 수 있으므로 초지농업에서 녹비로서 중요하다. 안정적인 두과작물 재배를 위해서 질소 고정력이 우수한 근류균 접종은 필수적이다. 질소 고정세균 중 대표적인 세균으로서 뿌리혹박테리아가 있다. 뿌리혹박테리아는 리조비윰 속(Rhizobium sp.)의 그램 음성 토양 세균이며, 근류균이라고도 한다. 두과 작물과 공생(혹은 기생)하며 공기 중의 질소를 고정한다. 토양 속의 근류균 밀도의 변화는 콩의 재배년수와 관계가 있는데 수년간 콩을 재배하지 않거나 전혀 작물을 재배하지 않았던 신개간지 등에 인공접종으로 근류균을 보충하지 않으면 충분한 근류형성과 질소고정을 기대할 수 없다.
우리나라는 인구는 많으나 전국토의 60% 이상이 산지이므로, 경제발전에 따라 소요되는 새로운 공업 단지, 주택 단지, 항만 등에 필요한 용지를 공급하기 어려운 실정이다. 이에 따라, 필요한 용지 공급을 위해 본래 바다 또는 하천이었으나 육지로 변경시켜 이들 용지를 공급하는 사업이 추진되고 있다. 방조제관리법(防潮堤管理法)에서는 농수산업의 재해방지와 생산력증가를 목적으로 국가나 지방자치단체가 이를 보존 관리하도록 하고 있다. 그러나, 간척지 같은 경우에는 흙으로 메워져 있으나, 토양의 염 농도가 높아 일반 식물을 재배할 수 없기에 그 효용성이 많이 떨어지고 있는 실정이다. 이에 각 지방자치단체뿐 아니라, 국가적인 차원에서 간척지의 식물 효용성을 증대시킬 필요가 대두되고 있고 투자가 이루어지고 있는 실정이다.
토양의 염류 축적문제에 대한 해결방안이 다양하게 모색되고 있으며, 특히, 객토 등의 토양 개량, 피해 최소화를 위한 경종방법 개선과 내염성 작물의 개발 등이 현재까지 이루어지고 있는 실정이다. 대다수의 작물은 중성작물(glycophyte)로서 염류축적에 민감하게 반응하며 생육 장해 및 수량감소를 나타낸다. 염류 축적이 식물 생장에 미치는 치명적인 효과는 다음과 같은 요인에 기인하는 것으로 알려져 있다. 1) 식물체에 비해 토양 용액의 낮은 삼투압으로 수분 스트레스 유발, 2) 영양 불균형, 3) 식물에 해가 되는 이온 효과, 4) 위 요인이 모두 합해진 복합 효과 등에 의해 식물 생육은 크게 영향을 받는다. 식물 체내에서는 광합성작용, 단백질합성, 탄수화물 및 지방 대사 등 주요한 대사과정이 염장해 정도에 따라 영향을 받게 되고 결과적으로 생육장해 및 수량감소로 나타난다.
간척지와 같은 토양의 비옥도를 개선하기 위해 질소를 고정할 수 있는 녹비 작물을 재배하는 것이 필요하며, 내염성이 있는 미생물을 활용하여, 식물의 생장을 도울 수 있는 방법을 강구 중에 있다. 고염 환경인 간척지 토양의 경우 토양 비옥도를 개선하기 위하여 상기 두과작물과 같은 녹비가 필요하나, 현재까지 녹비로서 헤어리베치를 이용하고, 헤어리베치에 접종하여 간척지와 같은 고염환경에서 질소 고정율을 높일 수 있는 근류균 접종제에 대해서는 개발된 바 없다.
종자 펠렛(pellet)은 접착물질을 종자 표면에 처리 후 피복물질을 종자 표면에 결합시키는 것으로 피복물질들은 수분이 투입되면 어느 정도 결합능력이 있지만, 운송 과정이나 농가에서 실제 파종 시 충격에 의한 파손의 우려가 많아 종자와 피복물질의 결합력을 강화시켜야 한다. 따라서, 수분 외에 보조 접착물질이 필요하며, 접착물질은 일정 농도에서 종자 발아를 감소시키지 않으면서 종자모양 형성에 수월해야 하고, 알려진 종자 전착제로는 메틸 셀루로오스(methyl cellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 검(gum), 전분(starch), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 사이클로덱스트린(cyclo dextrin) 등이 있다. 특히 종자 펠렛팅(pelleting) 시 접착물질과 피복물질의 결합력에 관한 선행연구들에서 메틸 셀루로오스(methyl cellulose) 및 검(gum)류의 효과가 우수하다는 보고가 있으나, 헤어리베치의 생육 증진을 위한 종자 전착제로 사용된 바는 없다.
이에, 본 발명은 본 발명자가 권리자로 있는 대한민국 공개특허 제10-2013-0042861호(헤어리베치 근류 내염성 리조비윰 속 균주)에 연관된 것이다. 상기 균주는 헤어리베치에서 분리된 리조비윰 속 균주가 고염 환경에서 생장이 우수하며, 헤어리베치에 접종하였을 때 근류 형성능 및 질소 고정능이 우수한 것으로 확인되었다. 상기 균주는 생명공학연구원 유전자은행(KCTC)에 기탁번호 KCTC 12024BP로 기탁된 바 있다. 본 발명자들은 상기 균주를 이용하여 계속적인 연구를 수행하는 과정에서, 상기 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합한 코팅제를 이용하여 헤어리베치 종자에 코팅시킨 결과, 고염 환경 토양에서 헤어리베치의 발아율 및 생균수 증가 효과를 확인함으로써, 상기 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진을 위한 종자 코팅제, 이의 제조 방법 및 상기 종자 코팅제를 이용한 콩과 녹비작물 종자의 코팅방법으로 유용하게 사용될 수 있음을 밝힘으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 펄라이트를 이용한 헤어리베치를 포함한 콩과 녹비작물 종자의 코팅제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 종자 코팅제의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 종자 코팅제를 이용하여 헤어리베치를 포함한 콩과 녹비작물의 종자를 코팅시켜 발아율 촉진 및 생육 증진 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
전착제로서 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 아라빅검(Arabic gum, AG); 및
피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 포함하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제를 제공한다.
또한, 본 발명은
ｉ) 0.5 내지 2%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 1 내지 2%(v/v) 농도의 아라빅검(Arabic gum, AG)을 혼합하여 전착제를 제조하는 단계; 및
ⅱ) 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 혼합하여 피복제를 제조하는 단계를 포함하는, 전착제와 피복제로 구성된 콩과 녹비작물 코팅제의 제조 방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은
ｉ) 콩과 녹비작물 종자에 전착제로서 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 아라빅검(Arabic gum, AG)을 처리하여 1차 코팅시키는 단계; 및
ⅱ) 피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 처리하여 2차 코팅을 시키는 단계를 포함하는 콩과 녹비작물 종자의 발아율 촉진 또는 생육 증진 방법을 제공한다.
본 발명은 콩과 녹비작물 종자 코팅제, 이의 제조방법 및 상기 종자 코팅제를 이용한 콩과 녹비작물 종자의 코팅방법에 관한 것으로, 구체적으로 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합한 종자 코팅제는 고염 환경 토양에서 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진 효과를 확인함으로써, 상기 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진을 위한 종자 코팅제, 이의 제조 방법 및 상기 종자 코팅제를 이용한 콩과 녹비작물 종자의 코팅방법으로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84) 균주와 각기 다른 피복제를 혼합하여 헤어리베치 종자에 처리하고 안정성이 높은 피복제를 선발하여 나타낸 도이다.
도 2는 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 보관 시간 및 온도에 따른 피복제의 안정성 확인을 나타낸 도이다.
도 3은 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 헤어리베치 종자에 코팅 처리한 헤어리베치 종자의 발아율 및 생육 촉진의 효과를 비교하여 나타낸 도이다:
1) 펄라이트 단일처리군; 및
2) 펄라이트+리조비윰 속 RHH84 균주.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 전착제로서 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 아라빅검(Arabic gum, AG); 및
피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 포함하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제를 제공한다.
상기 리조비윰 속 균주는 수탁번호 KCTC12024BP로 기탁된 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)인 것이 바람직하다.
펠렛 종자의 생산은 접착제를 분사하여 펠렛 피복물질이 종피에 연속적으로 부가됨으로서 치밀화 된 펠렛 종자를 생산할 수 있다(Scott, 1989).
전착제(binder, polymer)는 종자 표면에 분사하여 종자와 펠렛물질을 결합시키면서 시작된다. 펠렛 피복제물질들은 어느 정도의 응집능력이 있기 때문에 펠렛 용기내에서 회전하면서 응집화 될 수 있으나, 결합성을 강화시키기 위해서는 전착제가 필요하며, 전착제 없이 펠렛 된 종자는 깨어지기 쉽다. 전착제의 역할은 종자와 피복제물질간의 결합도 중요하지만 종자 발아에 장해를 주어서는 안 된다. 전착제의 선택은 수분용해도, 파열에 견딜 수 있는 일정한 경도, 기질 친화성 및 응집정도에 따라 적정 전착제를 달리해야 하는데, 일반적으로 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcoho; PCA), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), Tween 80, PVP(polyvinyl pyrrolidinone) 또는 HEC(hydroxyethyl-cellulose medium)가 사용될 수 있으나, 보다 바람직하게는 카르복실메틸 셀룰로오스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 다른 전착제에 비해 과립성형이 잘 되고 전착력이 뛰어나 경도가 단단할 뿐 아니라 수용성이어서 과립이 수분을 흡수하면 쉽게 분해가 되며 분말로서 취급이 매우 용이한 아라비아 검(Arabic gum, AG)을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 카르복실메틸 셀룰로오스 및 아라비아검을 이용하여 종자의 전착제로 사용할 수 있는 이론이 확실한 것으로 나타났다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 헤어리베치(Hairy Vicia villosa Roth) 종자를 수집하였고, 상기 수집된 종자 중 경실종자를 제외한 건실한 헤어리베치 종자를 선별하여 카복시메틸셀루로오스(carboxymethyl cellulose, CMC) 및 아라빅 검(arabic gum, AG) 두 종류의 전착제를 헤어리베치 종자코팅 전착제로 선정하기 위하여, 각기 다른 농도의 전착제를 처리하여 헤어리베치 발아율을 조사한 결과, 1.0, 1.5 및 2.0% 농도로 아라빅 검을 처리한 군과 0.5 및 1.0% 농도로 카복시메틸셀루로오스를 처리한 군의 발아율은 무처리군의 발아율과 비슷하게 나타나는 것을 확인하였으며, 두 전작체 모두 헤어리베치 종자에 적정 전착제로 사용 가능한 것을 확인하였다. 또한, 헤어리베치 종자에 아라빅 검 1%을 처리한 발아율(55%) 및 카복시메틸셀루로오스 1%를 처리한 발아율(55%)이 무처리 군의 발아율(50%)보다 우수하게 나타나는 것을 확인함으로써, 상기 전착제의 적정 처리 농도로 설정하였다(표 1 참조). 이때, 상기 헤어리베치 종자의 전착제로는 0.5 내지 2%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 1 내지 2%(v/v) 농도의 아라빅검(Arabic gum, AG)을 혼합하여 처리하는 것이 바람직하고, 0.5 및 1%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 1%(v/v) 농도의 아라빅검(Arabic gum, AG)을 혼합하여 처리하는 것이 더 바람직하다.
피복제물질은 펠렛 종자의 크기를 증가시키는 증량제로 사용된다. 현재까지 종자펠렛에 이용되고 있는 피복제물질은 몬모릴로나이트(montmorilonite)와 같은 점토물질과 백악(chalk), 톱밥(sawdust), 모래(sand), 셀라이트(cellite), 크릴리엄(krilium), 벤토나이트 점토(bentonite clay), 탄산 칼슘(calcium carbonate), 규조토(diatomaceous earth), 제올라이트(zeolite), 탈크(talc), 보크사이트(bauxite), 피트 모스(peat moss) 및 버미큘라이트(vermiculite) 등이 주로 이용되어 왔다(Scott, 1989; Taylor et al., 1990). 상기 헤어리베치 종자의 피복제로서 펄라이트(perlite)는 신생대 3,4기 화산활동 결과 분출한 용암(Magma)이 대기중에서 급냉하면서 휘발성 가스, 수분 등이 냉각하는 과정에서 대기중으로 배기 되지 못하고 층간 폐기 공에 결정 수분과 함께 존재하고 있는 2차 광물이라 볼 수 있다. 상기 펄라이트는 2차 광물로서 경량 토양재료로서 지금까지 건축 자재로 사용되어 왔으며 펄라이트 분쇄물을 수세하여 150~200℃에서 건조한 다음 전착제를 혼합하여 전기로에 투입한 다음 600~800℃에서 열처리하여 제조하여 왔다. 이러한 펄라이트 팽창가공석은 대체로 경량이며 다공성이어서 건축자재 외에도 국내외 유기농업상 허가 품목(CODEX, IFOAM)으로 식품첨가물(여과용)로 등재되어 있으며 옥상식물의 육묘, 잔디재배에도 사용되고 있다. 상기 펄라이트가공석은 식물지배용으로 피트모스(Peatmoss), 바크(bark), 제올라이트, 코코피트와 혼합 사용되고 있다.
상기 헤어리베치 종자의 피복제로서 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주는 질소를 고정시키는 질소고정세균이며, 질소 고정세균에서 대표적으로 콩뿌리에 있는 근류근이 있다. 질소 고정세균 중 대표적인 세균으로 뿌리혹박테리아가 있다. 뿌리혹박테리아는 리조비윰 속(Rhizobium sp.)의 그램 음성 토양 세균이며, 근류균이라고도 한다. 콩과작물과 공생(혹은 기생)하며 공기 중의 질소를 고정한다. 따라서, 펄라이트 및 리조비윰속 균주를 이용하여 종자의 피복제로서 사용할 수 있는 이론이 확실한 것으로 나타났다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 헤어리베치 종자에 안정성이 높은 피복제를 선발하기 위하여, 헤어리베치(Hairy Vicia villosa Roth)의 근류에서 분리한, 근류 형성능 및 질소 고정능을 가지며, 호염성인 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 각기 다른 종류의 피복제를 혼합하여 각각의 제제 생균수를 확인한 결과, 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트를 혼합하여 처리한 균의 생균수가 벤토나이트, 카오린 및 파이로필라이트와 혼합하여 처리한 균의 생균수 보다 4 내지 20배 정도 높게 나타나는 것을 확인하였다(도 1 참조). 또한, 펄라이트(perlite)가 포함된 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주의 제제 안정성을 확인하기 위하여,보관 시간 및 온도에 따른 피복제의 안정성을 확인한 결과, 펄라이트가 혼합된 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주의 생균수가 각기 다른 온도 조건에서 3주 후부터 증가하는 것을 확인하였고, 4주부터 6개월 동안 지속적으로 안정적인 생균수가 유지되는 것을 확인하였다(도 2 참조).이에, 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트를 혼합하여 헤어리베치 종자의 피복제로 유용하게 사용될 수 있다.
상기 피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속 균주를 1:1 중량 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 리조비윰 속 균주는 2×105 cfu/ml 내지 2×1010 cfu/ml을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하고, 상기 리조비윰 속 균주는 2×107 cfu/ml인 것이 더 바람직하다.
상기 근류근 접종제는 상기 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함할 수 있다. 본 발명에 의한 근류균 접종제는 통상적인 방법으로 식물생장 촉진용으로 제형화할 수 있으며 건조분말 형태 또는 액상비료 형태로 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 의한 근류균 접종제는 액상 비료 형태로 과립화시킬 수도 있으나, 그 제형에 특별히 한정되지는 않는다. 구체적으로, 화학비료를 대체하기 위한 식물생장 촉진 생물비료로 제형화 할 수 있고, 즉 화학비료 공급이 제한된 친환경 유기농업에서 이를 극복하기 위한 생물비료로 제형화가 가능하다.
상기 근류균 접종제는 당업자에게 알려진 방법대로 제조되는 것일 수 있으며, 그 적용방법은 통상 일반적으로 행하고 있는 방법, 즉 살포(예를 들면 분무, 미스팅, 아토마이징, 분말 살포, 과립 살포, 수면시용, 상시용등), 토양시용(예를 들면 혼입, 관주 등), 표면사용(예를 들면 도포, 도말법, 피복 등), 침지,독이, 훈연, 시용 등에 의해 행할 수 있다. 그 사용량은, 그 체형, 피해상황, 적용방법, 적용장소 등에 따라 적절히 결정할 수 있다.
상기 근류균 접종제는 액체 상태로 식물에 관주, 작물의 종자에 침지 또는 분무하거나 종자에 코팅하여 이용할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상기 침지하는 방법의 경우, 상기 균주, 이의 배양액 또는 상기 근류균 접종제를 식물체 주변의 토양에 붓거나 또는 종자를 배양액 및 제제에 담가둘 수 있고, 분무할 경우에는 당업계에 널리 공지된 기술로 식물체에 흐르도록 살포할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상기 콩과 녹비작물은 헤어리베치, 자운영, 크로버 및 네마장황으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 종자 코팅제는 고염 환경의 토양에서 종자의 발아촉진 및 생육 증진 효과를 갖는 것이 바람직하다.
상기 고염 환경의 토양은 간척지, 바다매립지, 비닐하우스 및 염류집적지로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 방법에 있어서, 상기 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주는 5℃ 내지 30℃ 온도 조건에서 저장하는 것이 바람직하고, 4℃ 내지 28℃ 온도 조건에서 저장하는 것이 더 바람직하다.
상기 방법에 있어서, 상기 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주는 5주 내지 10 개월 동안 보관하는 것이 바람직하고, 4주 내지 6개월 동안 보관하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명은
ｉ) 0.5 내지 2%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 1 내지 2%(v/v) 농도의 아라빅검(Arabic gum, AG)을 혼합하여 전착제를 제조하는 단계; 및
ⅱ) 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 혼합하여 피복제를 제조하는 단계를 포함하는, 전착제와 피복제로 구성된 콩과 녹비작물 코팅제의 제조 방법을 제공한다.
상기 단계 ｉ)의 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속 균주를 1:1 중량 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 단계 ｉ)의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 농도는 0.5 내지 2%(v/v)인 것이 바람직하고, 0.5 및 1.0%(v/v)인 것이 더 바람직하다.
상기 단계 ｉ)의 아라빅검(Arabic gum, AG) 농도는 1 내지 2%(v/v)인 것이 바람직하고, 1.0, 1.5 및 2.0%(v/v)인 것이 더 바람직하다.
상기 단계 ⅱ)의 리조비윰 속 균주는 2×105 cfu/ml 내지 2×1010 cfu/ml을 포함하는 것이 바람직하고, 2×10 7 cfu/ml인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 리조비윰 속(Rhizobium sp.)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합한 종자 코팅제는 고염 환경 토양에서 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육증진 효과를 확인함으로써, 상기 리조비윰 속(Rhizobium sp.)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진을 위한 종자 코팅제 제조방법으로 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은
ｉ) 콩과 녹비작물 종자에 전착제로서 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 아라빅검(Arabic gum, AG)을 처리하여 1차 코팅시키는 단계; 및
ⅱ) 피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 처리하여 2차 코팅을 시키는 단계를 포함하는 콩과 녹비작물 종자의 발아율 촉진 또는 생육 증진 방법을 제공한다.
상기 단계 ｉ)의 아라빅검(Arabic gum, AG) 농도는 1 내지 2%(v/v)인 것이 바람직하고, 1.0, 1.5 및 2.0%(v/v)인 것이 더 바람직하다.
상기 단계 ⅱ)의 리조비윰 속 균주는 2×105 cfu/ml 내지 2×1010 cfu/ml을 포함하는 것이 바람직하고, 2×10 7 cfu/ml인 것이 더 바람직하다.
상기 콩과 녹비작물은 헤어리베치, 자운영, 크로버 및 네마장황으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 방법은 고염환경의 토양에서 콩과 녹비작물 종자의 발아 촉진 및 생육 증진 효과를 갖는 것이 바람직하다.
상기 근류근 접종제는 상기 균주 또는 이의 배양액을 유효성분으로 포함할 수 있다. 본 발명에 의한 근류균 접종제는 통상적인 방법으로 식물생장 촉진용으로 제형화할 수 있으며 건조분말 형태 또는 액상비료 형태로 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 의한 근류균 접종제는 액상 비료 형태로 과립화시킬 수도 있으나, 그 제형에 특별히 한정되지는 않는다. 구체적으로, 화학비료를 대체하기 위한 식물생장 촉진 생물비료로 제형화 할 수 있고, 즉 화학비료 공급이 제한된 친환경 유기농업에서 이를 극복하기 위한 생물비료로 제형화가 가능하다.
상기 근류균 접종제는 당업자에게 알려진 방법대로 제조되는 것일 수 있으며, 그 적용방법은 통상 일반적으로 행하고 있는 방법, 즉 살포(예를 들면 분무, 미스팅, 아토마이징, 분말 살포, 과립 살포, 수면시용, 상시용등), 토양시용(예를 들면 혼입, 관주 등), 표면사용(예를 들면 도포, 도말법, 피복 등), 침지,독이, 훈연, 시용 등에 의해 행할 수 있다. 그 사용량은, 그 체형, 피해상황, 적용방법, 적용장소 등에 따라 적절히 결정할 수 있다.
상기 근류균 접종제는 액체 상태로 식물에 관주, 작물의 종자에 침지 또는 분무하거나 종자에 코팅하여 이용할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상기 침지하는 방법의 경우, 상기 균주, 이의 배양액 또는 상기 근류균 접종제를 식물체 주변의 토양에 붓거나 또는 종자를 배양액 및 제제에 담가둘 수 있고, 분무할 경우에는 당업계에 널리 공지된 기술로 식물체에 흐르도록 살포할 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
본 발명에서는 고염환경의 토양에서도 헤어리베치 종자의 발아 촉진 및 생육 증진 효과를 가지도록 하기 위하여 접착력이 우수한 전착제를 종자에 1차 코팅한 후, 리조비윰 생육 및 보존에 효과적인 피복제로서 2차 코팅하는 방법을 사용하였다. 즉 헤어리베치 종자의 전착제로서 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 아라빅검(Arabic gum, AG)을 처리하여 1차 코팅시키고, 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 포함하는 펄라이트(perlite)로 2차 코팅함으로써 리조비윰 속 균주의 효과적인 접종과 동시에 접착력을 안정하게 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 헤어리베치 종자에 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(Perlite)를 혼합한 피복 제제를 처리하여 헤어리베치 종자의 발아율 및 생육 촉진 능력을 확인한 결과, 대조군의 발아율은 30%로 나타났으며, 헤어리베치 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(Perlite)를 혼합한 피복 제제를 처리한 군에서는 약 70% 이상의 발아율을 확인하였다. 또한, 지상부의 헤어리베치 생육을 확인한 결과, 대조군보다 본 발명의 피복제를 처리한 군의 생육이 1.5 내지 2.2배 정도 효과적으로 촉진하는 것을 확인하였다(도 3 참조). 이에, 헤어리베치 종자의 전착제로서 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 아라빅검(Arabic gum, AG)을 처리하여 1차 코팅시키고, 피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 처리하여 2차 코팅을 시켜 고염 환경 토양에서 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진 효과를 확인함으로써, 상기 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주와 펄라이트(perlite)를 혼합하여 콩과 녹비작물 종자의 발아촉진 및 생육 증진 방법으로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 전착제 선발 및 처리 농도 설정
종자 펠레트(pellet)는 접착물질을 종자 표면에 처리 후 피복물질을 종자 표면에 결합시키는 것으로 피복물질들은 수분이 투입되면 어느 정도 결합능력이 있지만, 운송 과정이나 농가에서 실제 파종 시 충격에 의한 파손의 우려가 많아 종자와 피복물질의 결합력을 강화시켜야 한다. 따라서, 카복시메틸셀루로오스(carboxymethyl cellulose, CMC) 및 아라빅 검(arabic gum, AG) 두 종류의 전착제를 헤어리베치 종자코팅 전착제로 선정하였으며, 상기 전착제 처리 농도별 헤어리베치 발아율을 조사하여 최적의 전착제 및 적정 농도를 설정하기 위하여, 하기와 같은 방법을 수행하였다.
구체적으로, 헤어리베치 종자를 수집하였고, 상기 수집된 종자 중 경실종자를 제외한 건실한 헤어리베치 종자를 선별하여 전착제로서 아라빅 검 및 카복시메틸셀루로오스를 각각 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5% 농도로 30분 동안 침지처리 한 후, 음건하여 멸균수를 처리한 필터 페이퍼(filter paper)위에 종자를 치상하였으며, 28℃ 항온기에서 4일 동안 발아율을 관찰하였고, 종자 발아는 3 번 반복으로 20 립/포트(pot)씩 사용하였다.
그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 1.0, 1.5 및 2.0% 농도로 아라빅 검을 처리한 군과 0.5 및 1.0% 농도로 카복시메틸셀루로오스를 처리한 군의 발아율은 무처리군의 발아율과 비슷하게 나타나는 것을 확인하여, 두 전작체 모두 헤어리베치 종자에 적정 전착제로 사용 가능한 것을 확인하였다. 또한, 헤어리베치 종자에 아라빅 검 1%을 처리한 발아율(55%) 및 카복시메틸셀루로오스 1%를 처리한 발아율(55%)이 무처리 군의 발아율(50%)보다 우수하게 나타나는 것을 확인함으로써, 상기 전착제의 적정 처리 농도로 설정하였다(표 1).
발아율(%)
아라빅 검
(Arabic gum)(%)
 카복시메틸셀루로오스
(CMC)(%)		 무처리
0.5 1 1.5 2 2.5 0.5 1 1.5 2 2.5 -
48.3 55.0 50.0 50.0 46.7 53.3 55.0 45.0 43.3 43.3 50.0
< 실시예 2> 피복제 선발
헤어리베치 종자에 안정성이 높은 피복제를 선발하기 위하여 하기와 같은 방법을 수행하였다.
구체적으로, 헤어리베치(Hairy Vicia villosa Roth)의 근류에서 분리한, 근류 형성능 및 질소 고정능을 가지며, 호염성인 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주를 YMB 배지에 3일 동안 배양한 후, 배양 상등액을 제거하고 균체만 회수하였다. 1×107 cfu/ml 농도의 균 현탁액 8 ml을 20 g의 벤토나이토(bentonite), 카오린(kaolin), 파이로필라이트(pyrophylite) 및 펄라이트(perlite)와 혼합한 후, 28℃에서 보관하며 일주일 동안 리조비윰 속 RHH84 균주의 균 밀도를 측정하였다.
그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주의 현탁액과 벤토나이토(bentonite), 카오린(kaolin), 파이로필라이트(pyrophylite) 및 펄라이트(perlite)를 혼합하여 처리한 각각의 제제 생균수를 확인한 결과, 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트를 혼합하여 처리한 균의 생균수가 2×107 cfu/g로 4 내지 20배 정도 높게 나타나는 것을 확인하였다(도 1).
< 실시예 3> 보관 시간 및 온도에 따른 피복제의 안정성 확인
펄라이트(perlite)가 포함된 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주의 제제 안정성을 확인하기 위하여, 하기와 같은 방법을 수행하였다.
구체적으로, 헤어리베치(Hairy Vicia villosa Roth)의 근류에서 분리한, 근류 형성능 및 질소 고정능을 가지며, 호염성인 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주를 YMB 배지에 3일 동안 배양 후, 배양 상등액을 제거하고 균체만 회수하였다. 1×107 cfu/ml 농도의 균 현탁액 8 ml을 20 g의 펄라이트(perlite)와 혼합한 후, 4℃, 실온(22 내지 23℃) 및 28℃의 각기 다른 온도 조건에서 6개월 동안 보관하면서 펄라이트가 함유된 리조비윰 속 RHH84 균주의 제제 안정성을 1주일 간격으로 확인하였다.
그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 펄라이트가 혼합된 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주를 4℃, 실온(22 내지 23℃) 및 28℃의 각기 다른 온도 조건에 보관한 뒤, 3 주 후부터 생균수가 증가하는 것을 확인하였고, 4주부터 6개월 동안 지속적으로 안정적인 생균수가 유지되는 것을 확인하였다. 또한, 상기 제제의 온도별 안정성을 확인한 결과, 4℃ 및 실온(22 내지 23℃) 온도 조건에서 생균수가 비슷하게 나타났으며, 28℃ 조건에서도 큰 차이 없이 비교적 안정적 생균수가 유지되는 것을 확인하였다(도 2).
< 실시예 4> 피복제의 헤어리베치 종자 발아율 및 생육 촉진 능력 확인
헤어리베치 종자에 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(Perlite)를 혼합한 피복 제제를 처리하여 헤어리베치 종자의 발아율 및 생육 촉진 능력을 확인하기 위하여, 하기와 같은 방법을 수행하였다.
구체적으로, 헤어리베치 종자를 선발하였다. 선발된 헤어리베치 종자 표면을 살균하기 위하여, 95% 에탄올에 1분 동안 침지, 2% 차아염소산나트륨(NaClO)에 2분 동안 침지 후 멸균 증류수로 3 내지 4회 이상 세척하였다. 상기 세척된 종자를 클린벤치에서 건조하여 본 발명에 이용하였다. 헤어리베치 근류 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(Perlite)를 혼합한 피복 제제를 이용하여 상기 종자를 코팅하기 위하여, 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주를 YMB배지에 3일 동안 배양한 후, 배양 상등액을 제거하고 균체만 회수하였다. 1×108 cfu/ml 밀도의 상기 균 현탁액 8 ml을 20 g의 펄라이트와 혼합한 후, 1% CMC 전착제로 1차 피복한 헤어리베치 종자표면에 2차 코팅하였다. 대조군은 1% CMC로 1차 코팅한 헤어리베치 종자 표면에 무균 펄라이트 피복제로 코팅하였다. 종자파종은 간척지 토양을 이용한 포트(pot)에 본 발명의 피복제로 코팅된 헤어리베치 종자를 10립씩 3반복으로 파종하였다. 2013년 1월, 20∼22℃가 유지되는 자연광 조건의 온실에서 헤어리베치 종자 파종 후, 3주부터 6주일 동안 발아율 및 생육촉진 능력을 관찰하였다. 포트 실험에 사용한 토양조건은 간척지 토양을 이용하였다. 파종에 사용한 종자는 본 발명의 피복제로 코팅된 헤어리베치 종자를 10립씩 3 반복으로 파종하였다.
그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 피복제를 이용하여 헤어리베치 종자를 코팅하고 파종한 3주 후부터 상기 종자의 발아율을 확인한 결과, 대조군의 발아율은 30%로 나타났으며, 헤어리리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)(KCTC12024BP) 균주와 펄라이트(Perlite)를 혼합한 피복 제제를 처리한 군에서는 약 70% 이상의 발아율을 확인하였다. 또한, 헤어리베치의 생육을 지상부로 확인한 결과, 대조군보다 본 발명의 피복제를 처리한 군의 생육이 1.5 내지 2.2배 정도 효과적으로 촉진하는 것을 확인하였다(도 3).
한국생명공학연구원 KCTC12024BP 20110928

Claims (13)

  1. 전착제로서 0.5 내지 2%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 또는 1 내지 2%(v/v) 농도의 아라빅검(arabic gum, AG); 및
    피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 포함하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 리조비윰 속 균주는 수탁번호 KCTC12024BP로 기탁된 리조비윰 속 RHH84(Rhizobium sp. RHH84)인 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 콩과 녹비작물은 헤어리베치, 자운영, 크로버 및 네마장황으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 종자 코팅제는 고염 환경의 토양에서 종자의 발아촉진 및 생육 증진 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 고염 환경의 토양은 간척지, 바다매립지, 비닐하우스 및 염류집적지로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 5℃ 내지 30℃ 온도 조건에서 저장하는 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 5주 내지 10 개월 동안 보관하는 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제.
  8. ｉ) 0.5 내지 2%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 또는 1 내지 2%(v/v) 농도의 아라빅검(arabic gum, AG)을 이용하여 전착제를 제조하는 단계; 및
    ⅱ) 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 혼합하여 피복제를 제조하는 단계를 포함하는, 전착제와 피복제로 구성된 콩과 녹비작물 코팅제의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 단계 ii)의 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속 균주를 1:1 중량 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자 코팅제의 제조 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 단계 ⅱ)의 리조비윰 속 균주는 2×105 cfu/ml 내지 2×1010 cfu/ml을 포함하는 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물의 종자 코팅제의 제조 방법.
  11. ｉ) 콩과 녹비작물 종자에 전착제로서 0.5 내지 2%(v/v) 농도의 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 또는 1 내지 2%(v/v) 농도의 아라빅검(arabic gum, AG)을 처리하여 1차 코팅시키는 단계; 및
    ⅱ) 피복제로서 펄라이트(perlite) 및 리조비윰 속(Rhizobium sp.) 균주를 처리하여 2차 코팅을 시키는 단계를 포함하는 콩과 녹비작물 종자의 발아율 촉진 또는 생육 증진 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 콩과 녹비작물은 헤어리베치, 자운영, 크로버 및 네마장황으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자의 발아율 촉진 또는 생육 증진 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 고염환경의 토양에서 콩과 녹비작물 종자의 발아 촉진 및 생육 증진 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 콩과 녹비작물 종자의 발아율 촉진 또는 생육 증진 방법.







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