2014년으로 20년간 유예되었던 쌀 수입개방이 513% 관 세가 실시됨에 따라 벼 재배 국제경쟁력 향상과 벼농사로 야기되는 온실가스 발생을 경감할 수 있는 직파재배기술 (Shon et al., 2012; Garnache et al., 2010)의 확대보급이 절 실하다. 우리나라 벼 재배에서 생산비를 획기적으로 줄일 수 있는 벼 직파기술은 직파전용 벼 품종개발(Ko et al., 2011)과 더불어 직파방법이나 파종기계개발(Choi, 1994; Park et al., 2001; Shon et al., 2012) 등으로 다각적으로 발전되 어 보급되고 있으나 파종 후 발아나 입모 불안과 앵미, 잡 초 및 도복발생 등의 보급저해 요인들을 해소시킬 수 있는 기술개발이 더욱 요구되고 있다.
최근에 기업체에서 개발된 “규산코팅볍씨 직파기술”(Kang et al., 2014)이 벼 재배에서 요구되는 규산공급효과와 아울 러 입모안정을 기할 수 있는 기술로서 평야지나 중산간지 등 전국 여러 지역 농업기술센터(김해, 천안, 이천, 홍천, 태 안)의 직파재배시범포장에서 전시재배 되었다. 동 기술의 우수성을 평가하기 위하여 염류장해로 직파재배가 비교적 불리한 서해안 간척지에서 직파적성을 평가하던 중 규산코 팅이 안된 볍씨 처리구에서만 이앙재배에서와 같은 수준의 키다리병이 심하게 발병된 것이 주목되어 이것을 기반으로 실내시험을 병행하게 되는 동기가 되었다.
벼 키다리병은 1828년 일본(Furuka, 1970)에서 알려져 세 계 3대 작물병해로 심하면 수확개무상태까지 이르게 하는 호기성 곰팡이 병원균으로서 종자나 토양으로부터 벼 뿌리 로 침투해 성장촉진 호르몬인 Gibberellin을 분비시켜 웃자 람 등 다양한 증상으로 육묘과정부터 수확기까지 지속적으 로 발병되고 있다. 우리나라에서는 종자감염에 의한 육묘 과정에서 발병하여 고사되거나 육안으로 구분이 안 될 정 도의 약하게 감염된 건전묘일지라도 본답이앙으로 이동되 어 조기고사에서 이삭불임 등 전 생육기간동안 발병이 다 양하게 진행되고 있다(Kim, 1981). 키다리병에 대한 효과 적인 방제법으로는 온탕침법이나 약제소독(Park et al., 2003; Park et al., 2008)에 의한 종자소독제에 의존되지만 키다리 병원성의 새로운 균주의 분화로 기존 종자소독제에 대한 내성(Choi et al., 2009; Kim et al., 2010; Ogawa and Takeda, 1990; Park et al., 2009; Park et al., 2008; Wulff et al., 2010)때문에 매년 피해면적 증가에 따른 범국가적인 방제 대책이 강구되고 있다. 마늘 추출액에 의한 키다리방제효 과가 발표되어 친환경적인 방제약제개발 가능성도 제시되었 으나(Sung and Choi, 2004) 실용화가 안 되고 있다. 다행히 도 담수상태로 경과되는 본답에서 토양으로부터 1차 감염 된 보고는 아직 없고(Dehkaei et al., 2004) 종자가 본답에 서 저온으로 경과되는 직파재배에서도 발병이 불리한 조건 이긴 하지만 기후 온난화와 무논직파 및 초기배수처리(Shon et al., 2011) 등 키다리병원균의 증식에 유리한 조건으로 진행되고 있어 금후 발병이 우려되고 있다.
본 연구는 “규산코팅볍씨 직파기술”로서 직파재배가 비 교적 불리한 간척지유래 논토양에서 입모향상과 기존의 번 거로운 온탕침법이나 화학약제에 의존하는 종자소독 및 본 답 약제방제 없는 조건에서 키다리병을 친환경적으로 방제 할 수 있는 가능성을 검토하였다.
재료 및 방법
포장시험
시험재료는 새턴바이오텍(주)에서 개발한 규산코팅볍씨 제조기술을 활용하여 벼 키다리병에 이병성인 주남벼(Lee et al., 2011)를 이용 종자소독이나 침종하지 않은 마른 종 자에 피복재인 다공성이면서 양이온치환능력(CEC)이 높은 분말 지오라이트(300 mesh: 새턴바이오텍 제품명 새빛파우더) 와 결합재인 수용성규산액상(25%: 새빛바인더)을 적합수준(종 자 1 kg: 지오라이트 0.5 kg: 규산 180 ml)으로 혼합하여 종자무게의 1.7배 되는 “규산코팅볍씨”를 만들었다. 시험지 토양은 간척 후 약 30년 숙답화 된 서해안 서산간척지 유래 토양이었다. 시험구 처리는 2 ha 규모의 논에 “규산코팅볍 씨처리구”와 코팅하지 않은 “볍씨단용처리구”를 난괴법 3 반복으로 설치하였다. 파종은 써레질 1일후 2014년 5월 10 일에 종자무게 기준 60 kg/ha를 미스트기로서 담수산파 하 였다. 파종 후 5일 만에 물 걸러대기를 실시한 다음에는 한 발에 의한 염류장해가 우려되어 분얼초기까지는 지속적으 로 담수관리 하였다. 기타 재배법은 농촌진흥청 담수직파 표준재배법에 준하였고 농약은 시용하지 않았다. 직파적성 평가는 각 처리구마다 조사지점(50x50 cm2 )을 선정 4등분으 로 분할하여 파종 후 14일에는 육안으로 낙종상태를 달관 조사 하였고 발아와 발근립수로 발아율을 산정하였다. 파 종 후 21일에는 본엽 2엽과 토양착근이 완성된 입모수를 조사지점별 분포수를 조사하여 표준편차로 입모균일도를 평가하였고 평균입모수±표준오차로 나타내었다. 파종 후 28일, 42일과 56일에는 달관과 이미지로 생육의 군락상을 나타내었고 파종 후 63일인 분얼중기 경에는 10개체의 지 상부생육량(생체중, 건물중)을 측정하여 개체당 중량으로 환산하였다.
키다리병 조사는 발병이 처음 시작된 분얼중기경인 파종 후 56일과 종자감염을 일으키는 출수기경인 파종후 105일 에 육안판단으로 가능한 이병증상을 기준으로 1 m2 면적에 서 이병분얼수를 조사하여 발병경율로 환산하였다. 이병주 의 키다리병원성 확인은 Slide glass에 증류수 1방울(0.1 ml) 을 떨어뜨리고 출수기와 성숙후기에 채취한 이병주 감염부 조직에 부착된 병원균이 유출되도록 3회 반복 적셔낸 후 광학현미경 400배율로 검경하였다.
실내시험
규산코팅볍씨의 키다리병 억제효과를 입증하기 위하여 포 장시험에서 파종하고 남은 5개월 묵은 규산코팅볍씨와 무 코팅볍씨에다가 시험포장에서 채취한 이병주의 감염조직 을 접종원으로 하여 변온조건(주야 : 18~26°C)과 항온조건 (30°C)에서 습실처리 되었다. 변온조건에서는 250 ml 비커 를 이용하여 처리별 볍씨를 각각 100립씩 넣고 이병주의 줄기마디 감염부를 접종한 후 20 ml의 증류수를 채워서 치 상 7일째와 14일째 접종원 이병주의 줄기마디에 분포된 병 원균의 발육양상을 광학현미경 400배율로 검경하였다. 항 온조건에서는 직경 8 cm의 Petri dish에 규산코팅볍씨 100 립 추가한 처리구와 추가하지 않은 무처리구를 설정하여 이병주의 감염부 줄기마디와 이삭지경 및 종자감염이 예상 되는 건전주 이삭 지경을 접종하였다. 샤레의 2/3를 증류수 로 채워서 항온기에서 1주간 습실 처리한 후 병원균의 발 육상태를 광학현미경 400배 배율로 검경하였다.
결과 및 고찰
규산코팅볍씨의 직파적성
벼 직파재배에서 기술보급을 저해하는 요인 중에서는 입 모불량 해소 기술이 가장 요구되고 있다(Choi et al., 1994; Johnkuty et al., 2002; Park et al., 2001; Shon et al., 2012). 특히 간척지토양에서는 염류장해에 의한 종자의 발아, 토 양부착 및 착근불량으로 입모수 확보가 어려운 여건이다. 직파재배가능면적은 많지만 이러한 불리한 조건이라고 볼 수 있는 약 30년간 숙답화 된 서산 간척지유래토양에서 규 산코팅볍씨를 담수산파 하였다. Table 1에서와 같이 볍씨 를 코팅하지 않은 볍씨단용에서 보다 발아율과 입모수는 약간 많은 편이었으나 토양표면에 떨어진 종자의 낙종상태 의 균일로 평균입모수가 약간 많으면서 표준오차가 현저히 낮은 균일한 입모분포상태를 보였다. 직파에서 입모균일도 는 작황을 좌우하는 결정적인 요소가 된다. 규산코팅볍씨 는 다공성 담체인 지오라이트 피복재와 바인더로 쓰인 수 용성규산 코팅으로 무코팅볍씨 보다 중량감이 1.7배로 무 거워서 파종 시에 종자가 날리거나 물에 떠서 몰리는 것을 막아 토양표면 부착을 양호하게 하여 균일한 낙종상태를 갖게 된다. 또한 발아 후에도 발근종자의 착근불량으로 뜨 거나 이동되거나 쓰러지는 묘가 발생되는데 낙종종자의 균 일한 토양부착과 규산의 발근촉진 효과(Kang, 1985)로 양 호한 토양착근에 의한 균일한 입모수 확보가 가능한 것으 로 판단되었다.
Table 1.
Effect of seeds coated with water soluble silicate on distribution of falling seeds, germination rates and seedling stand at 12-days after seeding in wet direct seeding of rice.
| Treatment | Seed distribution % | % of germination | No of seedling stand per m2 | % of seedling stand |
|---|---|---|---|---|
| Seed coated | Uniform | 85.1 | 74.0± 9.1 | 87.0 |
| Seed alone | Not uniform | 84.8 | 73.3±17.5 | 86.4 |
또한 Fig. 1에서와 같이 파종 후 28일, 42일, 56일 및 63 일의 분얼기간 중 생육이 진전되면서 개체생장과 군락의 Canopy 형성이 양호함을 알 수 있었다. 따라서 분얼중기 경(파종 후 63일) 개체당 지상부 생육량은 입모의 공간 확 보가 균일하였던 규산코팅볍씨처리구(Ⓐ)가 볍씨단용처리 구(Ⓑ)에서 보다 개체의 균일한 무게변이로 13% 유의한 증 가를 보여(Table 2) 직파적성이 높은 것으로 나타났다.
Fig. 1
Comparison of growth to different growth stages of rice cultivar, Junambyeo with seeds coated by water soluble silicate and with seed alone (under) in wet direct seeding of rice.Table 2.
Effect of seeds coated with water soluble silicate on plant height and shoot weight at 63-days after seeding in wet direct seeding of rice.
| Treatment | Plant ht. (cm) | Shoot wt.(g/plant) | Shoot wt.(g/plant) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Fresh wt. | Dry wt. | % of DW/ FW | |||
| Seed coated | 48.7 | 4.26*±0.71 | 1.38*±0.28 (113) | 32.4 | |
| Seed alone | 47.0 | 3.89 ±1.17 | 1.22 ±0.32 (100) | 31.4 | |
| LSD(5%) | - | 0.31 | 0.12 | - | |
키다리병 발병양상
벼 이앙재배 시 본답에서 발생되는 키다리병은 육묘중 1 차 감염된 이앙모로 부터 오지만 육묘과정이 없이 볍씨를 본답에 직접 파종하는 직파재배의 경우에는 감염종자로부 터 발병된다. 우리나라에서 직파재배는 저온기에 본답파종 (Choi et al., 1994)이 시작되므로 키다리병의 발생이 거의 없으나 본 시험의 담수직파된 본답에서 Fig. 2에서와 같이 볍씨단용처리(Ⓑ원내)에서만 키다리병이 심하게 발병되어 파종 후 56일되는 분얼중기 경에는 일부의 완전고사 이병 주나 늘어진 연녹색 잎과 신장된 줄기를 갖는 이병증상을 보였다. 파종 후 105일되는 출수기 경에는 완전고사 이병 주도 증가되었고 건전주보다 줄기의 이상신장이나 조기출 수 및 꺾이는 연녹색 잎 그리고 줄기의 절간과 마디에는 짙 은 암갈색의 병증 등 전형적인 이병증상으로 이앙재배에서 볼 수 있는 심한 발생수준이었다(Ⓑ원내). 파종 후 161일이 되는 성숙후기에는 모든 이병주가 완전고사 되어(Ⓑ원내) 이삭의 낟알, 엽초, 줄기의 감염부위는 흑갈색으로 나타났 다. 반면에 규산코팅볍씨(Ⓐ)에서는 분얼기까지 육안판별 로는 거의 발병증상이 없었다가 출수 시작 무렵에는 극히 미미한 발생을 보여 발병억제효과가 뚜렷하였다. 규산코팅 볍씨처리구에서 발병된 개체들은 병원균의 감염강도 미약 으로 발병증상이 잠재되어 육안판별이 안될 가능성과 규산 코팅종자가 취급단계에서 부셔져서 코팅의 기능을 잃었거 나 볍씨단용처리구의 파종된 종자나 발아된 묘 등이 시험 중 여러 과정에서 이동되었을 가능성 등도 배제할 수 없다 고 본다. 아직까지 우리나라에서는 본답 토양으로부터 1차 감염보고는 없고(Lee et al., 2011) 담수직파에서도 키다리 병 발병 연구보고는 없다. 본 시험의 담수직파에서 심한 키 다리병 발병은 재배된 주남벼의 이병성과 무침종, 무소독 종자의 이용 및 파종기부터 심한 한발로 인한 고온경과가 복합적으로 작용된 것으로 보이고 규산코팅볍씨에서 발병 억제효과로 보아 토양전염 보다는 감염종자에 기인된 것으 로 판단되었다.
Fig. 2
Comparition in sequential change of bakanae disease development to different growth stages of rice cultivar, Junambyeo with seeds coated by water soluble silicate and with seed alone in wet direct seeding of rice.처리별 이병경율은 Table 3에서와 같이 볍씨단용처리에 서는 7월 중순의 분얼중기까지 4.6%, 종자감염을 일으키는 시기인 8월 중순의 출수기 경까지 9.9%의 심한 발병수준에 비하여 규산코팅볍씨에서는 0.01%로서 99.9%의 방제가를 보였다. 우리나라 이앙재배에서는 7월 하순 고온기를 발병 적온기로 본 Kim (1981)의 보고에 비하면 7월 중순에서 8 월 중순까지에서도 증가되고 있어 금후 온난화에 따른 키 다리병의 발병이 직파재배에서도 크게 우려되고 있다. 온 탕침법이나 약제소독에 의존하던 종래 방제기술에서 종자 소독 없이도 규산질비료의 공급기능을 동시에 만족시킬 수 있으면서 친환경적 방제기술인 규산코팅볍씨의 활용 기술 은 금후 종자소독용, 육묘용 및 본답용으로의 방제효과에 관한 연구가 요구되고 있다.
Table 3.
Effect of seeds coated with water soluble silicate on percentage of tillers infected and control value of bakanae disease causing Gibberella fujikuroi at 56-days and at 105-days after seeding in wet direct seeding of rice.
| Treatment | % of tillers infected | Control value (%) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| at 56 DAS | at 105 DAS | ||||||
| Survival | Dead | Total | Survival | Dead | Total | ||
| Seed coated Seed | 0 | 0 | 0 | 0.01 | 0 | 0.01 | 99.9 |
| alone | 4.1 | 0.5 | 4.6 | 7.5 | 2.4 | 9.9 | 0 |
이병주 키다리병원성 확인
포장시험에서 육안으로는 전형적인 키다리병 이병증상으 로 나타났지만 다양하고 유사한 병해증상이 혼재하므로 이 병주 병원성의 존재양식을 확인할 필요가 있었다. 출수 개 화 시에 이삭의 영화 내로 들어가서 종자감염을 일으키는 출수기 생존이병주와 성숙후기 경 이병주에 대한 감염부위 별 병원포자의 분포양상을 보았다. Fig. 3에서와 같이 출수 기에 심한 장해를 받은 생존이병주의 생체조직 내 암갈색 병증부위(Ⓐ~Ⓕ)에서 무성세대인 소형분생자와 대형분생 자 그리고 유성세대인 암청색 타원형이나 곤봉형의 중형자 낭포자 등이 확인 되었다. 심한 장해로 건전주보다도 조기 출수된 생존이병주의 쭉정이가 된 영화 내(Ⓐ)에서는 주로 3~7개의 격막을 갖는 무성세대인 대형분생자의 분포가 많 았고 줄기의 상위1절(Ⓑ), 상위2절(Ⓒ, 상위3절(Ⓓ)에서는 무색 소형분생자가 주종을 이루었으며 상위2~3절 내에서 는 소형분생자가 주종을 이루나 중간형포자 정도인 유성세 대 포자들도 혼재되어 차세대 생산될 종자로의 이동에 유 리한 형태로 증식되고 있는 것이 확인되었다. 또한 생존이 병주를 건조시킨 줄기마디(Ⓔ)와 마디사이 감염부위의 내 부조직(Ⓕ)에서도 대부분이 무성세대의 소형분생포자로서 보균상태로 잠복되어 차세대 토양전염원으로의 가능성도 확인되었다.
Fig. 3
Distribution of macro-conidia, micro-conidia and mycelium of bakanae diseases at the beginning of heading (105- days after seeding) of different part of fresh tissue and dry tissue of infected rice plant grown in wet direct seeding.Fig. 4에서와 같이 성숙후기 고사된 이병주의 감염부위 내에서 무성세대인 소형분생자와 대형분생자 및 균사들과 유성세대 중형포자들이 확인되었다. 이삭의 종자 내(Ⓐ)에 는 4~7개의 격막을 갖는 대형분생자가 주로 분포되어 있었 고 줄기의 상위1절(Ⓑ)에는 소형분생자와 대형분생자가 혼 재되어 있었다. 상위2~5절(ⒸⒹⒺⒻ)에는 무성세대의 소 형분생자가 주로 분포되어 있었고 벼 줄기의 상위3절(Ⓓ은 논토양 표면에 가까워 통기가 좋고 습하여 병원균이 잘 서 식할 수 있는 환경조건으로 균사체와 소형분생자들의 왕성 한 밀도를 볼 수 있었으며 토양지제부인 상위5절(Ⓕ)에서 는 작은 소형분생자들로 늦은 생장을 볼 수 있었다. 종자전 염이 끝난 시기인 벼의 성숙기 그루터기나 볏짚에 잠복한 병원균들은 논토양에 잔류되어 이듬해 토양감염원으로 될 수 있을 가능성도 확인되었다.
규산코팅볍씨의 키다리병원균 발육억제
규산코팅볍씨의 키다리병원균 발육억제 효과를 명확히 하고자 시험포장에서 채취한 이병주의 감염조직을 규산코 팅볍씨처리구와 무코팅볍씨구에 접종하여 실온조건(18~26°C) 과 항온조건(30°C)에서 습실처리하여 2주간 발아 생육시키 면서 접종 이병조직의 병원균 발육상태를 검경하였다. Fig. 5에서와 같이 볍씨단용처리구(Ⓐ)의 접종조직에서는 치상 후 1주일에 무성세대의 소형분생자와 대형분생자 및 유성 세대의 중형포자들이 다수 분포되었고 2주 후에는 균사체 의 생장까지 왕성한 발육양상을 보였다. 반면에 규산코팅 볍씨처리구(Ⓑ)의 접종조직에서는 치상 후 1주일에 소형포 자는 거의 없이 무성세대의 대형분생자 1개체만 포착되었 는데 2주 후에는 급격히 위축되어 키다리병원포자의 발육 억제효과가 명확하게 나타났다.
Fig. 5
Comparison in inhibiting ability to bakanae diseases development from infected rice part inoculated at 7-days and 14-days after seeding in room temperature (18-26°C) due to the treatments with seed alone (Ⓐ) and with seeds coated by water soluble silicate (Ⓑ) showed by 400X.또한 키다리병원균 발육이 용이토록 항온조건(30°C)에서 1주일간 습실 처리한 결과 Fig. 6에서와 같이 볍씨단용처리 구에서는 이병주 이삭의 감염부위 종자표면에 연한 핑크색 을 띄운 둥근 모양의 전형적인 키다리병 균총(Ⓐ좌 흰색원 내)이 육안 관찰된 반면에 규산코팅볍씨처리(Ⓐ우)에서는 전연 형성되지 않았다. 또한 볍씨단용처리(Ⓑ좌)의 포장감 염된 접종원 건전주 이삭의 종자 내에서는 소형분생자와 발아균사가 부착된 대형분생자가 검경(400X)되어 종자감 염이 확인되었고 반면에 규산코팅볍씨처리(Ⓑ우)의 건전주 이삭 종자에서는 발육이 위축 정지된 대형분생자가 규산코 팅으로 감염종자의 소독기능이 확인되었다. 그리고 볍씨단 용처리에서 이병주 이삭의 감염부 비립 표면에 형성된 균 총에서는 대형분생자(Ⓒ좌)와 왕성한 균사의 발육상(Ⓓ좌) 이 검경된 반면에 규산코팅볍씨처리에서는 발육 정지 위축 으로 사멸되고 있는 대형분생자(Ⓒ우)와 소멸되고 있는 연 쇄상 소립자 소형분생자의 나열군(Ⓓ우)이 검경되었다. 이상 의 결과로 보아 규산코팅볍씨의 키다리병원균 억제기작은 종자와 피복재를 결합시키는 강알칼리(pH 12.03)성 규산 (25%)에 의해서 감염종자 조직내에 서식하는 호기성 병원 균을 서식환경이 다소 유리한 다공성 담체인 지오라이트 (종자피복재)로 유인 이동시켜 종자배유로부터 영양원공급 이 차단됨으로서 발육이 억제된 것으로 보이나 금후 키다 리병원성과 알칼리도 및 담체와의 관계를 밝히는 연구가 필요하다.
적 요
벼 직파재배에서 볍씨에 피복재인 지오라이트와 결합재 인 수용성규산(25%)으로 혼합 코팅된 “규산코팅볍씨(SCS)” 의 활용에 의한 키다리병 억제효과를 구명하고자 서해안 간척지유래토양에서 담수표면직파된 포장시험과 아울러 시험포장에서 발병된 키다리병 이병주를 접종원으로 하여 변온조건(주야 18~26°C)과 항온조건(30°C)에서 실내시험 으로 수행한 결과는 다음과 같다.
1 담수직파에서 규산코팅볍씨 처리구는 무코팅볍씨 처 리구에서 보다 입모분포상태가 균일하였고 분얼중기 경 건물생산량이 13% 증가되었다.
2 무코팅볍씨 처리구에서는 분얼중기 경부터 키다리병 이 발생되어 종자감염을 일으키는 출수기 경에 9.9% 의 심한 이병경율을 보인 반면에 규산코팅볍씨 처리구 에서는 분얼중기까지 거의 발생이 없다가 출수기 무렵 에 0.01%의 극미한 발생으로 99.9%의 방제가를 보였 다. 이병주의 줄기마디와 이삭영화 감염부위에서는 전 형적인 키다리병균의 소형분생자와 대형분생자 및 균 사체 등이 확인되었다.
3 무코팅볍씨와 규산코팅볍씨를 30°C 항온기에 각각 치 상하고 시험포장에서 발병된 이병주의 이삭을 2주일 간 접종 처리한 결과 무코팅볍씨 처리구의 접종이삭 종자에서는 종자표면에 균총이 형성되었고 종자내에 는 소형분생자, 대형분생자 및 균사 발육이 왕성하게 증식된 반면에 규산코팅볍씨 처리구에서는 소형분생 자와 균사는 생존하지 못하였고 대형분생자와 균사체 발육은 크게 위축되었다.
이상의 결과로 규산코팅볍씨의 활용으로 직파재배 시 종 자소독 없이도 친환경적 키다리병 방제가 가능하며, 향후 종자소독제로의 개발도 가능할 것으로 판단되었다.
