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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.28 No.3 pp.212-217
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2019.28.3.212

Analysis of Bacterial Wilt Symptoms using Micro Sap Flow Sensor in Tomatoes

Young Eun Ahn1, Kue Hyon Hong1, Kwan Ho Lee1, Young Hoe Woo1, Myeong Cheoul Cho2, Jun Gu Lee3, Indeok Hwang4, Yul Kyun Ahn1*
1Department of Vegetable crops, Korea National College of Agriculture and Fisheries, Jeonju, 54874, Korea
2Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural & Herbal Science, Wanju 55365, Korea
3Department of Horticulture, Chonbuk National University, Jeonju 54896, Korea
4R&D Center, Bunongseed Co., Ltd., Gimje 54324, Korea
Corresponding author: aykyun@korea.kr
May 13, 2019 June 5, 2019 June 19, 2019

Abstract


Bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum is a major disease that affects tomato plants widely. R. solanacearum is a soil born pathogen which limits the disease control measures. Therefore, breeding of resistant tomato variety to this disease is important. To identify the susceptible variety, degree of disease resistance has to be determined. In this study, micro sap flow sensor is used for accurate prediction of resistant degree. The sensor is designed to measure sap flow and water use in stems of plants. Using this sensor, the susceptibility to bacterial wilt disease can be identified two to three days prior to the onsite of symptoms after innoculation of R. solanacearum. Thus, this find of diagnosis approach can be utilized for the early detection of bacterial wilt disease.



식물 생체정보 센서를 활용한 토마토 풋마름병 증상 분석

안 영은1, 홍 규현1, 이 관호1, 우 영회1, 조 명철2, 이 준구3, 황 인덕4, 안 율균1*
1전라북도 전주시 완산구 콩쥐팥쥐로 1515 한국농수산대학 채소학과
2전라북도 완주군 이서면 농생명로 100 국립원예특작과학원 채소과
3전라북도 전주시 덕진구 백제대로 전북대학교 원예학과
4전라북도 김제시 백산면 하정로 236 부농종묘(주)

초록


본 연구는 토마토의 풋마름병 감염 여부를 더 빠르게 예측하고 객관적으로 평가하기 위해 수행되었다. 이를 위해 식물 생체정보 센서를 이용하여 풋마름 병원균을 접종한 토마토에서 풋마름병에 감염되어 증상을 보이기 까지의 식물체의 양수분 이동 속도를 측정하였다. 토마 토의 양수분 이동 속도를 측정했을 때 육안으로 보이는 풋마름 증상이 나타나기 약 2 내지 3일 전부터 풋마름 병에 감염된 토마토의 양수분 이동 속도가 감염되지 않 은 토마토에 비해 감소하는 것을 볼 수 있었고 이 결과 는 생물검정과 생육조사 결과와도 일치하는 것을 볼 수 있었다. 따라서 이상의 결과를 볼 때 식물 생체정보 센 서를 이용하여 식물의 양수분 이동 속도를 측정함으로써 풋마름병을 조기 진단할 수 있음을 알 수 있었다.



    Rural Development Administration
    PJ013561032019

    서 론

    토마토는 남아메리카 고원지대가 원산지인 통화식물목 가지과 채소로 전 세계적으로 소비량이 매우 높은 작물 이다(Peralta 와 Spooner, 2007). 토마토는 베타카로틴뿐 만 아니라 라이코펜이라는 항산화 성분을 풍부하게 함유 하여 슈퍼푸드로 불리고 있다(Jo 등, 2014;Toma 등, 2008). 국내에서도 꾸준히 토마토 재배 면적이 증가하고 있으며(Lee 와 Kim, 2017), 이에 따른 토마토 재배 기 술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 토마토 생 산량에 영향을 끼치는 주요 병에는 역병, 잎마름병, 풋 마름병 등이 있으며(Foolad 와 panthee, 2012), 이 중 본 실험에서는 Ralstonia solanacearum 균에 의해 발병되는 풋마름병에 대하여 저항성을 가지는 토마토 대목에 관한 연구를 진행하였다. R. solanacearum은 세계적으로 50과 200여 종의 식물에서 병징을 나타내며(Hayward, 1991), 우리나라에서는 토마토 외에도 고추, 가지, 감자 등의 가지과 작물에 큰 피해를 입히고 있다(Hayward, 1991). R. solanacearum은 토양에서 서식하다가 발병에 적합한 고온다습한 조건이 주어질 때 식물의 상처를 통해 침입 한다. 식물체 내에서 증식한 병원균은 물관부를 막아 시 듦을 유발하여 결국 식물체를 고사시킨다(Schell, 2000;Jung 등, 2014). 이 병원균은 토양, 물, 벌레, 농기구 등 에 의해 전염되고 토양에 오랜 기간 생존할 수 있기 때 문에(Tahat 와 Sijam, 2010;Lee 와 Kim, 2017) 화학적, 생물학적 방제가 어려워, 그 예방을 위해 주로 윤작이나 풋마름병 저항성 품종들을 개발하여 접목하는 방법을 사 용하고 있다(Lim 등, 2008).

    본 연구에서는 풋마름병에 대한 저항성을 가지는 토마 토 품종이나 대목을 육성하는 데 있어서 병 저항성 여 부나 저항성 정도에 대한 보다 신속하고 객관적인 평가 를 위해 식물체 도관 내 양수분 이동 속도를 측정하는 식물 생체정보 센서를 활용하였다. 도관을 막아 시듦을 유발하는 풋마름병 병원균의 특성상, 도관 내 양수분 이 동 속도 측정 결과가 풋마름병에 대한 저항성 정도에 대한 객관적인 근거가 될 수 있을 것으로 보인다.

    재료 및 방법

    1. 실험재료

    시판용 토마토 풋마름병 저항성 대목 품종인 ‘파이팅’ 과 이병성 계통인 ‘TS1(육성계통)’을 전북 익산 쥬얼리 토마토 육묘장에서 2018년 3월 7일 파종하였다. 파종 3 주 후에 ‘파이팅’과 ‘TS1(육성계통)’을 합접법으로 접목 하고, 접목하지 않은 ‘TS1(육성계통)’ 실생묘와 함께 실 험에 사용하였다.

    2. 식물 생체정보 센서 식물체 삽입

    토마토의 양수분 이동 속도 측정을 위해 식물 생체정 보 측정 모듈(Telofarm, Korea)을 이용하였다(Fig. 1). 식 물 생체정보 측정 모듈은 Heat dissipation method (HDM) 원리를 이용하여 변형한 것으로 식물체 물관에 삽입된 탐침이 식물체 내에서 발열하고 냉각할 때 양수 분의 흐름에 따라 발생하는 온도 차이를 이용하여 양수 분 이동 속도를 측정한다(Baek 등, 2018).

    접목한 식물체의 경우, 접목 후 20일 경에 식물체의 본엽 6 내지 8매가 전개했을 때 접목부위에서 위로 약 1에서 2cm 떨어진 위치에 생체정보 측정 센서가 물관 부에 닿도록 삽입하고(Fig. 1) 실생묘의 경우도 비슷한 위치에 센서를 삽입하여 물관부 내의 양수분 이동 속도 를 측정하였다. 센서 삽입 후 2일간 양수분 흐름을 측 정하면서 센서 값을 안정시키고 측정값의 영점을 조절 하였다.

    3. 병원균 접종

    R. solanacearum ‘WR-1’를 국립원예특작과학원에서 분양받아 실험에 사용하였다. Triphenyl tetrazolium chloride (TTC) 배지를 사용하여(Kelman, 1954) 28℃에 서 24시간 동안 배양하여 얻은 단일 colony를 nutrient agar (NA) 배지에 48시간씩 두 번 옮겨 배양하였다. 농 도는 108CFU·mL-1(OD600=0.8)로 제조하여 접종 시에 10 배 희석하여 접종하였다. 접종 전 식물체 뿌리의 두 면 을 칼로 상처 내고 관주 접종하였으며, 접종 후에는 온 도 약 28°C, 습도 약 60%로 조절된 유리온실에서 관찰 하였다(Kim 등, 2015).

    4. 토마토 풋마름병 저항성 검정 및 평가

    풋마름병 발병 정도 조사 disease index는 0에서 4로 나누어 조사하였다(Roberts 등, 1988). 시듦 증상이 없 는 것은 0, 잎이 1에서 25%가 시든 것은 1, 잎이 26에 서 50%가 시든 것은 2, 잎이 51에서 75가 시든 것은 3, 잎이 76에서 100%가 시든 것은 4로 평가하였다 (Kim 등, 2015). 최종 발병도 조사는 접종 후 14일에 실시하였다.

    5. 토마토 접목묘와 실생묘의 생육조사

    풋마름 병원균을 접종한 접목묘와 실생묘, 병원균을 접종하지 않은 접목묘와 실생묘의 초장 및 경장을 조사 하였다. 생육조사는 풋마름병원균 접종 후 식물체에 풋 마름병 증상이 나타나기 전인 1일, 4일, 7일에 각각 조 사하였다.

    6. 통계분석

    실험은 3반복으로 실시하였으며, 통계분석은 SAS 프 로그램을 이용하였다. 평균 간 비교는 던컨 다중범위검 정을 이용하여 차이를 확인하였다.

    결과 및 고찰

    1. 토마토 풋마름병 접종 생물검정 결과

    disease index 0에서 1사이를 저항성(R), 1에서 2사이 를 중도 저항성(MR), 2 이상을 감수성(S)으로 평가하였 다(Kim 등, 2015). 조사 결과 병원균을 접종한 접목 토마토는 모두 저항성(R)으로 평가되었고, 병원균을 접 종한 실생 토마토는 모두 감수성(S)으로 최종 평가되었 다. 병원균을 접종한 실생 토마토는 접종 후 약 7 내 지 9일 경과 시 육안으로 보이는 풋마름 증상이 나타 났으며(Fig. 2) 접종 후 14일에는 식물체가 모두 고사 하였다.

    2. 토마토 풋마름병 접종 후 양수분 이동 변화

    식물 생체정보 센서를 토마토에 삽입한 후 풋마름병원 균을 접종한 후 1에서 2일간 병원균 접종에 따른 양수 분 흐름을 안정시키고 3일째에 처리별 양수분 흐름 측 정값의 영점을 조절하였다. 양수분 이동 속도 변화를 측 정한 결과(Fig. 3) 병 접종 후의 양수분 이동이 활발한 순서는 접목 토마토, 균이 접종된 접목 토마토, 실생 토 마토, 균이 접종된 실생 토마토 순으로 나타났다. 식물 의 증산이 활발한 시간인 오전 9시, 오후 12시, 오후 15 시의 양수분 흐름을 볼 때, 접종 후 3일째에 토마토의 양수분 이동 속도는 접목 토마토 0.527mm/s, 균이 접종 된 접목 토마토 0.519mm/s, 실생 토마토 0.526mm/s, 병 원균이 접종된 실생 토마토 0.522mm/s로 처리별 유의차 가 보이지 않았으나, 접종 후 약 4일 정도 경과 시 병원 균을 접종한 실생 토마토에서 낮 동안의 양수분 이동 속도 그래프의 진폭이 커지기 시작하다가 그 이후 5일 째부터 접목 토마토 0.727mm/s, 병원균이 접종된 접목 토마토 0.676mm/s, 실생 토마토 0.658mm/s, 병원균이 접종된 실생 토마토 0.613mm/s로 처리별 유의차를 보였 다. 육안으로 보이는 증상이 나타나기 시작한 7일째에는 접목 토마토 0.821mm/s, 병원균이 접종된 접목 토마토 0.765mm/s, 실생 토마토 0.724mm/s, 병원균이 접종된 실생 토마토 0.610mm/s로 양수분 이동 속도의 차이가 현저히 나타났다(Table 1). 또한 균이 접종되지 않은 접 목 토마토와 실생 토마토 사이에도 식물체가 자랄수록 접목한 토마토의 양수분 이동 속도가 높은 것을 확인할 수 있었고, 이는 접목묘가 실생묘에 비해 양수분 흡수율 이 높고, 조기 생육이 촉진될 수 있다는 이전 연구결과 들과 일치한다(Jang 등, 2015;Shin 등, 2006).

    3. 토마토 풋마름병 접종 후 생육조사

    토마토의 생육상태와 양수분 이동 속도간의 상관분석 을 하였을 때, 초장과 양수분 이동 속도 간의 상관계수 (R²)는 접목 토마토에서 0.884, 병원균을 접종한 접목 토 마토에서 0.867, 실생 토마토에서 0.798, 병원균을 접종 한 실생 토마토에서 0.998로 나타났다(Fig. 4). 경장과 양수분 이동 속도 간의 상관계수는 접목 토마토에서 0.894, 병원균을 접종한 접목 토마토에서 0.906, 실생 토 마토에서 0.813, 병원균을 접종한 실생 토마토에서 0.989로 나타났다(Fig. 5). 따라서 접목에 따른 토마토의 양수분 이동 속도 차이가 식물 생육에도 영향을 미친다 는 사실을 유추할 수 있다.

    적 요

    본 연구는 토마토의 풋마름병 감염 여부를 더 빠르게 예측하고 객관적으로 평가하기 위해 수행되었다. 이를 위해 식물 생체정보 센서를 이용하여 풋마름 병원균을 접종한 토마토에서 풋마름병에 감염되어 증상을 보이기 까지의 식물체의 양수분 이동 속도를 측정하였다. 토마 토의 양수분 이동 속도를 측정했을 때 육안으로 보이는 풋마름 증상이 나타나기 약 2 내지 3일 전부터 풋마름 병에 감염된 토마토의 양수분 이동 속도가 감염되지 않 은 토마토에 비해 감소하는 것을 볼 수 있었고 이 결과 는 생물검정과 생육조사 결과와도 일치하는 것을 볼 수 있었다. 따라서 이상의 결과를 볼 때 식물 생체정보 센 서를 이용하여 식물의 양수분 이동 속도를 측정함으로써 풋마름병을 조기 진단할 수 있음을 알 수 있었다.

    사 사

    본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호 PJ013561 032019)에 의해 수행되었음.

    Figure

    KSBEC-28-3-212_F1.gif

    Micro sap flow sensor in the tomato.

    KSBEC-28-3-212_F2.gif

    A: tomatoes before inoculation with R. solanacearu, B: tomatoes on the 9th day after inoculation with R. solanacearum. a: uninoculated grafting tomato, b: Inoculated grafting tomato, c: uninoculated Scion, d: Inoculated scion.

    KSBEC-28-3-212_F3.gif

    Micro sap flow from of tomatoes 3 to 7 days after the inoculation with R. solanacearum.

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    Correlation coefficient between plant height and micro sap flow in tomatoes after inoculation with R. solanacearum.

    KSBEC-28-3-212_F5.gif

    Correlation coefficient between stem height and micro sap flow in tomatoes after inoculation with R. solanacearum.

    Table

    Micro sap flow data of tomatoes at 9, 12 and 15 o'clock for 5 days after the inoculation with R. solanacearum.

    Reference

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