토양미생물제제란 보증 성분인 함유 유용미생물에 의해 용도에 기재된 효능으로 작물재배에 유효한 효과를 최종적으로 나타내는 농업용 자재라 할 수 있다. 미생물제제는 경우에 따라서 담체(carrier), 생육촉진제 등의 보조제로 구성되어 있지만, 효과는 원료에 들어있는 미생물의 직접적인 기능에 의한 것이어야 한다.
미생물에 의한 효과이어야 한다
자연생태계가 건전한 지역에서는 일반적으로 미생물제제를 시용할 필요는 없으나, 집약재배지나 오염물질 집적지와 같은 지역에서 친환경농업을 추진하기 위해서는, 유용 토양미생물 뿐 만 아니라 생태계가 가지고 있는 모든 기능을 최대로 활용할 필요가 있다.
미생물을 농업에 이용할 수 있는 영역은 토양개량, 유기물분해촉진, 양수분 흡수촉진, 생육촉진, 병해충방제 및 제초 등이다. 용도별 사용되고 있는 미생물은 표1과 같이 분류할 수 있지만, 이들 미생물에 의한 효과는 중복적으로 나타나는 경우가 많다. 따라서 미생물제제로서의 기작을 명확히 할 필요가 있다.
<표 1> 주요 용도별 기작 및 관련 미생물의 종류
용도 기작 관련미생물
토양개량 중금속 불활성화 Bacillus속, Clostridium속, Trichoderma속, Azotobacter속, Rhizobium속 등
토양 입단화
병해충 방제 항생물질 분비 Pseudomonas속, 균근균, Trichoderma속, Bacillus속, Streptomyces속, Xanthomonas속 등
살충성단백질 생성
물질분해 유, 무기물 분해 및 합성
Streptomyces속, Pseudomonas속, Bacillus속, Clostridium속, Thermus속 등
난분해성 화학물질 분해
양분흡수촉진 인용해 작용 Bacillus속, Streptomyces속, Aspergillus속,
대기 질소 고정 균근균, Rhizobium속, Azospirillum속 등
작물생육촉진 착화합물 생성 Pseudomonas속, 광합성세균 등
호르몬 분비
제초 잡초 병원성균의 대사작용 Epicoccosorus속, Dendryphiella속 등
※ 농업용 자재로 사용되는 미생물은 국내에 서식하는 고유미생물을 사용.
토양미생물제제가 갖추어야 할 기본 조건
토양미생물제제에 이용되는 미생물에는 균근균이나 뿌리혹박테리아처럼 기능이 명확한 것도 있지만, 유용미생물이라는 추상적인 용어를 사용하는 경우가 많다. 그러나, 미생물제제도 다른 종류의 생산품처럼 내용물과 효과를 과학적인 방법으로 정확히 평가 할 수 있어야 한다.
미생물의 유래 및 속ㆍ종명, 기능(활성)과 효과 및 측정 방법, 미생물수 및 측정방법, ?미생물의 유효기간 ?첨가제 : 모든 첨가제의 종류, 양 및 성분 ?이화학성 : pH, 수분, T-C, T-N, T-P 등 ?용도, 제조방법, 사용방법, 주의사항 및 유효기간 등 ? 공인기관의 효과시험결과가 명확해야한다.
미생물제제 효과를 평가하기 위한 실내 및 포장시험은 공인기관에 의해, 사용용도에 표기된 기능을 검정한다. 미생물 제제의 효과검정에서 함유 미생물이 없는 제제 또는 멸균 처리한 제제를 대조로 하여 시험하는 것은 매우 중요하다. 그 이유는 미생물제제에 함유되어 있는 첨가제에 의한 효과가 미생물에 의한 효과로 오인될 수 있기 때문이다. 한편 첨가제 외에 미생물을 배양한 배양액 혹은 배양체가 들어있는 미생물제제는 미생물 배양시 생성된 효소, 호르몬, 항생물질 등이 다량 함유되어 있어, 이들 물질에 의한 비료효과를 미생물 고유의 기능에 의한 효과로 잘못 판단할 수도 있다. 다시 말하여 미생물이 가지고 있는 고유의 기능을 이용하지 않은 미생물제제는, 설혹 어느 정도의 미생물이 제제 내에 함유되어 있다 하여도 그것은 단순히 유기물에 불과할 뿐이다.
토양미생물제제 사용시 알아야 할 주요 사항
미생물의 속과 종명은 미생물 분류에서 매우 중요하다. 예를 들어 슈도모나스 플루오레슨스(Pseudomonas fluorescens)와 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)등과 같은 종은 식물생육을 촉진하는 미생물로 유용하게 이용할 수 있지만, 같은 속에 들어있는 슈도모나스 솔라나시아럼(Pseudomonas solanacearum)과 슈도모나스 시린가에(Pseudomonas syringae) 등과 같은 종은 식물병의 원인균이다. 따라서 미생물제제에 사용된 미생물의 속ㆍ종명은 반드시 밝혀야 한다.
또한 인공 매체에서의 미생물 생존율은 일반적으로 낮아 바실러스(Bacillus)속, 효모, 트리코더마(Trichoderma)속 등과 같이 포자를 만드는 균이 이용되나, 미생물제제 내에서의 생존율은 기간이 경과함에 따라 낮아지는 것이 일반적이다. 미생물이 사멸된 즉 변성된 제품은 단지 유ㆍ무기물에 지나지 않는다. 그러므로 미생물제제에는 반드시 유효기간의 명시가 필요하다.
마지막으로 미생물을 비롯한 모든 생물은 생존을 위해 끊임없이 대사작용을 수행한다. 이러한 대사작용이 정상적으로 이루어지기 위해서는 질소, 인산, 칼리 등 각종 영양원과 이를 이용하여 새로운 물질을 생합성하는 기능을 가진 효소가 있어야 한다. 즉 퇴비 부숙제는 미생물이 가지고 있는 셀룰라아제(cellulase)를, 근류균제는 뿌리혹박테리아인 라이조비움(Rhizobium)속이 가지고 있는 질소고정효소(nitrogenase)의 기능을 이용하는 것이다. 이와 같이 미생물을 이용하는 것은 미생물이 생성하는 효소의 작용을 활용하는 것이라 해도 과언이 아니다.
토양미생물제제로 활용되고 있는 주요 미생물의 종류 및 특성
가. 세균
- 바실러스(Bacillus)는 포자 형성균으로 토양이나 물 속에 서식하며 대부분이 유기물 분해와 관련되어 있는 부생성 세균이지만 바실러스 안트라시스(B. anthracis 탄저병균)와 바실러스 시리우스(B. cereus 수막염 원인균)는 동물 병원성이고 바실러스 오리타이(B. orritai), 바실러스 포필리아(B. popilliae) 및 바실러스 써린기엔시스(B. thuringiensis)는 곤충병원성 균이다. 이 가운데 바실러스 써린기엔시스는 비티(BT)균이라 하여 생물살충제로 이용되기도 한다.
- 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)는 고초균으로 알려지고 있는데, 포도당과 같은 다양한 당류, 전분 등을 혐기적으로 대사하여, 메주나 청국장과 같은 발효 식품 제조에 이용되기도 하는 유기물 분해 미생물이다. 바실러스 서브틸리스는 식물조직의 펙틴과 다당류를 분해하지만, 일부 계통은 감자 괴경을 부패시키기도 한다. 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)은 난용성 인산염 가용화능을 가지고 있다. 바실러스 속은 포자를 형성하기 때문에 생존율이 높지만, 바실러스 속에는 40개 이상의 많은 종이 있어 단지 바실러스 속이라고 표기 한 경우에는 그 특성을 정확히 파악하기 어렵다.
- 락토바실러스(Lactobacillus)는 혐기성, 미호기성 혹은 통성상태에서 살아가는 유산균이다. 이들 종은 일반적으로 호산성균이다. 영양요구성은 복잡하여, 탄수화물, 펩톤, 비타민 등이 요구된다. 락토바실러스는 사람과 동물체내, 우유, 낙농제품, 김치와 같은 발효식품 안에 서식하고 있다. 빵 만드는 효모, 용설란 술, 간장, 사일리지, 오이 절임 등에 들어있다. 유산균인 락토바실러스 속은 대부분 비병원성이지만, 심장내막염, 패혈증, 농양 등에 관련되거나, 연어에 병을 일으키는 균도 있음이 밝혀지고 있다.
- 슈도모나스(Pseudomonas)는 토양, 물 속에 주로 서식하나, 사람, 동물 및 식물 등에 병원성을 가지고 있는 종이 있다. 여기에 속한 미생물은 영양 및 대사적으로 그 기능이 매우 다양하다. 슈도모나스 속에도 많은 종이 있다. 슈도모나스 플루오레슨스(P. fluorescence)와 슈도모나스 푸티다 (P. putida)는 토양과 물 속에 분포하는 형광성 균이다. 이들 두 균주는 작물생육을 촉진하는 미생물로 널리 알려지고 있다. 슈도모나스 세파시아(P. cepacia)는 토양이나 물 속에 서식하며 양파무름병을 일으키거나, 사람에게 병원성이 있다고 밝혀지고 있다. 생육 최적 온도는 30～35℃이며 형광성 색소를 생성하지 않는다. 슈도모나스 아에루기노사(P. aeruginosa)는 토양, 강물 등에 발생하며, 인축에 있어 기회성 병원균으로 오염된 화상부위, 요로 감염 부위 등에서 분리된다. 스트레스 받은 식물체에서 병원성을 일으키기도 한다.
- 엔터로박터(Enterobacter)는 대장균류에 속하는 그람음성세균이다. 최적 생육온도는 30℃이다. 엔터로박터 속은 사람이나 동물의 장내, 토양, 물 속, 하수 및 낙농제품 같은 식품 혹은 식물체 표면에 서식하고 있다. 대부분의 종은 뇌막염 혹은 폐렴 등의 기회성 병원균일 수 있다. 엔터로박터 아글로메란스(E. agglomerans)균은 식물체, 꽃, 종자, 야채, 물, 토양 그리고 음식물에서 분리된다. 일부 계통은 사람이나 동물에서 분리되기도 한다.
- 스타필로코커스(Staphylococcus)는 일반적으로 호염성 균으로서 사람이나 동물에서 발생한다. 일부 계통에는 캡슐이 있다. 스타필로코커스 속에도 다양한 종이 있다. 스타필로코커스 아우레우스(S. aureus)는 인축 병원균으로 종기, 폐렴, 식중독, 비뇨기 감염증 등 많은 종류의 병과 관련되어 있다. 스타필로코커스 자일로서스(Staphylococcus xylosus)는 개, 염소, 양의 피부에서 발생한다. 이 균은 동물과 사람에 거의 감염되지 않는다. 일부 스타필로코커스 자일로서스는 다른 종에 비해 매우 많은 양의 만니톨을 세포 안에 생성한다.
- 로도슈도모나스(Rhodopseudomonas)는 광합성 세균으로, 로도(rhodo)란 담홍색 즉 붉다는 뜻으로, 이들 균의 색깔은 붉은 색을 나타낸다.
- 로도박터(Rhodobacter)는 로도슈도모나스에서 옮겨오거나 새롭게 지정된 종을 포함한 광합성 세균이다. 로토박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata)는 혐기적 조건일 때는 황갈색에서 갈색 혹은 푸른색을 나타내지만, 산소가 있는 조건에서는 붉은 색에서 진홍색을 나타낸다. 캡슐을 형성하며, 극 편모를 이용해 운동한다.
나. 방선균
- 스트렙토마이세스(Streptomyces)는 방선균의 일종으로 토양에 널리 서식하고 있는 호기성균이다. 콜로니는 특이한 색을 나타내며, 대부분의 스트렙토마이세스는 색소와 다양한 종류의 항생물질을 생성한다. 스트렙토마이세스 속에도 많은 종류의 종이 있다. 대부분의 방선균은 비병원성이나 스트렙토마이세스 스케비에스(Streptomyces scabies)와 같은 종은 감자 더뎅이 병의 원인균이다.
- 셀룰로모나스(Cellulomonas)는 분류학적으로 방선균에 속하는 비포자 형성균이다. 셀룰로모나스는 아밀로스와 셀룰로오스를 분해하는 능력이 있다.
다. 사상균
- 아스퍼질러스(Aspergillus)속은 자연계에 널리 분포하고 있으며, 전형적인 부생성 균이다. 일부 종은 “아스퍼질러스 증”이라는 병을 일으키기도 하고 아플라톡신과 같은 독소를 생성하기도 한다. 일부 종은 빵, 치즈, 가죽, 페인트, 종이, 원유 등을 변성시키기도 하지만, 다른 종들은 효소, 식품 혹은 다른 유용물질을 만드는데 사용된다. 아스퍼질러스는 노란색, 녹색, 검정색 등의 다양한 색의 포자를 만든다. 아스퍼질러스에는 누룩곰팡이인 아스퍼질러스 오리제(A. oryzae) 혹은 검정 곰팡이인 아스퍼질러스 니이저(A. niger)등이 있다.
- 트리코더마(Trichoderma)속은 매우 빨리 자라며, 여러 종류의 물질을 생육에 이용한다. 이들 균은 부생성이지만, 일부는 균류에 기생하기도 한다. 그리고 항생물질 생성이나 양분 경합을 통해 다른 사상균의 생육을 저해하기도 한다. 트리코더마 속에는 트리코더마 하지아넘(T. harzianum), 트리코더마 비리디(T. viride) 등 여러 종류의 종이 있다.
- 사카로마이세스(Saccharomyces)속은 효모에 속하며 많은 종류가 있다. 사카로마이세스는 알코올음료, 토양, 사람 피부 등에서 분리된다. 이 효모는 빵, 사이다, 술, 효모 추출액, 치즈 등의 제조에 널리 이용되고 있다.
- 피치아(Pichia)속은 효모의 일종으로 그 서식처가 매우 넓어, 나무 분비물, 오이 절임 육수, 무두질 용액, 곡립, 밀가루, 술, 자연 발효된 사과쥬스, 선인장, 사람피부, 분 등에서 분리된다.
친환경 농업과 더불어 토양미생물제제가 이용되는 이유의 하나는 토양 건전성 유지 및 작물재배에 있어 미생물이 중요한 역할을 하기 때문이다. 따라서 토양미생물제제의 효과는 그 속에 들어 있는 미생물의 효능이라 할 수 있다. 토양미생물제제의 효능을 이해하기 위해서는 미생물의 특성을 잘 알아야 하지만, 소비자의 입장에서는 생산자가 제시하는 용도 및 사용방법에 따라 사용하면 되겠다. 작용기작과 효과가 명확한 토양미생물제제일 때, 생산자와 소비자간의 신뢰도가 높아 질 뿐만 아니라, 바이오산업인 생물제제의 부가가치를 높이는 중요한 밑거름이 될 수 있을 것이다.
농업과학기술원 응용미생물과
ㅇ성명 : 서장선
ㅇ전화 : (031) 290-0381
ㅇE-mail : suhjsun@rda.go.kr
