서 론

배추(Brassica rapa subsp. pekinensis)는 국내에서 김치, 탕 등 전통 요리의 주요 식재료로 오랫동안 활용한 주요 작 물이다. 최근 기후 악화 및 연작장해로 재배 면적이 감소하 고 있으나 한국의 10대 주요 채소이다. 2024년 배추의 총 생 산량은 217.5만톤으로 전년 대비 2.8% 감소하였으며 재배 면 적은 3만㏊로 전년 대비 1.6% 감소하였다. 생산량의 감소 폭 이 재배면적에 비하여 높은 것은 이상기후로 인한 기온 상 승, 폭우, 가뭄 등 재배 환경이 악화됨에 따라 생육이 부진하 게 되며 병충해가 자주 심하게 발생하기 때문이다. 여름배추 의 생산량은 약 22.1만톤으로, 전년 대비 유사하나 재배면적 은 6.2% 감소한 것으로 나타났다. 여름 배추는 연차간 기후 의 영향이 커서 재배 면적 감소에도 생산량이 유지되는 경우 도 있다(농업전망, 2024). 여름 배추의 재배면적은 꾸준히 감 소하고 있으며 그 원인으로는 기후 악화, 병충해 다발생 등 으로 작물보호제 및 비료 등 투입이 증가하며 경영수지가 악 화되었기 때문이다.

배추는 생육적온이 약 22°C로 기온상승은 재배에 치명적 인 생산량 감소의 원인이 된다. 특히 배추의 고유특성인 결구 형성이 불량해지며 품질이 저하된다(Kang et al., 2002;Lee et al., 2009). 결구기 이후의 고온(평년 기온 4.0℃이상)은 엽 수와 엽면적의 생장을 억제하며, 무름 증상이 증가하여 생체 중이 심하게 감소하는 것을 확인하였다(Son et al., 2015). 특 히 무름 증상은 배추 등 작물의 생산을 저하하는 생리장애 와 병해의 복합발생으로 유발된다. 특히 고랭지 여름배추는 결구 기 이후 온도가 20℃ 보다 높을 경우 무름병을 발생시 키는 세균의 발생이 크게 증가하여 배추의 생산량과 품질을 저하시킨다(Opeña et al.,1988;Chung et al., 2003;Oh et al., 2014).

여름철 호냉성 작물인 배추는 기온이 낮은 고랭지를 중심 으로 재배가 이루어지고 있다(HARI, 2000). 한국에서는 해발 600m 이상 지역인 고랭지(Eum et al., 2013)에서 70년대 후 반부터 여름배추가 시작되어(Jung et al., 2007), 고랭지 재배 면적의 79.3%를 차지하는 강원도를 중심으로 재배가 이루어 지고 있다(MAFRA, 2006). 필리핀에서는 북부 고랭지 뿐 아 니라 남부 고랭지인 루손섬에서도 생장조절제를 이용하여 결 구배추의 시험재배에 성공하였다(Rosales et al., 2024). 강원 고 랭지 지역은 90년대 중반 이후 연작 등의 원인으로 뿌리혹병 등 토양전염병의 증가로 피해가 심각해지고 있으며 트럭 등의 이동 시 전반되며 전국적으로 문제를 일으키고 있다.(Jung et al., 2007). 또한 경사가 심한(경사도 15% 이상) 지역으로 토 양유실이나 건조 등 토양 환경의 유지에도 어려움이 있으며 칼슘 겹핍 등 양분 불균형의 위험성이 상존하고 있다. 그러 므로 고랭지 배추생산의 안정화를 위한 연구가 지속되어 토 양 이화학성의 개선, 토양 전염성 병해 감소 방법을 제시하였 다(Kim et al., 2000;Chen et al., 2018;Bak and Lee, 2021). 그러나 앞서 언급한 바와 같이 기후변화로 인한 무름 증상의 증가 등 다양한 장해의 증가로 여름 배추 생산에 문제가 심 화되고 있다. 따라서 이러한 장해 증상에 대한 면밀한 분석 을 위해서는 병원균의 검출 등 원인 분석 기반의 마련이 필 요할 것이다.

배추의 토양 전염 병원균의 검출은 병징, 표징을 기반으로 검경 등을 통하여 가능하나 고도의 전문성이 필요하여 재현 성 있는 간편한 검정 방법의 마련이 필요하다. 최근 분자진 단 기술의 발달로 소형 PCR 기기의 개발과 일반화, pre mix 등 반응액의 간편화, 신속 간편 핵산 추출 기구의 개발 등으 로 인하여 PCR 진단의 일반화가 가능한 시점이다. 따라서 PCR을 이용한 대상 병원균의 검출을 위한 재현성 있는 분자 표지의 구축이 필요하다. PCR 기반 분자표지는 병해 진단을 위한 전문성과 함께 정확성 등의 기술이 복합된 결과물로 전 공자를 포함한 일반인이 매뉴얼 숙지로 간단히 병원균을 검 출할 수 있는 농업 소비재라고 할 수 있다. 따라서 분자 진단 의 다양성 확보를 위한 각각의 병원균에 대한 다양한 위치에 대한 분자표지 개발은 그 의미가 있을 것으로 판단된다.

일반적으로 분자표지를 이용한 병원균의 계통 분류를 위 해 internal transcripted spacer(ITS)영역을 이용하고 있다. 그 러나 16S rRNA 유전자는 변이가 적어 종 수준의 분류에는 한계가 있다. Kim et al.(2012)에 따르면 16S rRNA 염기서열 만으로는 속(genus) 이상의 분류군을 구분하는 데 적합하나, 종(species) 수준의 미세한 차이를 판별하기 어려운 경우가 빈번히 발생하는 것으로 보고하고 있다. 또한 배추 뿌리혹병 원인균인 Plasmodiophora brassicae 연구에서 ITS 서열의 보 존성으로 인해 근연종 간 구분이 불분명했으며, 유전체 전체 분석을 통해야만 병원성 변이를 확인할 수 있었다. 이는 ITS 단일 마커의 구분성 부족을 보여준다(Yoon et al., 2010). 그러 므로 ITS 이외의 영역에서 분자표지를 개발할 필요성이 있다.

본 연구는 강원 고랭지 지역 여름 배추 재배 중 최근 자 주 관찰되는 지상부 무름 및 시듦 등 이상 증상의 원인을 규명하기 위하여 관련 병원균인 Verticillium dahliae(VD), Pseudomonas marginalis pv. marginalis(Pmm), Xanthomonas campestris pv. campestris(Xcc), Erwinia carotovora subsp. carotovora(Ecc), Fusarium oxysporum f.sp. conglutianans(Foc) 에 대한 검출과 이를 위한 분자표지를 개발하기 위하여 수행 하였다.

재료 및 방법

지상부 무름 및 시듦 증상 발생 시료의 품종과 수집 지역

본 연구를 위하여 지상부에 무름 및 시듦 등 이상 증상이 발 생한 10개의 시료(Table 1)를 지역별로 수집하여 Verticillium dahliae(VD), Pseudomonas marginali(Pmm), Xanthomonas campestris pv. campestris(Xcc), Erwinia carotovora(Ecc), Fusarium oxysporum f.sp. conglutianans(Foc)에 대한 감염 여부를 분석하였다. 농업 현장에서 발생하는 지상부 이상 증 상을 분석하기 위하여 지역별로 수확 시기에 수집하였다. 수 집 지역은 대관령, 진부, 안반덕이며 시료의 주요 증상은 생 육 불량과 관부의 무름, 썩음 등 이었다(Table 1, Fig. 1). 배 추 품종은 춘광, 일품봄, 썸머탑, 청옥, 여름왕국이었다.

DNA 추출 및 병원균 진단용 분자표지 개발

각 조사 지역의 이상 증상이 있는 배추를 수집하여 Verticillium dahliae(VD), Pseudomonas marginalis pv. marginalis(Pmm), Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), Erwinia carotovora subsp. carotovora(Ecc), Fusarium oxysporum f.sp. conglutianans(Foc)에 대한 감염 여부를 분석하였다. DNA 추 출을 위한 샘플링은 관부의 갈변 또는 흑변한 부위의 가장자리 를 가로, 세로, 높이를 각각 약 5mm를 채취하여 Plantmiller^TM (THESAERON, Korea)으로 파쇄하여 Doyle and Doyle (1990) 의 방법을 수정하여 추출을 진행하였다. SREX버퍼와 SRB (THESAERON, Korea)를 이용하였다. 병원균의 검출을 위한 증폭은 95℃, 5분(각 1회), 95℃, 5초, 58∼64℃, 20초, 72℃, 30초(35회 반복), 72℃, 10분(1회)의 과정으로 반응하였다. 반 응 후 1.5% 아가로스겔로 전기영동하여 증폭산물을 확인하 였다. 각 병원균 검출 primer의 annealing 온도는 표와 같이 설정하였다.

병원균 검출용 분자표지 개발은 여름 배추 주요 지재부 및 근권부 병원균의 확인을 위하여 국립원예특작과학원 원 예특작환경과의 병원균을 분양받아 positive control로 사용 하였다. 개발 방법은 RAPD를 활용하여 모든 균주를 분석 하였고, 다형성 밴드의 염기서열을 확보하여 각 병원균 특 이 서열 부위에서 프라이머를 작성하여 정확성 검정 후 최 종적으로 병원균 검출용 분자표지로 확정하였다(Table 2). 분자표지의 대상 병원균의 검출 정확성을 파악하기 위하여 Fusarium oxysporum f.sp. raphani, Phytophthora drechsleri sp., Plasmodiophora brassicae, Sclerotinia minor sp., Aphanomyces raphani sp., Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum, Pectobacterium versatile, Pseudomonas syringae pv. maculicola, Rhizoctonia solani, Dickeya chrysanthemi, Alternaria brassicae sp., Cercospora brassicicola sp., Pseudomonas sp., Botrytis cinerea sp.를 이용하였다.

결과 및 고찰

병원균 진단용 분자표지 개발

여름배추 재배 중 이상 증상에 대한 병해 관련성을 파악하기 위하여 한국식물병목록(The Korean Society of Plant Pahthology, 2026)에 수록된 병원균 중 근권부에 무름 증상 등의 병해 원 인으로 가능성 있는 병원균 4종은 다음과 같다. 우선 세균병 관련 병원균 3종은 Pseudomonas marginali pv. marginalis (Pmm) (Choi & Han, 1989), Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) (Lee et al., 2020), Erwinia carotovora subsp. carotovora (Ecc)(Park et al., 1999;Seo et al., 2004;Roh et al., 2009;Lee et al., 2014;Jee et al., 2020)이며 시들음 증상의 원인균 으로 보여지는 Fusarium oxysporum f.sp. conglutinans(Foc) (Ko, 1998;Li et al. 2016;Ling et al., 2022) 1종으로, 이들 병원균에 대하여 분자표지를 개발하였다.

개발 결과는 Pmm 진단용 분자표지는 766bp의 크기로 비 교 병원균과 구별되는 명확한 양상의 밴드를 보였다. Xcc 진 단용 분자표지는 506bp의 크기로 역시 구분성이 있는 밴드 양상을 보였다. Ecc 진단용 분자표지는 505bp, Foc 진단용 분자표지는 369bp에서 특이적인 밴드를 나타내어 병원균 진 단에 이용할 수 있을 것으로 판단되었다(Fig. 2).

여름배추 지상부 이상 증상 발생 시료의 병원균 진단 결과

고랭지 여름배추 지상부의 무름 및 시듦 등 이상 증상 발 생 시료의 병원균 관련성을 파악하기 위한 분석의 결과(Fig. 3), 춘광 중 동일한 두둑에서 채취한 (A)-1에서는 Foc, Xcc, Ecc의 3종의 병원균이 진단되었고, 두 번째 포기인 (A)-2에 서는 Xcc 1종의 병원균이 진단되었다. 이 두 시료는 동일한 시험포에서 재배된 것으로 동일하게 재배 관리를 하였으나 서로 다른 병원균이 진단되었다. (A)-1은 관부가 거의 남아 있지 않을 정도로 부패하여 증상이 심각한 상태였으며 (A)-2 는 관부 중심이 갈변한 상태였다.

춘광의 또 다른 시료인 (C)는 (A)-1, -2와 두둑이 서로 달랐 으며, 증상은 관부의 중심부위가 구멍이 생겨 생육이 불가할 정도였다. 이 부위에 대한 병원균 진단 결과 Xcc 1종이었다. 두둑 위치가 상이한 춘광(F)의 경우 관부 내부가 흑변한 것을 확인할 수 있으며 이 부위의 병원균은 Xcc 1종이 진단되었다. 춘광 품종 중 (H)와 (C)는 유사한 증상으로 관부가 사라질 정 도의 심각한 부패를 보였으나 5종의 병원균이 전혀 진단되지 않았다. 이것은 다른 요인에 의해 나타난 증상으로 생각되는 부분이다. 1차적인 원인이 되는 문제로 인하여 관부의 무름 증상이 나타나고 2차로 병원균이 감염된 것으로 보인다.

일품봄 품종의 경우 (I)는 관부 내부의 구멍 증상이 발생하 였으며, 병원균은 Xcc가 진단되었으며, (E)의 경우 증상은 동 일하였으나 Xcc, Foc 2종의 병원균이 동시에 진단되었다. 따 라서 증상이 동일하더라도 검출되는 병원균은 서로 다른 것 으로 확인 되었으며 추후 양분 분석 등 영양 장애관련 연구 가 필요할 것으로 판단된다. 진부 시험포에서 재배된 청옥은 Foc, 썸머탑은 5종의 병원균이 진단되지 않았다. 강릉 안반 덕의 농가 포장에서 발견된 무름 증상을 보이는 여름왕국 품 종에서는 Foc가 진단되었다.

본 연구의 결과 이상 증상의 병해 관련성에 있어서 경향성 있는 결과를 찾을 수 없었다. 이상 증상이 동일해도 병원균 이 서로 다르게 진단되거나 경우에 따라서는 병원균이 진단 되지 않는 시료도 있었다. 따라서 기후변화와 관련한 가뭄, 고온 등에 의한 다른 원인을 고려해야 할 것으로 보인다. Lee et al.(2018)은 강원도 고랭지 배추는 기후변화로 인하여 재배 적지가 축소되고 있으며, 여름철 폭염과 바이러스성 무 름병 피해가 반복적으로 박생하고 있으며, 2016년에는 고온 으로 인해 생산량이 평년 대비 24% 감소하였고 병해충 확산 으로 상품성이 크게 떨어졌다고 고보하였다. 그러나 바이러 스성 무름병은 배추에서 보고된 사례가 없어 정확한 원인의 조사가 필요하다. 수집된 시료 중 병원균이 검출되지 않은 시료는 기후 변화와 관련된 영양장애 또는 생리장애가 또다 른 원인으로 작용할 것으로 고려된다. 본 실험을 위하여 수 집된 시료는 출하기 무렵에 무름, 위축, 마름 등 일부 증상과 일부 원인을 확인하였다. 그러나 일부 증상은 원인 파악이 어려워 추후 영양 생리장애 및 바이러스 연구 등이 추가로 진행되어야 할 것으로 사료된다.

Kim(2007)은 배추 이상 증상 피해가 심한 포장과 약한 포 장의 토양 화학성을 비교분석 해본 결과 pH 및 EC, 유기물 함량, 인산 등은 정상포장과 이상 증상이 발생한 포장과 큰 차이가 없었으나 붕소는 두 곳 다 0.3ppm 이하로 붕소결핍 증상 발현 범위 내 있어 토양분석에 의한 이상증상 파악이 필요하다고 하였다. 본 연구에 이용된 시료 중 배추를 처음 재배하는 진부 시험포는 당초 논이었던 곳을 성토하여 밭으 로 조성한 곳으로 시료에서 병원균은 진단되지 않았다. 해당 증상은 잦은 비로 양분이 유실되거나 부식질이 적은 토양에 서 나타나는 붕소결핍 증상과 유사한 것으로 판단되었다. 따 라서 고랭지 여름배추 안정생산을 위한 지상부 이상 증상의 명확한 원인 구명과 정확한 대응 기술 개발을 위하여 본 연 구에서 진행된 병원균 진단용 분자표지 개발 뿐 아니라, 추 후 생리장애 관련 연구도 실시되어야 할 것으로 판단되었다.

적 요

여름배추 재배 중 자주 관찰되는 지상부 무름 및 시듦 증상 의 원인을 신속하고 정확하게 파악하기 위하여 Pseudomonas marginalis pv. marginalis(Pmm), Xanthomonas campestris pv. campestris(Xcc), Erwinia carotovora subsp. carotovora (Ecc), Fusarium oxysporum f.sp. conglutianans(Foc)의 4종의 주요 병원균 진단이 가능한 분자표지를 개발하였다. 개발된 표지 는 해당 병원균에 대한 특이 밴드를 나타내어 농업 현장의 병원균 진단에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

따라서 여름배추의 안정생산을 위협하는 지상부 이상 증 상의 정확한 원인 구명과 대책 마련을 위하여 관련된 병원균 진단용 분자표지의 추가 개발과 유사한 증상을 보이는 생리 장해 관련 연구가 병행되어야 할 것으로 사료된다.