Res. Plant Dis > Volume 28(4); 2022 > Article
미끼식물을 이용한 화상병 감염 기주 매몰지 내 화상병균 제거 효율 검증 및 병 재발 모니터링

요 약

Erwinia amylovora에 의해 발생하는 화상병은 2015년에 국내에서 처음으로 보고된 이후 2021년 기준으로 전국 22개 지역으로 전파되었다. 우리나라는 식물방역법에 따라 화상병이 발생한 사과 및 배 과원은 발생주율을 기준으로 모든 기주식물들을 완전히 제거하여 구덩이에 매몰처리한다. 이후, 3년간 화상병균 전파를 막기 위해 매몰지 위에 기주식물 식재를 금하고 있다. 매몰처리법에 의한 화상병균 박멸 효과를 확인하기 위하여, 화상병 감수성 식물을 미끼식물로 이용하여 매몰지에 식재 후 화상병 재발 유무를 확인하였다. 이를 위해, 2019년부터 2021년에 매몰처리한 경기도 안성시와 충북 충주시 소재 매몰지 3곳을 선정하여 미끼식물 감시시설을 설치하였다. 화상병 감수성 식물인 사과(부사)를 미끼식물로 선정하고, 각 감시시설당 5주를 식재하였다. 감시시설은 울타리와 그물로 격리하였다. 또한, 실시간 모니터링을 위한 CCTV와 동작감지기, 그리고 현지 기상상황을 기록하는 센서를 설치하였다. 감시시설을 주기적으로 방문하여 육안으로 화상병 발병 유무를 확인하였다. 미끼식물로부터 화상병 의심 증상을 나타내는 표본을 채취하고 화상병균 특이적 프라이머를 이용하여 loop-mediated isothermal amplification polymerase chain reaction (PCR)과 conventional PCR을 통해 화상병균 감염 유무를 확인하였다. 그 결과, 현재까지 어떠한 미끼식물에서도 화상병균은 검출되지 않았다. 따라서, 현재 시행되고 있는 매몰 후 화상병 기주식물 3년 식재 금지 조항을 완화하는 근거로 본 연구 결과를 제시하고자 하며, 이를 통해 국내 과수산업과 농가의 피해를 최소화하는 데 기여할 수 있을 것이라 생각된다.

ABSTRACT

The fire blight caused by Erwinia amylovora (Ea) was first reported in 2015 in Korea, and the disease has rapidly spread to 22 regions until 2021. In Korea, all host plants in the apple and pear orchards where fire blight occurred should be eliminated and buried by the Plant Protection Act. To prevent the spread of the disease, all burial sites were prohibited from planting the new host plants for the next three years. To confirm the eradication efficiency of Ea and the reoccurrence of fire blight, the surveillance facilities were established on three burial sites from 2019 to 2020 in Anseong-si, Gyeonggi-do, and Chungju-si, Chungcheongbuk-do. As host plants, five apple trees of fire blight-susceptible cultivar ‘Fuji’, were planted in each facility. All facilities were enclosed with fences and nets and equipped with two CCTVs, motion sensors, and several other sensors for recording weather conditions to monitor the environment of the sentinel plants in real-time. The sentinel plants were checked for the reoccurrence of fire blight routinely. Suspicious plant parts were collected and analyzed for Ea detection by loop-mediated isothermal amplification polymerase chain reaction and conventional polymerase chain reaction. Until November 2022, Ea has not been detected in all sentinel plants. These results might support that the burial control of infected plants in soil works efficiently to remove Ea and support the possibility to shorten the prohibition period of host plant establishment in the burial sites.

서 론

화상병은 Erwinia amylovora의 감염에 의해 다양한 장미과 식물에서 발생하는 식물병으로서, 매년 과수산업에 막대한 경제적 손실을 입히고 있다(Khan 등, 2012). 1780년에 미국에서 처음 보고된 이후(Van der Zwet 등, 2012), 스위스, 노르웨이, 벨라루스를 비롯한 유럽 지역과(Duffy 등, 2005; Lagonenko 등, 2008; Sletten 등, 2017) 모로코, 이집트, 이스라엘 등 아프리카 및 지중해 연안에 전파되었으며(El-Helaly 등, 1964; Fatmi 등, 2008; Shtienberg 등, 2015), 이후 카자흐스탄과 키르기스스탄과 같은 중앙아시아 지역과(Doolotkeldieva와 Bobusheva, 2016; Drenova 등, 2013), 멕시코 등 환태평양 연안 지역을 포함한 전 세계로 확산되었다(Smits 등, 2014). 중국에서도 2016년 5월 신장지역에서 발생하여 간쑤성 등에 퍼져 피해를 주고 있다(Wang 등, 2022). 최근까지는 화상병이 발생하지 않은 지역은 남미대륙 정도로 알려져 있으며, 이 지역은 화상병이 발생한 나라 및 지역과 맞닿아 있어 각별한 주의가 필요한 상황이다(Zhao 등, 2019).
화상병은 국내에서 2015년 안성 소재 배 과원에서 처음 보고된 이후(Park 등, 2016), 현재까지 경기도와 충청도를 중심으로 2019년 경기도 연천, 2020년 전라북도 익산, 그리고 2021년 경상북도 안동을 포함한 전국 22개 지역으로 빠르게 확산하였다. 우리나라는 화상병이 처음 발견된 2015년부터 정부와 지자체 주도 하에 매년 적극적인 방제 및 박멸 작업을 시행하고 있다. 그 결과 이듬해인 2016년에는 전년 대비 화상병 발생 과원이 60% 감소하였으나(Park 등, 2017), 2018년부터 다시 증가하기 시작하여 2020년에 최대치인 744개 과수원에서 화상병이 발생하였다(Lee 등, 2022). 그 후, 2021년에는 기세가 꺾여 다시 감소세로 돌아섰으나, 대발생이 반복될 위험은 아직까지 남아있다. 적극적인 화상병 방제 및 박멸을 시행하였음에도 불구하고 대발생이 나타난 이유는 개화기에 평년과는 다른 비정상적인 기후와 증상 구분이 어려워 발생 이전부터 존재하던 화상병이 조사 과정 중에 진단되는 경우를 포함한 여러가지 이유가 복합적으로 작용한 결과라 볼 수 있다(Ham 등, 2020).
농촌진흥청에서 2022년에 배포한 화상병 예찰∙방제사업 지침에 의하면 화상병이 발생한 과원은 발생주율이 5% 미만일 경우 발생주만 제거하고, 그 이상일 경우 폐원하고 있으며, 반경 2 km 이내를 위험구역, 반경 2-5 km 구간을 관리구역으로 설정하여 지속적인 모니터링을 실시하고 있다(Park 등, 2017). 폐원한 과수원과 인근의 기주식물은 전부 제거하여 소각 또는 매몰하는 것을 원칙으로 하며, 현장에서는 주로 매몰을 통한 방제가 이루어지고 있다. 일반적으로 깊이 5 m, 넓이 2 m 크기의 구덩이에 생석회를 살포한 다음, 뿌리까지 굴취한 화상병균 감염 기주식물을 매몰하여 방제하고 있다. 이렇게 매몰처리한 부지는 향후 3년간 화상병 기주식물 식재를 금지하고 있다.
미끼식물(sentinel, decoy 혹은 bait plant)은 다양한 식물병원체 연구에 이용되고 있으며, 미끼식물을 이용하여 병원균 유도를 통한 대상 작물에서의 병 발생 억제, 기존에 병이 발생했던 토양에 잔존하는 병원균 탐지, 그리고 바이러스 매개체를 이용한 전파 연구 등 넓은 범위에 걸쳐 활용되고 있다(Duncan, 1976; Lecoq 등, 2003; Murakami 등, 2001; Pastalka 등, 2017). 특히, 미끼식물은 식물병원균과 이로부터 발생하는 식물병의 확산을 감시 또는 위험성을 판단하기 위해 주로 이용되고 있으며(Barham, 2016; Mansfield 등, 2019), 이러한 연구 결과는 전세계에 위치하고 있는 식물원 및 수목원과 협력하여 International Plant Sentinel Network (IPSN)을 통해 공유되고 있다.
국내에서는 매몰처리한 기주식물 내의 화상병균 잔존 여부는 지난 연구를 통해 확인된 바 있으나(Kim 등, 2019), 감염된 기주식물을 매몰한 매몰지 위에 기주식물 식재 시 화상병이 재발할 수 있는지에 대한 연구는 부재한 상황이다. 본 연구는 매몰방제를 실시한 폐 과수원 부지 위에 화상병에 대한 감수성이 높은 기주식물을 식재하여 매몰방제 처리에 의한 화상병균 박멸 효율과 현재 3년으로 지정된 매몰 금지 기간에 대한 타당성을 확인하고, 이에 따라 기존 화상병 방제 정책을 보다 효율적인 방향으로 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 수행하였다.

재료 및 방법

세균 균주.

본 연구에서는 식재한 미끼식물에 대한 화상병균 감염 여부를 검정하기 위하여 대표 균주로는 국내에서 분리한 E. amylovora TS3128을 사용하였다(Lee 등, 2018). 화상병원세균은 MGY 배지(D-mannitol, 10 g; L-glutamate, 1.6 g; KH2 PO4, 0.4 g; NaCl, 0.16 g; MgSO47H2 O, 0.2 g, yeast extract, 0.2 g; agar, 15 g per 1 liter, pH 7.0)에 접종(streaking)하여, 배양기 내에서 26 o C 조건으로 2일간 배양하여 이용하였다.

화상병 발병 과수원 매몰지 선정.

미끼식물을 이용한 화상병균 박멸 검정을 위한 감시 시설을 설치하기 위한 매몰지를 선정하였다. 화상병 감염기주식물이 매몰된 시기가 각 시설별로 약 1년의 시간차를 두고자 하였으며, 반경 100 m 이내에 사과 혹은 배 과수원이 없고, 가급적 이병주율이 높은 매몰지를 선정하고자 하였다. 또한, 전기, 수도, 그리고 인터넷 설치가 용이한 지역을 우선순위로 하였다. 위와 같은 기준에 따라, 화상병이 발병한 충주지역 사과 과수원 2곳과 안성지역 배 과수원 1곳의 매몰지를 확보하였으며, 농촌진흥청의 승인을 받아 총 3곳에 미끼식물 감시시설을 설치하여 실험을 진행하였다(Fig. 1A).
Fig. 1.
Overall set-up of the surveillance facility. (A) The landscape of burial places. The pictures show burial places before (upper panels) and after (lower panels) the establishment of the facility. The red and blue arrows indicate the burial places and the facility-planned site in each location. (B) The scheme of the surveillance facility. The basic components (which are CCTVs and sensors) were set in each facility. This scheme is a representative facility in Sancheok-myeon, Chungju-si.
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미끼식물 선정 및 건전주 확인.

매몰지 내 화상병균 박멸을 검정하기 위해 E. amylovora의 주요 기주식물인 사과나무를 이용하였다. 국내에서 주로 재배되고 있는 사과 품종인 ‘후지(부사)’에 ‘ M26’ 왜성대목을 접붙인 3년생 묘목을 선정하여 미끼식물 감시시설에 식재하였다. 모든 묘목은 재식 후 부위별 표본을 채집하여 loop-mediated isothermal amplification polymerase chain reaction (LAMP PCR)과 균 분리 후 conventional polymerase chain reaction (PCR) 방법을 통해 화상병균에 감염되지 않은 건전주임을 확인하고 이후의 실험을 진행하였다.

미끼식물 감시시설 설치 및 관리.

미끼식물 감시시설은 매몰된 감염기주식물이 매몰된 토양으로부터 전파된 화상병균에 의한 감염을 제외한 화상병 발병요인을 제거하기 위하여 고안되었다. 총 다섯 주의 미끼식물을 6 m×8 m 면적의 부지에 중앙을 기준으로 배분하여 식재하였다(Fig. 1B). 각 미끼식물은 생장하면서 발생하는 접촉에 의한 화상병균의 전파와 통기성 확보를 위해 약 2 m 간격을 두고 식재하였다. 미끼식물 주위로 6 m×8 m 길이의 울타리와 방충 및 방조망을 설치하였다. 울타리 설치 및 전기배선 설치는 Sungsin (Osan, Korea)에 위탁하여 진행하였다.
식재한 미끼식물의 화상병 발병 여부 및 생장 상태를 실시간으로 확인하기 위하여 2대의 CCTV를 설치하였다. 또한, 현지 기상 상황을 기록하기 위한 기상관측센서를 설치하였으며, 시설 내외부의 움직임을 감지하기 위한 동작감지기를 설치하였다. CCTV, 기상관측센서, 동작감지기로부터 얻은 정보는 중계기로 전송되어 실시간으로 개인 휴대전화 및 PC에서 실시간으로 확인이 가능하도록 하였다. 이상의 스마트 IOT 시스템을 이용하여 미끼식물을 모니터링하였으며, 장치의 설치 및 보수는 Billion 21 (Gunpo, Korea)에 위탁하여 진행하였다.
미끼식물 감시시설은 주기적으로 내∙외부 예초와 살충제(MOVENTO, Bayer CropScience, Seoul, Korea), 살균제(SILVACUR PLUS, Bayer CropScience), 전착제(Daeyu Chim-Tu-Tan, Daeyu, Seoul, Korea)를 제조사 매뉴얼을 따라 혼합한 농약을 살포하여 관리하였다. 미끼식물 재식시설은 방문 시 시설관리대장을 작성하여 출입자에 대해 철저히 관리하였다.

화상병 의심 표본 채집 및 검정.

미끼식물 식재 후 건전주 확인 및 정기점검 당시 의심 증상을 보이는 미끼식물의 가지 말단 및 잎을 채집하여 화상병균 감염 여부를 확인하였다. 미끼식물로부터 채집한 표본은 플라스틱 봉투에 넣어 고무망치로 마쇄한 후, 표본의 양에 비례하여 최소 3 ml의 증류수를 넣어 30분간 균을 추출하였다. 마쇄액은 구멍 크기 40 μ m의 거름망(cell strainer, SPL, Pocheon, Korea)을 이용해 조직의 잔해와 이물질을 걸러 이용하였다. 여과한 마쇄액 200 μ l와 10분의 1 희석액을 MGY 배지에 도말하여 배양기에서 26 o C 조건으로 2일간 배양하여 conventional PCR을 통해 화상병균 여부를 확인하였다.
Conventional PCR과 LAMP PCR 두 가지 방법을 통해 화상병균을 검정하였다. 두 방법 모두 화상병균 특이적 프라이머 세트를 사용하여 실시하였다. Conventional PCR은 2× Taqbasic PCR Master Mix 2 (Biofact, Daejeon, Korea) 제조사 매뉴얼을 따라 실시하였다. 2× Taqbasic PCR Master Mix 2 10 μ l, 미끼식물로부터 배양한 균을 증류수에 푼 균액 1 μ l, 정방향 및 역방향 프라이머 A (5′-cggtttttaacgctggg-3′)와 B (5′-gggcaaatactcggatt-3′)를 각각 1 μ l씩 첨가하였으며(Powney 등, 2011), 총반응액은 20 μ l가 되도록 증류수를 추가하여 조절하였다. 화상병균 특이적 프라이머 A, B는 화상병균의 pEA29를 대상으로 하며, conventional PCR 산물로 900-1,100 bp의 증폭 결과를 통해 화상병균을 확인한다. Positive control과 negative control로는 각각 E. amylovora TS3128 균액과 증류수를 각각 1 μ l씩 이용하였다.
LMAP PCR은 전용장비(Genie III, Optigene Ltd., Horsham, UK)를 이용하여 preheating (45 o C, 2분), amplification (65 o C, 30분), annealing (시작온도 98 o C, 종말온도 80 o C, ramp rate 0.05 o C/초)의 단계별 온도 조건에 따라 진행하였다. 총반응액이 12.5 μ l가 되도록 GspSSD Isothermal Master Mix (ISO-001, Optigene Ltd.) 7.5 μ l, 5개의 프라이머를 하나의 세트로 하여 각각 F3 (5′-ataataagagaatggcgctatg-3′) 0.05 μ l, B3 (5′-tctacatctccacctttgg-3′) 0.05 μ l, FIP (5′-taatgaagttgaatctcag-gcatgagaaaaaatccattgtaaaaccttcg-3′) 0.5 μ l, BIP (5′-gatg-gattgcttagtgagctcagccaatctctccacaaccg-3′) 0.5 μ l, LoopF (5′-aaagttgttttcatcccacgga-3′) 0.2 μ l, 채집한 표본으로부터 얻은 마쇄액 3.7 μ l을 반응시켜 실시하였다. E. amylovora genomic DNA (gDNA) 1 μ l와 증류수 2.7 μ l를 positive control로, 증류수 3.7 μ l를 negative control로 사용하였다. E. amylovora gDNA는 HiGene Genomic DNA prep kit (Biofact)를 이용하여 추출하였다. LAMP PCR에 이용한 화상병균 특이적 프라이머 세트는 화상병균의 histidine-tRNA ligase 유전자를 대상으로 하며, 전체적인 검정 과정은 기존의 실험방법을 바탕으로 진행하였다(Shin 등, 2018). 증폭결과는 여기파장 470 nm과 방출파장 범위 510-560 nm에서 측정하였으며, 측정된 결과는 Genie III software ver. 3.11 (Optigene Ltd.)를 이용하여 분석하였다.

결 과

화상병균 박멸 확인을 위한 미끼식물 감시시설 설치 및 관리.

미끼식물 식재 후 모니터링을 위하여 총 3곳의 매몰지를 선정하였다(Table 1). 현재 시행되고 있는 화상병 감염식물 매몰 후 3년간 재식 금지 조항이 타당한지 판단하기 위하여, 각각 2019년, 2020년, 2021년에 매몰 처리한 과수원 부지를 선정하였다. 화상병이 발병한 사과 과수원 2곳과 배 과수원 1곳의 매몰지를 확보하였으며, 미끼식물 감시시설을 설치하여 실험을 진행하였다.
Table 1.
Information on the burial controlled places
Location of surveillance facility Burial day Total no. of trees No. of symptomatic trees Disease incidence (%) a Set-up day of sentinel plants
Seoun-myeon, Anseong-si 17 Jun 2019 127 (pear) 03 02.36 16 Jun 2020
Sancheok-myeon, Chungju-si 18 Jun 2020 077 (apple) 10 12.98 26 Mar 2021
Eomjeong-myeon, Chungju-si 24 May 2021 069 (apple) 10 14.49 27 Oct 2021

a Calculated with 100×(number of symptomatic trees/total number of trees).

감시시설 설치 전 사전방문을 통해 감시시설을 설치할 위치를 구획화하고, 최종적으로 사각형 모양(6 m×8 m)의 감시시설을 매몰지내 매몰장소 2 m 이내에 설치하였다(Fig. 1A). 각 미끼시설에는 스마트 IOT시스템을 통해 실시간으로 식재한 미끼식물을 모니터링 할 수 있도록 하였다(Fig. 1B). 2대의 CCTV를 시설 모서리에 대각선 방향으로 마주보도록 설치하여 식재한 미끼식물에 대한 시야각을 최대한으로 확보하였다. 또한 감시시설 인근에 서식하는 야생동물과 승인된 인원을 제외한 사람의 접근을 감지하기 위한 동작감지기를 설치하였다. 또한, 식재한 미끼식물에 화상병이 발병할 경우에 기상 상황과의 연관성을 검토하기 위하여, 현장의 기온, 습도, 강우량 등의 기상정보를 확인하기 위한 기상관측센서를 설치하였다. 여름철 동안 비가 내리지 않아 가물 경우, 식재한 미끼식물에 수분을 공급하기 위한 관수시설도 필요 시 설치하였다. CCTV, 동작감지기, 기상관측센서로부터 얻은 정보들은 감시시실 옆 창고에 위치한 중계기로 모아져, 실시간으로 개인 휴대전화 및 실험실 PC에서 실시간으로 확인할 수 있도록 하였다(Fig. 2).
Fig. 2.
The scheme of the monitoring system in the surveillance facility. Step 1, data are collected and stored in the main server. Step 2, data are transmitted on the line and wireless internet. Step 3, data are monitored in real-time by personal mobile phone and PC in the lab.
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매몰지에서 잠정적으로 생존하고 있을 수 있는 화상병균으로부터 감염 가능성을 검정하기 위하여, 국내에서 재배되는 주요 사과 품종 중 화상병에 대한 감수성이 높다고 알려져 있는 ‘후지(부사)’품종을 미끼식물로 선정하였다(Peil 등, 2009). 관찰기간 동안 식재한 미끼식물이 생장하여 감시시설 크기를 초과하지 않도록, 선정단계에서 M26 왜성대목을 접붙인 묘목을 선발하여 식재하였다. 총 다섯 그루의 사과 묘목을 식재하였으며, 시설 내부에 2열로 배치하였다. 각 묘목 간 재식간격은 2 m가 되도록 하여 통풍을 원활히 하여 과습으로 인한 병해를 방지하고자 하였으며, 관찰기간 동안 생장시에 발생할 수 있는 묘목간 간섭을 최소화하였다(Fig. 1B). 감시시설을 구성하는 울타리에는 방충 및 방조망을 추가로 설치하여 지하로부터의 감염을 제외한 곤충이나 조류 등의 외부요인과 같은 기타 경로를 통한 전파감염을 최대한 배제하였다.

미끼식물 모니터링 및 검정 결과.

식재한 미끼식물에 화상병이 발병했는지 확인하기 위해 CCTV를 이용하여 실시간으로 확인하였다. 또한 미끼식물 내 화상병균 감염 여부를 파악하고자 감시시설을 주기적으로 방문하여 표면상으로 보여지는 병징을 확인하였으며, 보다 정밀하게 검사하기 위하여 표본을 채집하여 검정하였다. 표본 채집시에는 말라붙거나 갈색으로 변색된 잎과 가지 끝의 신초 부위를 위주로 확보하였다. 이 외 화상병 의심증상을 보이는 흡지(sucker)를 채집하여 확인하였다. 미끼식물에 의심증상이 없을 경우에는 무증상을 보이는 정상 부위를 채집하여 실험을 진행하였다(Fig. 3). 안성시 서운면 감시시설은 2020년 6월 16일에 미끼식물을 식재한 이후, 총 15회 표본 채집하였고, 충주시 산척면 감시시설은 2021년 3월 26일부터 12회, 충주시 엄정면 감시시설은 2021년 10월 27일부터 7회의 표본 채집을 통한 화상병균 감염 여부를 확인하였다(Fig. 4).
Fig. 3.
Monitoring of Erwinia amylovora recurrence in sentinel plants. (A) The photos of sentinel plants in the Anseong-si facility (left upper panel). Suspicious samples were collected from the sentinel trees (left lower panel). The pictures displayed the results of amplification and anneal derivative by loop-mediated isothermal amplification polymerase chain reaction (LAMP PCR; two right upper panels). The gDNA of E. amylovora and sterilized distilled water were used for LAMP PCR as positive (P) and negative controls (N), respectively. All samples have no band by conventional polymerase chain reaction (PCR) with E. amylovora-specific primer set (right lower panel). E. amylovora colony and sterilized distilled water were used for conventional PCR as positive control (P) and negative control (N), respectively. (B, C) The monitoring results of the sentinel plants in Sancheok-myeon and Eomjeong-myeon, Chungju-si. The red arrows indicate the gDNA of E. amylovora TS3128.
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Fig. 4.
Monitoring and tracking of Erwinia amylovora in the sentinel plants. In 2020, only one surveillance facility was established in Seoun-myeon, Anseong-si (SA). The facilities of the Sancheok-my-eon, Chungju-si (SC) and Eomjeong-myeon, Chungju-si (EC) were established in 2021. E. amylovora was not detected in any sentinel plants in three facilities. The year of burial place is noted under the facility name. The red and black bars indicate the planting date of the sentinel plants and visiting date of the surveillance facility, respectively.
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채집한 표본에서 화상병균은 conventional PCR과 LAMP PCR을 이용하여 확인하였다. 두 방법 모두 E. amylovora 특이적 프라이머를 이용하여 수행하였다. 화상병균의 colony와 균에서 추출해낸 gDNA는 각각 conventional PCR 검정과 LAMP PCR 검정 시의 positive control로 이용하였다. 채집한 표본에서 화상병균을 신속하게 검출하기 위하여, 마쇄한 표본액을 이용한 LAMP PCR을 수행한 결과, positive control로 이용한 E. amylovora gDNA 에서만 amplification과 anneal derivative 단계에서 peak를 보이는 것을 확인하였으며, 이를 통해 미끼식물 표본 내에 화상병균이 존재하지 않다고 판단하였다. 단시간 내에 표적으로 하는 균을 검정하는 방법인 LAMP PCR만으로는 화상병균 검출에 있어 오류가 발생할 수 있으므로, 결과에 대한 신뢰도를 높이기 위하여 균 배양 후 conventional PCR 을 병행하였다. Conventional PCR은 표본 마쇄액 원액과 10분의 1 희석액을 MGY 배지에 dotting하여 2일간 배양하여 얻은 colony 중, 유백색을 띠며 점액성이 강한 전형적인 화상병균의 형태로 의심되는 colony를 이용하여 수행하였다. LAMP PCR과 마찬가지로 conventional PCR 결과 또한 positive control을 제외한 모든 표본에서 band가 확인되지 않았다(Fig. 3). 따라서 현재까지 세 곳의 감시시설에 식재한 미끼식물에서 화상병균이 검출되지 않았다. 육안 관찰 및 분자생물학적 분석 결과를 바탕으로 미루어 보아, 미끼식물 식재 후 1-3년의 기간 동안 화상병균에 의한 화상병이 발생하지 않았음을 확인하였다. 이러한 결과는 토양내에서 화상병균 생존율이 매우 낮고, 매몰 후 화상병균 사멸이 단기간내에 진행되고 있음을 간접적으로 보여준다.

미끼식물 감시시설 주변부 예찰.

감시시설에 식재한 미끼식물 모니터링과 함께, 현지 답사 및 GPS 기반 위성지도를 통해 미끼식물 감시시설과 인접한 과수원에 대한 육안 예찰을 지속적으로 실시하였다(Fig. 5). 안성시 서운면 감시시설 반경 200 m 내에 위치하던 배 과수원 2곳은 연구 기간 동안 폐원되었다. 충주시 산척면 감시시설의 경우 반경 150 m 내에 사과 과수원 2 곳과 350 m 내에 배 과수원 한 곳이 운영되고 있다. 이들 과수원 중 반경 150 m 내의 사과 과수원 2 곳에서 화상병 의심 증상이 관측되었으나, 감시시설 내의 미끼식물에서는 의심 증상이 발견되지 않았다. 충주시 엄정면 감시시설 인근에 위치하던 과수원들은 감시시설 설치 이전에 화상병이 발생하여 모두 매몰처리 후 폐원하여 현재는 존재하지 않는 상태이다.
Fig. 5.
The satellite pictures of burial places for fire blight monitoring. The red, blue, and yellow stars indicate burial places, apple orchards, and pear orchards, respectively. The yellow dotted circles show ranges from burial places. The radius of dotted circle is noted by white letter. This analysis was conducted based on satellite pictures in 2020.
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고 찰

본 연구에서는 화상병이 발생한 과원의 화상병균이 감염된 기주식물을 매몰방제 처리한 부지에 화상병 감수성 미끼식물을 식재하여, 화상병균의 재감염 발생 가능성을 검정하기 위하여 수행되었다. 국내 과수 산업에서 큰 비중을 차지하고 있는 사과와 배는 E. amylovora에 의한 화상병에 매우 취약하기 때문에 그 위험성은 시간이 지날수록 점차 커지고 있다. 현재 국내에서 재배되고 있는 사과 중 ‘후지(부사)’ 품종은 2017년 기준 국내 사과 총 생산량의 74%를 차지하고 있으며, 재배 중인 배 품종 중 ‘신고’는 2014년 기준 전체생산량의 84%를 차지하고 있다. 국내 과수 재배의 대부분을 차지하고 있는 이들 두 품종은 기존의 연구를 통해 화상병 감수성 식물로 분류되어 있다(Kim과 Yun, 2018; Norelli 등, 2003). 따라서, 이전에 보고되었던 미끼식물을 활용한 식물병 연구 결과들에 착안하여, 화상병 감수성 식물이며 국내에서 주로 재배되고 있는 후지 사과를 화상병균 박멸 효율 및 화상병 재발 여부 확인을 위한 미끼식물로 이용하여 연구를 진행하였다. 연구 결과 매몰 후 1-3년 사이에 토양을 통한 과수 화상병 발생이 이루어지지 않았다. 실제 토양내에서의 화상병균 생존 기간 검정 결과를 보면, 비살균 토양의 경우 30일 내외로 짧은 것으로 나타나(Choi 등, 2019), 본 연구 결과와 유사한 것으로 보인다.
화상병을 일으키는 화상병균인 E. amylovora는 비와 바람과 같은 환경요인으로 인해 전파되기도 하지만, 곤충과 새와 같은 동물을 통해 최초 발병지로부터 먼 곳까지 이동한다고 알려져 있다(Emmett과 Baker, 1971). 특히, 진딧물과 진딧물의 감로를 먹는 개미, 그리고 진딧물을 포식하는 무당벌레가 화상병균을 옮기는 간접요인으로 고려되고 있으며(Hildebrand 등, 2000), 화상병이 주로 발생하는 개화기에 수분을 돕는 벌과 파리가 주 매개원으로 알려져 있다(Choi 등, 2022a). 따라서, 본 연구에서는 주 매개원으로 여겨지는 벌과 파리의 접근을 막기 위해 감시시설에 방충망을 설치하여 외부요인을 차단하고자 하였으며, 진딧물과 같은 상대적으로 낮은 위험성을 가진 매개원에 대해서는 주기적인 살충제 살포를 통해 배제하였다. 또한 시설 내 식재한 미끼식물이 생장하여 서로 간에 간섭을 일으킨 경우 전정 가위를 이용하여 관리해주었다. 이 때, 전정 가위를 통한 2차 감염을 막기 위하여 충분히 소독한 후 전정을 실시하였다(Choi 등, 2019).
한편, 국내에서 화상병이 발생한 과원은 관리 지침에 의거하여 발생 주수의 비율에 따라 5%를 기준으로 방역 정책을 달리 하고 있다. 5% 미만일 경우에는 정도에 따라 부분 폐원이 가능하며, 그 외에는 화상병 발생 과원을 폐원하며 모든 기주식물을 제거한다. 이 때, 기주식물을 제거하여 화상병균을 박멸하기 위하여 소각과 매몰처리를 진행한다(Park 등, 2017). 국내에서는 여건상 소각보다는 매몰처리법을 주로 행해지고 있다. 하지만, 일반적으로 병원균 박멸을 위해 이용하는 방법임에도 불구하고(Sosnowski 등, 2009), 국내에서는 현재까지 소각과 매몰을 통한 화상병균 박멸 효과에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있으며, 매몰된 지 약 3, 4년이 지난 기주식물을 이용한 화상병균 검정결과를 제외하면 이에 관한 연구는 전무한 실정이다(Kim 등, 2019). 그러므로, 감염된 기주 식물과 토양에 대한 소각을 진행할 시 화상병균이 소멸하기까지 필요한 온도, 시간 그리고 효과를 보이는 토양 깊이에 대한 연구가 이루어져야 하며, 매몰처리 후 어느 시기까지 화상병균이 생존할 수 있는지 정확히 파악할 필요가 있다.
처음 국내에 화상병이 발생했을 당시 감염 기주식물 매몰 후 매몰지에 5년간 기주 식물 재배 금지기간이 설정되어 있었으나, 현재는 3년으로 그 규정이 완화되어 시행되고 있다. 그러나, 3년이라는 기주 식물 재배 금지기간은 관련 농가와 과수 산업에 있어 결코 적지 않은 시간이며, 재배 작물을 전환하지 않는 이상 다시 경제성을 지니기까지 상당한 시간이 소요된다. 그러므로, 3년 재식 금지 조항과 연계하여 진행된 본 연구 결과를 통해, 조항의 타당성을 판단할 근거를 제시함과 동시에 조정 가능성에 대한 단초를 제공하였다. 현재 국내에서는 화상병균 특이적 프라이머를 이용한 분자생물학적 진단 기술 개발(Ham 등, 2022a; Shin 등, 2018) 및 박테리오파지를 활용한 생물학적 방제를 위한 연구가 진행되고 있으며(Park 등, 2018, 2022), 항생제를 이용한 방역 효용성 검사 및 감염 기주식물 내 미생물들과 화상병균의 상호작용과 대사경로 분석 등의 생리적 특성을 규명하기 위한 연구가 활발이 진행 중이다(Choi 등, 2022b; Ham 등, 2022b; Kim 등, 2021). 또한, 발병 현장의 일선에 서있는 농가의 부족한 인식을 재고하고자 화상병에 대한 교육을 병행하고, 국내에서 처음 화상병이 발병한 이래로 전파경로에 대한 지속적인 추적 및 관찰하고 있으며, 국내 기후에 맞는 예방시스템을 구축하는 데 박차를 가하고 있다(Ahn과 Yun, 2021; Ham 등, 2020; Kim과 Yun, 2018). 따라서, 본 연구 결과는 현재까지 진행되고 있는 다양한 분야의 성과와 함께 국내 화상병 방제 및 박멸과 재식 금지 규정 완화에 기여하여 국내 과수산업과 농가가 직면한 현실 개선에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

NOTES

Conflicts of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Acknowledgments

This work was supported by the “ Cooperative Research Program for Agriculture Science & Technology Development (Project No. PJ014219022022)” of the Rural Development Administration, Republic of Korea.

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Chang-Sik Oh
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