농작물의 생리활성과 어병균 예방 및 구제에 대한 키토산올리고당의 효과 = (The)effects of chitosan-oligosaccharides on physiological activation of cultivated plants and on resistance and extermination of fish diseases

국문 초록 (Abstract)

키토산올리고당이 국내의 종묘 회사에서 판매하는 배추, 무, 오이, 수박, 참외 등의 발아율, 유식물 길이생장 및 생중량에 미치는 효과를 조사함으로써 키토산 올리고당의 생리활성 촉진여부를 확인하고자 하였다. 키토산올리고당 5%용액에 침지 coating한 후 치상한 종자의 발아 및 유식물 생육에 대한 효과는 종간에 동일하지는 않았으나 발아율, 하배축 길이 생장, 생중량 및 본잎의 출현 등을 고려할 때 생리적 활성 효과가 있는 것으로 판단되었다. 0.001～0.05%까지의 키토산 농도별 처리에서는 일반적으로 0.005%와 0.01%에서 효과가 가장 좋았으며, 0.05%에서는 오히려 억제하는 것으로 나타났다. 특히, 같은 박과인 오이와 참외의 경우는 농도별 처리에서 보이는 생리적 반응정도가 매우 유사하였다. 그리고 키토산올리고당을 딸기와 포도에 1000～2000배 희석 비로 관주 및 옆면시비하여 당도변화 및 숙기 정도를 관찰 조사한 결과 당도는 2.5～5%의 향상과 숙기 조절을 관찰 할수 있었다.
어류양식분야에서는 해산어류를 대상으로 키토산올리고당의 산업적인 응용성을 평가하였다. 어종으로는 넙치(Paralichthys olivaceus)를 선정하여 키토산올리고당을 사료에 혼합 급이하고, 안전성, 항균성, 내병성 및 증체효과 등의 종합적인 면을 검정하였다. 키토산올리고당의 안전성은 사료대비 5%비율의 급이에서 독성은 전혀 나타내지 않았다. 또한 각종 어병균에서도 장기간 급이하였을 때 어병균에 대한 62～87%의 생존율을 나타냈다. 스쿠티카 섬모충의 구제(40%) 및 예방효과(95%)를 나타냈으며, 여름에 종묘된 치어에 상제된 에드워드균의 포낭도 급이 후 75일 만에 95% 구제효과를 보였다. 또한 키토산올리고당 급이 군에서는 림포바이러스 발병률을 1% 이하로 낮추었고, 증체효과 또한 대조군에 비하여 20～30%를 나타냈다.
양식 넙치(Paralichthys olivaceus)에서 기생하는 스쿠티카 섬모충을 분리하여 키토산올리고당(chitosan-oligosaccharides) 처리에 따른 이들의 사멸효과를 알아보았다. 본 실험에 사용된 키토산 올리고당은 직접 제조하였으며 이들의 특성은 키토산올리고당 1～4개의 당체가 74.3%를 5당체 이상이 26.6%를 나타냈으며, 이들을 각각의 농도에 따라 투여하였다. 키토산올리고당을 투여한 실험군에서 스쿠티카 섬모충에 대한 항기생충 효과는 0.5%(w/v)키토산올리고당 투여시, 즉시 활동성이 멈추고, 3분 이내에 스쿠티카 섬모충의 사멸율은 약 98%로 나타났고, 5분 후는 100% 사멸되어 최초 키토산올리고당 투여 전에 비하여 유의하게 감소하였다 (P<0.01). 또한, 키토산올리고당 0.3%(w/v) 투여군은 5분 경과시는 약 80%, 30분 경과 후는 역시 0.5%(w/v)와 거의 같은 사멸효과를 나타내었다. 그리고 0.1% 처리군에서는 60분 경과시 모두 80% 사멸율을 나타냈다. 그러나, 0.01% 키토산올리고당에서는 사멸효과는 거의 없는 것으로 나타났다.
이상의 결과로, 키토산올리고당이 미치는 식물의 생리적 활성여부는 국내산 주요 과채류에 있어서도 마찬가지로 나타났다. 향후 종간 효과의 유무와 정도 및 적정농도에 대한 선발이 필요할 것으로 사료된다. 상기의 이러한 키토산올리고당의 효과들은 다른 면역증강제나 성장촉진제보다 우수한 효과를 나타낸 것으로 어류 양식현장에서 충분히 산업적으로 적용할 수 있는 우수한 물질로 판단된다. 키토산올리고당 투여에 의한 스쿠티카 섬모충의 구제효과는 기존에 알려진 구제제보다 어류에 전혀 독성을 일으키지 않는 구제제의 가능성을 보여주며, 이들을 직접 현장에서 이용할 수 있음을 확실하게 보여줌으로서 충분한 경제적 가치가 있다고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Chitosan-oligosaccharides composed mainly from trimer to hexamer were prepared. And the effects of the chitosan-oligosaccharides on physiological activation of several kinds of cultivated plants and on resistance and extermination of fish diseases were investigated.
The physiological effects of chitosan-oligosaccharides, the germination ratio, elongation ratio of seedling, and fresh weight in various kinds of vegetables (Chinese cabbage, radish, cucumber, watermelon, and melon) were measured. Considering the effects of chitosan-oligosaccharides on plant growth, it was suggested that chitosan-oligosaccharides act as physiological general activator even though there were some differences between species. the treatment concentration ranged from 0.01% to 0.05% was the most effective in it's physiological activation for growth. Cucumber and watermelon that are in the same taxa (Cucurbitaceae) showed a similar physiological response to chitosan-oligosaccharides.
The physiological activation of chitosan-oligosaccharides on plants was effective in the several vegetables.
The industrial applications of chitosan-oligosaccharides were evaluated in the case of marine fish (Japanese flounder, Paralichthys olivaceus). The toxic effects of chitosan-oligosaccharides by treatment of feeding. And then, the effects of chitosan-oligosaccharides on antibacterial effects, disease resistance, and growth were also examined. The toxicity of chitosan-oligosaccharides by feeding treatment was absent even when added up to 5% in fodder. In prolonged treatment, fish diseases reduced from 13% to 38%. They relieved scuticociliatids by 40% and prevented them by 90%. And the Edwardsiella sp cysts were relieved by 95% after 75 days of treatment. In addition, in groups of chitosan-oligosaccharides treatments, the rate of lymphocysits was extremely low (1%). Also, chitosan-oligosaccharides increased the body weight and the body length in the range from 20% to 30%. The above effects of chitosan-oligosaccharides reveal that they are more superior to other immune enhancers and growth stimulators.
Another study was performed to evaluate the antiparasitic activity of chitosan -oligosaccharides to Scuticociliatids. After the treatment of 0.5% (w/v) chitosan -oligosaccharides against Scuticociliatids, there were considerable decrease in the numbers of the protozoan up to approximately 98% in 3 minutes, 100% in 5 minutes compared to those in the control (P<0.01). Also the treatments of 0.3% (w/v) chitosan-oligosaccharides showed the protozoacidal responses of 80% in 5 minutes as well as 100% in 30 minutes. These parasites were killed about 80% within one hour by 0.1% (w/v) chitosan-oligosaccharides, but did not die until 2hr by 0.01% (w/v) chitosan-oligosaccharides. Consequently, it was confirmed that the chitosan-oligosaccharides could be applied as one of the protozoacidal agents against Scuticociliatides in Japanese flounders. Above results showed that think chitosan-oligosaccharides are excellent materials that can be industrially used in the field of fish and plant culture.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ 서론 = 1
• Ⅱ 재료 및 방법 = 6
• Ⅲ 결과 = 13
• Ⅳ 고찰 = 46
• Ⅴ 결론 = 51
• 참고문헌 = 54
• 국문초록 = 62