토마토 재배는 적당히 높은 온습도가 유리하기 때문에 주로 비닐하우스에서 재배되어왔다. 하지만 최근에는정보통신기술(ICT)의 발달로 인해 온도, 습도, 일조량, CO₂등을 원격으로 조절하여 힘과 시간을 덜 소모하고도작물의 생육환경을 편리하게 관리할 수 있는 스마트팜(Smart farm)이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 토마토의 기존재배방식인 비닐하우스와 그와 다른 새로운 방식인 스마트팜에서의 위치 및 높이별 온습도와 토마토의 주요 해충인담배가루이와 작은뿌리파리의 발생량 및 시설 내에서의 발생분포에 대하여 조사하였다. 조사된 비닐하우스는 논산,평택, 세종에서 각각 한 동씩이었으며, 스마트팜은 논산의 한 동이 조사되었다. 조사결과 비닐하우스와 달리 스마트팜은 온습도가 더 일정하게 유지되었으며, 해충의 유입으로부터 조금 더 폐쇄적이기 때문에 상대적으로 주요 해충의발생량이 적었다. 또한 작은뿌리파리는 시설의 가장자리에서, 담배가루이는 중앙부에서 밀도가 높게 나타나는경향을 보였다.

GABA(γ-aminobutric acid)는 비단백질성 아미노산으로 뇌기능 촉진, 신경안정 및 혈압저하 효과 등의 생리 활성 기능물질로 알려져 있다. GABA 고함유 배추김치를 제조하기 김치제조 시 사용되는 부재료로 표고버섯, 느타리, 팽이, 큰느타리, 양송이 등 국내산 버섯류를 수집하여 열수 및 5% trichloroacetic acid 로 추출하고 HPLC을 이용하여 GABA 함량을 분석하였다. 버섯류 중에는 양송이 39.46 mg 100 g-1, 큰느타리 31.63 mg 100 g-1, 느타리 70.75 mg 100 g-1로 순으로 느타리 버섯이 가장 높은 GABA 함량을 나타내어 김치 부재료로 사용하였다. 느타리 버섯이 함유된 김치육수에 GABA 생성 Lactobacillus 유산균을 접종하고 30°C에서 24시 간 발효시킨 육수를 이용하여 김치를 제조한 후, 4°C에서 숙성 기간별 GABA 및 glutamic acid 함량변화를 분석한 결과, 김치는 초기에 비해 19일 후 GABA 함량이 88.59 mg g-1 증가하였고, 김치국물도 173.79 mg 100 mL-1의 증가효과를 보였다. 이상의 결과를 통해 배추김치 제조시 부재료로 느타리 버섯과 실온에서 Lactobacillus 균을 접종하여 발효한 육수를 사용시 배추김치의 GABA함량을 증진시키는 효과를 얻을 수 있었다.

복숭아씨살이좀벌(Eurytoma maslovskii)은 매실, 살구, 복숭아 등 핵과류 종자를 가해하는 해충으로 과실품질을 저하시켜 큰 경제적 손실을 야기하고 있다. 이 해충의 효과적인 예찰과 방제를 위해 성페로몬의 동정이 시급한 실정이다. 유사종인 Eurytoma amygdali는 유럽과 중동에서 아몬드 종자를 가해하는 해충인데, 이 종에서는 암컷의 표피 탄화수소가 수컷 성충을 유인하는 성페로몬인 것으로 보고되었다. 유사종의 화학생태 정보에 기초하여, 우리는 복숭아씨살이좀벌 암컷에만 존재하는 표피 탄화수소 4가지를 동정한 후 합성하여 수컷 포획을 시도하였으나 실패하였 다. 더욱이 암컷 추출물을 극성이 다른 용매로 분획(fractionation)하여 야외에서 생물검정을 실시한 결과, 수컷은 표피 탄화수소가 포함된 비극성 용매(hexane) 분획에는 전혀 유인되지 않았던 반면, 극성 용매(diethyl ether) 분획에만 유인되었다. 이것은 다른 벌목(Hymenoptera)에서 알려진 사실과 달리 표피 탄화수소는 복숭아씨살이좀벌의 성페로몬 이 아니며 진짜 페로몬은 극성 용매로 분리되는 물질임을 암시한다.

신갈나무는 우리나라의 산림을 이루는 가장 대표적인 활엽수로서 개엽시기, 낙엽시기의 시간변화는 잎을 먹이로 하는 나비목 곤충의 산란시기와 더불어 개체수의 변화를 야기할 수 있으며, 나비목 유충을 먹이로 하는 조류뿐만 아니라, 열매를 먹이로 하는 다람쥐, 청서, 너구리, 멧돼지, 반달가슴곰 등의 척추동물까지 다양한 생물들에게 직간접적인 영향을 미칠 수 있다. 노랑붓꽃은 멸종위기 야생식물 Ⅱ급에 해당하는 식물로서 전세계적으로 우리나라에만 분포하는 특산종이며 주로 전북 변산반도 일대와 전남 내장산 일대에 국한하여 자생하는 것으로 알려져있어 생물다양성에 있어서뿐만 아니라 지리분포학적인 측면에서 매우 중요한 종이다. 본 연구는 기후변화에 따른 국립공원의 자연생태계의 변화를 파악하기 위한 목적으로 수행된 생물계절 모니터링의 일환으로써 신갈나무의 개엽시기, 노랑붓꽃의 개화시기 관찰을 통하여 식물계절 변화와 기온 변화와의 관계를 분석하고자 하였다. 신갈나무 개엽은 개체단위 및 경관단위로 관찰하였으며, 개체단위는 월출산, 지리산, 설악산에서 Time Lapse Camera로 촬영된 동영상을 바탕으로 분석하였으며, 경관단위는 지리산의 종석대-수도암 구간의 천은사골 유역, 설악산의 미시령계곡-울산바위 구간의 우측에 자리한 용소골유역을 대상으로 촬영된 DSLR 정지화상을 바탕으로 분석하였다. 월출산국립공원의 구름다리에서 2011년부터 2016년까지 신갈나무의 봄철 개엽시기를 비교 분석한 결과, 최초 2011년 5월 4일에 비해 2016년에는 4월 23일 개엽이 확인되어, 5년 동안 10일이 빨라진 것으로 나타났다. 월출산 국립공원과 인접한 강진군의 기상청 자료를 분석한 결과 2011년 연평균기온이 13.1℃에서 2016년에는 14.4℃로 나타나 5년간 1.3℃ 상승한 것을 확인하였으며, 특히, 식물생장이 활발해지는 4월 평균기온은 11.1℃에서 14.2℃로 3.1℃가 상승한 것으로 나타났다. 또한 지리산 성삼재 지역 의 신갈나무 개엽은 2013년에 5월 11일이었으나 2016년에는 4월 30로 확인되어 10일이 앞당겨졌으며, 시암재 인근의 신갈나무 개엽은 2013년에 5월 7일이었으나, 2016년에는 4월 22일로 14일 더 빨라진 것으로 확인되었다. 아울러, 본 지역과 인접한 남원지역의 2013년 연평균기온은 12.6 ℃에서 2016년에는 13.5℃로 나타나 3년간 0.9℃ 상승한 것을 확인하였으며, 4월 평균기온은 9.6℃에서 14.3℃로 4.7℃가 상승한 것으로 확인되었다. 한편, 개체단위 관찰 지역의 해발고도를 경관단위 관찰지역과 연계하여 정지화상을 분석한 결과 동일 유역권의 신록의 진행이 유사하게 진행되는 것을 확인하였으며, 지리산천은사골 유역에서는 해발고도 600 m에서 1000 m까지 2015년에는 12일, 2016년에는 10일이 소요되는 것으로 나타났으며, 설악산 용소골 유역에서는 해발고도 400 m에서 1000 m까지 2015년에는 14일이 소요된 반면, 2016년에는 21일이 소요된 것으로 확인되었다. 노랑붓꽃은 1개체에 2개의 꽃이 순차적으로 피는 특징을 이용하여 1차 개화시기와 2차 개화시기를 구분하여 분석한 결과, 2013년에서부터 2016년까지 1차 개화시기는 3년간 2일이 빨라진 반면, 2차 개화시기는 5일이 빨라진 것으로 확인되었다. 본 지역과 인접한 정읍의 2013년 연평균기온은 10.7 ℃에서 2016년에는 14.2℃로 나타나 3년간 0.7℃ 상승하였으며, 4월 평균기온은 10.7℃에서 14.2℃로 3.5℃가 상승한 것으로 확인되었다. 상기 결과에 따르면, 신갈나무 개엽시기와 노랑붓꽃의 개화시기는 온도가 상승함에 따라 모두 앞당겨졌으나, 노랑붓꽃에 비해 신갈나무가 민감하게 반응하는 것으로 확인되었다. 본 연구는 1) 육안관찰 모니터링으로 직접 수행하는 기존 방법에서 타임랩스 카메라를 이용하여 장기적으로 객관적인 영상자료를 얻어 분석할 수 있는 생물계절 관찰 방법이며, 2) 국립공원이라고 하는 국토의 핵심 보호지역에서 수행하고 있는 점, 3) 농업분야를 제외하면 2∼3년간의 단기 결과를 분석한 자료가 대부분인 기후변화의 자연생태계 영향을 과학적이고 객관적인 모니터링을 장기 수행하여 얻어지고 있는 데이터라는 점에서 의의가 크다고 할 수 있다. 향후 기후변화에 따른 자연생태계 영향을 파악하기 위해 본 연구에서 다루어진 대상종을 비롯한 다양한 식물들의 개엽, 개화, 단풍, 낙엽시기의 변화와 더불어, 곤충, 양서류, 조류, 포유류와 같은 동물들의 출현시기 변화를 시계열적으로 분석함으로써 생태계 구성원간의 엇박자를 파악할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

Riboswitches are structured RNA motifs that can directly bind specific metabolites. The binding of metabolites further regulates downstream metabolism eliminating the need for any regulatory proteins. We searched for novel bacterial vitamin B1 binding riboswitches in the metagenome of sun-dried saline soil. Soil microbial metagenomes were studied using NGS analysis. A total of approximately 50 Gb of the sequence data was obtained by Hi-seq and 454 GS FLX sequencing, and these sequences were subjected to riboswitch search. Hi-seq generated 614 contigs showing similarity to riboswitches, while 454-based sequencing generated 383 similar contigs. We matched whole metagenome contigs to local BLAST databases constructed using 91 previously known bacterial vitamin B1 thiamine pyrophosphate (TPP)-box motifs, and 11 SAM S-box motifs. Repetitive BLAST comparisons to local BLAST databases with nucleotide sequences from NGS identified 14 novel TPP-box motifs, and 7 S-box motifs respectively from the metagenome contigs. Further, RNA secondary structure analysis with public databases Rfam, and RibEx using these 21 riboswitch candidates revealed one contig, D8PYI to possess the most probable TPP-box structure. We constructed intragenic synthetic riboswitches to investigate whether the TPP-box motif region in D8PYI could harness gene expression in the presence of TPP. Construction of biosensors containing 100~400 bp fragments of D8PYI contigs, and in vivo imaging using the biosensors displayed TPP-specific changes in the expression of a green fluorescence protein reporter. In this regard, the adaptation of in silico riboswitch screening from environmental metagenomes could provide biosensors for detection of specific metabolites.

PURPOSES:This study suggests a specific methodology for the prediction of road surface temperature using vehicular ambient temperature sensors. In addition, four kind of models is developed based on machine learning algorithms.METHODS:Thermal Mapping System is employed to collect road surface and vehicular ambient temperature data on the defined survey route in 2015 and 2016 year, respectively. For modelling, all types of collected temperature data should be classified into response and predictor before applying a machine learning tool such as MATLAB. In this study, collected road surface temperature are considered as response while vehicular ambient temperatures defied as predictor. Through data learning using machine learning tool, models were developed and finally compared predicted and actual temperature based on average absolute error.RESULTS:According to comparison results, model enables to estimate actual road surface temperature variation pattern along the roads very well. Model III is slightly better than the rest of models in terms of estimation performance.CONCLUSIONS :When correlation between response and predictor is high, when plenty of historical data exists, and when a lot of predictors are available, estimation performance of would be much better.

높은 염 농도와 알칼리성 특성으로 식생토양으로 활용에 어려움이 있는 간척지 토양을 복원하고 식생회복 을 목적으로 양송이 퇴비 와 미 발효 양송이 수확 후 배지를 새만금 간척지 토양과 천수만 간척지 토양에 복토, 혼합 한 후 각 토양의 이화학성분석과 식생회복 실험을 수행하였다. 간척지 토양의 이화학성 분석 결과, 새만금 토양은 pH 8.5, Na+ 함량은 1.4 cmol+/kg으로, 천수만 토양은 pH 7.2, Na+ 함량은 0.8 cmol+/kg의 특성을 보였다. 수확 후 배지 처리에 의한 간척지 토양의 중화 효과와 벼 재배실험을 통한 식생성장 상태를 8주 간 모니터링 하면서 토양의 미생물 생장과 이화학적 특성을 분석하였다. 무처리에 비해 처리 수확 후 배지 처 리구에서 벼의 식생피복율과 성장이 상대적으로 높게 나타났으며, 처리구의 경우 천수만 토양이 새만금 토양보다 생장효과가 다소 높았다. 또한 복토 및 식생 후 새만금 토양의 pH는 8.5에서 7.4로 중화 되었으 며, Na+ 함량도 0.9 cmol+/kg으로 감소되었으나, 천수만 토양은 pH 7.0, Na+ 함량은 0.6 cmol+/kg의 특성을 보임으 로서 수확 후 배지 처리에 의한 간척지 토양의 중화 효과와 벼 재배실험을 통한 염농도 저감 효과를 보였다.

한반도의 기온은 지난 80년간 꾸준히 상승해왔다. 온도의 상승이 불가피한 미래 기후변화에 따라 월동가능성 및 토착화 가능성이 있는 외래 침입 해충에 대한 연구가 필요하다. 그 중 벼(Oryza sativa)를 가해하는 주요 비래해충은 총 5가지로 벼멸구, 애멸구, 흰등멸구, 멸강나방, 혹명나방이 있다. 기후변화에 따른 벼 재배지대별 비래해충의 발생 특성조사를 위해 영남 지역에서 도별 각 2개의 시군을 선정하여 비래해충에 대한 실태조사를 진행하였다. 멸구류는 육안조사, 포충망조사, 동력흡충기를 이용하여 조사를 하였고, 나방류는 성페로몬 트랩을 추가하여 해충의 발생을 조사하였다. 영남 지역 내에서 북쪽으로는 멸구류의 발생이 조사 기간동안 지속적으로 발생하였으며, 남쪽으로 는 멸구류와 나방류 모두 지속적인 발생을 보였다. 이러한 결과는 향후 기후변화에 따른 외래 침입해충 발생에 대한 조기 경보시스템 확립의 기초자료가 될 것이다.

가루깍지벌레(Pseudococcus comstocki)는 다양한 기주를 가지고 있으며, 특히 배나무에 심각한 피해를 입힌다. 가루깍지벌레는 나무껍질 틈에서 성장하고 왁스 물질로 몸을 감싸고 있어 방제하기가 쉽지 않다. 이와 같은 이유로 성페로몬을 이용한 방법이 시도되고 있다. 본 연구는 가루깍지벌레의 성페로몬을 이용해 보다 효과적인 가루깍지벌레 를 방제하기 위해 비행 및 교미행동을 관찰하였다. 첫째, 풍속이 가루깍지벌레 수컷의 비행에 미치는 영향을 알아보기 위해 wind-tunnel에서 upwind로 0, 0.5, 1, 1.5 mph의 조건에서 시험하였을 때 1.5 mph 이상의 바람에서는 비행을 하지 못하였다. 둘째, 배과원에서 수컷의 비행고도 선호도와 비행가능 거리를 측정한 결과 1.5 m에서 가장 많은 깍지벌레가 관찰되었고 30 m까지 비행이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

작은뿌리파리(Bradysia difformis)는 시설하우스에서 여러 작물의 뿌리를 가해하여 생육을 지연시키거나 고사시켜 피해를 일으키고 있는 해충이다. 작은뿌리파리를 인공사육하는데 있어서 감자디스크를 이용하였을 때, 사육온도에 따른 발육기간과 부화율, 용화율, 우화율을 조사하였다. 그리고 작은뿌리파리를 방제하기 위해 시판되고 있는 20종의 살충제 중 작은뿌리파리에 대한 우수 살충제를 탐색하고, 선발된 약제의 잔효성과 방제효과를 조사하였다. 전체적인 사육온도에 따른 발육기간과 부화율, 용화율, 우화율을 비교해보았을 때, 20℃에서 생육이 가장 좋은 것으로 나타났다. 그리고 각기 다른 성분의 살충제를 권장희석배수로 살포한 결과, acetamiprid, chlorfenapyr, diflubenzuron, dinotefuran, fenthion, indoxacarb, lufenuron, thiamethoxam의 살충효과가 80% 이상으로 나타났다.

목화진딧물의 방제에 RNA interference(RNAi)를 이용하여 새로운 시각으로 새로운 방제를 시도하고자 한다. RNAi를 이용하여 목화진딧물의 방제에 이용할 target유전자들을 선발하기 위하여 gateway system을 이용한 목화진딧물 cDNA library를 제작하였다. 그 결과 RNAi에 적합한 약 100~400bp의 insert를 확인하였으며, blast search 및 EST database 비교분석 결과, 목화진딧물 관련 유전자임을 확인하였고, 최종적으로 8.4x105 titer의 목화진딧물 cDNA library를 완성하였다. 이러한 cDNA library는 att site를 가지는 TRV(Tobacco rattle virus) RNA2 vector에 LR recombination한 다음 Agrobacterium tumefacience(GV2260)에 transformation하였다. Agro-infiltration을 통하여 RNAi기작이 진단된 오이 에 목화진딧물을 접종하여 섭식시켰다. 섭식을 통한 살충 또는 기피효과를 bio-assay함으로써 target유전자를 선발하는 데 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

큰28점박이무당벌레(Henosepilachna vigintioctomaculata)는 감자, 토마토, 구기자 등 가지과 식물을 가해하는 저작형 해충이다. 한편, 최근에 RNA interference(RNAi)를 이용해 해충을 방제하려는 연구들이 많이 진행되고 있다. 따라서 이 실험은 RNAi를 이용하여 큰28점박이무당벌레 방제 및 유전자의 기능을 알아보고자 수행되었다. 먼저, RNAi에 이용할 target 유전자를 선발하기 위해 cDNA library를 제작하였다. 그 결과, 최종 titer 3.15×105의 cDNA library를 완성하였다. 완성한 cDNA library는 제한효소를 이용해 LITMUS 28i transcription vector에 cloning하였고, 이 후 insert의 크기와 중복성을 확인하였다. 그 결과, RNAi에 적합한 약 100~500bp 크기의 insert가 확인되었고, NCBI Blast search 결과, insert 사이에 중복성 없이 다양한 유전자가 cloning되었고, 대부분이 곤충 유전자임을 확인하였다. 확인된 유전자들은 T7 promoter를 이용해 dsRNA를 합성한 후, 0~2일된 큰28점박이무당벌레 4령 유충에 주입하였다. 앞으로의 실험에서는 RNAi 효과를 나타낸 유전자에 대해 Real-time PCR을 통해 큰28점박이무당벌레 체내 유전자 발현량 변화를 확인할 예정이다.

충북 진천군 배추밭(A)과 대전 유성구 노은동 배추밭(B)에서 채집한 복숭아혹진딧물 개체군과 실험실에서 장기간 누대사육중인 개체군(C) 사이의 약제별 감수성 정도를 확인하였다. 복숭아혹진딧물에 등록된 5종의 살충제를 선별하 여 3 종류의 개체군에 대한 살충효과를 각각 검정하였고, EPG를 이용한 섭식행동을 관찰하였다. 그 결과 A, B, C 개체군에 대한 살충활성이 가장 좋은 것은 Acetamiprid 95%(48h), Pyrifluquinazon이 97%(120h)였고, C 개체군에서 Cyantraniliprole는 45%(144h)로 가장 낮았다. 섭식행동의 EPG 패턴분석과 살충활성을 비교하여 보면, 살충활성이 높은 살충제에 대하여 체관부 섭식시간이 가장 적었으며, 탐침행동 시간이 적었다. 반면에 살충활성이 낮은 Cyantraniliprole의 경우 체관부에서 섭식 전 타액분비활동(E1)이 가장 많았다. 결과적으로 감수성 정도는 Pyrifluquinazon 의 경우 A> B> C개체 순으로 나타났고, Pymetrozine의 경우 A> B, C 순으로 감수성을 보이며, 지역 간 살충제의 감수성 차이를 참고하여 약제 선택에 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

충청남도 천안시의 대표적인 시설작물인 오이는 규모가 대형화 되면서 동일한 장소에서 연작년수가 길어지고, 연중재배의 원인에 의해 토양 내 식물기생선충의 밀도가 증가하고 있다. 그 중 뿌리혹선충에 의한 피해가 가장 크며, 그에 따른 수확량 감소와 품질저하로 인해 경제적 피해가 증가하고 있다. 따라서 천안시에 분포하는 뿌리혹선충의 발생밀도와 분포를 알아보기 위하여 2016년 6월에서 8월까지 천안시 동남구 일대의 오이 재배지를 대상으로 뿌리 근처의 토양 300g씩을 채취하여 발생밀도를 조사하였다. 그 결과 풍세면의 평균 선충밀도가 가장 높았으며 광덕면의 평균 선충밀도가 가장 낮았다. 평균 밀도의 차이는 있으나 모든 면의 평균 선충수 모두 그 피해가 클 것으로 사료된다. 따라서 본 연구는 천안시 오이시설재배지에서 뿌리혹선충 발생 실태를 조사하고, 오이 상품의 고품질화와 경제적 손실을 줄이기 위한 뿌리혹선충에 대한 효과적인 방제방법 모색의 필요성을 제시하고자 수행하였다.