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국내 파프리카 생산액은 2022년 기준 약 3,020억 원으로 보고되며 전체 과채류 생산액(약 6조원)의 5% 이상을 차지하는 주요 작물이다(KREI, 2024). 특히 2024년 기준 수출 과채류(토마토, 오이, 파프리카, 딸기) 수출량 약 21,100톤 중 파프리카 수출량이 약 15,000톤으로 과채류 수출량의 70%의 비중이 넘는 국내 시설원예에서 핵심적인 수출 전략 작목으로 자리매김하고 있다(KREI, 2025). 그러나 이러한 중요성에도 불구하고 기후변화에 따른 재배환경 변화는 위협적인 단계에 직면하고 있다. 최근 기후변화로 인한 온ㆍ습도 상승과 이상기후는 병해충 발생의 빈도와 범위를 확대시켜 생산 안정성을 위협하고 있다(Ma et al., 2021;Zingales et al., 2022;Gullino et al., 2022;Namuyanja et al., 2024). 이러한 배경에서 증가하는 병충해의 관리는 농업생산에 있어서 더욱 그 중요성이 높아지고 있는 시점이다. 즉, 파프리카 생육기에서 발생하는 새로운 병해는 단순한 생산량 감소를 넘어 수출 경쟁력 약화와 국가 농산물 무역에도 직접적인 영향을 미칠 수 있다.

파프리카 재배에서 주요 문제로는 담배모자이크바이러스(TMV), 고추모틀모자이크바이러스(PepMoV) 등 바이러스병, 역병, 시들음병 등의 곰팡이병, 세균성점무늬병 등이 있으며, 수확 후 유통 과정에서는 탄저병, 잿빛곰팡이병, 세균성 부패, 연부병 등이 품질 저하와 손실을 유발한다. 세계적으로 과채류는 곰팡이 병원균으로 인해 수확 후 20-25% 손실되며(Liu et al., 2024), 그중 접합균류(Zygomycetes)에 속하는 Rhizopus stolonifer는 가장 흔하고 빠르게 성장하는 병원체로 알려져 있다(Bautista-Baños et al., 2008). R. stolonifer는 사과, 감자, 가지, 수박, 멜론, 오이, 포도, 딸기 등 다양한 작물에서 수확 후 병을 일으키며, 고온다습한 조건에서 급속히 전개되어 저장성과 유통기한을 현저히 저하시킨다(Kwon et al., 2001;Northover and Zhou, 2002;Tournas, 2005;Sallato et al., 2007;Kwon et al., 2007;Ventura-Aguilar et al., 2021). 이러한 특성으로 인해 R. stolonifer는 전 세계적으로 가장 파괴적인 수확 후 병원체 중 하나로 평가되며(Snowdon, 1990;Bautista-Baños et al., 2014), 국내에서도 고추 및 파프리카(Capsicum annuum L.)의 수확 후 꼭지썩음병 병원균으로 보고되었고, 이러한 발생은 주로 저장 및 유통 단계에서 문제되는 것으로 알려져 있다(Cho et al., 1997). 국제적으로 기후변화로 인한 온도, 강수 패턴, 대기 중 CO₂ 변화는 식물병 발생 양상에 다양한 영향을 미치는 것으로 보고되었으며(Garrett et al., 2006), 병원균의 분포 확대, 발병 지역의 변동 등을 초래하여 식량안보에도 위협이 될 수 있다(Chakraborty and Newton., 2011). 최근 우리나라에서도 기후변화로 인한 온ㆍ습도의 상승은 병원균의 생육과 전파에 유리한 환경을 조성하여, 기존 병해 발생 양상 변화뿐 아니라 과거 드물던 병해의 발생 가능성을 가중시키고 있다(Kim, 2024). 실제로 2024년 화성시 농업기술센터 파프리카 시험포장에서 전정ㆍ유인 작업 후 줄기 부위에 수침상 병반과 흑색 곰팡이 형성을 동반한 무름 증상이 관찰되었다. 이는 R. stolonifer가 기존에 주로 수확 후 병해로 인식되던 것과 달리, 생육 중에도 발생할 수 있음을 보여주는 새로운 가능성을 제시한 것이다. 따라서 본 연구는 파프리카 재배 중 발생한 줄기 무름 증상의 원인균을 분리ㆍ동정하고, 병원성을 확인하며, 형태적ㆍ생물학적 특성을 규명하고자 하였다. 이를 통해 생육기 R. stolonifer에 의한 병해 발생 가능성을 확인하고, 재배 및 저장ㆍ유통 단계에서의 피해 최소화를 위한 관리 방안 수립에 기초 자료를 제공하고자 한다.

재료 및 방법

식물체 준비

본 실험에 사용된 식물체는 시중에서 판매되는 블로키형(Blocky type) 파프리카(Capsicum annuum L.) ‘오지날레’(미푸코, 한국) 품종의 종자를 사용하여 4월부터 8월까지 재배하였다. 종자는 32공 육묘 트레이에 원예용 상토를(농우바이오, 한국) 충전하여 파종하였다. 파종 후 20–25℃ 육묘상에서 60일간 생육시켰다. 이후 균일한 묘를 선발하여 15 × 15 ㎝ 규격의 포트 10개에 이식한 뒤, 28 ± 2℃에서 30일간 재배하였다. 이 식물체는 병원균 접종 시험에 사용되었으며, 실험에는 첫 번째 분지 위로 3–4마디가 형성된 생육 단계의 개체를 이용하였다.

병원균 분리 및 접종원 준비

2024년 경기도 화성시 파프리카 시험포장에서 줄기 부위에 수침상 병징이 나타난 식물체 시료를 채집하였다(Fig. 1). 병징 선단 부위를 절취 후 70% 에탄올과 1% 차아염소산나트륨(NaOCl)으로 표면을 소독하고 멸균수로 세척하였다. 멸균된 조직은 PDA(Potato Dextrose Agar, Difco^TM)배지 위에 접종하여 25℃ 암조건에서 3일간 배양하였으며, 형성된 곰팡이 집락에서 순수 분리하였다.

균학적 특성 분석을 위하여 순수 분리된 균주는 직경 7㎜의 균사조각을 펀치로 떼어내어 PDA배지에 접종하여 다양한 각 온도 조건(5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40℃)에서 3반복으로 암조건 하에 2일간 균사의 생장을 관찰하였다.

병원성 검정을 위하여 순수 분리된 Rhizopus spp.를 PDA 배지에서 7일간 배양하였다. 형성된 포자낭포자를 멸균수와 스크래퍼를 이용하여 현탁한 뒤, 멸균된 4겹의 거즈로 여과하였다. 현탁액의 포자 농도는 혈구계수기(Hemocytometer)를 이용하여 계수하였으며, 2 × 10⁶ spores/㎖농도의 포자현탁액을 만들어 접종에 사용하였다.

병원균 접종

병원균 접종은 분리된 균주의 병원성을 검정하고 Koch의 4원칙을 충족하기 위하여 수행하였다. 이를 위해 소형 비닐 온실(190 × 140 × 75㎝의) 2개를 이용하여 밀폐공간을 조성하고 무처리와 처리 파프리카를 각각 3주씩 배치하였다. 여름철 시설재배 환경과 유사한 조건을 재현하기 위해 접종 후 48시간 동안 가습기를 이용해 챔버 내 상대습도를 95%로 유지하였으며, 온도는 30℃로 설정하였다.

접종 부위는 준비된 파프리카 식물체의 첫 번째 분지 위로 3∼4마디가 형성된 줄기에 접종하였다. 상처 처리는 관행적으로 수행하는 곁가지 제거 농작업과 동일한 방식으로 실시하였다. 무처리구에는 상처 부위에 15㎕의 멸균수를 처리하였고, 처리구는 포자 현탁액(2 × 10⁶ spores/㎖)을 동일한 양으로 도포하여 병원균의 침투와 발병 여부를 검정하였다.

Rhizopus spp.의 DNA 추출과 28S rDNA 염기서열분석

병원성 검정 후 무름 증상이 나타난 파프리카 줄기에서 병원균을 재분리하였다. 균주로부터 DNA를 추출하기 위하여 Omnia Reagent(THESAERON Co., Korea)를 사용하였다. 추출방법은 배양된 균주의 균사 약 100mg을 Tissuemiller^TM (THESAERON Co., Korea)로 파쇄한 다음 제조사에서 제공한 추출과정에 따라 수행하였다. 추출된 DNA는 완전하게 건조시킨 후 200㎕ 1×TE(10 ㎜ Tris-HCl and 1 ㎜ EDTA, pH 8.0)에 용해하였다. DNA 농도 Nanoready(Lifereal Co. Ltd., China)로 측정하였다. 추출된 DNA는 28S rDNA영역의 염기서열을 분석하기 위하여 100ng/㎕로 희석 후 염기서열 분석을 의뢰하였다. 28S rDNA 염기서열 분석은 곰팡이 분류에 널리 사용되는 LSU D1/D2 영역 특이 프라이머 NL1 (5’-GCATATCAATAAGCGGAGGA-3’)과 NL4 (5’-GGTCCGTG TTTCAAGACGG-3’)를 이용하여 수행하였다. 염기서열 분석 결과는 BioEdit 7.2.5 (Hall, 1999) 프로그램을 이용하여 정렬 등 편집을 수행하였다. 파프리카에서 분리한 두 균주의 서열은 NCBI (National Center for Biotechnology Information)의 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)를 이용하여 병원균을 확인하였다.

Rhizopus spp.의 계통학적 분석

분리 균주의 분자적 동정을 위하여 이용된 Rhizopus spp.의 염기서열 목록은 Table 1과 같이 16종이다. 이 분석은 Rhizopus spp. 내의 종이 다른 병원균의 서열을 이용하여 분리 균주와의 연관성을 확인하고자 수행하였다.

Evolutionary history의 추론은 Maximum Likelihood 방법과 Tamura-Nei(Tamura and Nei, 1993) 모델을 적용하였으며, bootstrap 분석은 1,000회 반복으로 수행하였다. 모든 분석은 MEGA11 소프트웨어에서 수행되었다(Tamura et al., 2021).

결과 및 고찰

병원균의 생장 및 균학적 특성

배양 24시간 후, 10∼30℃ 처리구에서 균사 생장이 관찰되었으며 특히 20, 25 및 30℃에서 빠른 생육을 나타냈다. 반면 5, 35 및 40℃에서는 접종 직경(7㎜)과 유사하여 생장이 거의 일어나지 않았다. 배양 48시간이 경과한 후에는 20, 25 및 30℃에서 균사가 배지를 가득 채웠으며, 15℃에서도 비교적 양호한 생육이 확인되었고, 10℃에서도 균사가 미세하게 형성되어가는 모습을 볼 수 있었다. 이상의 결과로 볼 때, 본 균주의 적정 생육온도는 20, 25, 30℃ 범위이며, 최저 10℃까지도 균사의 생육이 가능한 것으로 나타났다(Fig. 2., 3). 이러한 결과는 Wu et al.(2025)가 보고한 R. stolonifer의 최적 생육온도(25–30℃)와 유사하였으며, 35℃ 이상에서는 생장이 저해되는 특성과도 일치한다. 또한, Kwon et al.(2001)이 국내에서 보고한 토마토 유래 R. stolonifer 균주의 최적 생육온도(20–25℃)와도 부합한다. 이는 국내 시설재배지에서 흔히 관찰되는 온도 조건과 유사하여, 실제 재배 환경에서 병 발생 가능성과 밀접한 관련이 있음을 시사한다.

PDA 배지상에서의 균학적 형태를 관찰한 결과 균사는 포복균사 형태로 기질에 부착되어 방사형으로 빠르게 확산되었다.

초기 균총은 흰색을 나타냈으며, 배양 시간이 경과함에 따라 점차 갈색에서 짙은 갈색으로 변하였다. 균총이 충분히 형성된 이후, 공중 균사인 포자낭경(sporangiophore)이 형성 되었으며, 이는 흰색에서 짙은 갈색으로 변하였으며 두께는 18.5∼30.1㎛로 측정되었다. 포자낭경 선단부분에 구형의 포자낭(sporangium)이 형성되었으며, 배양 초기에는 흰색을 보이다가 배양 시간이 경과함에 따라 점차 성숙하면서 회색에 서 흑갈색으로 변화하였다(Fig. 4).

포자낭의 크기는 92∼204㎛ 이고, 주축(columella)은 반구형으로 93∼102㎛ 크기를 나타냈다. 포자낭에서 분출된 수천 여 개의 포자낭 포자(sporangiospore)는 대체로 구형에 가까우나 불규칙한 형태를 띠었으며, 크기는 8∼12 × 7∼11㎛로 측정되었다. 이러한 균학적 특성은 과거 Rhizopus stolonifer에 대해 보고된 결과(Lunn, 1977)와 거의 일치한다. 특히 Sarbhoy(1966)의 결과 균주의 포자낭 크기(85–200 ㎛) 및 포자 크기(10–20 × 7.5–8 ㎛)와 비교할 때, 본 연구 균주도 유사한 범위 내에서 관찰되었으며, 이는 형태학적 동정의 신뢰성을 뒷받침한다(Fig. 5., Table 2).

병원성 검정

파프리카 줄기에 인위적으로 접종한 결과, 무처리구(멸균수 처리)는 10일 동안 아무런 병징도 나타나지 않았다. 반면 처리구에서는 접종 3일 후 줄기에서 수침상 병반이 형성되었고 점차 흑변하면서 10일 후에는 3주 모두 심한 무름 증상으로 진행되었다. 시간이 지나며 줄기가 꺾이는 병징이 나타났고, 발병 부위에는 다량의 균사와 포자낭이 형성되었다(Fig. 6). 병반에서 병원균을 분리하여 동정결과 원균과 동일한 것으로 판단되었으며, 이러한 결과는 Koch의 4원칙을 충족하는 것으로 판단되며, 본 균주가 파프리카 줄기 무름병의 원인균임을 확인하였다.

28S 염기서열 분석 및 수집 균주 확인

파프리카에서 분리한 두 균주(2024-008, 009)의 28S rDNA 서열을 분석한 결과, 총 668 bp의 염기서열을 확보하였다. BLAST 분석 결과, 두 균주의 LSU D1/D2 서열(668 bp)은 Rhizopus stolonifer strain NRRL A-17183(GenBank accession no. KC291246.1)과 100% 일치하였으며, 이에 따라 본 연구에서 줄기 무름 증상을 일으킨 병원균이 R. stolonifer임을 분자적으로 확증하였다. 반면, ITS1/ITS4 primer를 이용한 ITS 영역 증폭에서는 약 120bp의 짧은 단편만 확보되어 전체 서열 확보에 실패하였다. 이러한 ITS 증폭 실패는 Rhizopus spp.의 ITS 구간이 균주 내에서 이형적 서열(heterogeneity)을 동시에 보유하는 특성에 기인하는 것으로 보고된 바 있으며(Abe et al., 2010), 이로 인해 ITS만으로는 신뢰성 있는 종 수준 동정이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 Liu et al.(2007)이 Rhizopus spp.의 종 동정에 유용한 분자 마커임을 제시한 LSU 28S D1/D2 영역(NL1/NL4 primer)을 이용하여 병원균을 확인하였다.

Rhizopus stolonifer의 계통학적 분석

계통수 분석 결과, 파프리카에서 분리한 두 균주(2024-008, 2024-009)는 서로 자매군을 형성하며, 매우 짧은 가지 길이와 높은 부트스트랩 값(100)을 나타내어 동일 균주임을 확인하였다(Fig. 7). 또한, 이들 균주는 R. stolonifer 참조 균주들과 함께 하나의 강한 클레이드를 형성하였다. 반면, R. koreanus 참조 균주들은 별도의 클레이드를 형성하였으며, R. stolonifer와는 유전적 거리가 멀고 부트스트랩 값 83으로 비교적 높은 지지도를 보여 두 종이 명확히 구분되는 독립된 종임을 확인하였다.

R. stolonifer는 전통적으로 부생균(saprotroph)으로 알려져 살아있는 식물에서는 병원성을 나타내지 않는 것으로 간주되었으나(Agrios, 2005), 최근 연구에서는 에스테라제 등 효소를 통한 직접 침입(Baggio et al., 2016), 냉장 보관 중 감염 촉진(Bautista-Baños et al., 2008), 산화환원 및 단백질 분해 과정 활용(Petrasch et al., 2019) 등 다양한 감염 전략을 보유함이 보고되었다. 특히 Mesquida-Pesci et al.(2025)은 R. stolonifer가 숙성과일에서 연부병을 일으키는 과정에서 총 33종의 산화환원효소, 7종의 단백질 분해효소, 4종의 세포벽 분해효소를 활용하는 괴사영양성 감염 전략을 규명하여, 본 균이 단순한 부생균을 넘어 적극적인 병원체임을 제시하였다.

본 연구에서 분리한 균주 또한 최적 생육온도와 형태적 특성이 기존 보고와 일치하였으며, 병원성 검정을 통해 생육기 파프리카 줄기에서도 발병을 유발함을 확인하였다. 이러한 결과는 R. stolonifer가 기존의 수확 후 병원체라는 인식을 넘어, 재배 단계에서도 잠재적 위협이 될 수 있음을 시사한다. 특히 기후변화로 인한 고온다습 환경과 농작업 중 발생하는 상처가 결합될 경우, 재배기 파프리카에서 주요 병원체로 부상할 가능성이 크다.

따라서 생육 및 저장 단계를 아우르는 통합 관리 전략 마련이 필요하며, 이를 위해 국내 Rhizopus spp.의 종 다양성과 병원성 변이에 대한 분자ㆍ생태학적 연구가 병행되어야 한다. 아울러 환기 및 습도 조절, 농작업 시 상처 최소화, 품종별 감수성 차이를 고려한 현장 맞춤형 방제 지침 개발이 이루어진다면, 본 병해의 효과적 관리에 크게 기여할 수 있을 것이다.

적 요

본 연구는 시설재배 파프리카 줄기에서 발생한 무름 증상의 원인균을 규명하기 위하여 수행되었다.

이상의 결과는 R. stolonifer가 수확 후 저장 과정뿐만 아니라 재배 중 파프리카 줄기에서도 병을 유발할 수 있음을 입증하였다. 특히 잦은 정지 작업 등으로 상처가 빈번히 발생하는 재배 환경에서는 기후변화에 따라 병의 발생이 확대될 가능성이 높음을 시사한다. 따라서 R. stolonifer에 의한 병은 저장 단계에 국한되지 않고 재배 단계까지 포함하는 통합 관리 전략이 필요하다.