토양에서 분리된 인산가용화 사상균 Penicillium sp. GL-101 균주를 PDB-인광석 배지에서 액침배양했을 때 유리인산을 배양액속에 다량 방출함으로써 높은 인산가용화능을 보였다. 일반적으로 미생물에 의한 인산가용화 기작은 산성화, 킬레이트 대사산물의 생성, 산화환원 활성 등이 알려져 있는데 본 연구에서는 GL-101 균주의 유리인산 생성기작을 밝히기 위하여 균체를 PDB-인광석 배지에 키우면서 유리인산 생성능을 분광학적인 방법으로 정량분석하였다. 또한 균체의 액침배양중의 pH 변화를 측정한 결과 pH의 급격한 감소 즉 배지의 산성화가 주된 인산가용화 기작임을 확인하였다 즉 이 균주는 배양 4일이 경과하면 pH가 4.0 이하로 떨어지며, 특히 1.0%(w/v)의 황토를 첨가할 경우 pH가 3.2까지 떨어졌다. 이때 pH 감소에 영향을 주는 주 원인물질을 HPLC로 분석한 결과 citric acid 임을 확인하였다. 또한 이 균주는 균체의 생장중에 배지속으로 phosphatase를 생성 ${\cdot}$ 분비하였으며, 특히 황토를 1.0% 첨가했을 때 최대 1.3 unit의 효소활성을 보였다. 그러나 이 균주는 2-ketogluconic acid와 같은 킬레이트 물질은 거의 생성하지 않았기 때문에 이와 같은 기작에 의한 유리인산 생성은 거의 없을 것으로 생각된다. 따라서 Penicillium sp. GL-101 균주의 유리인산 생성기작은 citric acid 생성에 의한 산성화 및 phosphatase 활성의 두 가지 기작에 의한 것으로 결론지었다.
유리인산 생산균을 생물비료화 하기위한 노력의 일환으로 인산가용화능이 우수한 Penicillium sp. GL-101의 액침배양시 pellet 형성에 미치는 황토의 영향을 조사하였다. Penicillium sp. GL-101의 분생포자를 황토를 포함하는 PDB배지에 접종하여 59rpm의 낮은 속도로 교반하여 배양하면 무정형의 불규칙적인 pellet을 형성하는 반면에 150rpm의 높은 속도에는 구형의 규칙적인 pellet을 형성하였다. 또한 0~1.5%(W/V)범위의 황토첨가시에는 황토의 농도가 높을수록 pellet의 크기가 작게 형성되었으며, 1.5% 황토 농도에서 $0.4{\pm}0.1$mm의 가장 작은 pellet이 형성되었다. 이 결과는 황토를 첨가하지 않을 경우에 비하여 7배 작아진 것이었다. 그러나 황토 농도가 2.0% 이상되면 pellet의 크기가 오히려 증가하였다. 또한 황토의 주성분인 불용성 염의 분말을 0~1.0% 농도로 배지에 첨가하여 pellet 형성에 미치는 영향을 조사한 결과 염의 농도가 높을수록 작은 크기의 pellet이 형성되었으며, $CaSO_4$를 첨가했을 때 가장 작은 크기의 pellet을 형성하였다.
유리인산 생성균 Penicillium sp. GL-101의 액침배양증 mycelial pellet 형성을 억제하기 위하여 배양조건(배지 종류, 초기접종량)과 배지 첨가물(점토광물, 계면활성제, PEG 200)의 종류에 따라 pellet 형성에 미치는 영향을 조사하였다. 그결과 이 균주는 배지종류를 달리하여 배양했을 때 YPD > SBD > PDB 순으로 pellet 크기가 감소하였다. 또한 이 균주는 $1{\times}10^3{\sim}1{\times}10^6$ conidia/ml 범위의 초기접종농도에서는 농도가 높을수록 pellet의 크기는 감소하였으며, $1{\times}10^7{\sim}1{\times}10^8$ conidia/ml 범위의 농도에서는 무정형의 불규칙적인 pellet을 형성하였다. 점토광물인 zeolite와 diatomite를 각각 1.0% 농도로 첨가하였을 경우에는 pellet이 3/4과 1/2로 감소하였으나, bentonite를 1.0% 첨가하였을 경우에는 오히려 pellet 크기가 2.5배 증가하였다. 계면활성제 역시 이 균주의 mycelial pellet 형성에 영향을 미쳤다. 즉 Triton X-100과 Tween 80을 각각 1.0%로 첨가하였을 경우 pellet 크기가 1/10과 1/4로 감소하였고, SDS를 첨가할 경우에는 이 균의 성장이 완전히 저해되었다. 그리고 PEG 200을 1.0% 농도로 첨가했을 경우에 직경 $0.2{\pm}0.1\;mm$의 pellet이 형성되었으며, 이는 대조군에 비하여 1/25의 크기로 이 실험에 사용된 배지 첨가물 중에서 가장 효과적으로 pellet 형성을 억제하였다.
PDA-calcium phosphate 평판배지를 이용하여 경남북 일대의 토양으로부터 인산가용화능이 우수한 1,000여종의 세균과 200여종의 사상균을 분리하였다. 이중에서 인산가용화능이 가장 우수한 사상균 GL-101 균주를 선발하여 MEA와 PDA 배지에서 배양하면서 분생자병과 분생자의 형태적 특성을 조사한 결과 플라스크형의 phialide, 분생자병의 branching type이 simple type이며, conidial head가 columnar shape 등의 특징을 갖는 Penicillium sp. GL-101로 동정되었다. 이 균주의 인광석 분해능이 최대가 되는 최적 배양온도와 초발 pH는 각각 $25^{\circ}C$와 pH 7.5이었다. 이와같은 배양조건에서 tricalcium-phosphate, aluminium phosphate, hydroxyapatite, 인광석 등의 난용성 인산염에 대한 이 균주의 인산가용화능을 살펴보면 배양 8일째에 최대값을 보였으며, tricalcium-phosphate에 대해서는 1,152 ppm, 인광석에 대해서는 565 ppm, aluminium phosphate에 대해서는 292 ppm, hydroxyapatite에 대해서는 217 ppm의 유리인산을 생성하였다.
은 이온과 구리 이온을 동시에 함유하는 살균용 인산염계 수용성 유리를 용융법으로 제조하였다. 분말상의 유리 시편을 상온의 증류수에 넣어 조성과 시간에 따른 용해 특성을, bulk상 시편에 대해서는 용해 전.후의 표면변화를 각각 관찰하였고, 살균 효과 및 세포독성을 평가하였다. 은 이온:구리 이온=1:1인 조성에서 최대 용해량을 나타내었으며 용해거동은 초기부터 total dissolution이 지배적이었다. 시간의 경과에 따라 용해는 진행이 되지만, 표면에 생성되는 새로운 층은 관찰되지 않았다. Pseudomonas sp, e. coli, staphylococcus aureus, 및 salmonella균에 대한 살균 효과는 용해량의 증가에 따라 증가하여 우수한 살균효과를 나타내었다. L929 세포에 대한 독성 실험 결과, 은 이온의 농도가 10ppm이상에서만 독성을 나타내었다.
한국 전통 발효식품에서 분리한 효모로부터 인산 가용화 활성이 우수한 5균주를 선발하였다. 선발한 균주 중 2균주는 Pichia anomala로 동정되었고, 3균주는 각각 Pichia farinosa, Candida versatilis, Pichia subpelliculosa로 동정되었다. 인산 가용화 효모는 $20{\sim}35^{\circ}C$의 온도에서 잘 자라는 중 온성 효모였으며 P. farinosa Y669는 $45^{\circ}C$의 고온에서도 생장하였다. C. versatilis Y907 균주는 pH 5~6의 좁은 pH 범위에서 생장하였고 15%의 NaCl 농도까지 내성을 나타내는 호염성 균주였다. 그 외 4균주는 pH 4.0~8.0에서 생장하였으며 NaCl 10% 농도에서 내성을 나타내었다. 인산 가용화 균주는 토양에서도 8주 동안 $10^7{\sim}10^8$ cfu/g의 밀도를 유지하며 생존하였다. 분리균주 중 인산 가용화 활성은 P. subpelliculosa Y1101가 가장 우수하였으며 배양 11일 후 697.2 ug/mL의 유리인산을 생성하였다.
김치발효 중에 분리한 젖산균의 일종인 Leueonos toe sp. KY -002를 이용하여 mannitol 생산 특성을 검토하였다. 여러 가지 탄소원 중에서 설탕과 과당만 이 mannitol 생성의 기질로 이용되었고, 50 g/L 과 당을 기질로 사용할 경우 mannitol 생산성이 가장 좋 았으며 이때 최대수율은 초기과당 기준으로 약 52% 이었다. 초기 탄소원이 고갈펼 경우, 생성된 manmtol이 다시 기질로 이용되지 않았고, 100 ~ 250 g/L 이상의 고놓도 기질농도에서는 수율이 30% 이하 수 준으로 낮았으나, 모든 실험조건에서 다른 탕알콜류 를 부산물로 생성하지 않았다. Mannitol 생성에 미 치는 여러 가지 배양인자들을 검토한 결과, 질소원 으로 yeast extract가 가장 우수하였고, 무기인산염 은 10 g/L 농도 벙위까지 농도가 높을수록 유리하 였으며, 금속이온과 NaCI, KCl 등의 엽류의 천가는 m mannitol 발효에서 역효과를 나타내였다. 몇 가지 vitamin류의 첨가에 의해 mannitol 생산을 촉진시 킬 수 있었는데, 특히 nicotinic acid의 첨가에 의해 발효놓도를 16% 증가시킬 수 있었다. 배양환경중 온도는 $35^{\circ}C$, 초기 pH는 6이 최적이었다.
Rhizopus oryzae의 카드뮴 적응 및 해독기작과 이에 관련된 세포내 생리 생화학적 변화를 조사하였다. R. oryzae는 카드뮴 첨가농도가 증가함에 따라 거의 비례적으로 잠복기가 길어졌다. 카드뮴의 해독에 관련하는 system은 카드뮴 첨가 배양시에만 적응기 중에 특이하게 유도, 생성되어져 카드뮴 결합단백질의 성격을 지닐 것으로 추정되는 2종류의 단백질과 동일한 시기, 조건하에서 유의하게 증가되는 무기인산중합체 pool에 의하여 1차적으로 운용되어질 것으로 사료되며, 2차적, 보완적 system은 ACPase의 derepression 그리고 phosphatidyl serine의 합성증가 등의 방법을 통하여 운용될 것으로 생각된다. 또한 총지질화합물의 조성변화 등과 같은 다양한 생리 생화학적 물질대사 경로의 변화를 일으켰다. 이러한 변화의 총화로 크게는 형태적 변화까지 일어나 카드뮴 적응 및 해독에 필요한 성장형태로서 여러 가지 산물 생성에 유리한 dispersed filamentous type을 취하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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