MTBE로 오염된 토양에서 생태독성학적 접근 방법으로 3가지 토양 효소의 활성도를 측정해 보았다. MTBE의 잠재적 위험성으로 인한 논란은 계속되고 있으나 토양 오염에 대한 지표로써 토양 효소 활성도의 사용타당성 여부에 대한 실험은 이전에 행해지지 않았다. 따라서 중금속 오염 토양에 대해 좋은 지표로 사용되고 있는 토양 미생물 효소의 활성도를 MTBE에 적용하여 실험해 보았다. 사용한 토양 효소는 Acid Phosphotase, $\beta$-Glucosidase 그리고 Arysulfatase였다. 그러나 실험 결과 MTBE로 오염된 토양의 경우 중금속으로 오염된 토양에 비해 토양 미생물 활성도의 감소가 매우 적었다. 따라서 MTBE의 오염 토양의 경우 본 연구에서 측정된 효소의 활성도는 좋은 지표로 적합하지 않다는 것을 확인했다.
토양 개량을 위해 시용하는 유기물은 종류에 따라서 토양미생물 활성과 다양성에 미치는 영향을 다르며 그 효과는 계절적인 영향을 크게 받는다. 도시 가로수 폐기물 퇴비, 가금류 분뇨, 귀리와 레드 클로버의 피복작물이 토양 효소활성과 토양 미생물의 생리적 군락(CLPP) 특성에 미치는 영향을 미국 미주리 주의 사양토에서 조사하였다. 이들 토양 조사 항목들의 계절적 변화 패턴을 조사하기 위해서 2년간 봄부터 가을까지 토양을 매년 5회 채취하였다. 나무 폐기물 퇴비는 시용 3달 후부터 탈수소효소의 활성을 증가시키기 시작하였다. fluorescein diacetate (FDA) 수화도는 첫 해의 9월부터 증가하기 시작했으나 그 이후 변화가 심하였다. 탈수수효소의 활성은 FDA 소화도에 비하여 토양 유기물의 량이나 특성에 더 직접적으로 반응하였다. 반면에 FDA 수화도나 CLPP는 일반적으로 유기물의 구성 성분에 반응하였고, 효소활성과 CLPP 모두 계절에 따른 변화가 심하였다. 계절에 따른 변화는 유기물과 토양 수분함량의 차이에 기인한 것으로 보였다. 도시 가로수 폐기물 퇴비는 일반적인 토양 미생물 활성을 증가시키는데 효과적이었고 녹비는 토양 미생물 군락의 다양성을 변화시키는데 효과적이었다. 그리고 토양 미생물 활성과 다양성은 계절적 변화가 심하고 그 정도는 시용하는 유기물의 종류에 따라서 차이가 있으므로 토양의 미생물 특성을 조사할 때에는 작물의 재배기간 동안 여러 번 실시할 필요가 있다.
하변에 침입하는 외래종 식물은 하변 토양의 생태구조 및 기능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 관심의 대상이다. 이에 본 연구에서는 1년간 국내 하변 총 네 지점에서 유기물질 분해율을 대표할 수 있는 미생물 체외효소 활성(${\beta}$-glucosidase, N-acetylglucosaminidase, phosphatase, arylsulfatase)을 외래종 유무에 따라 측정하였다. 하변 침입종인 환삼덩굴과 가시박 생장구 및 외래종 제거구의 토양을 분석한 결과 일부 침입성 덩굴식물 실험구에서 효소활성이 높았으나 계절 및 효소별로 그 특성이 달라 어떤 경향을 밝혀낼 수는 없었다. 허나, 교란이 발생한 하변 생태계에서는 침입성 덩굴 식물이 토양의 유기물질 분해를 가속화시키는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 기아상태에 있는 토양 미생물, Arthrobacter crystallopoietes cell의 2-hydroxypyridine대사능력의 변화 와 이 미생물의 대사능력에 대한 부식산의 영향에 대해 다루어졌다. 기질 2-HP에 대한 대수기 세포(exponential phase cell)는 적응기 세포(lag phase cell)와 비교할 때 기아상태에 있어서도 더 높은 2-HP대사능력을 보여 기아상태 3일 후 대수기 세포에서 2-HP반감기는 14시간으로 나타난 반면 적응기 세포의 경우 46.5시간으로 나타났다. 부식산은 기아상태에서 이 미생물 세포의 유도효소, 2-HP monooxygenase의 안정성을 높여주어 기아시간 2일 후 표준조건에서 기아상태에 있던 미생물의 효소활성이 처음의 1.5%로 남아 있는 반면 0.2% 부식산 용액에서 기아상태로 있던 미생물의 효소활성은 12%까지 남아 있었다. 기아시간 14일 후 까지도 부식산 용액 속에서 기아상태로 있던 이 미생물 세포의 2-HP대사능력은 표준 조건의 것에 비해 월등히 높아 2-HP반감기를 비교해 보면 표준 조건의 경우 43시간인 반면 부식산의 경우 1.25시간으로 나타났다.
여러가지의 선발된 미생물로 구성된 미생물비료는 토양 개량과 식물 생장 촉진을 위해서 여러 유기물과 결합하여 이용되기도 한다. 미생물 비료를 미생물 비료 단독으로 그리고 도시 가로수 부산물 퇴비, 가금류 분뇨 부산물, 레드클로버와 귀리의 피복작물 등의 유기물과 같이 토양에 처리하여 토양의 화학적 또는 생물학적 특성에 미치는 효과를 측정하였다. 액체상의 미생물 비료를 2년동안 3회 처리하였다. 미생물 비료 단독으로는 pH, K, 유기물 함량에 영향을 미치지 않았지만, 미생물비료의 처리는 2년 가을 모두 가금류 분뇨 부산물을 처리한 토양의 인산 함량을 증가시켰고, 첫해 가을에 퇴비를 처리한 토양의 칼슘함량을 증가시켰으며, 레드클로버를 처리한 토양의 Ca, Mg, 그리고 양이온교환용량을 감소시켰다. 미생물 비료는 레드클로버가 처리된 토양에서 첫 해 7월에 탈수소효소 활성을 증가시켰다. 미생물 비료는 유기물이 처리되지 않은 토양이나 퇴비가 처리된 토양에서 FDA의 가수분해도를 가끔 증가시켰다. 가금류 분뇨 부산물과 레드 클로버가 처리된 토양의 FDA 가수분해도와 가금류 분뇨 부산물이 처리된 토양의 탈수소효소활성은 미생물 비료의 처리로 감소하였다. 한편, 미생물 비료의 처리는 BIOLOG에 의한 토양 미생물 군락의 생리생태적 다양성에는 영향을 미치지 못했다. 따라서 토양의 미생물학적 특성에 미치는 미생물비료의 효과는 같이 투여되는 유기물의 종류에 따라 다양하다고 할 수 있으며, 탈수소효소의 활성은 레드클로버가 처리된 토양에서, 그리고 FDA 가수분해도는 퇴비와 귀리가 처리된 토양에서 가끔 증가했다.
갈대(Phragmites communis Trin.)란 염분이 있는 곳에서 자라는 염생식물로서 우리나라 전역에 분포하고 있다. 지난 50년 동안 우리나라의 여러 습지에 걸쳐서 갈대는 우점종으로 자라왔고, 육지와 수중서식지에서 갈대의 확산범위는 증가하고 있다. 갈대의 확산은 다른 습지 식물의 서식지를 파괴하고, 갈대가 번식하면 동 식물들의 번식 자체가 어려울 뿐 아니라 갈대숲에 포식자가 늘어나 살아가기 어려운 환경으로 변하기때문에 갈대를 체계적으로 관리할 수 있는 방안이 마련되어야 한다. 본 연구는 우점종이 다른 두 습지에서 갈대군집의 성장률을 관찰하고, 토양의 화학적 분석과 식물의 생리적 분석을 통해 갈대군집 성장에 미치는 영양염류의 영향을 규명하였다. 연구 대상지는 한강하구에 위치한 장항습지와 성동습지로서 동일하게 갈대가 분포하며, 장항습지에는 줄 군락이 성동습지에는 새섬매자기 군락이 우점하고 있다. 분석 항목은 이화학적 항목을 비롯하여 용존유기탄소(DOC, dissolved organic carbon), 체외미생물효소활성도(Extracellular enzyme activities), 암모니아성 질소($NH_4^+$), 질산성 질소($NO_3^-$)을 분석하였다. 실험결과, 두 습지 갈대의 성장은 7월부터 9월에 증가하였고 성동습지의 토양성분이 점토질로 형성되어 높은 수분함량과 유기물함량을 유지하고 있기 때문에 갈대의 밀도가 높고 성장률이 활발한 것으로 나타났다. 또한 미생물활성과 환경인자간 양의 상관관계를 보아 환경인자들이 미생물 활성을 자극하고 미생물들은 식물의 성장을 촉진하여 영향을 주며, 반면 식물 뿌리는 enzyme을 생성하는 미생물에게 C 삼출물을 공급해 enzyme 활성에 영향을 미칠 것으로 사료된다.
항생물질과 RNA 분해효소를 동시에 생산하는 방선균의 한 균주를 토양으로부터 분리하여 이 균주가 생산하는 RNA 분해효소의 물리화학적 성질 및 분해산물에 대해 검토하였다. 효소반응의 최적 pH 및 온도는 명명 pH 5.6과 $50^{\circ}C이었다.$$37^{\circ}C$ 에서 90분간 열처리 시켰을 때, 이 효소의 활성은 비교적 안정하였지마는 $50^{\circ}C$ 에서 90분간 열처리 시켰을 때는 효소활성이 심하게 저하되었다. 이 효소의 활성은 $Ba^{2+}$ 에 의하여 50% 정도의 저해 작용을 나타내었지만 EDTA에 의해서는 저해되지 않았다. 이 효소에 의한 RNA분해로 이 효소가 대사산물로서 guanosine, adenosine과 밝혀지지 않은 두 가지의 핵산관연물질을 생산함을 알 수 있었다. 제2보에서는 ENase의 효소학적 성질을 검토하였으며 이후 항생물질 측면에서 검토할 예정이다.
신개간간척답토양(新開墾干拓畓土壤)에서 볏짚 및 석고시용시(石膏施用時) 토양중(土壤中) Urease활성(活性), 초산(硝酸) 및 아초산환원효소활성(亞硝酸還元酵素活性)에 미치는 영향(影響)을 알고저 실내(室內) 시험(試驗)한 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 간척답토양(干拓畓土壤)의 Urease활성(活性)은 일반답토양(一般畓土壤)에 비(比)하여 1/10정도(程度)로 낮고 담수초기(湛水初期)보다 담수후기(湛水後期)에 높았으며 볏짚시용(施用)은 석고시용구(石膏施用區)보다 Urease 활성(活性) 증가효과(增加效果)가 높았다. 2. 초산환원효소활성(硝酸還元酵素活性)은 삼요소구(三要素區)에 비(比)하여 석고(石膏) 및 볏짚시용(施用)으로 증대(增大)되었으며 그 효과(效果)는 볏짚보다 석고시용(石膏施用)으로 더욱 증대(增大)되었다. 그러나 볏짚과 석고병용시(石膏倂用時)는 효소(酵素)의 활성(活性)이 현저(顯著)히 감소(減少)되었다. 3. 아초산환원효소(亞硝酸還元酵素)의 활성(活性)은 담수초기(湛水初期) 볏짚과 석고시용(石膏施用)으로 현저(顯著)히 증대(增大)되었으며 볏짚과 석고병용효과(石膏倂用效果)는 볏짚단용구(單用區)와 비슷한 결과(結果)를 보였다. 4. 토양중(土壤中) 효소활성간(酵素活性間)의 관계(關係)를 보면 Urease활성(活性)과 Ammonia농도간(濃度間)에는 정상관관계(正相關關係)($r=0.550^*$) Urease활성(活性)과 아초산환원효소활성간(亞硝酸還元酵素活性間)에는 부상관관계(負相關關係)($r=0.555^*$) 그리고 초산환원효소(硝酸還元酵素)와 아초산환원효소간(亞硝酸還元酵素間)에는 정상관관계(正相關關係)($r=0.296^*$)를 보였다. 5. 볏짚과 석고시용시(石膏施用時) 토양중(土壤中) 초산(硝酸)과 아초산(亞硝酸)의 생성(生成)은 토양미생물(土壤微生物)의 산화(酸化) 및 환원작용(還元作用)에서 First Order Kinetic에 의한 효소반응식(酵素反應式)으로 밝혀졌다.
탄수화물분해 효소인 $\alpha$-glucosidase의 활성을 저해하는 물질을 생성하는 미생물을 검색하기 위하여 토양시료로 부터 수종의 미생물을 검색하였다. 토양 시료에서 강력한 $\alpha$-glucosidase 저해제를 생성하는 방선균PM718을 분리하였고 그 저해제의 활성을 기지물질인 acarbose와 비교 측정한 결과 우수한 활성을 나타냄을 확인하였다. 또한 그 활성은 pH 변화에도 안정된 활성을 유지하는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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