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금산 장기생태연구 조사지 낙엽활엽수림 낙엽낙지량의 연변동 (Annual Variations of Litterfall Production in a Broadleaved Deciduous Forest at the Mt. Keumsan LTER Site)

  • 김춘식;임종환;이임균;박병배;천정화
    • 한국산림과학회지
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    • 제102권2호
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    • pp.210-215
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    • 2013
  • 산림생태계 낙엽낙지량에 대한 정량적 평가는 장기생태 연구의 물질순환 기작 해석에 중요한 요인이다. 본 연구에서는 우리나라 남부지방에 위치한 금산 장기생태연구 조사지의 낙엽활엽수림을 대상으로 2004년부터 2010년 사이에 낙엽낙지량의 계절적 연년 변화를 조사하였다. 낙엽낙지량중 낙엽 및 생식기관(숫꽃)은 계절적 변동을 보였으나, 침엽, 수피, 가지, 기타 물질 등은 계절별 변화가 뚜렷하지 않았다. 낙엽량의 경우 졸참나무와 서어나무는 유의적인 연변화가 있었으나, 까치박달, 편백, 곰솔의 낙엽량은 차이가 없었다. 조사기간 동안 낙엽낙지량은 2004년 4,110 kg/ha/yr로 가장 낮은 값을 보였으며, 최대 생산량은 2007년 6,002 kg/ha/yr로 2004년 기준 46% 차이가 있었고 7년 동안의 평균낙엽낙지량은 5,223 kg/ha/yr이였다. 낙엽량은 졸참나무 2,323 kg/ha/yr, 서어나무 442 kg/ha/yr, 까치박달 157 kg/ha/yr, 당단풍나무 131 kg/ha/yr, 기타 활엽수 390 kg/ha/yr, 곰솔 74 kg/ha/yr, 편백 37 kg/ha/yr 순으로 나타났다. 7년 평균 가지, 기타 물질, 생식기관, 수피는 각각 672, 515, 44, 54 kg/ha/yr로 조사되었다. 본 연구 결과에 따르면 금산 장기생태연구 조사구의 낙엽낙지량은 유의적인 연변화가 발생하였으며 태풍 같은 교란이 발생하지 않을 경우 연평균 온도와 유의적인 선형관계가 있었다. 또한 금산 장기생태연구 조사지의 낙엽낙지량은 타 장기생태연구 조사지에 비해 낮게 나타났다.

임간재배 시 병풍쌈 유묘의 차광처리별 생장 및 생리 반응 (The Growth and Physiological Responses of Cacalia firma Seedlings by Shading Conditions in Forest Farming)

  • 윤준혁;전권석;송기선;박용배;문용선;이도형
    • 한국산림과학회지
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    • 제103권1호
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    • pp.65-71
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    • 2014
  • 병풍쌈(Cacalia firma)은 병풍취라고도 하며 초롱꽃목 국화과에 속하는 다년생 식물로 한국, 중국, 일본에 분포되어있다. 웰빙 삶을 위한 생활식습관의 변화에 따라 기능성 식품과 유기농 채소에 대한 소비자의 요구가 증가하고 있다. 본 연구는 병풍쌈 임간재배를 위한 적정 광조건을 구명하기 위해 1년생 병풍쌈에 대해 차광망을 이용하여 4가지 광조건 25%, 55%, 75%와 95% 차광처리(전광의 50%, 30%, 20%, 10% 상대광도)와 대조구(전광)에서 생육 후 초기 생장과 생리적 반응을 조사 분석하였다. 75% 차광처리구는 대조구와 비슷한 초장, 뿌리생육과 함수율을 보였으나, 잎의 길이, 폭과 면적이 증가하여 엽 건중량과 총 건중량이 증가하였다. 특히 95% 차광처리구에서는 대조구에 비해 근원경과 뿌리길이는 감소하였으며 총 건중량도 감소하였으나, 초장이 약 40% 증가 하였으며 엽 생육과 함수량 또한 증가하였다. 엽면적비(specific leaf area; SLA)와 엽면적률(leaf area ratio; LAR)은 통계적 유의성을 보이며 대조구에 비해 매우 높게 나타나 잎의 두께가 얇고 수광면적이 큰 것으로 나타났다. 이와 같이 병풍쌈은 낮은 광조건에서도 원활한 탄소동화작용을 하고 있는 것으로 나타났다. 본 연구 결과 병풍쌈의 임간재배를 통한 적정 광요구는 차광처리 75~95%(상대광도 10~20%)로 조사되었으며, 산채류로써의 상품성을 고려할 때 임간지역에서 75% 이상 차광재배 함으로써 식감과 생산량을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구결과는 병풍쌈의 임간재배 가능성을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

2017년 우박에 의한 산림피해의 기상, 수종 및 지형 특성 분석 (An Analysis of the Hail Damages to Korean Forests in 2017 by Meteorology, Species and Topography)

  • 임종환;김은숙;이보라;김선희;장근창
    • 한국농림기상학회지
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    • 제19권4호
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    • pp.280-292
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    • 2017
  • 우박은 흔하지 않은 기상현상이며 산림의 피해에 대한 보고는 더욱 드물다. 우리나라도 2014년 충북 음성군에서 14.1ha의 피해 이외에는 공식적 보고가 거의 없었다. 그러나 유럽과 미국의 자료에 의하면 2000년대 들어 우박의 발생빈도가 증가하고 있으며, 미국과 호주, 우리나라 충북의 경우 산림에서 우박에 의해 가장 심하게 피해를 받는 수종은 소나무류이었고, 우박에 의한 물리적 피해 이후 2차적으로 병이나 가뭄이 겹치면 그 피해가 커지는 것으로 알려지고 있다. 2017년 5월 31일 전남 일대에서 0.5~5.0cm(최대 10.0cm), 6월 1일 경북 봉화에서 1.5~3.0cm(최대 5.0cm) 크기의 우박이 내려 농작물은 물론 숲에 많은 피해를 입혔다. 이에 본 연구에서는 우박으로 인한 산림 피해지에 대해 드론 및 항공사진 자료를 활용하여 피해 등급별로 도면화하여 피해 수종과 피해 규모를 파악하고 지형적 특성, 기상요인 등과의 연관성 등을 분석하였다. 전체 산림 피해면적은 4,105.2ha이었고, 전남은 화순, 담양, 곡성 등 3개 군에서 1,163.1ha, 경북은 봉화에서 2,942.3ha이었다. 그러나 피해강도로 보았을 때 피해 "심" 지역 전체 326.7ha의 91%가 전남에 분포하였고 이 중 57%인 185.2ha가 화순에 집중되었다. 피해가 가장 심한 수종은 소나무이었고 다음으로는 리기다소나무이었으며, 활엽수는 백합나무의 피해율이 높았으나 고사여부에 대한 모니터링이 필요하고 졸참나무, 서어나무 등의 활엽수들은 대부분 회복되었다. 피해지의 지형 특성을 살펴보면 전남은 주로 남사면과 서사면에, 경북은 주로 북-북서면에 피해가 컸는데 이는 우박이 내릴 당시의 풍향과 관계된다. 우박피해 이후 소나무류의 고사 원인은 우박에 의한 물리적 피해와 우박이 내린 시기 전후 지속된 고온과 가뭄이 함께 작용한 것으로 판단된다. 나무 고사에 영향을 미쳤을 것으로 판단되는 병이나 해충은 발견되지 않았다. 우박과 가뭄에 의해 피해를 입은 소나무가 고사한 메커니즘을 제시하였다.

곰팡이 유지 생산에 관한 연구 - 제 1 보 : 곰팡이 세포내 유지에 대하여 - (Production of Fungal Lipids - I. On Intracellular Fungal Lipids -)

  • 유진영;신동화;임호;민병용;서기봉
    • 한국식품과학회지
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    • 제12권2호
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    • pp.97-102
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    • 1980
  • Cladosporium fulvum, Aspergillus ochraceus, Aspergillus terreus 및 N-1 균주를 탄소 원으로서 sucrose를 함유한 액체로 각각 20, 25 및 $30^{\circ}C$에서 $10{\sim}12$일간 배양하여 균체를 얻고, 클로로포름-메탄올 혼합액을 이용하여 유지를 추출한 다음 추출된 유지에 대하여 몇가지 분석을 실시하였다. 이 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 배양액 100ml당 (sucrosc 15g함유) 최고 균체 생산량은 Cl. fulvum $3.82{\pm}0.30g,$ Asp. ochraceus $2.62{\pm}0.23g,$ Asp. terreus $4.24{\pm}0.25g,$ N-1 $4.62{\pm}0.18g$이었으며 조 지방 함량은 각각 $27.50{\pm}1.61%,\;50.47{\pm}1.00%,\;46.60{\pm}1.59%$ 및 33.78%였다. 이들의 fat coefficient는 각각 6.92, 8.88, 13.01 및 10.28이었다. 2. 유지 생산량은 N-1만을 제외하고 $30^{\circ}C$에서 최고량을 나타내었다. 3. 이들 균주가 생산하는 유지의 주 구성분은 triglyceride이며 그 다음 주성분은 Cl. fulvum과 N-1이 free fatty acid였으나 Asp. ochraceus 와 Asp. terreus는 phospolipid 였으며 기타 성분은 극히 적었다. 4. 이들 균주가 생산한 유지의 주 지방산은 Cl. fullvum, Asp. ochraceus 및 Asp. terreus의 경우 oleix acid, pamitic acid, linoleic acid, stearic acid 의 함량 순서로 이루어졌고 주 지방산이 전체 지방산 함량의 98% 이상을 차지하고 있으며, N-1은 linoleic acid, palmitic acid, oleic acid, stearic acid 순서로서 전체지방산의 95%이상을 차지하였다. 5. 지방산 조성은 배양 온도에 따라 변화를 보이고 있으나 대부분 일정한 경향은 나타내지 않는데, linoleic acid 만은 저온일수록 함량이 높아졌다. 6. 불포화 지방산의 함량 비율은 $50{\sim}66%$였으며 저온에서 함량이 비교적 높은 경향이었다.

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숙신산 알킬 에스테르 유도체의 합성 및 윤활특성 (Synthesis and Lubricating Properties of Succinic Acid Alkyl Ester Derivatives)

  • 백승엽;김영운;정근우;유승현;박수진
    • 공업화학
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    • 제22권2호
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    • pp.196-202
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    • 2011
  • 폴리올 에스테르 등의 에스테르 윤활제는 생분해성 및 윤활성능이 우수하여 금속가공유 및 유압작동유등의 윤활기유로 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 윤활성 향상제로 사용하기 위하여 알킬 무수 숙신산과 여러 가지 지방 알콜과의 축합반응을 행하여 알킬 숙시네이트 유도체를 합성하였다. 합성된 알킬 숙시네이트 유도체의 구조는 $^1H-NMR$ 및 FT-IR 스펙트럼으로 분석하였으며 GC 크로마토그램을 통하여 화합물의 순도를 확인하였다. 또한, 합성 유도체의 기본물성으로 점도특성, 굴절률, 전산가, 유동점 등을 측정하였으며 응용물성으로 윤활특성을 SRV 시험기와 4-ball 마모 시험기로 마찰계수(COF) 및 마모흔 직경(SRV WSD 및 4-ball WSD)을 측정하여 평가하였다. 기본물성 평가결과, 점도 특성, 굴절률 및 유동점은 알킬 숙시네이트 유도체에 함유된 알킬기의 탄소수가 증가할수록 높아졌으며 전산가는 0.2~4 mgKOH/g를 나타내어 금속가공유 및 유압작동유의 윤활제로 사용가능함을 알 수 있었다. 윤활성능 평가 결과, SRV WSD 0.391~0.689 mm, SRV COF 값은 0.110~0.138, 4-ball WSD 값은 0.49~0.55 mm를 나타내어 에스테르의 구조에 따라 차이를 나타내었다. 특히, SRV 시험에서 비교물질로 사용된 폴리올 에스테르인 TMPTO와 윤활성능을 비교하였을 때 SRV WSD 결과, 알킬기에 따라 다른 차이를 나타냈지만 비교물질에 비해 비교적 우수한 값으로, SRV COF 결과, 알킬기에 대한 영향을 받지 않고 비교물질에 비해 약간 떨어지는 값을 나타내었다.

통영-거제 연안 어류 양식장 표층 퇴적물 중 유기물 및 중금속 오염 평가 (Organic Matter and Heavy Metals Pollution Assessment of Surface Sediment from a Fish Farming Area in Tongyoung-Geoje Coast of Korea)

  • 황동운;황현진;이가람;김선영;박소현;윤상필
    • 해양환경안전학회지
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    • 제27권4호
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    • pp.510-520
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    • 2021
  • 어류 양식장 퇴적물 중 유기물과 중금속의 오염상태를 파악하기 위하여 통영-거제 연안 어류 양식장 퇴적물 중 총유기탄소(TOC), 총질소(TN), 중금속(As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Zn)을 조사하였다. 양식장 퇴적물 중 TOC와 TN의 평균농도는 각각 22.7 mg/g과 3.4 mg/g로 남해안의 반폐쇄적인 내만보다 높았다. 퇴적물 중 중금속의 평균농도는 비소(As) 10.5 mg/kg, 카드뮴(Cd) 0.37 mg/kg, 크롬(Cr) 82.9 mg/kg, 구리(Cu) 127 mg/kg, 철(Fe) 4.19 %, 수은(Hg) 0.041 mg/kg, 망간(Mn) 596 mg/kg, 납(Pb) 39.5 mg/kg, 아연(Zn) 175 mg/kg였으며, 이중 Cd, Cu의 농도는 인접한 남동해 연안의 패류양식해역보다 3배 이상 높았다. 퇴적물 기준을 이용한 오염평가 결과, 대부분의 어류 양식장에서 TOC와 중금속 중 Cu 농도가 기준을 초과하는 것으로 나타났다. 또한, 전체 중금속 농도를 고려한 오염부하량지수(PLI)와 생태계위해 도지수(ERI) 결과는 일부 어류 양식장 퇴적물이 저서생물에 극심한 부정적인 생태 영향을 줄 수 있는 상태(disastrous risk)인 것으로 파악되었다. 따라서, 어류 양식장 퇴적물은 유기물 및 일부 중금속에 의한 오염된 상태를 보이고 있어, 양식장 퇴적환경을 개선하고 퇴적물내 유기물 및 중금속의 주된 오염원을 파악하는 한편 오염부하량을 저감하는 종합적인 관리대책이 필요하다.

사염화탄소 유발 급성 간독성 생쥐모델에서 산양삼 에탄올 추출물의 간 보호 효과 (The Protective Effects of Ethanol Extract of Wild Simulated Ginseng on Carbon Tetrachloride Induced Acute Hepatic Injury in Mouse)

  • 이수민;박선영;장기석;이선영
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제41권8호
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    • pp.701-710
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    • 2008
  • 본 연구에서는 총항산화능 및 DPPH radicals 소거활성도를 통하여 항산화능을 확인한 산양삼 에탄올 추출물이 사염화탄소 투여로 급성 손상이 유도된 생쥐의 간에 대하여 보호 효능이 있는지를 확인하고자 하였다. 생리적 지표물질로 혈장 지질, GPT 활성, 혈장과 간의 TBARS 및 항산화효소 활성, 혈액 백혈구의 DNA fragmentation 등을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 산양삼의 DPPH radicals 소거능은 76.85 ${\pm}$ 1.06%, IC50은 33.3 ${\mu}g$/mL였으며 총 항산화능은 2.13 ${\pm}$ 0.06 mmoL/mg으로 양성대조군으로 사용한 아스코르브산 (96.45 ${\pm}$ 0.07%, IC50 = 16.5 ${\mu}g$/mL, 3.63 ${\pm}$ 0.06 mmoL/mg)과 BHT (95.40 ${\pm}$ 0.71%, 3.12 ${\pm}$ 0.02 mmoL/mg) 보다는 낮았지만 천연물질로써는 높은 수준을 보였다. 장기 무게 및 식이 섭취량은 산양삼 추출물 투여 및 사염화탄소 처치 여부에 따라서 어떤 차이도 보이지 않았다. 혈장의 GPT와 혈중 트리글리세리드의 경우 정상대조군에 비해 사염화탄소단독투여군에서 유의하게 낮았으며, 산양삼 추출물 투여군에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 혈청 총콜레스테롤 농도는 사염화탄소단독 투여군 (84.5 ${\pm}$ 23.0 mg/dL)이 정상 대조군 (140.6 ${\pm}$ 30.3 mg/dL)에 비하여 유의하게 감소하였으며, 산양삼 추출물 투여군 (130.68 ${\pm}$ 31.33 mg/dL)은 정상대조군과 같은 수준이었다 (p < 0.001). 사염화탄소 단독투여군의 간조직에서 TBARS는 정상대조군 (N)에 비해 28.64% 유의하게 증가하였으며 산양삼 추출물 투여군은 정상대조군과 비슷한 수치를 보였으나 (p < 0.001) 적혈구내의 TBARS는 세 군간의 유의한 차이가 없었다. 간조직의 SOD의 활성은 산양삼 추출물 투여군에서 유의하게 증가하였으며, 적혈구에서는 이러한 차이를 보이지 않았다. 그리고 적혈구내 GPx 활성은 사염화탄소 투여에 의해 20.1% 유의한 감소를 보였으며, 산양삼 추출액을 투여받은 군은 정상대조군의 수준을 유지하였다. 사염화탄소 투여군에서 혈장 백혈구의 tail DNA, tail length, tail moment 모든 값은 정상대조군에 비하여 각각 84.4%, 98.8%, 123.7% 증가하였으며, 산양삼 투여군에서는 이 모든 수치가 대조군의 수준으로 감소하였다 (p < 0.001). 이상의 결과를 종합해 보면 5일간 산양삼 에탄올 추출물을 미리 투여한 후 사염화탄소로 급성 간 손상을 유도하였을 때 혈 중 콜레스테롤 대사를 개선하고, 간의 지질 과산화를 효과적으로 억제하였으며 간의 SOD와 적혈구 GPx의 효소 활성을 대조군 이상으로 유지시키고, 산화적 손상으로부터 DNA를 보호하는 등의 일부 생리 활성을 확인하였다. 그러나 이런 산양삼의 항산화 활성의 작용 기전에 대하여 확실히 규명되어 있지 않아 추후보다 세부적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

일부 농촌지역 비닐하우스 농사자들의 작업환경 및 농부증 실태와 관련요인평가 (A Studs on Farmers Syndrome and Its Risk Factors of Vinylhouse Workers and Evaluation of Risk Factors of Vinylhouse Works)

  • 이중정
    • 농촌의학ㆍ지역보건
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    • 제29권1호
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    • pp.101-119
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    • 2004
  • 비닐하우스 농사자의 건강에 영향을 미치는 요인과 비닐하우스 작업에서 문제가 되는 유해 환경을 평가하기 위하여 2004년 4월 8일부터 18일까지 11일간에 걸쳐 경상북도 고령군 1개 읍, 7개면 지역의 비닐하우스 농사자 102명 및 일반 농사자 69명을 대상으로 설문조사 및 이화학적 검사를 시행하였으며, 아울러 비닐하우스내의 기중, 토양중 중금속 측정 및 기온, 기습, 기류, 유해가스 등을 측정하였다. 비닐하우스내의 고온환경을 측정한 결과 흐린날임에도 불구하고 한낮의 비닐하우스 내부 온도는 $33.4^{\circ}$나 되었으며, 실내와 실외의 온도차가 $16^{\circ}$ 정도를 보였다. 산소농도는 내부와 외부에서 비슷하였으며, 이산화탄소는 내부에서 농도가 낮았다. 일산화탄소는 검출되지 않았다. 8개의 비닐하우스 내부의 공기중, 카드뮴은 검출되지 않았고, 토양내 납 농도는 표토에서 모두 오히려 하우스 주변의 농지에 비해 농도가 낮게 나타났으며, 카드뮴은 일부 지 점을 제외하고는 비슷한 농도를 보였다. 남자 비닐하우스 재배자에서 농부증 양성자는 16.4%, 의심자는 49.2%였으며, 여자 비닐하우스 농사자의 경우 농부증 양성 및 의심인 경우가 41.5%, 46.3% 였다. 남자 일반 농사의 경우는 농부증 양성자가 30.4%였으며, 여자 일반 농사자의 경우 농부증 양성자가 60.0%, 의심자가 28.3% 였다. 고혈압 및 간기능이상의 분포는 비닐하우스 농사자와 일반 농사간에 차이는 없었으나, 당뇨유병율은 일반 농사자에서 높았다. 농부증에 영향을 미치는 변수로 비닐하우스 재배, 성, 일일 농사시간이 유의한 변수로 채택되었는데 비닐하우스 농사자에서 일반 농사자에 비해 오히려 농부증 양성율이 낮은 것으로 나타났다(비차비: 0.304, 95% 신뢰구간: 0.118-0.975), 여자에서 남자보다 양성율이 더 높은 것으로 니타났으며(비차비: 9.376, 95% 신뢰구간: 2.457-35.782), 일일 농사시간이 10시간을 초과하는 농사자에서 그 이하 시간의 농사자보다 농부증 양성율이 높았다(비차비: 4.053, 95% 신뢰구간: 1.460-11.253). 비닐하우스 농사자 중 농사를 지은 총기간, 농사면적, 하루 평균 농사짓는 시간, 같이 농사를 짓는 가족수, 농약 살포횟수 등의 농작업 관련 변수와 농부증 분포의 차이는 없었다. 또한 농약을 직접 살포하는 사람중 마스크, 방제복 착용과, 개인위생과도 농부증 분포의 차이는 관찰되지 않았다. 농부병 분포별로 혈중 납농도와 요중 카드뮴 농도, 혈청 콜린에스테라제, 혈색소치의 차이는 없었다. 비닐하우스 농사자에서 여자에서 남자보다 농부증 양성율이 더 높은 것으로 나타났으며(비차비: 89.042, 95%신뢰구간: 4.357-1819.511), 일일 농사시간이 10시간을 초과하는 농사자에서 그 이하 시간의 농사자보다 농부증 양성율이 높았다(비차비: 5.312, 95% 신뢰구간: 1.280-22.054). 또한 하루평균 수면시간이 8시간 이상인 군이 8시간 미만 수면군에 비해 양성율이 낮았다(비차비: 0.281, 95% 신뢰구간: 0.081-0.978). 결론적으로 비닐하우스 내의 물리적 환경은 유해한 것으로 나타났으나, 화학적 환경의 경우 유해성의 큰차이는 보이지 않았다. 또한 비닐하우스 농사자에서 일반농사자보다 농부증 및 고혈압, 당뇨, 간기능 이상 등의 만성병 유병률이 높지 않게 나타났으며, 비닐하우스 농사자에서 농사시간이 길수록, 수면시간이 충분치 못한 경우 농부증 유병이 높은 것으로 나타났다.

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미생물 효소에 의한 핵산 및 그의 관련물질의 분해에 관한 연구 (Studies on Degradation of Nucleic acid and Related Compounds by Microbial Enzymes)

  • 김상순
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제13권2호
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    • pp.111-129
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    • 1970
  • 핵산 및 그 관련물질 연구의 일환으로서 미생물 효소에 의하여 핵산을 분해하여 5'-mononucleotides 생성을 목적으로 미생물에서 5'-phosphodiesterase 생성균주를 얻기위하여 전국 각지 76개 지역에서 논, 밭, 산, 하천의 토양 그리고 퇴비, 누룩, 메주 등 시료 210종을 수집하였다. 이 수집 시료로 부터 dilution pour plate method 로서 Aspergillus속 240주, Penicillium속 232주, Neurospora속, 19주, Monascus속 16주, 그리고 Streptomyces속 265주로 총 758주를 순수 분리하였다. 분리된 모든 균주에 대하여 RNA-depolymerase 균의 crude enzyme 중에는 5'-AMP deaminase가 공존하고 있으므로 효소반응 중에 RNA 가 5'-mononucleotide로 분해 축적하는 동안에 5'-AMP의 adenine의 6위치에 붙은 $NH_2$기를 탈아미노하여 hypoxanthine으로 하기 때문에 5'-IMP 로 되는 것이라 생각된다. 분리 동정 된 Penicillium citreo-viride PO 2-11 strain과 Streptomyces aureus SOA 4-21 strain 이 생성한 5'-phosphodiesterase 로서 RNA를 효소 분해하여 5'-mononucleotide 의 정량한 결과는 Table 10과 같다. productivities를 1차 screening 하고 5'-phosphodiesterase productivities로서 2차 screening 하여 우수균주를 얻고 동정하였다. 우수균주의 5'-phosphodiesterase productivity에 대하여 배양상의 optimum condition을 검토하고 5'-phosphodiesterse activity에 미치는 여러 화합물의 영향과 효소반응의 최적 조건을 구명하였다. 우수균주가 생성한 5'-phosphodiesterase에 의하여 RNA 분해로 반응 최종 산물을 ion exchange column chromatography법으로 정량하고 최종 분해 산물엔 5'-mononucleotide를 paper chromatography, thinlayer chromatography, UV-absorption spectra, carbazole reaction 및 Schiff's reaction 등으로 동정한 결과는 다음과 같다. [1] 5'-phosphodiesterase productivity가 가장 우수한 두 균주를 선정하였고 이들은 토양에서 분리 되었으며 선정된 푸른 곰팡이는 Penicillium citreoviride PO 2-11로 동정되었고 방사선균은 Streptomyces aureus SOA 4-21로 동정되었다. [2] 분리 선정 된 Penicillium citreo-viride PO 2-11 strain은 배양상의 optimum condition 이 pH 5.0이고 temperature는 $30^{\circ}C$이었고 이 균이 생성한 5'-phosphodiesterase의 효소 반응상의 optimum condition 이 pH 4.2이고 temperature는 $60^{\circ}C$이었다. 그리고 5'-phosphodiesterase 생성에서 최적 탄소원은 sucrose이고 질소원은 $NH_4NO_3$이고 corn steep liquor나 혹은 yeast extract를 각각 0.01%씩 첨가한 구는 첨가하지 않은 control 구보다 20%의 5'-phosphodiesterase 생성 증가를 나타 내었다. 이 균이 생성한 5'-phosphodiestrase는 $Mg^{++},\;Ca^{++},\;Zn^{++},\;Mn^{++}$ 등 금속이온은 activator이고 EDTA, citrate, $Cu^{++},\;Co^{++}$ 등은 inhibitor 임을 알았다. 이 균이 생성한 5'-phosphodiesterase는 RNA를 분해하여 분해율 65.81%이었고 5'-AMP, 5'-GMP, 5'-UMP 및 5'-CMP를 생성하며 이때 축적되는 5'-mononucleotides중 5'-GMP 만이 정미성이 있음을 알았고 이균은 5'-AMP deamaminase가 없음을 확인하였다. 이 균의 효소에 의하여 RNA에서 정미성 5'-GMP 186.7 mg/RNA(g)를 생산할수 있음을 알았다. [3] 분리 선정된 Streptomyces aureus SOA 4-21 strain은 배양상의 optimum condition이 pH 7.0이고 temperature는 $28^{\circ}C$이었고 이 균이 생성한 5'-phosphodiesterase의 효소반응상의 optimum condition이 pH 7.3이고 temperature는 $50^{\circ}C$이었다. 그리고 5'-phosphodiesterase 생성에서 최적탄소원은 glucose이고 질소원은 asparagine이고 yeast extract 0.01%첨가구가 control 구보다 40%의 5'-phosphodiesterase 생성증가를 나타내었다. 이 균이 생성한 5'-phosphodiesterase는 $Ca^{++},\;Zn^{++},\;Mn^{++}$ 등 금속이온은 activator 이고 citrate, EDTA, $Cu^{++}$ 등은 inhibitor 임을 알았다. 또한 이 균은 5'-phosphodiesterase 뿐만 아니라 5'-AMP deaminase도 생성함을 확인하였다. 그러므로 RNA 분해율은 63.58% 이었고 RNA를 분해하여 5'-AMP, 5'-CMP, 5'-GMP 및 5'-UMP로 축적시키고 RNA가 효소 분해됨과 동시에 5'-AMP deaminase도 작용하며 생성된 5'-AMP 의 60% 상당을 5'-IMP로 전환시키는 특성이 있어서 정미성 5'-mononucleotide 생성이 전자의 균보다 두드러지게 증가함을 밝혔다. 이 균에 의하여 RNA에서 정미성 5'-IMP 171.8 mg/RNA(g) 및 5'-GMP 148.2 mg/RNA(g)생산할 수 있어 정미성 5'-mononucleotide 320mg/RNA(g)를 생산할 수 있음을 알았다.

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Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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