빈영양호에서 부영양호로 전이과정에 있는 주암호에서 물질순환과 에너지흐름에 지대한 역할을 담당하는 세균 군집구조를 분석하기 위해 수계에 주로 존재하는 ${\alpha}\;{\cdot}\;{\beta}\;{\cdot}\;{\gamma}$-subclass proteobacteria와 Cytophaga-Flavobacterium (CF) group 세균군, 그리고 질소순환에 관여하는 질화세균을 FISH법으로 2005년 4일부터 2006년 1월까지 4회에 걸쳐 검출하였다. 총세균수는 엽록소-a농도가 높을 때 많이 검출되었고 엽록소-a농도가 낮을 때는 감소하는 경향을 보였다. 수계에 존재하는 물질순환에 관여하는 세균들의 동태를 파악하는데 속(genus)수준의 세균군이 아닌 그룹별세균, 즉 ${\alpha}\;{\cdot}\;{\beta}\;{\cdot}\;{\gamma}$-subclass proteobacteria와 Cytophaga-Flavobacterium (CF) group 세균군을 동정하여 정량화하면 특정 세균군들에 관한 세부적인 정보는 얻을 수 없지만 해당수계의 거시적인 자정작용 정도를 파악할 수 있는 정보를 얻을 수 있다. 그 변화양상을 보면 빈영양 상태의 호수에서 주종을 이루는 ${\alpha}\;{\cdot}\;{\beta}$-subclass proteobacteria이 4월에 가장 많이 검출되었고 남세균 등조류의 번식이 왕성했던 6${\sim}$9월에 감소하는 양상을 나타냈는데 이는 이 시기에 우점하던 남세균, M. aeruginosa이 생성하는 독성물질이 이들 세균의 물질대사를 저해하기 때문으로 생각된다. 또한 분해가 용이한 저분자 유기물을 이용해 빨리 성장하며 배지로 분리배양이 가능한 대부분의 종속영양세균(heterotrohs)을 포함하는 ${\gamma}$-subclass proteobacteria도 조류의 번식이 왕성하던 6${\sim}$9월보다는 4월과 1월에 높은 비율로 검출되었는데 이는 이시기에 주암호에 존재하는 유기물의 분해 및 자정작용에기인하는 것으로 사료된다. 반면 CF group세균군은 1월을 제외하고는 거의 유사한 비율로 관찰되었다. 아울러 질화순환에 관여하는 질화세균도 동절기에 증가하는 양상을 보였으며 이때 수계의 높은 DO가 그들의 활성에 주요인으로 작용하는 것으로 사료된다.
For elucidating excessive growth of biofilm that subsequently leads to the clogging problem in a small town's sewer lines of Wisconsin, the FISH method was employed. At the beginning of the simulated experiments, ${\beta}$-subclass proteobacteria prevailed in runs fed with industrial wastewater, while ${\gamma}$-subclass proteobacteria dominated in runs with domestic wastewater. However, the bacterial community structure changed significantly over six weeks; Cytophaga-Flavobacterium (CF)group bacteria dominated in most runs fed with the small town's wastewater regardless of their source, while CF-group decreased strongly in run fed with domestic sewage from another city (Madison). It was also microscopically confirmed that most of those clogging materials was toilet tissue, which in turn may lead to vigorous growth of cellulose-degrading CF-group bacteria. This dominant presence of CF-group bacteria in the small town's sewer indicates that the main constituent of biofilm, toilet tissue (cellulose) in sewage, might have induced the unique pattern of their microbial community structure. Therefore, it suggests that molecular technique is useful for monitoring the clogging problems in sewer lines.
낙동강 전 수계 8개 정점에서 분자기법인 FISH (Fluorescent in situ Hybridization)법으로 세균군집구조를 비교분석하였다. Eubacteria에 ${\alpha}\;{\cdot}\;{\beta}\;{\cdot}\;{\gamma}-subclasses$ proteobacter CF group 세균의 합이 총세군수에서 차지하는 비율이 9.3-42.5%에서 변화하였고 그 최고치는 히상류, 청량에서 나타났다. 각 세균그룹이 총세균수에서 차지하는 비율이 10% 미만이었으나 최상류에서의 CF그룹이 총세균수에서 차지하는 비율은 23%이었다. 또한 유기물질을 분해해서 빠른 성장을 한다는 ${\gamma}-subclasses$ proteobacteria 세균군이 예상과는 달리 유기오염정도가 높은 하류에 비해 상류에서 더 많이 검출되었다. 아울러 암모니아산화세균은 $2.7-18.0{\times}10^4$ cells $mL^{-1}$의 범위에서 변화하였고 하류에서 최저치를 그리고 최고치는 중류에서 보였다. 반면에 아질산산화세균의 경우, 전수계에 걸쳐 정점간의 별 차이 없이 $5.2-7.7{\times}10^4$ Cells $mL^{-1}$에서 변화하였으며 그들이 총세균수에서 차지하는 비율은 두세균군간의 차이없이 1.0-13.6%에서 변화하였다. 결론적으로 FISH법은 통상적으로 세균군집의 정량적인 분석에 사용되지만 그 결과는 본 연구결과에서 보는 바와 같이 수계 환경의 현황에 관한 좋은 정보를 제공해주기도 한다.
경북 경산시 에 위치한 남매지 에서 세균군집 의 구조를 fluorescent in situ hybridization(FISH) 방법을 이용하여 분석하였고 아울러 세균군집크기에 영향을 주는 환경요인을 측정하여 그 상관성을 파악하고자 하였다. 담수계에 우점하는 것으로 알려진 proteobacteria($\alpha$.$\beta$.$\gamma$-subclasses)와 글Cytophaga-Flavobacterium (CF) group에 속하는 진정세균군의 연중변화를 정점별로 측정하였다. 총세균수에 대한 각 세균군집 비율은 정점간의 큰 차이 없이 $\alpha$-subclass가 4.0~29.2%,$\beta$-subclass가 1.7~25.8%, $\gamma$-subclass가 1.8~12.8%를, 그리고 CF group은 4.9~36.3%의 군집 비율을 나타냈다. 온도,SS, pH, DOC,질산염, 조류 현존량 등 환경요인과 세균군집 간의 상관관계를 분석한 결과, 총세균수는 수온, DOC,55, eubacteria는 DOC, 녹조류 현존량, $\gamma$-subclass 세균군은 DOC, CF group세 균은 녹조류 현존량과 양의 상관성을 나타낸 반면 $\beta$-subclass는 남세균 . 총 조류 현존량과 음의 상관성을 나타냈다.
겨울철 소양호에서 세균 군집 구조를 파악하고자 총세균수와 EUB338, ALF1b, BET4a, GAM42a와 CF probe 등 fluorescent rRNA targeted oligonucleotide probe 와 반응하는 세균 개체수를 수심별로 측정하였다. 총세균수는 $0.7{\times}10^6{\sim}1.1{\times}10^6cell{\cdot}ml^{-1}$이였으며, 5 m와 10 m 수층에서 높게 나타났다. 총세균수에 대한 Eubacteria의 비율은 34~90%이였으며, 5 m와 10 m에서 낮게 나타났다. Proteobacteria ${\alpha}$-group은 Eubacteria의 10.8-28.7%, ${\beta}$-group은 4.5-53.5%, ${\gamma}$-group은 4.9-35.5%, 그리고 Cytophaga-Flavobacterium group은 6.1-21.1%이였다. 0-5 m 수심에서는 ${\beta}$-group이 28.6-53.5%로 우점하고 있었으며, 10 m에서는 ${\gamma}$-group이 35.5%로 우점하였다. 30, 50 m 수심에서는 ${\alpha}$-group과 Cytophaga-Flavobacterium group이 우점하였다. 세균 군집 구조로 보면 0-2 m, 5-10 m 그리고 30-50 m의 3개층은 각각 독특한 특징을 나타내었다. 이 방법으로 호수 생태계에 대한 새로운 정보를 얻을 수 있었다.
소양호에서 fluorescent in situ hybridization 방법을 이용하여 세균군집의 계절과 수심에 따른 변화를 조사하였다. 이 방법에 사용된 oligonucleotide probe는 EUB338, ALF1b, BET42a, GAM42a 와 CF probe 였다. 조사기간중 Proteobacteria $\alpha$-group 은 0.7~32.9% 이었으며 $\beta$-group은 1.0~25.8%, $\gamma$-group은 2.4~37.1%, Cytophaga-Flavobacterium group은 4.7~23.6%의 분포를 나타내었다. 계절별로 살펴보면 규조류가 우점하는 봄펄에는 $\gamma$-group 이, 유기물의 농도가 낮고 수온이 높은 여름철에는 $\alpha$-group 이 우점하였으며, 남조류가 우점하는 가을철에 총세균수에 대한 Eubacterial group 의 비율이 크게 감소하여 특정 group의 우점현상은 나타나지 않았다. 이처럼 소양호는 계절과 수심에 따라 군집구조가 변화하였으며, 특히 세균의 군집구조는 식물플랑크톤의 천이와 밀접한 관계를 보이는 것으로 나타났다.
소양호에서 세균군집의 계절적, 수심별 변화를 파악하고자 총세균수와 EUB338, ALG1b, BET42a, GAM42a와 CF probe 등 fluorescent rRNA target oligonuvleotide probe와 반응하는 세균 개체수를 측정하였다. 총세균수는 $0.5{\sim}2.01{\times}10^6cells{\cdot}ml^{-1}$이였으며, 2 m와 5 m 수층에서 높게 나타났다. 총세균수에 대한 Eubacteria의 비율은 22~100%이였고, Proteobacteria ${\alpha}$-group은 Eubacteria의 2.6~66.7%, ${\beta}$-group은 4.5~53.5%, ${\gamma}$-group은 4.6~76.7%, 그리고 Cytophage-Flavobacterium group은 2.1~35.9%이였다. 또한 세균군집은 계절별, 수심별로 다양한 변화를 보여, 겨울철은 ${\beta}$-group이, 봄철과 초여름은 ${\gamma}$-group이, 여름철은 ${\alpha}$-group이 우점하였고, Cytophage-Flavobacterium group이 특정적으로 우점하는 시기는 없었다. 이러한 세균 군집 구조의 분포로 계절별, 수심별로 호수에 대한 독특한 특징을 알 수 있었다.
골재채취가 수층의 세균군집구조에 미치는 영향을 알아보기 위해 낙동강 중류, 골재채취가 이루어 지지 않은 수역인 구미대교와 장기간에 걸쳐 연속적으로 골재채취가 행해지는 지역인 성주군 소학리 (성주대교 인근)에서 $\alpha\;\beta\;\gamma-subclass$ proteobacteria, Cytophaga-Flavobacterium (CF) group 세균군과 황산염화원세균을 FISH법으로 정량분석하였다. 아울러 수온, pH, EC, 엽록소-$\alpha$ 양 등의 이화학적인 환경요인도 측정하였다. DAPI로 염색된 세균수로 측정한 총세균수의 경우, 두 정점간의 괄목할 만한 양적인 차이는 없었으나 그 시간차에 따른 변동이 골재채취 수역에서 더욱 심했다. 또한 높은 엽록소-$\alpha$ 양을 나타낸 골재채취 수역에서 검출한 CF group 세균군과 황산염환원세균이 총세균수에서 차지하는 비율이 비골재채취 수역에 비해 높았다. 이같은 결과는 저니질이 수층으로 재유입되었기 때문으로 판단된다. 그러나 본 연구에서 검출한 세균군이 총세균수에서 차지하는 비율을 합하면 그 비율은 골재채취 수역보다 비골재채취 수역에서 더 높았다. FISH법에 의한 세균의 검출가능성이 해당세균의 물질대사능과 연관이 있으므로 골재채취 수역에서의 낮은 세균 검출율은 골재채취가 세균의 물질순환에서의 역기능을 초래하고 이는 또한 연차적으로 그들의 먹이연쇄에 부정적인 영향을 미칠 가능성을 시사하는 것이다.
실험기간 동안 생물학적 처리공정에서의 BOD와 COD의 제거율은 각각 83.1~98.6%, 67.2~85.2%였으며, 단위 공정별로 미생물 군집 변화에서는 가을과 겨울의 경우 호기조, 산소조 및 무산소조에서 전체적으로 비슷한 군집양상을 나타내었다. RRP 그룹의 경우는 무산소조에서 3배 정도 증가하여 DGGE 밴드결과에서 새로운 밴드들이 나타난 것과 일치하는 경향을 보였다. 또한 비슷한 분포를 나타내었지만, 가을엔 ${\alpha}$-Proteobacteria가 우점하였고, 겨울엔 CF 그룹이 우점을 보였다. 봄에 분석한 DGGE와 FISH의 결과에서는 유입수의 성상변화에 따른 미생물의 군집 패턴이 가을과 겨울의 경우에 비해 완전히 다른 패턴을 보였으며, FISH 결과에서 others 그룹의 증가와 DGGE 밴드결과에서 새로운 밴드들이 나타난 것과 일치하는 경향을 보였다. Eubacteria는 $1.7{\sim}7.6{\times}10^9\;cells/mL$. 정도를 보였으며, 전체적인 미생물 군집을 평가하는데 FISH와 DGGE는 매우 효과적이었고, 계절별 및 공정별 군집의 변화에 대해 유용한 평가가 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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