연속적으로 대두를 재배한 토양과 신개간지 토양에서 재배한 대두 품종 단엽의 근류로부터 토착대두 근류근 87종을 분리하고 이들을 생장속도에 따라 Bradyrhizobium japonicum (slow-grower) 및 Rhizobium fredii (fast-grower)로 분류한 결과 전자가 55종, 후자가 32종이었다. 이두그룹의 대두 근류균을 질산염 환원특성에 따라 denitrifying fast-grower(F-1), nitrate respiring fast-grower(F-II), denitrifying slow-grower(S-I), 및 nitrate respiring slow-grower (S-II)로 세분 되었으며, 분리균주 총 87종중 S-I, S-II, F-I 및 F-II의 수는 각각 10, 22, 48 및 7종이었다. 이들 각 group 대두 근류균의 균체단백질의 전기영동 pattern상의의 차이를 1차 및 2차원 전기영동으로 분석한 결과 slow 및 fast-grower간에는 현저한 차이를 관찰할 수 있었으나 동일 생장속도를 가진 것 중 denitrifer와 nitrate repirer간에는 큰 차이가 없었다.
국내에서 분리된 대두근류균을 생육속도에 따라서 2.4시간의 평균세대시간을 가지는 fast-grower와 13.1시간의 평균세대시간을 가지는 slow-grower로 나눌 수 있었다. Fest-grower는 6-phosogluconate dehydrogenase 효소역가가 slow-grower 보다 높았으며 sucrose를 탄소원으로 이용하였다. Fest-grower 중에서 특히 R4, R278은 NaCl 0.5M농 도에서도 생육하였으며 시험한 대두 근류균은 모두 pH 4.5 이하에서 생육이 저지되었다. 또한 식물배양기 조건하에서 접종실험을 한 결과 시험된 모든 대두품종에 양호하게 근류를 형성하였으며 L-259 (NRRL) 균주에 비해서 0.1-2배의 질소고정력을 나타내었다.
6개(個) 품종(品種)의 대두(大豆)로 부터 분리(分離)된 대두(大豆) 근류균(根瘤菌)의 생리적(生理的) 특성(特性) 및 plasmid DNA의 분리(分離)를 조사(調査)한 결과(結果)는 다음과 같다. YEM 배지(培地)에서 S117, S118, 011, DY-1균주(菌株)는 생육속도(生育速度)가 느리고 alkaline 반응(反應)을 나타내었으며, S110, S111, S114, S115, S116, S120, 010균주(菌株)들은 생육속도(生育速度)가 빠르고 산반응(酸反應)을 나타내었다. fast-growing형(型)과 slow-growing형(型) R. japonicum은 모두 극모성 또는 주모성 편모(鞭毛)를 가진 그람 음성(陰性) 간균(桿菌)이며, 한천 평판에서 점액성(粘液性)이 있는 유백색(乳白色) colony를 형성(形成) 하였다. 접종(接種) 7일후(後), fast-growing형(型)의 colony는 직경(直徑)이 2.0-4.0mm였고, slow-growing 형(型)의 colony는 대체로 0.5-1.5였다. fast-growing형(型)은 pH4.5에서 한결같이 감수성(感受性)이 있고, pH9.5에 내성(耐性)이 있는 반면 slow-growing형(型)은 정반대로 나타났다. 조사(調査)된 균주(菌株)들은 모두 생육(生育)을 위한 탄소원(炭素源)으로써 glucose를 이용(利用)하였으며, 010과 321을 제외하고 모든 균주는 starch는 전혀 이용(利用)하지 못하였으며 fast-growing형(型) 만이 sucrose를 이용(利用)하였다. 조사(調査)된 slow-growing R. japonicum은 일반적으로 15-250kb 정도(程度)의 1-3개(個)의 plasmid DNA를 함유하는 반면, fast-growing R. japonicum은 20-250kb정도(程度)의 1-3개(個)의 plamid DNA를 함유(含有)하고 있었다.
Glycine이 R.japonicum의 spheroplasting에 미치는 영향을 검토하였다. Fast-growing R. japonicum R-271은 4mg/ml의 glycine 함유배지에서 생육이 정상이었으나 세포 형태는 배양시간에 따라 변화하였으며 colony 형성단위는 log-phasedlgn 현저히 감소하였다. R-271은 3.5mg/ml glycine 함유배지에서 6시간 배양후에, slow grower R-214는 0.1mg/ml glycine 함유배지에서 24시간 배양후에 lysozyme의 작용을 받았다. 두 균주 모두 이러한 처리에 의해 96%이상의 spheroplast 형성빈도를 나타내었다. 한편 spheroid-type cell은 대두근의 nodule에서 분리한 bacteroid에서도 관찰되었으며 nodule extract에 존재하는 유리 amino acid 중 glycine 은 다른 amino acid에 비해 소량 존재하고 있었다.
Batch test methods have developed for a long time to measure kinetic and stoichiometric parameters which are required to perform steady state design and mathematical modelling of activated sludge processes. However, at various So/Xo ratios, abnormal behaviors of ordinary heterotrophic organism in batch tests have been reported in many researches. Thus, in this research, abnormal behaviors of heterotrophs in batch tests were investigated at various So/Xo conditions by measuring and interpreting oxygen utilization rate. As So/Xo ratio increased, the calculated values of maximum specific growth rates, ${\mu}_{H,max}$ and $K_{MP,max}$, increased. However, at a certain point of So/Xo (around 10mgCOD/mgMLAVSS), ${\mu}_{H,max}$ and $K_{MP,max}$ values started to decrease. According to this observation, three prominent behaviours of heterotrophs were identified at various So/Xo conditions. (1) At low So/Xo region (below 5 mgCOD/mgMLAVSS), the oxygen utilization rate of heterotrophs in batch tests were almost stable and consequently yielded lower maximum specific growth rate. (2) At high So/Xo region (up to 5~10 mgCOD/mgMLAVSS), oxygen utilization rate incresed sharply with time and indicated more upward curvature than the predicted OUR with conventional activated sludge model, which consists of single hetetrotrophs group. Thus, in this region, competition model of two organisms, fast-grower and slow-grower, seemed to be appropriate. (3) At extremely high So/Xo region (over 10mgCOD/mgMLAVSS), significant oxygen utilization rate was still observed even after depletion of readily biodegradable COD. This might be caused by retarded utilization of intermediates which were generated by self inhibition mechanism in the process of RBCOD uptake.
본 실험에서는 콩 재배품종과는 친화성이 없다고 알려진 R. fredii (fast-grower)와 기존의 근류균계인 B. japonicum 간의 상호작용 및 숙주친화성 등을 효율적으로 확인하기 위하여 뿌리분할방법(split-root system)을 사용하였으며, 근류균 이용을 위한 기초 자료를 얻을 목적으로 실험이 수행되었다. Lee와 Peking 품종 및 R. fredii인 PRC205(P205) 균계와 B. japonicum인 USDA110(U110) 균계를 이용하였다. 뿌리분할장치의 양분된 뿌리에 독립적으로 접종하였으며 처리당 4반복씩 완전임의로 배치하였다. 균계간 경합을 보기 위하여 4조합의 근류균계들을 분할장치 양측에 동시 접종하였으며, 또한 균계간 상호작용을 보기 위하여 6조합의 균계를 반분된 뿌리의 양측에 1주일 간격으로 접종하였다. 접종후 3주만에 근류착생 정도와 생육을 조사하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. Lee품종에서는 분할된 뿌리 양쪽에 P205만 접종되었을 때 근류중이 가장 작았던 반면 Pe-king 품종에서는 P205만 접종되었을 때 근류중이 가장 컸다. 2. 두 균계를 동시에 접종했을 때 Lee 품종에서는 UlIO에 대해 P205의 경합력이 거의 없었으나 Peking 품종에서는 오히려 P205의 경합력이 더 높은 것으로 나타났다. 3. 양 품종 모두 처리에 따른 뿌리의 생육은 차이가 없었으나 지상부 생육량에서는 Lee 품종의 경우 P205만 처리되었을 때 현저히 적었으며 Peking 품종은 P205 단독처리에 비해 U110 단독처리시 적었다. 4. P205를 1차 접종했을 때 Lee품종의 경우 2차 접종된 side의 근류수와 근류중을 현저히 감소시켰는데 다만 U110의 근류수에는 영향을 주지 않았으며, Peking품종에서는 근류수에 미치는 영향은 적었으나 근류중은 상당히 억제하였다. 5. U110을 1차 접종했을 경우에는 두 품종 공히 반대편 side의 근류착생을 심하게 저해하였다. 6. Lee 품종의 경우 1차 접종된 균계가 2차 접종된 side의 뿌리생육을 다소 억제하였으나 처리간 차이가 있었으며 근류착생이 불량했던 P205 처리구에서도 뿌리의 생육은 양호하였다. 반면에 Poking 품종에서는 거의 차이를 나타내지 않았다. 7. 지상부 생육은 Lee품종의 경우 U110 1차 접종구가, Peking 품종에서는 P205 1차 접종구에서 양호하였다.
나균(M. leprae)을 비롯한 항산균(mycobacterium)의 시험관내 생리력 또는 생명력평가법(in vitro assessment of physiological potential or viability)으로 형광분광측정법(fluorospectrophotometry)를 고안하였다. 균액을 비형광성의 fluorescein diacetate(FDA)로 처리, 균체의 생대사능에 의해 FDA로부터 유리된 체내 fluorescein 량을 Aminco-Bowman 형광분광기로 측정함으로 균체의 생리능을 fluorounit로 표기해 보았다. Fluorounit로 표기된 균체의 생명력을 균배양의 광학밀도(optical density, colony forming unit, 체내 ATP 량 intracellular ATP content)등으로 표기되는 항산균의 생명력고 비교 검토함으로 형광분광법에 의한 시험관내 항산균의 생명력 평가법의 적합성을 살펴보았다. 형광분광측정에 의한 생명도의 평가는 객관성을 띤 기기정량법으로 조작이 간단하고 신속하게 결과를 얻을 수 있어 시험관내 배양의 속도가 완만한 균이나(slow growing mycobacteria, I.e.M. lerpae, Listeriae sp)등의 생명력의 상대적 평가에 활용될 수 있다고 사료된다.
Rhizobium jaonicum S118로부터 변이주(變異株)를 선발(選拔)하고 생리적(生理的)인 특성(特性) 및 식물체(植物體)와의 상호관계(相互關係)등을 조사(調査)한 결과(結果)는 아래와 같다. N. T. G를 처리(處理)한 S118로부터 근류(根瘤)를 형성(形成)하지 않는 SM255, 근류착생(根瘤着生)이 아주 좋고 acetylene환원력(還元力)도 높은 HP277, 근류착생(根瘤着生)이 S118보다 떨어진 LP268 그리고 근류(根瘤)가 아주 드물게 형성(形成)되는 SM303을 선별(選別)하였다. SM255를 접종(接種)한 식물체(植物體)는 생육(生育)이 저조(低調)하였고, 뿌리털의 curling 현상(現象)도 관찰(觀察)되지 않았다. 반면 HP277은 SM255와 서로 다른 결과(結果)를 나타내었다. Litmus milk 반응(反應)에서 HP277이 alkali성(性), serume zone을 형성(形成)하였고, congo red를 약(弱)하게 흡수(吸收)하였다. YEM배지(培地)에서 SM255는 생육(生育)이 S118과 비슷한 slow-growing형(型)이지만 HP277은 fast-growing형(型)이었다. 질산(窒酸) 및 아질산(亞窒酸) 환원(還元)은 LP268이 음성(陰性), 음성(陰性), SM255는 양성(陽性), 양성(陽性), 그 외(外) 균주(菌株)는 양성(陽性), 음성(陰性)으로 나타났다. SM255는 무기태(無機態)와 유기태(有機態) 질소원(窒素源)의 영향(影響)을 받아 생육(生育)이 저조(低調)하였다. 그러나 HP277은 $Ca(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$의 10mM, 25mM 농도(濃度)에서 생육(生育)이 가능하였고, 유기태(有機態) 질소원(窒素源)의 이용(利用)이 높은 것으로 나타났다. 모든 균주(菌株)가 starch를 이용(利用)하지 못하였고 arabinose의 경우 SM255와 SM303은 타균주(他菌株)에 비해 이용성(利用性)이 낮음을 알 수 있었다. 그러나 sucrose는 모든 균주(菌株)가 이용(利用)할 수 있었다. HP277과 S118은 균체(菌體) 단백질(蛋白質)의 조성(組成)에 차이(差異)가 없었고, SM255는 Rm 0.62의 band가 결여(缺如)되어 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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