• 생명과학회지
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• 제34권10호
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• pp.730-743
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• 2024

산업 생명공학은 지속 가능한 화학물질, 연료, 의약품 생산을 위해 효모와 대장균과 같은 미생물을 활용합니다. 그러나 미생물 생산은 환경 스트레스로 인해 효율성과 경제성이 저해되는 문제에 직면하고 있다. 전통적인 유전공학은 많은 해결책을 제공하지만, 종종 산업적 조건에서 견딜 수 있는 강력한 균주를 만드는 데 어려움이 있다. 적응 실험실 진화는 자연 선택을 모방하여 제어된 환경에서 미생물 내성을 향상시킬 수 있는 좋은 전략으로 부상했다. 적응 실험실 진화는 다양한 미생물에서 유해 화합물, 극한의 pH, 고온 등의 스트레스에 대한 내성을 성공적으로 향상시켰다. 효모에서는 적응 실험실 진화가 에탄올 생산에 중요한 아세트산 및 퓨프랄 내성을 향상시켰다. 또한, 대장균에서는 적응 실험실 진화가 산 스트레스에 대한 저항성을 증가시키고 숙신산과 세린의 생산을 개선했다. 젖산균에서는 적응 실험실 진화가 젖산 생산, 열 및 냉동-해동 스트레스 하에서의 균주 안정성을 증대시켜, 산업적 및 프로바이오틱 응용 분야에 혜택을 주었다. 코리네박테리움 글루타미컴 또한 적응 실험실 진화를 통해 성장률, 스트레스 내성 및 생산 능력에서 상당한 개선을 보였다. 이러한 발전은 다양한 산업 공정을 최적화하는 데 있어 적응 실험실 진화의 역할을 강조하며, 미생물 생명공학에서 강력한 도구임을 입증한다. 본 논문은 적응 실험실 진화의 최신 응용 및 방법을 조명하며, 산업 미생물에 미치는 영향과 지속 가능한 생물 생산을 위한 미래 연구의 잠재력을 보여주었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제39권3호
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• pp.140-145
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• 2012

고온에서 발현이 유도되도록 한 개화촉진유전자 HSpro-FT를 국립원예특작과학원에서 육성된 스프레이타입 국화 2품종('Pink PangPang'과 'Pink Pride')에 도입하여 획득한 형질전환체가 고온기에 화아가 분화하고 고온단일조건에서 화아가 발달하게 되는 조건에서 재배되었을 때 개화가 촉진되었다. HSpro-FT 유전자는 pCAMBIA2300에 삽입되어 Agrobacterium tumefaciens C58C1을 통하여 국화로 도입되었다. 아그로박테리움과의 접종 후 재분화 배지(MS + 1.0 mg/L BA + 0.5 mg/L IAA + 0.7% plant agar, pH 5.8)에 10 mg/L 과 20 mg/L kanamycin이 첨가된 1, 2차 선발배지에서 재분화된 신초를 선발하였다. PCR분석에 의해 'Pink PangPang'유래 재분화 신초 117개체와 'Pink Pride'유래 5개체로부터 FT 유전자가 도입되었음을 확인하였다. HSpro-FT 유전자 형질전환 26계통중 8계통들이 바형질전환체에 비하여 정식 후 꽃봉오리 맺히기까지의 기간이 1.7~10일 당겨졌고, 24계통들이 비형질전환체에 비하여 꽃봉오리 맺힌 후 꽃잎전개까지의 기간이 1~6일 당겨졌다. 두 품종 유래 형질전환 24계통 모두 조기개화성 이외의 꽃모양이나 꽃 색깔 등 다른 특성은 비형질전환체와 같았다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제46권3호
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• pp.165-171
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• 2019

Marker-assisted backcrossing (MABC)은 marker-assisted selection (MAS)와 함께 다양한 작물에서 여교배 초기세대에서 반복친 게놈의 회복률이 높은 개체선발을 위한 분자육종 기술로 매우 유용하게 사용하고 있다. 본 연구에서는 토마토 MABC 육종 프로그램의 일환으로 저장성이 강한 rin유전자를 주)토마토연구소에서 육성한 핑크계 엘리트 토마토계통에 도입하고자 수행하였다. foreground 선발은 RIN SCAR 분자 마커를 이용하여 100개 $BC_1F_1$ 식물체에서 Rr 유전자형 가진 42개체를 선발하였다. 그리고 이를 이용하여 GBS 분석을 이용하여 background 선발을 하였다. 총 3,086개 SNP를 대상으로 반복친 HK13-1151과 게놈 회복률을 조사한 결과, 56.7%에서 84.5%를 보여 평균 70.5%로 나타났다. 이 중 87.2%을 보인 $BC_1F_1$개체를 이용하여 192개 $BC_2F_1$ 식물체를 육성하여 foreground 선발을 하였다. 선발된 102개 중 88개 식물체를 이용하여 GBS 분석을 수행한 결과 4,868개의 다형 SNP 마커를 얻었으며, 이를 이용하여 RPG 회복률을 조사하였다. $BC_2F_1$ 식물체들에서 HK13-1151 반복친 게놈과 87.8%에서 97.8% 유사하였다. 본 연구에서 $BC_2F_1$ 식물 중 RPG 회복률이 97.8%인 5-1 개체는 반복친인 HK13-1151과 과일특성에서 매우 유사하였다. 따라서 선발된 5-1 개체는 $BC_2F_2$ 세대를 육성하여 계통화 하고자 한다. 본 연구를 통해 MABC는 전통 여교배 육종에 비해 육종연한을 획기적으로 줄일 수 있으며, 원하는 육종모델을 완수할 수 있는 첨단육종 기술로 평가 할 수 있다.

• 한국버섯학회지
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• 제18권4호
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• pp.331-338
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• 2020

민자주방망이버섯의 대량 생산 및 상업적 실용화를 위하여 야생 균주에 비해 재배기간이 짧고 자실체 발생이 잘 이루어지는 신품종을 육성하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 민자주방망이버섯 유전자원 18계통을 수집하고 볏짚발효배지를 이용한 상자 재배를 통해 자실체가 발생한 4계통을 교배모본으로 선발하였다. 단포자 교배를 통해 671조합의 교배를 하였으나 'CBMLN-19' 계통과 'CBMLN-30' 계통을 교배한 17조합만이 교배가 이루어졌다. 그 중 균사 생장이 빠르고 밀도가 높은 8계통을 1차 선발하였다. 볏짚발효배지에 유전자원 14계통, 교배계통 8계통을 접종 후 배양기간을 조사한 결과 교배계통 중 6계통은 20일만에 배양이 완료되었으며 유전자원 14계통 중 7계통은 배양이 완료되기 까지 40일 이상이 소요되어 대부분의 교배계통에서 배양기간이 20일 이상 단축되었다. 배양이 완료된 계통은 식양토를 1~2 cm 복토하여 후 배양을 하였고 균사 배양이 완전히 완료되었을 때 균긁기를 한 후 자실체 발생을 유도하였다. 발생 유도 환경은 온도 14℃, 상대습도 95% 이상, CO2농도 1,500~2,000 ppm 이었으며, 야간에 6℃로 온도를 낮추어 하온 충격을 주었다. 그 결과 유전자원 'CBMLN-31', 'CBMLN-44' 2계통, 교배계통 'CBMLN-96', 'CBMLN-103' 2계통 총 4계통에서 자실체가 발생하였다. 접종 후 자실체가 발생되기까지의 기간은 대조구인 유전자원 'CBMLN-31'이 100일로 가장 길었고, 교배계통인'CBMLM-103'이 45일로 가장 짧았다. 자실체 특성 조사 결과 교배계통인 'CBMLN-103'은 개체중이 1.9 g으로 작은 형태를 나타냈으며, 상자 당 유효경수 123개로 4계통 중 발생량이 가장 많았다. 또 다른 교배계통 'CBMLN-96'은 개체중이 5.5 g 으로 'CBMLN-103' 보다 큰 형태를 나타냈으나, 상자 당 유효경수는 30개로 발생량이 적었다. 수량성 조사 결과 대조구인 'CBMLN-31'계통에서 상자 당 수량 783 g으로 가장 높게 나타났고, 교배계통 'CBMLN-96'은 165 g, 'CBMLN-103'은 232 g으로 나타났다. 교배계통 2계통에서 수량성은 대조구 'CBMLN-31'보다 낮았지만 자실체 발생량이 많았으며, 재배기간이 40일~55일 단축되어 이 2계통을 우량계통으로 선발하고자 한다.

• 한국토양비료학회지
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• 제29권2호
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• pp.165-172
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• 1996

콩의 공중질소이용도(空中窒素利用度) 향상에 바람직한 우수근류균(優秀根瘤菌) 선발(選拔)의 기초자료를 얻고자 우리나라 토착(土着) B. japonicum 의 혈청형별(血淸型別) 콩 공생효과(共生效果)와 그 유의성(有意性)을 분석한 결과는 다음과 같았다. 1. 근류균(根瘤菌)의 근류형성정도(根瘤形成程度)는 USDA 123혈청형(血淸型) 균주(菌株)를 접종한 구에서 가장 높고 다음으로 YCK 150혈청형(血淸型) > YCK 117혈청형(血淸型) > YCK 141혈청형(血淸型) > USDA 110 혈청형(血淸型) 순위의 경향이었는데, 콩 품종별(品種別) 혈청형(血淸型)에 따라서 상이하였다. 2. 콩 건물생산(乾物生産)에 있어서 근류균(根瘤菌) 접종효과(接種效果)는 콩 품종별로 상이하였으나 평균적으로 볼 때, USDA 110혈청형(血淸型)과 YCK 141혈청형(血淸型) 균주(菌株)의 접종구에서 우수하였고 USDA 123 혈청형(血淸型) 균주(菌株)의 접종구(接種區)에서는 저조하였다. 그리고 균주접종(菌株接種)에 따른 건물생산량(乾物生産量)이 가장 높았던 콩은 방사(放射)콩이었다. 3. 혈청형내(血淸型內) 균주(菌株)들의 공생효과(共生效果) 유사성(類似性)(n=20)은 근류수에서 100%, 질소고정력에서 90%, 콩 건물중에서 80% 수준(水準)이었으며, 균주(菌株)의 공생관계(共生關係) 변이분석(變異分析)에서는 또 각 혈청형간(血淸型間), 콩 품종간(品種間)에 근류수와 근류무게, 질소고정력, 콩 건물중 모두 고도(高度)의 유의성(有意性)($$P{\leq_-}0.01$$)을 보였다. 그러므로 B. japonicum 의 면역혈청학적(免疫血淸學的) 특성은 콩의 공중질소이용도(空中窒素利用度) 개선연구(改善硏究)에 이용가치가 높은 것으로 판단되었다.

• 농업과학연구
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• 제5권1호
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• pp.35-41
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• 1978

사과주(酒) 양조(釀造)에 적합(適合)한 우수효모(酵母)를 얻어 이를 이용(利用)하기 위하여 대전시(大田市) 및 기타(其他) 여러 지역(地域)에서 수집(蒐集)한 각종(各種) 시료과실중(試料果實中)에서 1,358주(株)의 효모(酵母)를 분리(分離)하고 이들 중(中)에서 SH-49, SH-129 및 SH-338의 3주(株)를 선정(選定)하여 이용면(利用面)과 균학적(菌學的) 성질(性質)에 관(關)한 시험(試驗)을 하였다. 시험결과(試驗結果)는 다음과 같다. 1. 선정(選定)된 SH-49 및 SH-129는 타균주(他菌株)에 비(比)하여 발효력(醱酵力), 생성(生性)사과주(酒)의 주질(酒質)및 아황산(亞黃酸) 내성시험등(耐性試驗等)에서 우수한 결과(結果)를 보였으며 특(特)히 SH-49가 우수하였다. 2. SH-49 및 SH-129를 사용(使用)하여 만든 사과주(酒)는 다른 균주(菌株)의 것에 비(比)하여 총산량(總酸量)이 약간 적었다. 3. SH-49 및 SH-129를 사용(使用)한 경우에는 사과주료가 주발효기간중(酒醱酵期間中)에 속(速)히 청징화(淸澄化) 되었다. 저장(貯藏) 45일후(日後)의 사과주(酒)의 $OD^{430}_{10}$ 측정치(測定値)에 있어서 SH-49와 SH-129를 사용(使用)한 것은 다른 것의 약(約) 1/2이었다. 4. SH-338을 사용(使用)한 사과주(酒)는 잔당함량(殘糖含量)이 많았고 또 주질(酒質)이 좋았다. 따라서 SH-338은 특색(特色)있는 사과주양조(酒i釀造)에 이용(利用)할 수 있을 것으로 생각된다. 5. SH-49와 SH-338의 균학적(菌學的) 성질(性質)을 살펴 Lodder의 효모분류동정법(酵母分類同定法)으로 동정(同定)한 결과(結果)이 두 균주(菌株)는 Saccharomyces cerevisiae로 동정(同定)되었다.

• 생명과학회지
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• 제24권10호
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• pp.1046-1054
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• 2014

${\beta}$-1,3-glucanase는 다양한 바이오공정에 널리 사용되어지는 효소로서 산업적 이용가치 증대를 위해 ${\beta}$-1,3-glucanase의 대량생산이 요구되어 지고 있다. 본 연구에서는 반복서열 ${\delta}$-sequence에 의한 integration를 통해 Aspergillus oryzae유래의 ${\beta}$-1,3-glucanase (EXGA)의 과발현 유도를 연구하였다. 먼저 효모내의 여러 염색체상에 EXGA 유전자를 integration하기 위해 $pRS{\delta}K$-exgA와 $pRS{\delta}K$-exgA 플라스미드를 구축하였다. 이 플라스미드는 유전자의 구성적 발현을 위한 ADH1 프로모터, 분비생산을 위한 signal sequence와 ${\beta}$-1,3-glucanase유전자의 integration을 위한 ${\delta}$-sequence를 포함하고 있다. 먼저 $pRS{\delta}K$-exgA 플라스미드를 $BY4742{\Delta}exg1$ 균주에 형질전환하고, 재조합 ${\beta}$-1.3-glucanase가 안정하게 과발현 및 분비생산됨을 확인하였다. 다음으로 geneticin 선별을 통한 integration 유도와 ${\beta}$-1,3-glucanase 활성과의 관계를 조사해보기 위해 $pRS{\delta}K$-exgA 플라스미드를 $BY4742{\Delta}exg1$ (YKY082) 균주에 도입한 결과, geneticin 농도 증가에 따라 ${\beta}$-1,3-glucanase 활성도 증가되었고, geneticin 농도 0.8 mg/ml가 ${\beta}$-1,3-glucanase과발현에 적합한 농도임을 확인 할 수 있었다. 이어서 $pRS{\delta}K$-exgA 플라스미드는 연속적 ${\delta}$-integration에 의해 효모세포 내에 도입되어, 한번, 두번, 세번 그리고 네번의 integration에 의해 ${\beta}$-1,3-glucanase의 비활성은 0.063, 0.095, 0.131 그리고 0.165 unit/ml/$OD_{600}$로 증가되었다. 또한 연속적 integration에 의해 ${\beta}$-1,3-glucanase의 활성이 증가됨에 따라 다양한 염색체에 도입된 EXGA 유전자의 복제수(integration 빈도)도 같이 증가되었음을 확인하였다. 따라서 본 연구 결과는 반복적 ${\delta}$-sequence integration방법을 통해 재조합 ${\beta}$-1,3-glucanase의 활성을 점진적으로 안정하게 증가시킬 수 있음을 제시하였다.

• 생명과학회지
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• 제20권3호
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• pp.365-373
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• 2010

2006년 10월부터 2008 년 6월까지 총 인플루엔자 의사 환자 1,822건의 인후도찰물 및 비인후도찰물에서 277건의 인플루엔자바이러스를 분리했다. 절기별로는 2006~2007 절기의 1,154검체 중 52건(4.5%), 2007~2008절기의 668검체 중 210건(31.4%)에서 인플루엔자바이러스를 분리하였다. 인플루엔자바이러스 A/H1N1의 HA 유전자의 경우, 2008~2009 절기의 백신주인 A/Brisbane/59/2007과는 96.7%~97.7%, A/Solomon Islands/3/2006 96.5%~97.3%, A/New Caledonia/20/99와는 95.6%~96.6%의 유사성을 나타냈으며, NA 유전자의 경우, A/Brisbane/59/2007과는 97.8%~98.5%, A/Solomon Islands/3/2006과는 96.7%~97.6%, A/New Caledonia/20/99와는 96.8%~97.7%의 유사성을 보여 2008~2009절기의 백신주인 A/Brisbane/59/07과 가장 유사성이 컸다. 인플루엔자바이러스 A/H3N2의 분리주 중 1주를 제외한 모든 분리주가 HA 유전자에서 2008~2009 절기 백신주인 A/Brisbane/10/2007과는 98.4%~99.7%의 유사성을 보였고, A/Wisconsin/67/2005와는 96.5%~97.5%의 유사성을 보였으며, NA 유전자에서는 A/Brisbane/10/2007과는 98.9%~99.4%, A/Wisconsin/67/2005와는 98.0%~98.6%, A/California/7/2004와는 98.3%~98.9%의 유사성을 보였다. 인플루엔자바이러스 B의 HA 유전자의 경우는 2주를 제외하고는 2008~2009 절기의 백신주인 B/Florida/4/2006과는 96.5%~99.7%의 유사성을 보였으며, B/Malaysia/2506/2004와는 86.7%~87.7%의 유사성을 보여 B/Florida/4/2006과의 유사성이 크게 나타났다. NA 유전자의 경우는 reassortant분리주가 96.7%와 97.3%의 유사성을 나타내는 것을 제외하고는 B/Florida/4/2006에 98.9%~100%의 유사성을 나타냈으며, 분리주 유행시기의 백신주인 B/Malaysia/2506/2004와는 94.5%~96.7%의 유사성을 나타내어 2008~2009 절기의 백신주와 더 큰 유사성을 보였다. HA 유전자에서는 conserverd receptor binding site는 아미노산의 치환 없이 모든 분리주에서 잘 보존되어 있었으며, N-linked glycosylation site도 인플루엔자바이러스 A/H1 1주, A/H3 1주를 제외하고는 모두 같은 수의 N-linked glycosylation sites를 가졌으며, 인플루엔자바이러스 B의 경우는 2008~2009 절기의 백신주보다 1개가 많은 4개의 N-linked glycosylation sites를 가지고 있었다. Antigenic sites의 경우는 인플루엔자바이러스 A/H1의 Sb의 3개의 아미노산에서 백신주들과 다른 아미노산을 가지고 있으며, A/H3에서는 A, B, E 부위에서 는 아미노산의 변화가 나타났고, C, D 부위에서는 변화가 없었다. 인플루엔자바이러스 B의 4개의 분리주에서는 150 loop와 160 loop에서 B/Florida/4/2006과 비교하여 1개의 아미노산에서 치환이 나타났으며, 190 helix에서 모든 분리주가 B/Florida/4/2006과 비교하여 1개의 아미노산에서 치환이 나타났다.

• 생명과학회지
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• 제22권9호
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• pp.1152-1158
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• 2012

작물의 수확량이나 병 저항성을 증가시키는 형질전환 식물체 개발은 세계 식량 부족을 해결하는 좋은 방법이다. 하지만 항생제나 제초제의 사용은 형질전환 작물의 안전에 대해서 일반 사람들의 심각한 우려를 초래한다. 본 연구에서는, 아그로박테리움을 이용한 동시 형질전환 방법을 이용하여 한국의 밀 재배종인 '조경밀'의 유전자인, 고분자 글루테닌 서브유닛[high molecular-weight glutenin subunit (HMW-GS)] $D{\times}5$가 삽입된 마커프리 형질전환벼를 개발하였다. 각각 $D{\times}5$ 유전자와 하이그로마이신(HPTII) 저항성 유전자만으로 구성된 두 종류의 발현 카셋트(Two expression cassettes)를 독립적으로 아그로박테리움 EHA105에 도입하였고, $D{\times}5$와 HPTII가 도입된 각각의 EHA105 아그로박테리움을 3:1 비율로 혼합하여 벼 캘러스에 접종하였다. 66개의 HPTII 저항성 형질전환체 중에서 벼 게놈에 $D{\times}5$와 HPTII가 모두 삽입된 2개의 형질전환 라인을 획득하였다. $D{\times}5$와 HPTII가 벼 게놈에 도입된 것을 Southern blot을 통해서 다시 확인하였다. 또한, semi-quantitative RT-PCR을 통해 형질전환벼 $T_1$ 세대 종자의 밀 $D{\times}5$ 전사여부를 확인하였고 결국, $D{\times}5$ 유전자만을 가지는 마커프리 형질전환벼를 $T_1$ 세대에서 선발할 수 있었다. 본 연구 결과는 두 종류의 발현 카셋트를 사용한 아그로박테리움 동시 접종 시스템이 마커프리 형질전환벼를 생산하기 위한 효과적인 전략이 될 수 있음을 보여준다.

• 한국토양비료학회지
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• 제22권1호
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• pp.72-77
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• 1989

우수(優秀) 질소고정균주(窒素固定菌株)를 개발(開發)하여 척박(瘠薄)한 야산(野山) 개발지(開發地)에서 효율적(效率的)인 초지조성(草地造成)을 꾀하고자, 기존(旣存) 알팔파 목야지(牧野地)에서 분리(分離)한 근류균(根瘤菌)으로부터 기내(器內) 내산성(耐酸性) 균주(菌株) 탐색(探索)과 토양(土壤)에서 선발균주(選拔菌株)의 내산성(耐酸性) 발현(發現)을 조사(調査)한 결과(結果)는 다음과 같았다. 1. pH 5.0의 시험관배지(試驗管培地)에서 근류형성(根瘤形成)을 보인 균주(菌株)는 "YA03"과 "YA09"였으며 공생효과면(共生效果面)에서 "YA03"이 우수(優秀)하였다. 2. "YA03"균주(菌株) 접종(接種)에 의(依)한 알팔파 생육(生育)과 질소(窒素) 고정력(固定力)은 무비(無肥)에서 뿐만 아니라 요소(尿素) 1.25mM 농도(濃度)에서 타균주(他菌株)보다 좋았다. 3. 알팔파 생육(生育)에 대(對)한 질소수준별(窒素水準別) "YA03" 균주(菌株)의 알팔파 접종효과(接種效果)는 접종(接種)+요소(尿素) 1.25mM > 접종(接種)+요소(尿素) > 무시용(無施用) > 무접종(無接種)+요소(尿素) 2.5mM 순(順)으로서 근류균(根瘤菌) 접종(接種)과 함께 요소(尿素)를 여용(旅用)하는 것이 효과적(效果的)이었다. 4. pH 5.0인 산성척박지(酸性瘠薄地)에서 알팔파에 대(對)한 R. meliloti "YA03" 균주(菌株) 접종(接種)은 무접종(無接種)보다 320%, pH 7.5의 비옥(肥沃)한 토양(土壤)에서 무접종(無接種) 재배(栽培)보다는 31% 건물중(乾物重) 증가(增加)를 보이므로써 내산성(耐酸性)이 큰 R. meliloti 균주(菌株)로 "YA03"를 선발(選拔)하였다.