본 연구에서는, 충족농도를 기준으로 영양원를 제한한 경우와 탄소원 및 질소원이 각각 두 종류씩 혼재되어 있는 경우에 대해, 수돗물 토착세균 및 Pseudomonas fluorescence P17을 접종균으로 한 BRP법을 이용하여 세균의 재증식 특성을 연구하였다. 세균재증식능은 영양원의 제한에 의해 억제되는 것으로 나타났으며, 두가지 이상의 영양원이 동시에 제한된 경우, 세균재증식능의 억제가 더욱 증가되는 상승효과를 관찰할 수 있었다. 특히 제한된 영양원에 인이 포함되어 있는 경우, 상대적으로 더욱 낮은 세균재증식능을 나타내고 있었다. 그러나 $NO_3^-$-N에 대해서는 농도가 증가할수록 세균재증식능이 감소하는 것으로 나타났다. 탄소원으로써 Glucose 및 Acetate 질소원으로 $NH_4^$-N 및 $NO_3^-$-N가 혼재되어 있는 경우를 대상으로 세균의 재증식 특성을 조사한 결과, 탄소원에 대해서는 Glucose 및 Acetate가 혼재되어 있는 경우가 각각의 탄소원을 단독으로 주입했을 경우보다 세균재증식능이 높게 나타났다. 또한 질소원에 대해서는 $NH_4^+$-N의 주입비율이 높아짐에 따라 세균재증식능이 증가하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는, 충족농도를 기준으로 영양원를 제한한 경우와 탄소원 및 질소원이 각각 두 종류씩 혼재되어 있는 경우에 대해, 수돗물 토착세균 및 Pseudomonas fluorescence P17을 접종균으로 한 BRP법을 이용하여 세균의 재증식 특성을 연구하였다. 세균재증식능은 영양원의 제한에 의해 억제되는 것으로 나타났으며, 두가지 이상의 영양원이 동시에 제한된 경우, 세균재증식능의 억제가 더욱 증가되는 상승효과를 관찰할 수 있었다. 특히 제한된 영양원에 인이 포함되어 있는 경우, 상대적으로 더욱 낮은 세균재증식능을 나타내고 있었다. 그러나 $NO_3^-$-N에 대해서는 농도가 증가할수록 세균재증식능이 감소하는 것으로 나타났다. 탄소원으로써 Glucose 및 Acetate 질소원으로 $NH_4^$-N 및 $NO_3^-$-N가 혼재되어 있는 경우를 대상으로 세균의 재증식 특성을 조사한 결과, 탄소원에 대해서는 Glucose 및 Acetate가 혼재되어 있는 경우가 각각의 탄소원을 단독으로 주입했을 경우보다 세균재증식능이 높게 나타났다. 또한 질소원에 대해서는 $NH_4^+$-N의 주입비율이 높아짐에 따라 세균재증식능이 증가하는 것으로 나타났다.
In this study, the profiles of the bacterial regrowth of indigenous bacteria in tap water and Pseudomonas fluorescence P17 were investigated for cases when carbon (glucose), and/or nitrogen ($NO_3^-$-N), and/or phosphorus ($PO_4^{3-}$-P) were added below sufficient nutrient con...
In this study, the profiles of the bacterial regrowth of indigenous bacteria in tap water and Pseudomonas fluorescence P17 were investigated for cases when carbon (glucose), and/or nitrogen ($NO_3^-$-N), and/or phosphorus ($PO_4^{3-}$-P) were added below sufficient nutrient concentration (SNC) and when carbon sources (glucose and acetate) and nitrogen sources ($NH_4^+$-N and $NO_3^-$-N) were added together. The bacterial regrowth was decreased with limitation of nutrients, and were lowered relatively in the sample, which plural nutrients were limited. In addition, phosphate might be the effective nutrient to control the bacterial regrowth in drinking water because the bacterial regrowth was significantly decreased by the limitation of phosphate. In contrast, the bacterial regrowth was retarded with increasing the concentration of $NO_3^-$-N. For simultaneously adding carbon(glucose or acetate) and nitrogen sources ($NH_4^+$-N and $NO_3^-$-N), the regrowth counts appeared highly in the condition, for both glucose and acetate. And, the regrowth was increased with increasing $NH_4^+$-N concentration as a nitrogen source.
In this study, the profiles of the bacterial regrowth of indigenous bacteria in tap water and Pseudomonas fluorescence P17 were investigated for cases when carbon (glucose), and/or nitrogen ($NO_3^-$-N), and/or phosphorus ($PO_4^{3-}$-P) were added below sufficient nutrient concentration (SNC) and when carbon sources (glucose and acetate) and nitrogen sources ($NH_4^+$-N and $NO_3^-$-N) were added together. The bacterial regrowth was decreased with limitation of nutrients, and were lowered relatively in the sample, which plural nutrients were limited. In addition, phosphate might be the effective nutrient to control the bacterial regrowth in drinking water because the bacterial regrowth was significantly decreased by the limitation of phosphate. In contrast, the bacterial regrowth was retarded with increasing the concentration of $NO_3^-$-N. For simultaneously adding carbon(glucose or acetate) and nitrogen sources ($NH_4^+$-N and $NO_3^-$-N), the regrowth counts appeared highly in the condition, for both glucose and acetate. And, the regrowth was increased with increasing $NH_4^+$-N concentration as a nitrogen source.
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문제 정의
그러나 자연수계에는 다종류의 영양원이 다양한 농도비율로 혼합되어 있다. 따라서 본 연구에서도, 탄소 원으로써 Glucose 및 Acetate, 질소원으로 NH4+-N 및 NO3--N이 혼재되어 있는 경우(Table 3의 조건)를 대상으로 세균의 재증식 특성을 조사하였다. Fig.
개념을 도입, 제시한 바 있다. 본 논문에서는 전체적인 내용의 이해를 돕기 위해, Oh가 제시한 충족농도에 대해 간단히 재서술하고자 한다. Fig.
본 연구에서는 영양원 및 세균재증식능의 관계를 보다 실질적이고 복합적으로 조사하기 위해, 앞서 고찰된 충족농도를 기준으로, 탄소, 질소 및 인의 세가지 영양원 중 한가지, 두가지 혹은 세가지를 동시에 제한할 경우에 대해 세균재증식능의 제어효과를 평가하였다. Fig.
본 연구에서는, 충족농도의 개념을 도입하여 충족농도를 기준으로 영양원을 제한한 경우와, 탄소원 및 질소원이 각각 두 종류씩 혼합되어 있는 경우에 대해, BRP법을 이용하여 세균의 재증식 특성을 연구하였다.
제안 방법
)를 이용하여 20±2°C에서 5일간 배양하였다.10) 배양이 종료된 각 시료로부터 1 mL씩 분석용 시료를 채수한 후 25% Glutaraldehyde용액을 100 μL씩 첨가하여 세균을 고정처리하였다. 고정처리된 시료는 분석때까지 -20℃에서 보관하였다.
mL를 접종하였다. 각 조건에 대해 두개씩 측정 시료를 만들어 45° 경사판의 회전배양기(회전속도 50 rpm; RT-50, Taiteq. Corp.)를 이용하여 20±2°C에서 5일간 배양하였다.10) 배양이 종료된 각 시료로부터 1 mL씩 분석용 시료를 채수한 후 25% Glutaraldehyde용액을 100 μL씩 첨가하여 세균을 고정처리하였다.
두 종류의 각각 다른 탄소원 및 질소원이 함께 주입된 실험에 대해, 탄소원은 Glucose 및 Acetate를 이용하였으며, 총탄소의 농도를 0.5 mgC/L로 설정한 후, 각각의 탄소원을 0.0 : 0.5, 0.2 : 0.3 및 0.5: 0.0의 농도비율로 주입하였다. 질소원은 NHJ-N 및 NOj-N을 이용하였으며, 총질소의 농도를 0.
따라서, 다양한 영양원의 조건과 세균재증식과의 관계에 대한 종합적 검토 등, 세균 재증식의 제어를 위해, 영양원에 대한 다양한 측면에서의 가이드라인적 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Oh12)가 제안한 중족농도(Sufficient nutrient concentration, SNC)의 개념을 도입해, 제시된 충족농도를 기준으로 두종류 혹은 세종류의 영양원을 동시에 제한한 경우, 수돗물 토착 세균 및 Pseudomonas fluorescence Pl7에 대해 세균재증식 억제의 상승효과(Synergy effect)를 분석하였다. 또한 탄소원 및 질소원이 각각 두 종류씩 혼합되어 있는 경우를 상정해 세균의 재증식 특성을 연구하였다.
즉 충족농도는 세균의 재증식 속도가 대상 영양원의 주입농도에 의존하지 않는 최소농도를 의미한다. 또한 도출된 충족농도를 수돗물에서 세균재증식을 억제하기 위하여 허용될 수 있는 최대 농도, 즉 수돗물 공급과정에서 제거되어야 할 각 영양원의 가이드라인치로써 제시하였다. Van der Kooij6)는 수돗물에서 세균재증식을 방지하기 위한 AOC의 가이드라인치로 10 ng actate- C/L을 제시한 바 있다.
따라서 본 연구에서는 Oh12)가 제안한 중족농도(Sufficient nutrient concentration, SNC)의 개념을 도입해, 제시된 충족농도를 기준으로 두종류 혹은 세종류의 영양원을 동시에 제한한 경우, 수돗물 토착 세균 및 Pseudomonas fluorescence Pl7에 대해 세균재증식 억제의 상승효과(Synergy effect)를 분석하였다. 또한 탄소원 및 질소원이 각각 두 종류씩 혼합되어 있는 경우를 상정해 세균의 재증식 특성을 연구하였다. 본 연구에서 세균의 재증식능을 표현하기 위한 방법으로는 BRP법10,13)을 이용하였다.
)에 의해 염색되었다. 세균수는 EPICS ALTRA Flow cytometer (Beckman Coulter Corp.)를 이용하여 측정하였으며, 이때 사용된 필터는 Right angle H음ht scatter (RALS, 488±15 nm)와 Green fluorescence (525±15 nm)를 이용하였다.13~15)
앞서 서술한 방법에 의해 멸균처리된 50 mL시험관에 공경 0.2 μm의 막(지름 47 mm의 Polycarbonate membrane; 120℃에서 15분간 Autoclave 멸균한 후, 초순수 500 mL로 세정한 막)에 의해 제균처리된 초순수를 19 ml也씩 시험관에 넣은 후, 10 mgC/L 당량의 무기영양염류(Table 1)를 첨가하였다.13) 또한 각각의 실험에 있어 주입한 탄소원, 질소원 및 인산염 인의 종류 및 농도는 다음과 같다.
0의 농도비율로 주입하였다. 질소원은 NHJ-N 및 NOj-N을 이용하였으며, 총질소의 농도를 0.3 mgN/L로 설정한 후 각각의 질소원을 0.0:0.3, 0.05 : 0.25 및 0.10: 0.20의 농도비율로 조정하여 주입하였다. 또한 PO43--P를 5 μgP/L의 농도로 전체시료에 주입하였다(Table 3).
충족농도를 기준으로, 탄소, 질소 및 인의 세가지 영양원을 단독 혹은 복수로 동시에 제한할 경우에 대해 세균재증식능의 제어효과를 평가하였다. 실험결과, 세균재 증식능은 충족농도 이상을 만족하는 조건에 비해 영양원이 제한된 조건에서 억제되는 것으로 나타났다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 접종세균은 순수균으로 Pseudomonas fluorescence P17 (ATCC 49642)와 혼합세균으로써 수돗물의 토착세균을 이용하였다. Pseudomonas fluorescence P17 는 Nutrient broth 배지(Peptone : 5.
조건은 Table 2와 같다. 실험에서 사용된 탄소원, 질소원 및 인의 종류는 각각 Glucose, NO3--N 및 PO43--P를 사용하였다.
이론/모형
0)를 이 용해 20±2°C 에서 배양한 후, 적당량을 초순수에 희석한 것을 Pseudomonas fluore scence P17의 접종세균액(세균농도 약 IO, cell/mL)으로 사용하였다. 또한 수돗물의 토착세균은 동경대학 혼고캠퍼스의 수돗물로부터 분리되었으며, 분리과정은 吳 등13)에 의해 개발된 방법에 따랐다.
또한 탄소원 및 질소원이 각각 두 종류씩 혼합되어 있는 경우를 상정해 세균의 재증식 특성을 연구하였다. 본 연구에서 세균의 재증식능을 표현하기 위한 방법으로는 BRP법10,13)을 이용하였다.
본 연구에서는 수돗물에서 세균재증식능을 평가하기 위한 지표로써, Sathasivan 등10)이 개발하고 吳 등13)에 의해 수정 개선된 BRP법을 이용하였다. BRP법은, 수돗물에서 세균재증식능을 측정하기 위해 일반적으로 적용되어 왔던 AOC방법의 단점을 보완하기 위해 개발된 방법으로, 특정지표세 균fluorescens P17 및 Spirillum sp.
성능/효과
그러나 전자의 경우, 높은 농도의 잔류염소를 유지하여도 세균의 재증식이 발생된다는 것이 보고되고 있다.1,2) 또한 잔류염소는 수중의 유기물과 반응하여 인체에 유해한 소독부산물을 생성하는 등, 다른 측면에서의 안전성에 위협이 되고 있으며, 맛이나 냄새 등의 심미적 문제도 유발한다.3,4) 따라서, 최근에는 세균의 재증식에 기여하는 수중의 영양원을 제거하는 방법에 대한 장점이 부각되고 있다.
예를 들면 핀란드의 수돗물에는 매우 높은 농도의 AOC를 포함하고 있으며,9,18,19) 일본 및 호주에서는 수돗물에서 세균의 재증식이 탄소보다는 인에 의해 제한되고 있음이 보고된바 있다.11,20) 이상의 기존 연구결과와 함께, 본 연구에서 도출된 인에 의한 세균재증식능의 억제효과는 수돗물에서 세균 재증식능을 제어하기 위해 영양원을 제한할 경우 다양한 영양원의 효과를 검토하여 결정할 필요가 있으며, 경우에 따라서는 인이 탄소보다 더욱 효과적인 제한인자가 될 수 있음을 나타내는 것으로 판단된다.
NOX는 Glucose와 같은 탄수화물(Polymeric carbohydrates) 보다는 Acetate와 같은 카르복실산(Carboxylic acids) 형태의 탄소원을 선호하는 것으로 알려져 있다.27) 수돗물 토착세균과 Pseudomonas fluorescens P17을 접종균으로써 사용한 본 연구에서는, 우선 탄소원에 대해 Glucose가 탄소원으로써 단독으로 주입한 경우 세균재증식능이 가장 높을 것으로 예상하였다. 그러나 실험 결과 오히려 Glucose가 탄소원으로써 단독으로 주입된 경우가 다른 경우에 비해 상대적으로 가장 낮은 세균재중식능을 기록하였다.
실험결과, 세균재 증식능은 충족농도 이상을 만족하는 조건에 비해 영양원이 제한된 조건에서 억제되는 것으로 나타났다. 그러나 NOJ-N의 농도가 증가할수록 세균재증식능이 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 세균이 요구하는 몰비를 초과하는 NOj-N은 세균의 재증식을 오히려 방해하는 인자로 작용할 수 있는 것으로 판단되었다. 또한 두 가지 이상의 영양원이 동시에 제한될 경우, 세균재증식능의 억제가 더욱 증가되는 상승효과를 관찰할 수 있었으며, 특히 제한 영양원에 인이 포함되어 있는 경우, 상대적으로 더욱 낮은 세균재증식능을 나타내고 있었다.
27) 수돗물 토착세균과 Pseudomonas fluorescens P17을 접종균으로써 사용한 본 연구에서는, 우선 탄소원에 대해 Glucose가 탄소원으로써 단독으로 주입한 경우 세균재증식능이 가장 높을 것으로 예상하였다. 그러나 실험 결과 오히려 Glucose가 탄소원으로써 단독으로 주입된 경우가 다른 경우에 비해 상대적으로 가장 낮은 세균재중식능을 기록하였다. 이와같은 현상은 접종균으로써 사용한 수돗물 토착 세균과 Pseudomonas fluorescens P17에 대해 동일하게 나타났다.
세균은 제한된 영양원의 주입농도가 높아짐에 따라 재중식능이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 급격한 중가패턴은 어떤 농도를 기준으로 상대적으로 완만한 증가패턴으로 바뀌는 것이 관측되었다, 각 영양원에 대해 증가패턴이 바뀌는 농도는 탄소원으로써 주입된 Glucose 및 Acetate가 1.0 mgC/L(또 다른 탄소원인 Humic acids에 대해서는 세균재증식능의 증가가 관측되지 않았기 때문에 충족농도가 정의되지 않았다), 질소원에 대해서는 NH4-1-N 및 NO3--N이 0.5 mgN/L, NO2--N 이 0.3 mgN/L, PO43--P가 10 μgP/L인 것으로 나타났다. 이렇게 증가패턴이 바뀌는 농도를 Oh는 각 영양원에 대한 충족농도로 정의하였다.
전체적인 세균재증식능은 충족농도 이상을 만족하는 조건(C, N, P > SNC)에 비해 영양원이 제한된 조건에서 세균재증식능이 억제되는 것으로 나타났다. 그러나 질소원으로 주입된 NOj-N이 충족농도 이하의 제한요소로 작용할 경우는 세가지의 영양원이 모두 충족농도 이상을 만족하는 경우보다 세균재증식능이 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 또한 두 가지 이상의 영양원이 동시에 제한될 경우, 세균재증식능의 억제가 더욱 증가되는 상승효과(Synergy effbct)를 일으키는 것으로 판단되었다.
그러나 질소원으로 주입된 NOj-N이 충족농도 이하의 제한요소로 작용할 경우는 세가지의 영양원이 모두 충족농도 이상을 만족하는 경우보다 세균재증식능이 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 또한 두 가지 이상의 영양원이 동시에 제한될 경우, 세균재증식능의 억제가 더욱 증가되는 상승효과(Synergy effbct)를 일으키는 것으로 판단되었다. 특히, 제한 영양원에 인이 포함되어 있는 경우, 상대적으로 더욱 낮은 세균재증식능을 나타내었다.
그러나 NOJ-N의 농도가 증가할수록 세균재증식능이 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 세균이 요구하는 몰비를 초과하는 NOj-N은 세균의 재증식을 오히려 방해하는 인자로 작용할 수 있는 것으로 판단되었다. 또한 두 가지 이상의 영양원이 동시에 제한될 경우, 세균재증식능의 억제가 더욱 증가되는 상승효과를 관찰할 수 있었으며, 특히 제한 영양원에 인이 포함되어 있는 경우, 상대적으로 더욱 낮은 세균재증식능을 나타내고 있었다. 따라서 인은 세균재증식능을 조절할 수 있는 새로운 인자로써 중요할 것으로 판단되었다.
이는 상대적으로 높은 질소원의 몰비가 세균의 Glucose섭취를 방해하였거나, NO3--N을 소비하기 위해 요구되는 탄소원으로 Glucose보다는 Acetate가 우선적으로 선호되는 것으로 판단되었다. 또한 질소원에 대해서는 NH4+-N의 존재비율이 높아짐에 따라 세균재증식능이 증가하는 것으로 나타났다.
이어서 Acetate를 단독으로 주입한 경우가 Glucose단독으로 주입한 경우보다 세균재증식능이 높은 것으로 나타났다. 또한 질소원에 대해서는 NHJ-N의 주입비율이 높아짐에 따라 세균재증식능이 증가하는 것으로 나타났다.
본 실험으로부터, 탄소 및 인 등 다른 영양원의 농도 조건이 일정할 경우, 질소원으로 주입된 NOj-N의 농도가 증가할수록 세균재증식능이 오히려 감소하는 것으로 나타났다. 일반적으로 세균은 그들의 대사작용을 위해 탄소, 질소 및 인을 100C: 10N: 1P의 비율로 요구한다.
1에 각 조건에 대한 Pseudomonas fluorescence P17의 재증식능(재증식 속도)을 나타내었다. 세균은 제한된 영양원의 주입농도가 높아짐에 따라 재중식능이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 이러한 급격한 중가패턴은 어떤 농도를 기준으로 상대적으로 완만한 증가패턴으로 바뀌는 것이 관측되었다, 각 영양원에 대해 증가패턴이 바뀌는 농도는 탄소원으로써 주입된 Glucose 및 Acetate가 1.
제어효과를 평가하였다. 실험결과, 세균재 증식능은 충족농도 이상을 만족하는 조건에 비해 영양원이 제한된 조건에서 억제되는 것으로 나타났다. 그러나 NOJ-N의 농도가 증가할수록 세균재증식능이 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 세균이 요구하는 몰비를 초과하는 NOj-N은 세균의 재증식을 오히려 방해하는 인자로 작용할 수 있는 것으로 판단되었다.
3에 수돗물 토착 세균 및 Pseudomonas fluorescens P17 에 대한 재증식능을 나타내었다. 우선 탄소원에 대해서는, Glucose 및 Acetate가 혼재되어 있는 경우가 각각의 탄소원을 단독으로 주입했을 경우보다 세균재증식능이 높게 나타났다. 이어서 Acetate를 단독으로 주입한 경우가 Glucose단독으로 주입한 경우보다 세균재증식능이 높은 것으로 나타났다.
2에 각각의 조건에 대한 수돗물 토착세균 및 Pseudomonas fluorescence P17의 세균재증식능을 나타내었다. 전체적인 세균재증식능은 충족농도 이상을 만족하는 조건(C, N, P > SNC)에 비해 영양원이 제한된 조건에서 세균재증식능이 억제되는 것으로 나타났다. 그러나 질소원으로 주입된 NOj-N이 충족농도 이하의 제한요소로 작용할 경우는 세가지의 영양원이 모두 충족농도 이상을 만족하는 경우보다 세균재증식능이 오히려 증가하는 것으로 나타났다.
질소원에 대한 수돗물 토착세 균과 Pseudomonas fluore scens P17의 재증식 특성은 NH4+-N의주입비율이 높아짐에 따라 세균재증식능이 증가하는 것으로 나타났다. Christophe 등26)은 Pseudomonas fluorescens를 대상으로 한 연구에서 NH4+-N은 세균의 증식에 우선적으로 선호되는 질소원이라고 보고한 바 있다.
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