[논문]온도변화에 기인한 토양미생물 우점종의 변화에 관한 연구

박갑주; 이병철; 이재석; 박찬선; 조명환

온도변화에 기인한 토양미생물 우점종의 변화에 관한 연구
Dominant-species Variation of Soil Microbes by Temperate Change 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.29 no.1, 2011년, pp.52 - 60

박갑주 (건국대학교 이과대학 생명과학부) , 이병철 (건국대학교 이과대학 생명과학부) , 이재석 (건국대학교 이과대학 생명과학부) , 박찬선 (국립목포대학교 해양자원학과) , 조명환 (건국대학교 이과대학 생명과학부)

초록
AI-Helper

식물과 그 식물의 근권미생물과의 협력관계는 이미 오래전부터 관심을 받아왔고 지구 기후변화에 따라 식물과 그 근권미생물의 생태 및 지구환경에 대한 적응성은 막대한 지장을 받을 것으로 생각되어 왔다. 따라서 지구온난화에 따라 식물뿌리에 서식하는 근권미생물인 토양미 생물의 우점종이 어떻게 변화하는지에 대해 규명하고자 본 실험을 실시하였다. 우선 한국 식물생태계의 대표종인 소나무 (A), 잣나무 (B), 상수리나무 (C), 오리나무 (D) 를 선발하여 각각 실온인 $27^{\circ}C$와 $29^{\circ}C$(실온$+2^{\circ}C$), $31^{\circ}C$(실온$+4^{\circ}C$), $33^{\circ}C$(실온$+6^{\circ}C$)에서 1년 이상 성장시킨 후 이들의 뿌리토양을 무균적으로 채취하여 미생물 screening법과 colony counting을 통하여 각각의 군에서 우점종을 선별한 뒤 16S rRNA 분석에 의해 이들 각각의 우점종을 동정하였다. 그 결과 소나무 $27^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus와 Enterobacter sp. CCBAU 15492, 소나무 $29^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. 210_64와 Enterobacter sp. CCBAU 15492, 소나무 $31^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. 210_64와 Enterobacter ludwigii, 소나무 $33^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. 210_64와 Enterobacter sp. CCBAU 15492, Bacillus marisflavistrain DS6이 검출되었고, 잣나무 $27^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus Q1, Pseudomonas sp. PR1-3, Arthrobacter woluwensisstrain CBU05/5295, 잣나무 $29^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. G3, Pseudomonas sp. PR1-3, Bacillus sp. 210_24, 잣나무 $31^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus Q1, Pseudomonas sp. PR1-3, 잣나무 $33^{\circ}C$에서는 Bacillus coagulans strain, Pseudomo-Dominant-species Change of Soil Microbes 59 nas sp. PR1-3, Chryseobacterium sp. COLI2, 상수리나무 $27^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus strain B1, Pseudomonas putida strain W30, Arthrobacter woluwensis strain CBU05/5295, 상수리나무 $29^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus strain CICC10185, Pseudomonas putida strain W30, 상수리나무 $31^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus strain CG-T2, Pseudomonas sp. W15Feb9B, 상수리나무 $33^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. CCBAU 51490, Arthrobacter woluwensis strain CBU05/5295, 오리나무 $27^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. B18, Pseudomonas sp. PD 16, Enterobacter sp. CCBAU 15492, 오리나무 $29^{\circ}C$에서는 Rhodococcus erythropolis PR4, 오리나무 $31^{\circ}C$에서는 Enterobacter cloacae, Pseudomonas sp. PD 16, 오리나무 $33^{\circ}C$에서는 Bacillus subtilis strain SYH15, Pseudomonas sp. PD16을 우점종으로 동정하였다. 이 중 소나무는 $33^{\circ}C$에서 Bacillus marisflavi strain DS6가 $27{\sim}31^{\circ}C$에서는 발견되지 않다가 온도가 상승함에 따라 출현한 새로운 우점종으로 나타났고 잣나무에서는 $27^{\circ}C$에서 Bacillus cereus Q1, $29^{\circ}C$에서는 Bacillus sp. G3, $31^{\circ}C$에서는 Bacillus cereus Q1 등의 Bacillus속이 주요 우점종으로 나타났으나 온도가 가장 많이 상승한 $33^{\circ}C$에서는 Chryseobacterium sp. COLI2으로 우점종이 변한 것을 확인하였다. 본 실험은 차후 더 다양한 온도에서의 토양미생물 우점종 변화에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료되며 이들 연구결과들이 연계되어 지구온난화와 미생물의 관계, 그리고 새롭게 출현한 토양미생물과 식물간의 관계를 규명하는데 도움이 되는 데이터가 도출 될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Today, the weather is changing continually, due to the progress of global warming. As the weather changes, the habitats of different organisms will change as well. It cannot be predicted whether or not the weather will change with each passing day. In particular, the biological distribution of the areas climate change affects constitutes a major factor in determining the natural state of indigenous plants; additionally, plants are constantly exposed to rhizospheric microorganisms, which are bound to be sensitive to these changes. Interest has grown in the relationship between plants and rhizopheric microorganisms. As a result of this interest we elected to research and experiment further. We researched the dominant changes that occur between plants and rhizospheric organisms due to global warming. First, we used temperature as a variable. We employed four different temperatures and four different sites: room temperature ($27^{\circ}C$), $+2^{\circ}C$, $+4^{\circ}C$, and $+6^{\circ}C$. The four different sites we used were populated by the following species: Pinus deniflora, Pinus koraiensis, Quercus acutissima, and Alnus japonica. We counted colonies of these plants and divided them. Then, using 16S rRNA analysis we identified the microorganisms. In conclusion, we identified the following genera, which were as follows: 10 species of Bacillus, 2 Enterobacter species, 4 Pseudomonas species, 1 Arthrobacter species, 1 Chryseobacterium species, and 1 Rhodococcus species. Among these genera, the dominant species in Pinus deniflora was discovered in the same genus, but a different species dominated at $33^{\circ}C$. Additionally, that of Pinus koraiensis changed in both genus and species which changed into the Chryseobacrterium genus from the Bacilus genus at $33^{\circ}C$.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그 환경요인들은 매우 다양하지만 기상조건(기온, 강수량, 일조시수), 식생, 토양조건(이화학성) 등에 영향을 받는다. 따라서 본 연구는 심각하게 진행되고 있는 지구온난화에 의해서 다양한 토양미생물이 그들의 삶에 어떠한 영향을 받는가를 조사하기 위해 한국의 식물생태계에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있는 대표종인 소나무(A), 잣나무(B), 상수리나무(C), 오리나무(D)를 선발하였다. 이 수목들을 선정한 이유로 소나무(Pinus densiflora)는 우리나라, 중국 동북지방의 압록강 연안, 산둥반도 그리고 일본의 시코쿠, 큐슈, 혼슈 등 북위 37~38°사이에서 가장 많이 나타나는 수종으로, 수직적 공간분포는 제주도의 경우 1,200~1,800 m에 출현하며 강원도 화악산과 함경도 추애산 등에서는 1,300 m가 그 분포한계선이며 북위 40°이북에서는 분포한계선이 900 m 이하로 나타난다.
식물과 그 식물의 근권미생물과의 협력관계는 이미 오래전부터 관심을 받아왔고 지구 기후변화에 따라 식물과 그 근권미생물의 생태 및 지구환경에 대한 적응성은 막대한 지장을 받을 것으로 생각되어 왔다. 따라서 지구온난화에 따라 식물뿌리에 서식하는 근권미생물인 토양미생물의 우점종이 어떻게 변화하는지에 대해 규명하고자본 실험을 실시하였다. 우선 한국 식물생태계의 대표종인 소나무(A), 잣나무(B), 상수리나무(C), 오리나무(D)를 선발하여 각각 실온인 27℃와 29℃ (실온+2℃), 31℃(실온+4℃), 33℃ (실온+6℃)에서 1년 이상 성장시킨 후 이들의 뿌리토양을 무균적으로 채취하여 미생물 screening법과 colony counting을 통하여 각각의 군에서 우점종을 선별한 뒤 16S rRNA 분석에 의해 이들 각각의 우점종을 동정하였다.
2005). 따라서 한국의 식물생태계에서 중요한 위치를 차지하고 있는 이들 4종의 한국 대표 수목을 이용하여 지구의 온도 상승에 따라 이들 4종 식물의 뿌리에 거주하고 있는 토양미생물의 우점종이 어떻게 변화하는지에 대한 연구를 실시하였다.
본 연구는 가속화하고 있는 지구온난화에 따른 기온상승에 대해 한국자생수목인 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 뿌리에 서식하는 토양미생물 우점종이 어떻게 변화하는가를 측정하기 위해 실시한 실험으로 실온에서 최대 +6℃까지 조절할 수 있는 온실 house에서 실험을 실시하였다. 따라서 한국의 6월 평균기온인 27℃를 기준으로하여 각각 2℃씩 온도가 상승한 비닐하우스를 제작하였다.
극단적인 기후변화처럼 눈에 보이는 것부터 온도변화에 따른 미세한 변화까지 그 영향은 실로 크다. 본 연구는 지구온난화의 영향에 의한 눈에 보이지 않는 변화에 대한 것으로 토양 미생물에 초점을 맞추었다. 그 이유는 생태계는 생물이 존재하여야 하며, 생태계가 정상적으로 유지되기 위해서는 물질순환이 효율적으로 진행되어야 하는데, 이 과정에서 토양미생물이 깊이 관여하고 있기 때문이다.

제안 방법

Genomic DNA의 추출 및 정제를 위해 G-spinTM Genomic DNA extraction kit (iNtRONInc., U.S.A)을 사용하였고, DNA purification을 위하여 QIAquick®PCR purification kit250 (QIAGEN, U.S.A)을사용하였으며, DNA 분자의 전기영동확인을 위해 1 kbDNA Ladder (Invitrogen, U.S.A)를 marker로 사용하였고 Ethidium bromide (Sigma Inc., U.S.A) 및 Blue/Orange 6x Loading Dye (Promega Inc., U.S.A)를 사용하였다.
실시 결과, 오리나무군 D-29를 제외하고는 모든 PCR product가 확인되었다. PCR product가 나오지 않은 D-29의 결과를 얻어내기 위하여 이 균이 토양 미생물이라는 점을 감안해 토양에 널리 분포하는 Bacillus속에 특이적으로 결합하는 B16S ribosomal DNA primer를 사용하여 PCR product를 얻어냈다. 이때는 primer가 달라졌기 때문에 annealing temperate를 57℃에서 60℃로 변경하여 실험을 실시하였으며 16S ribosomal DNA primer와 B16Sribosomal DNA primer의 sequence는 Table 2에 나타내었다.
PCR product에서 smaple의 순수 DNA를 분리하기 위하여 QIAquick®PCR purification kit250 (QIAGEN, U.S.A)을 사용하여 PCR product를 정제하였다.
W 16μL, 준비된 genomic DNA 2 μL를 분주하여 PCR을 실시하였고 PCR의 반응조건은 Table 1과 같다. PCR을 진행한 후 PCR product의 증폭 여부를 확인하기 위해 1.5% agarose gel에서 전기영동(110 V, 30 min)을 실시하였다. 실시 결과, 오리나무군 D-29를 제외하고는 모든 PCR product가 확인되었다.
오리나무는 2007년 10월에 상주시 화덕면 판교리의 채취허가지역에서 굴취한 후 노지에서 생육한 개체이고, 소나무와 상수리나무는 국립산림품종관리센터에서 2006년 10월에 분양 받아 배양토에 파종한 후 포장에서 생육한 개체이며, 잣나무는 2003년 11월 국립산림품종관리센터에서 분양을 받아 노지에서 생육한 개체이다. 관리를위해 연 2회 잘록병과 진딧물 농약을 살포하였으며, 비료로는 N : P : K 20 : 20 : 20 관주용 비료를 사용하였고, 토양은 배양토로 일괄처리 하였다.
그 후 10-1부터 10-6까지 희석한 sample들을 NA배지(DifcoInc, U.S.A)에 100 μL씩 분주하여 spreading한 후 37°Cincubator에서 24시간 배양하였다.
따라서 Premix PCR tube에 10 pmol로 희석한 16S ribosomal DNA primer f/r을 각각 1 μL씩 분주한 후 Ultra D.W 16μL, 준비된 genomic DNA 2 μL를 분주하여 PCR을 실시하였고 PCR의 반응조건은 Table 1과 같다.
본 연구는 가속화하고 있는 지구온난화에 따른 기온상승에 대해 한국자생수목인 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 뿌리에 서식하는 토양미생물 우점종이 어떻게 변화하는가를 측정하기 위해 실시한 실험으로 실온에서 최대 +6℃까지 조절할 수 있는 온실 house에서 실험을 실시하였다. 따라서 한국의 6월 평균기온인 27℃를 기준으로하여 각각 2℃씩 온도가 상승한 비닐하우스를 제작하였다. 즉, 실온인 27℃, 29℃ (실온+2℃), 31℃ (실온+4℃), 33℃ (실온+6℃)로 setting 해놓은 4개의 site에서 1년 이상 생장해온 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 토양미생물을 screening하여 colony counting을 통하여 각 site에서 우점종을 선별한 뒤 16S rRNA 분석에 의해 동정하였고, 그 결과 Bacillus속 10종, Enterobacter속 2종, Pseudomonas속 4종, Arthrobacter속 1종, Chryseobacterium속 1종, Rhodococcus속 1종등총 19종을 동정하였다.
A)에 100 μL spreading하여 37℃ incubator에서 20시간 배양하였다. 배양 후 생성된 colony들을 외부 형태적 특성과 현미경을 이용한 균의 형태관찰을 통해 분류하여 각각의 온도별로 우점종이라 생각되는 것을 따로 멸균된 needle로 채취하여 LB 배지(Bacto Inc, U.S.A)에서 37℃, 20시간 배양하였다. 배양된 균을 다시 NA배지(Difco Inc, U.
A)에 100 μL씩 분주하여 spreading한 후 37°Cincubator에서 24시간 배양하였다. 배양 후 생성된 colony를 외부 형태적 특성과 현미경을 이용한 균의 형태 검사를 고려하여 분류하였고 각각의 다른 균을 따로 멸균된 needle로 채취하여 LB배지(Bacto Inc, U.S.A)에 배양하였다. 배양된 균을 다시 NA배지(Difco Inc, U.
A)에 배양하였다. 배양된 균을 다시 NA배지(Difco Inc, U.S.A)에 streaking하여 배양한 후 균의 동정실험을 실시하였다.
A)에서 37℃, 20시간 배양하였다. 배양된 균을 다시 NA배지(Difco Inc, U.S.A)에 streaking하여 하나의 균종인지 확인한 후 균주의 동정을 실시하였다. 이때 A-27군과 A-29군, A-31군에서는 각각 2개의 우점종균이 검출되어 이들을 각각 A-27-1, A-27-2, A-29-1,A-29-2, A-31-1.
그중 하나는 세균의 외부적인 형태나 염색의 특징 또는 포자 형성이나 운동성, 화학적 물질에 대한 반응 등을 보는 생화학적 동정 법을 통한 동정이고 다른 방법은 대상 균주에서 DNA를 추출하여 염기 서열 확인을 통한 균 동정법이다. 본 실험의 경우 DNA 염기 서열 조사를 통한 균 동정을 우선 실시 하기로 하였다. 즉, 균주의 우점종 확인 후에 각각의 균주의 genomic DNA를 추출하였고 이들 각각의 genomic DNA에 대해 PCR을 실시하여 균 동정에 필요한 최종 product를 얻어냈다.
분리 균주의 genomic DNA는 G-spinTM Genomic DNA extraction kit (iNtRON Inc., U.S.A)를 사용하여 분리하였다. NA배지에 도말한 균주를 니들로 채취하여 100 μL의 3차 증류수가 담겨있는 E-tube에 희석하였다.
분리된 genomic DNA를 이용하여 PCR을 진행하였다. PCR에 사용된 primer는 16S ribosomal DNA primer를 채택 하였다.
소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무를 각각 A, B, C, D로 분류하고 2009년 2월 이들 각각을 27℃ (실온), 29℃(실온+2℃), 31℃ (실온+4℃), 33℃ (실온+6℃)로 온도가 setting된 비닐하우스에 이식하여 성장시켰다. 이식된 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무는 7개월 간 비닐하우스에서 성장하였고 2009년 8월 각각의 비닐하우스의 토양을 채취하여 토양미생물을 채취하는 시료로 사용하였다.
따라서 지구온난화에 따라 식물뿌리에 서식하는 근권미생물인 토양미생물의 우점종이 어떻게 변화하는지에 대해 규명하고자본 실험을 실시하였다. 우선 한국 식물생태계의 대표종인 소나무(A), 잣나무(B), 상수리나무(C), 오리나무(D)를 선발하여 각각 실온인 27℃와 29℃ (실온+2℃), 31℃(실온+4℃), 33℃ (실온+6℃)에서 1년 이상 성장시킨 후 이들의 뿌리토양을 무균적으로 채취하여 미생물 screening법과 colony counting을 통하여 각각의 군에서 우점종을 선별한 뒤 16S rRNA 분석에 의해 이들 각각의 우점종을 동정하였다. 그 결과 소나무 27℃에서는 Bacillus cereus와 Enterobacter sp.
이때 각각의 군은 27℃의 비닐하우스에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-27, 29℃에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-29, 31℃에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-31, 33℃에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-33으로 표시하였고, 27~33℃의 비닐하우스에서 성장시킨 잣나무의 토양미생물군을 각각 B-27,B-29, B-31, B-33, 27~33℃의 비닐하우스에서 성장시킨 상수리나무의 토양미생물군을 각각 C-27, C-29, C-31, C33, 27~33℃의 비닐하우스에서 성장시킨 오리나무의 토양미생물군을 각각 D-27, D-29, D-31, D-33로 군분류하였다. 이들총 16개의 군에서 각각 3번씩 총 48개의 토양 시료를 채취하였다.
A)와 Genome Sequencer FLX (Roche, Switzerland)를 이용하여 sequencing을 실시한 후 전체 염기서열 분석결과를 얻어내었다. 이렇게 얻어진 염기서열 결과를 BLAST serch program(http://www.ncbi.nih.gov)을 사용하여 분석한 후 최종적으로 각각의 미생물을 동정하였다. 이로써 분리한 미생물이 어떤 종에 속하는지 알아낼 수 있게 되었으며 우점종을 파악하였다.
gov)을 사용하여 분석한 후 최종적으로 각각의 미생물을 동정하였다. 이로써 분리한 미생물이 어떤 종에 속하는지 알아낼 수 있게 되었으며 우점종을 파악하였다.
전기영동으로 확인된 정제된 PCR product는 3730xlDNA Analyzer (Applied Biosystems, U.S.A)와 Genome Sequencer FLX (Roche, Switzerland)를 이용하여 sequencing을 실시한 후 전체 염기서열 분석결과를 얻어내었다. 이렇게 얻어진 염기서열 결과를 BLAST serch program(http://www.
이 column을 다시 실온에서 10분간 건조시킨 후 centrifuge (13,000 rpm, 2 min)를 실시하여 정제된 DNA를 얻어냈다. 정제된 순수 DNA는 전기영동을 통해 최종 확인하였다.
본 실험의 경우 DNA 염기 서열 조사를 통한 균 동정을 우선 실시 하기로 하였다. 즉, 균주의 우점종 확인 후에 각각의 균주의 genomic DNA를 추출하였고 이들 각각의 genomic DNA에 대해 PCR을 실시하여 균 동정에 필요한 최종 product를 얻어냈다. PCR을 위해 사용된 primer는 대부분의 균이 16S ribosomal DNA라는 primer 부착 염기서열을 가지고 있다는 점을 이용하여 이곳에 부착할 수 있는 16S ribosomal DNA primer를 사용하였다.
채취된 시료들은 멸균된 증류수를 이용하여 10-1~10-6까지 계단희석하였고 각각의 희석된 sample들을 NA배지(Difco Inc, U.S.A)에 100 μL spreading하여 37℃ incubator에서 20시간 배양하였다.

대상 데이터

A-27, A-29, A-31, A-33 및 B-27, B-29, B-31, B-33 및 C27, C-29, C-31, C-33, 그리고 D-27, D-29, D-31, D-33로 군 분류한 총 16개의 군에서 각각 3번씩 총 48개의 토양 시료를 채취하였다. 채취된 시료들은 멸균된 증류수를 이용하여 10-1~10-6까지 계단희석하였고 각각의 희석된 sample들을 NA배지(Difco Inc, U.
분리된 genomic DNA를 이용하여 PCR을 진행하였다. PCR에 사용된 primer는 16S ribosomal DNA primer를 채택 하였다. 그 이유는 거의 대부분의 균은 공통된 primer 부착 염기서열인 16S ribosomal DNA 부분을 가지고 있기 때문에 이곳에 primer를 부착하여 DNA를 증폭 시킨 후 증폭된 DNA의 염기서열을 분석하여 각각의 균주의 종을 동정할 수 있기 때문이다(Amin et al.
즉, 균주의 우점종 확인 후에 각각의 균주의 genomic DNA를 추출하였고 이들 각각의 genomic DNA에 대해 PCR을 실시하여 균 동정에 필요한 최종 product를 얻어냈다. PCR을 위해 사용된 primer는 대부분의 균이 16S ribosomal DNA라는 primer 부착 염기서열을 가지고 있다는 점을 이용하여 이곳에 부착할 수 있는 16S ribosomal DNA primer를 사용하였다. 이 PCR product에 대해 DNA purification을 실시하여 순수한 DNA를 추출하였고 이를 electrophoresis (1.
본 실험에 사용된 토양시료는 건국대학교 과학관 주변의 숲에서 채취하였고 실험에 사용된 식물로는 한국을 대표하는 4개의 자생수목인 소나무(3년생), 잣나무(7년생), 상수리나무(3년생), 오리나무(2년생)를 사용하였다. 오리나무는 2007년 10월에 상주시 화덕면 판교리의 채취허가지역에서 굴취한 후 노지에서 생육한 개체이고, 소나무와 상수리나무는 국립산림품종관리센터에서 2006년 10월에 분양 받아 배양토에 파종한 후 포장에서 생육한 개체이며, 잣나무는 2003년 11월 국립산림품종관리센터에서 분양을 받아 노지에서 생육한 개체이다.
이때 각각의 군은 27℃의 비닐하우스에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-27, 29℃에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-29, 31℃에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-31, 33℃에서 성장시킨 소나무의 토양미생물군을 A-33으로 표시하였고, 27~33℃의 비닐하우스에서 성장시킨 잣나무의 토양미생물군을 각각 B-27,B-29, B-31, B-33, 27~33℃의 비닐하우스에서 성장시킨 상수리나무의 토양미생물군을 각각 C-27, C-29, C-31, C33, 27~33℃의 비닐하우스에서 성장시킨 오리나무의 토양미생물군을 각각 D-27, D-29, D-31, D-33로 군분류하였다. 이들총 16개의 군에서 각각 3번씩 총 48개의 토양 시료를 채취하였다. 토양시료를 채취하였을 때의 비닐하우스 외부 실온은 27℃였으며, 모종삽을 이용하여 수목 뿌리 주변의 깊이 5 cm 이상의 토양을 채취하였고, 채취 시에는 멸균된 모종삽과 멸균된 sample 수거용 위생팩을 사용하였다.
소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무를 각각 A, B, C, D로 분류하고 2009년 2월 이들 각각을 27℃ (실온), 29℃(실온+2℃), 31℃ (실온+4℃), 33℃ (실온+6℃)로 온도가 setting된 비닐하우스에 이식하여 성장시켰다. 이식된 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무는 7개월 간 비닐하우스에서 성장하였고 2009년 8월 각각의 비닐하우스의 토양을 채취하여 토양미생물을 채취하는 시료로 사용하였다.
토양 미생물 균주의 배양을 위하여 Nutrient-Agar (NA:Difco Inc, U.S.A)배지 및 Nutrient Broth (NB; Difco Inc, U.S.A)배지를 사용하였다. 균주의 보존은 NB에 glycerol이 20% 되도록 조성하여 사용하였으며 -70℃ Deep Freezer에 보관하여 사용하였다.
이들총 16개의 군에서 각각 3번씩 총 48개의 토양 시료를 채취하였다. 토양시료를 채취하였을 때의 비닐하우스 외부 실온은 27℃였으며, 모종삽을 이용하여 수목 뿌리 주변의 깊이 5 cm 이상의 토양을 채취하였고, 채취 시에는 멸균된 모종삽과 멸균된 sample 수거용 위생팩을 사용하였다.

이론/모형

토양 미생물을 분리하기 위해 saline 희석법을 사용하였다. 각 site에서 채취한 토양 5 g을 saline 50 mL에 넣어 Vortex (VISION CO.

성능/효과

210_64 (A-33-1)와 Enterobacter sp. CCBAU 15492 (A-33-2), Bacillus marisflavi strain DS6 (A-33-3)가 각각 우점종으로 확인되어 각 온도별로 Bacillus와 Enterobacter속이 우점종임이 확인 되었고, 그러나 특이하게 33℃에서는 새롭게 나타난 Bacillus marisflavi strain DS6가 우점종으로 발견되었다. 이 종은 colony 상태에서 외형적으로 두 개의 우점종과는 다르게 노란색을 띠고 있었다.
W15Feb9B (C-31-2), 33℃에서는 Bacillus sp. CCBAU 51490 (C-33-1)와 Arthrobacter woluwensis strain CBU05/5295 (C-33-2), 각 온도별로 Arthorobacter, Bacillus속이 우점종으로 확인되었다.
PR1-3 (B-33-2), Chryseobacterium sp. COLI2 (B-33-3), 각 온도별로 Pseudomonas와 Bacillus속이 우점종으로 확인되었고, 27℃에서 Arthorobacter속이 1종 확인되었으며, 33℃에서는 새로운 우점종으로 Chryseobacteriumsp. COLI2가 발견되었다.
G3, 31℃에서는 Bacillus cereus Q1 등의 Bacillus속이 주요 우점종으로 나타났으나 온도가 가장 많이 상승한 33℃에서는 Chryseobacterium sp. COLI2으로 우점종이 변한 것을 확인하였다. 본 실험은 차후 더 다양한 온도에서의 토양미생물 우점종 변화에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료되며 이들 연구결과들이 연계되어 지구온난화와 미생물의 관계, 그리고 새롭게 출현한 토양미생물과 식물간의 관계를 규명하는데 도움이 되는 데이터가 도출 될 것으로 기대된다.
PD 16 (D31-2), 33℃에서는 Bacillus subtilis strain SYH15 (D-33-1)와 Pseudomonas sp. PD 16 (D-33-2), 각 온도별로 Enterobacter, Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus속의 4종의 우점종이 고루 확인되었다.
결론적으로, 이번 연구를 통하여 지구온난화로 인한 기온상승으로 토양미생물의 우점종 변화의 가능성을 확인하였다. 한국의 대표적인 자생수목인 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 뿌리에 서식하는 토양미생물들은 온도의 증가에 따라 개체수의 증감을 보였고, 새롭게 출현하는 우점종이 발견되는 등 온도변화에 의한 토양미생물 우점종 변화의 가능성을 충분히 보여주었다.
C-27군에서는 3개의 우점종균이 검출되어 C-27-1, C-27-2, C-27-3이라 명명하였고, C-29, C-31, C-33군에서는 각각 2개의 우점종이 검출되어 이들 역시 C-29-1, C-29-2, C-31-1, C-31-2, C-33-1, C-33-2라 명명하였다. 마지막으로 D-27군에서는 3개의우점종균이 검출되어 D-27-1, D-27-2, D-27-3으로 명명하였고, D-29군에서는 하나의 우점종균이 검출되어 D-29-1로 D-31과 D-33군에서는 각각 2개의 우점종균이 검출되어 이들 역시 각각 D-31-1, D-31-2, D-33-1, D-33-2로 명명하였다.
하지만 일부 미생물들이 온도가 증가하면서 개체수(colony)가 증가하거나 또는 감소하는 경향을 보였다. 소나무의 Enterobacter속 미생물과 상수리나무의 Arthrobacter속 미생물은 온도가 증가함에 따라 개체수가 소폭 증가하는 경향을 보였다. 이는 차후 더 높은 온도에서 추가 실험을 통하여 온도가 Enterobacter속과 Arthrobacter속 미생물의 개체수 증가에 미치는 영향에 대해 확인하는 연구가 필요 할 것으로 사료된다.
5% agarose gel에서 전기영동(110 V, 30 min)을 실시하였다. 실시 결과, 오리나무군 D-29를 제외하고는 모든 PCR product가 확인되었다. PCR product가 나오지 않은 D-29의 결과를 얻어내기 위하여 이 균이 토양 미생물이라는 점을 감안해 토양에 널리 분포하는 Bacillus속에 특이적으로 결합하는 B16S ribosomal DNA primer를 사용하여 PCR product를 얻어냈다.
실험결과, 잣나무를 제외한 나머지 수목의 토양미생물은 우점종의 변화가 뚜렷하게 발견되지 않았다. 하지만 일부 미생물들이 온도가 증가하면서 개체수(colony)가 증가하거나 또는 감소하는 경향을 보였다.
이 수목들을 선정한 이유로 소나무(Pinus densiflora)는 우리나라, 중국 동북지방의 압록강 연안, 산둥반도 그리고 일본의 시코쿠, 큐슈, 혼슈 등 북위 37~38°사이에서 가장 많이 나타나는 수종으로, 수직적 공간분포는 제주도의 경우 1,200~1,800 m에 출현하며 강원도 화악산과 함경도 추애산 등에서는 1,300 m가 그 분포한계선이며 북위 40°이북에서는 분포한계선이 900 m 이하로 나타난다.
따라서 한국의 6월 평균기온인 27℃를 기준으로하여 각각 2℃씩 온도가 상승한 비닐하우스를 제작하였다. 즉, 실온인 27℃, 29℃ (실온+2℃), 31℃ (실온+4℃), 33℃ (실온+6℃)로 setting 해놓은 4개의 site에서 1년 이상 생장해온 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 토양미생물을 screening하여 colony counting을 통하여 각 site에서 우점종을 선별한 뒤 16S rRNA 분석에 의해 동정하였고, 그 결과 Bacillus속 10종, Enterobacter속 2종, Pseudomonas속 4종, Arthrobacter속 1종, Chryseobacterium속 1종, Rhodococcus속 1종등총 19종을 동정하였다.
결론적으로, 이번 연구를 통하여 지구온난화로 인한 기온상승으로 토양미생물의 우점종 변화의 가능성을 확인하였다. 한국의 대표적인 자생수목인 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 뿌리에 서식하는 토양미생물들은 온도의 증가에 따라 개체수의 증감을 보였고, 새롭게 출현하는 우점종이 발견되는 등 온도변화에 의한 토양미생물 우점종 변화의 가능성을 충분히 보여주었다. 본 실험의 데이터를 기초로하여 보다 더 높은 온도에서의 추가적인 실험을 실시하여 토양미생물의 최종적인 우점종 변화를 확인할 필요가 있을 것으로 사료된다.

후속연구

COLI2으로 우점종이 변한 것을 확인하였다. 본 실험은 차후 더 다양한 온도에서의 토양미생물 우점종 변화에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료되며 이들 연구결과들이 연계되어 지구온난화와 미생물의 관계, 그리고 새롭게 출현한 토양미생물과 식물간의 관계를 규명하는데 도움이 되는 데이터가 도출 될 것으로 기대된다.
한국의 대표적인 자생수목인 소나무, 잣나무, 상수리나무, 오리나무의 뿌리에 서식하는 토양미생물들은 온도의 증가에 따라 개체수의 증감을 보였고, 새롭게 출현하는 우점종이 발견되는 등 온도변화에 의한 토양미생물 우점종 변화의 가능성을 충분히 보여주었다. 본 실험의 데이터를 기초로하여 보다 더 높은 온도에서의 추가적인 실험을 실시하여 토양미생물의 최종적인 우점종 변화를 확인할 필요가 있을 것으로 사료된다.
소나무의 Enterobacter속 미생물과 상수리나무의 Arthrobacter속 미생물은 온도가 증가함에 따라 개체수가 소폭 증가하는 경향을 보였다. 이는 차후 더 높은 온도에서 추가 실험을 통하여 온도가 Enterobacter속과 Arthrobacter속 미생물의 개체수 증가에 미치는 영향에 대해 확인하는 연구가 필요 할 것으로 사료된다. 특히 Enterobacter속 미생물은 장내세균과에 속하는 그람음성간균으로 물, 토양, 분변 등 일상생활 중 흔히 접할 수 있는 환경에 분포하고 있으며, 병원감염의 주요 원인균으로서 사람에서 가장 흔히 질병을 일으키는 병원체로 알려져 있기 때문에 주목해야할 필요가 있다고 생각된다(Sanders and Sanders 1997; Abbott 1999).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한국의 식물생태계에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있는 대표하는 수목 종은 무엇이 있나요?	그 환경요인들은 매우 다양하지만 기상조건(기온, 강수량, 일조시수), 식생, 토양조건(이화학성) 등에 영향을 받는다. 따라서 본 연구는 심각하게 진행되고 있는 지구온난화에 의해서 다양한 토양미생물이 그들의 삶에 어떠한 영향을 받는가를 조사하기 위해 한국의 식물생태계에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있는 대표종인 소나무(A), 잣나무(B), 상수리나무(C), 오리나무(D)를 선발하였다. 이 수목들을 선정한 이유로 소나무(Pinus densiflora)는 우리나라, 중국 동북지방의 압록강 연안, 산둥반도 그리고 일본의 시코쿠, 큐슈, 혼슈 등 북위 37~38°사이에서 가장 많이 나타나는 수종으로, 수직적 공간분포는 제주도의 경우 1,200~1,800 m에 출현하며 강원도 화악산과 함경도 추애산 등에서는 1,300 m가 그 분포한계선이며 북위 40°이북에서는 분포한계선이 900 m 이하로 나타난다.
	토양미생물은 어떤 환경요인에 영향을 받나요?	토양미생물들의 경우도 그 생존은 환경과 밀접한 관련이 있다고 단정할 수 있을 것이다. 그 환경요인들은 매우 다양하지만 기상조건(기온, 강수량, 일조시수), 식생, 토양조건(이화학성) 등에 영향을 받는다. 따라서 본 연구는 심각하게 진행되고 있는 지구온난화에 의해서 다양한 토양미생물이 그들의 삶에 어떠한 영향을 받는가를 조사하기 위해 한국의 식물생태계에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있는 대표종인 소나무(A), 잣나무(B), 상수리나무(C), 오리나무(D)를 선발하였다.
	토양미생물 연구는 어떤 특징을 가지고 있나요?	그러나 토양미생물 연구는 다른 연구와 달라서 직접육안으로 확인할 수 없고 토양에서의 환경조건의 변동에 따라 극적으로 영향을 받고 그 균종의 양과 질이 극적으로 변동할 수 있기 때문에 예측이 어려우며, 실험 방법도배양을 통하여 간접적으로 그 변동양상을 검토해야 하며 현재까지 개발된 그 어떤 배지도 완벽하지 않아서 실제로 토양 중에 존재하는 미생물 종의 수 %만을 반영하는 등 어려움이 많은 특징이 있다(Yoon 2008).

참고문헌 (17)

김윤식, 고성철, 오병운. 1981. 한국식물의 분포도에 관한 연구(V). 참나무과의 분포도. 고려대학교 이론공집. pp.93-133.
산림청. 1999. 산림입지조사요령.
임업연구원. 1999. 소나무 소나무림. 임업연구원.
정태현, 이우철. 1965. 한국삼림식물대 및 적지적수론. 성균관대학교논문집. 10:329-435.
Abbott S. 1999. Klebsiella pneumoniae, Enterobacter, Citrobacter, and Serratia. Manual of Clinical Microbiology. 7th ed. American Society for Microbiology Press., Washington D.C. pp. 475-482.
Amin El, HS Hanson, B Petterson, B Petrini and LV Von Stedingk. 2000. Identification of non-tuberculous mycobacteria: 16S rRNA gene sequence analysis vs. conventional methods. Scand J Infect Dis 32:47-50.
Brandsch R. 2006. Microbiology and biochemistry of nicotine degradation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 69:493-498.

상세보기
Chang HW, JW Bae, YD Nam, HY Kwon, JR Park, KS Shiin, KH Kim, ZX Quan, SK Rhee, KG An and YH Park. 2007. Arthrobacter subterraneus. sp. nov., isolated from deep subsurface water of the south coast of Korea. J. Microbiol. Biotechnol. 17:1875-1879.

원문보기 상세보기
Choi MY. 2003. Microbial Diversity on an Industrialized and Agricultural District. Department of Biotechnology and Chemical Engineering Graduate School Yosu National University. pp.2-3.
Dunbar J, S Takara, SM Barns, JA Davis and CR Kuske. 1999. Levels of bacterial community diversity in four arid soils compared by cultivation and 16S rRNA gene cloning. Appl. Environ. Microbiol. 65:1662-1669.

상세보기
Houghton J. 2007. Global Warming. Hanul Academy.
Kuroyanagi M, M Simomae, Y Nagashima, M Muto, T Okuda, N Kawahara, T Nakane and T Sano. 2005. New diarylheptaniods from Alnus Japonica and their antioxidative activity. Chem. Pharm, Bull. 53:1519-1523.

상세보기
Lee JS, KC Lee and Bae KS. 2003. Arthrobacter koreensis sp. nov., a novel alkalitolerant bacterium from soil. int. J. Syst. Evol. Microbiol. 53:1277-1280.
Mantelin S and B Touraine. 2004. Plant growth-promoting bacteria and nitrate availability: impacts on root development and nitrate uptake. J. Exp. Bot. 55:27-34.

상세보기
Sanders WE Jr. and CC Sanders. 1997. Enterobacter spp.: pathogens poised to flourish at the turn of the century. Clin. Microbiol. Rev. 10:220-241.

상세보기
Xu Z, H Dai and X Li. 1986. Rational management of broadleaved Pinus Koraiensis (korean pine) forest and improvement of woodland productivity in north-east China. The Temperate Forest Ecosystem. Institute of Terrestrial Ecology. National Environment Research Council. pp.59-67.
Yoon SY. 2008. Microbiological Diversity of Highland and Development of Biological Assessment Technology. Rural Development Administration. pp.1-3.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증