보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술연구원 Korea Institute Of Science and Technology |
연구책임자 |
임병란
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2004-10 |
과제시작연도 |
2002 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion |
등록번호 |
TRKO200800068104 |
과제고유번호 |
1350003553 |
사업명 |
목적기초연구사업 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
미생물 군집구조.PCR-DGGE.퀴논프로화일.생물학적 처리장치.토양.처리성능.Microbial community structure.Biological wastewater treatment.Quinone profile.PCR-DGGE.Treatment performance.Soil.
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초록
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본 연구에서는 각종기능을 이용한 파괴된 환경생태계의 수복, 오염물질의 제거등을 적절히 수행하기위해서는 오염물질이 생태계에 미치는 영향을 해석한다든지, 목적으로 하는 제해기능을 갖은 미생물의 검색, 기능미생물의 활성을 유지하면서 오염장소 및 오염제거장치에서의 미생물 농축기술개발 할 필요가 있다. 또한 리메디에이션을 실시하는데에 있어서 기인하는 미생물군집
에의 영향을 정량적으로 쾌속히 해석하여, 미생물군집의 변화와 수질 또는 유기물제거성능과의 관계를 분명히 밝힘에 따라 생태계의 변화를 감시, 추적하는 것이 가능하며, 환경생태계보전
본 연구에서는 각종기능을 이용한 파괴된 환경생태계의 수복, 오염물질의 제거등을 적절히 수행하기위해서는 오염물질이 생태계에 미치는 영향을 해석한다든지, 목적으로 하는 제해기능을 갖은 미생물의 검색, 기능미생물의 활성을 유지하면서 오염장소 및 오염제거장치에서의 미생물 농축기술개발 할 필요가 있다. 또한 리메디에이션을 실시하는데에 있어서 기인하는 미생물군집
에의 영향을 정량적으로 쾌속히 해석하여, 미생물군집의 변화와 수질 또는 유기물제거성능과의 관계를 분명히 밝힘에 따라 생태계의 변화를 감시, 추적하는 것이 가능하며, 환경생태계보전 및 생물처리장치의 최적운전관리에 유용한 정보를 제공할 수가 있다.
1차년도에는 토양, 하천 및 호수, 수계퇴적물, 폐수처리장치등의 혼합미생물군집의 공간적, 시간적 변화를 퀴논프로화일법을 이용하여 분명히 밝히고자한다. 2차년도에는 미량유기화학물질이 각각의 장소에 투입되었을 경우, 생태계에 미치는 영향 및 투입된 유기화학물질의 분해능력에 대하여 검토하고자 한다. 또한 앞의 결과를 바탕으로 유기화학물질의 분해능을 가지고 있는
특정미생물의 탐색을 상기의 방법을 병용하여 행하고자 한다. 3차년도에는 상기의 결과를 축적
하여 수권, 지권생태계 변화를 예측하는 모델을 구축한다. 또한 실험실규모에서 오염장소 및 수복상황을 재현시 각종의 조건, 즉 환경압의 조건하에서의 미생물군집구조의 영향과 수복과정을 시간적, 공간적 스케일로서 해석한다.
1) 조류가 함유하고 있는 퀴논의 종 분석
남조류, 규조류, 녹조류등 각각의 균주는 순수배양하여 퀴논분석을 한 결과, 남조류는 VK-1을
우점으로 함유하고 있었으며, 규조류 및 녹조류는 PQ-9를 우점으로 함유하는 것으로 나타났다.
하수처리장 및 정수장의 침전조에서 부착성장하는 조류를 채취하여 유전자적 방법
PCR-DGGE를 분석한 결과 여름에 남조류가 우점하는 현상을 나타내었으며 규조류, 녹조류뿐만 아니라 다양한 미생물도 부착하고 있는 것으로 나타났다.
2) 광미와 주변토양의 미생물군집해석
본 연구에서는 폐광산의 광미와 주변토양을 가지고 최근 혼합배양계내에 미생물의 동태해석을
하기 위한 도구로서 많이 적용하고 있는 quinone profile법을 이용하여 광미와 주변토양의 미생
물군집구조 변화에 대해 알아보고, 광미중의 중금속오염 농도와 수직분포와의 관계를 비교 검토하였다. 광미시료는 과거에 주로 금을 생산한 곳으로 현재는 폐광 상태인 진곡광산(경상북도봉화군)과 신오광산(경상북도 상주시) 주변에서 채취하였고, 주변토양은 광미로부터 1km 떨어진 지점에서 채취하여 실험하였다. 광미에 함유된 총 금속농도 중 최대농도는 62,350 mg/kg
As, 43 mg/kg Cd, 2.7 mg/kg Cr, 599 mg/kg Cu, 51,400 mg/kg Pb, 3,850 mg/kg Zn, 40
mg/kg Fe, 21,400 mg/kg Mn, 7,850 mg/kg Al.로 그 오염정도가 매우 심하였다. 광미와 주변
토양내에 미생물군집구조의 변화를 알아보면, 광미와 주변토양 모두 UK10이 존재비가 높게 나타났다. 유비퀴논과 메나퀴논(UQ/MK)의 몰비는 광미의 경우 메나퀴논이 검출되지 않았으므로 호기성 박테리아만 우점하고 있었고, 주변토양 1, 2지점에서 0.48, 0.73, 지점 3은 1.67으로 1이상으로 나타나 토양내에 그람음성균 즉, 호기성박테리아가 우점하고 있음을 알 수 있었다. 광미의 quinone양은 신오 2지점과 진곡이 65.2 nmol/kg으로 신오 1지점에 3배 정도의 많은 양이
나타났고, 주변토양은 2지점이 65.0 nmol/kg으로 가장 많은 quinone양이 관찰되었다. 퀴논의 군
집구성을 바탕으로 미생물의 다양성지표(DQ)를 계산한 결과 광미는 2~4로 유사하였으나 주변
토양의 미생물 다양성(6~10) 보다는 작았다. 즉, 광미 보다는 주변토양에서 다양한 미생물이
존재하는 것으로 나타났다.
3) Sphingomonas chlorophenolica의 선택성을 높이기 위하여 PCP등을 첨가하여 배양한 후, 배
지위에 나타난 colony 하나씩을 취해 DNA를 추출하고, PCR에서 증폭시켰다. 그리고 전기영동
을 통해 Sphingomonas chlorophenolica임을 확인하였다. 아래의 사진은 PCR산물의 전기영동결
과의 한 예이다. Sphingomonas chlorophenolica와 같은 위치에 밴드가 확인한 것을 Sphingomonas chlorophenolica colony로서 카운트하여 계산에 의해 정량해 보았다. 실제 오염된 장소에 순수균을 주입한 결과 공존하기가 어려운 것을 알았으며 균의 활성을 위해서는 환경조건을 충분히 고려하여 유지시켜주어야 하는 것으로 나타났다.
Abstract
▼
The fractional content of each quinone species in the microbial community, i.e., quinone profile can be used as an significant index to represent the change of microbial population.
PCR is an enzymatic reaction amplified gene in vitro and microbial species in the microbial community can be detect
The fractional content of each quinone species in the microbial community, i.e., quinone profile can be used as an significant index to represent the change of microbial population.
PCR is an enzymatic reaction amplified gene in vitro and microbial species in the microbial community can be detected by PCR using specific primers. Material degradation process performance and mass balance were investigated simultaneously with microbial population.
the aim of this study was to obtain basic information to confirm the optimal operation
conditions of river, lake, arable land and biological treatment by accumulating the
information form these analyses.
1)Quinone analysis of algae (Chlorophyceae, Bacillariaphycea, Cyanobacteria)and
Rhodopseudomonas, Rhodococcus
2)Changes of microbial community structure in connection with organic degradation was
investigated using the quinone profiles and PCR method in the mixed culture and open
system such as biological wastewater treatment process, arable lands, lake and river.
3)From these results, it will be clear that this method was also found to be powerful for
monitoring the change of microbial community structure.
1) The dominant quinone species of the Chlorophyceae, and Bacillariaphycea were
PQ-9(over 75%) and , while those of the Cyanobacteria were VK-1, showing that the
microbial community structure on sedimentation basin in the wastewater treatment differed from that in water treatment.
2) In the present study, Mine Tailings of the abandoned mine mountain and surrounding
soil using quinone profile method that is applying much as a tool to do microbial analysis in the microbial population dynamics and refractory organic matters removal in mixed culture system environment and examined relation with heavy metals pollution density and vertical distribution of Mine Tailings and microorganism throng structure change of
surrounding soil. The mines are located respectively at Bongwha(Jingok mine) and
Sangju(Sino mine) in Korea. The concentrations of arsenic and heavy metals in the mine tailings were extremely high compared to the formlands and control sites: up to 62,350 mg/kg for As, 43 mg/kg for Cd, 2.7 mg/kg for Cr, 599 mg/kg for Cu, 51,400 mg/kg for Pb, 3,850 mg/kg for Zn, 40 mg/kg for Fe, 21,400 mg/kg for Mn, 7,850 mg/kg for Al. The dominant quinone species of the mine tailings were UQ-10 but those of the soils around mine were UQ-10 and MK-7. The microbial diversity of the mine tailings was lower than that of soils around mine. The quinone content decreased remarkably over depth in mine tailing.
3) Biodegradation and Microbial community structure
Results showed that degradation of BTEX compounds by mixed culture and Rhodococcus
ruber did not differ significantly between the two filter media. The respiratory quinone
profile of immobilized microorganisms suggested that Pseudomonas species and
Enterobacter species could be dominant species for BTEX degradation. Both filter media presented here would be a promising biomass carrier for BTEX biodegradation.
Refractory chemical-degrading bacteria species were identified by cluster analysis with repeatedly measured data such as specific degrading rate, mole fraction of quinone species and DGGE bands intensity. The combination technique can be successfully applied to clarify the acclimation of the microbial ecosystem to refractory chemicals or the change of microbial community structure responding to the environmental conditions(DO, Temp. pH).
Such information can be applied for the determination of the appropriate environmental
condition of the treatment process to improve the removal efficiency of refractory
chemicals.
목차 Contents
- Ⅰ. 연구계획 요약문...3
- 1. 국문요약문...3
- Ⅱ. 연구결과 요약문...4
- 1. 국문요약문...4
- 2. 영문요약문...5
- Ⅲ. 연구내용...6
- 1. 서론...6
- 2. 연구방법 및 이론...8
- 3. 결과 및 고찰...24
- 4. 결론...43
- 5. 인용문헌...43
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