보고서 정보
주관연구기관 |
인제대학교 Inje University |
연구책임자 |
이진애
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참여연구자 |
권오섭
,
권재현
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2003-10 |
과제시작연도 |
2002 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion |
등록번호 |
TRKO200900070755 |
과제고유번호 |
1350022231 |
사업명 |
목적기초연구사업 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
남조류대발생.대발생조기판정.Microcystis.남조류용균세균.cyanobacteria.활성탄흡착.microcystin제거기술.응집/침전.부상여재여과.cyanobacterial bloom.early judgement of blooms.Microcystis.algae-lysis-bacteria.cyanobacteria.Activated Carbon.cyanotoxin removal.Coagulation/Settling.Floating media filtration.
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초록
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1) 남조류와 남조독소 거동 및 남조대발생의 조기판정 기법을 탐색한다.
2) 남조류 용균세균을 분리하고 그 특성을 규명한다.
3) Microcyatin의 효율적으로 제거할 수 있는 기술을 개발한다.
I. 남조류와 남조독소 거동 및 남조대발생의 조기판정 기법을 탐색
1) 남조의 분류체계 확립 및 개체군과 독소의 변동 조사 2) 환경요인과 생장 및 독소생성의 상관성 조사 3) 남조류 색소분석 및 in vivo fluorescence 특성 조사
II. 남조류 용균세균의 분리 및 특성
1) 남조류 용
1) 남조류와 남조독소 거동 및 남조대발생의 조기판정 기법을 탐색한다.
2) 남조류 용균세균을 분리하고 그 특성을 규명한다.
3) Microcyatin의 효율적으로 제거할 수 있는 기술을 개발한다.
I. 남조류와 남조독소 거동 및 남조대발생의 조기판정 기법을 탐색
1) 남조의 분류체계 확립 및 개체군과 독소의 변동 조사 2) 환경요인과 생장 및 독소생성의 상관성 조사 3) 남조류 색소분석 및 in vivo fluorescence 특성 조사
II. 남조류 용균세균의 분리 및 특성
1) 남조류 용균세균 분포조사 및 axenic cyanobacteria 확보 2) 남조류 용균세균의 활성도 조사 3) 남조류 용균세균의 남조독소 분해능 조사
III. Microcystin의 효율적 제거기술 연구
1) 응집/침전 공정에 의한 microcystin의 제거 특성 연구 2) 응집/부상 공정에 의한 microcystin의 제거 특성 연구 3) Microcystin의 적정 제어시스템 개발
I. Microcystis의 현존량은 NO3, TP, pH 등과 상관이 있었다. 남조류대발생은 수온이 25$^{circ}C$이상일 때 관찰되며, 84.2$\percnt$는 microcystin을 생성했고, 최고 1711.8 ${micro}g$/g
dw였다. 세포내 microcystin 농도는 Microcystis 현존량과 pH는 양의 상관을 나타냈다. 형태분류학적으로 총 4종의 Anabaena가 동정되었고, A. flos-aquae가 가장 우점했다. Anabaena의 현존량은 수온, NO3, TN, PO4, TP and N/P 등과 상관관계가 없었다. 조체내의 anatoxin-a의 농도를 형광표지하여 HPLC로 분석했으며, 모두 검출한계 0.1 ${\micro}g$/ℓ이하로 측정되었다. Chemostat에서 Microcystis의 생장은 광도가 29.1 W/$m_2$ 보다 50.0 W/$m_2$일 때 Chl. a 20배, 개체수 8배, 세포 당 Chl. a은 3배 정도 증가하였다. Turbidostat에서 조체의 생장율은 광량과 높은 상관성을 보였고, 190W/$m_2$에서도 증가하여, Microcystis는 광량이 높은 수표면에서 생장할 수 있는 장점에 의해 대발생한다고 사료되었다. Microcystis의 Quantum Efficiency와 Chlorophyll을 측정 결과 28$^{circ}C$의 수온에 적응된 것으로 여겨졌다. 군체크기는 수온, N, P와 상관성을 보였다. 조체내 microcystin의 농도는 24$^{circ}C$에서 가장 높았고, 32$^{circ}C$에서 가장 낮았으며, P의 농도를 MA배지의 1/4, 1/16으로 감소시킨 배지에서 낮았다. 남조에서 excitation 스펙트럼의 많은 변이가 있어, 형광 스펙트럼의 데이터베이스가 구축되면, 남조류의 조기탐색기법의 현장 적용이 가능할 것으로 판단하였다. in vivo 시료에서 남조류의 세포수와 PHYTOPAM의 형광 측정에서 추정한 남조류에 해당하는 형광 사이의 유의한 상관을 보여, PHYTOPAM에 의한 형광분석 기법의 남조류의 조기 탐색의 in vivo 기법으로 적용될 수 있다고 판단하였다.
II. 남조류 대발생을 조절할 수 있는 용균세균을 분리하여 용균활성이 가장 우수한 AC-1 균주의 특성을 파악하였다. 이 균주는 Anabaena cylindrica와 반비례적으로 성장하면서 24∼36 시간 이내에 A. cylindrica의 영양세포를 완전분해하였고, 인공배지에서만 아니라 자연수에서도 A. cylindrica에 대한 높은 분해활성을 나타내었으며, 용균활성은 숙주인 A. cylindrica의 광합성작용에 매우 의존적인 것으로 나타났다. 또한 숙주세포에 부착하지 않고 배지 내에 고르게 분포하면서 A. cylindrica의 생장을 억제, 분해하는 물질을 세포 외부로 분비하여 용균시키며, 이 물질은 배양초기부터 지속적으로 세포 외부로 분비되었다. pH 9.0의 염기성 조건에서도 활성을 나타낼 뿐만 아니라, 영양염류를 첨가하지 않은 자연수에서도 A. cylindrica의 생장을 효과적으로 억제하며, 세포 외부로 A. cylindrica의 생장 억제물질을 분비한다는 점에서 남조류 대발생에 의한 환경오염의 생물학적 조절자로서의 응용 가능성이 높다.
III. 정수장에서 사용하는 응집제를 사용해 응집/침전공정에 의한 용존 microcystin의 제거율을 조사하고, 활성탄흡착과 오존산화에 의한 제거율 개선효과를 측정, 평가하였다. 조류제거에 효과적인 것으로 알려진 응집/부상공정을 이용해 용존 microcystin의 제거율을 측정하여 응집/침전공정과 그 성능을 비교 평가하였다.
세포내 microcystin의 효율적인 제거를 위한 부상여재를 사용한 이중여재 여과장치의 효능을 평가하였다. 상수원에 조류가 대량 발생된 시기에는 부상여재여과에 의해 조류세포를 사전에 제거함으로서 세포내 microcystin을 수중으로부터 분리하고, 오존산화 혹은 분말활성탄과 응집공정을 결합시키면 용존 microcystin과 잔류하는 세포내 microcystin을 90$\percnt$ 이상 제거할 수 있다. 이상의 연구결과를 가지고 microcystin을 안전하게 처리할 수 있는 적정 처리시스템을 제시하였다.
Abstract
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1. We will focus on the characterization of the bloom dynamics of toxic cyanobacteria and cyanotoxints to have insight into the basic informations of the bloom. Attempts will be made to investigate the fluorescence and pigment properties of cyanobacteria in order to detect toxic cyanobateria specifi
1. We will focus on the characterization of the bloom dynamics of toxic cyanobacteria and cyanotoxints to have insight into the basic informations of the bloom. Attempts will be made to investigate the fluorescence and pigment properties of cyanobacteria in order to detect toxic cyanobateria specifically.
2. We will invent the culture collections of algae-lysis-bacteria and determine degradation pathway, activity and mechanism.
3. We will develop the water treatment process, which can remove cyanobacterial cells and toxins effectively.
I. Taxonomy and dynamics of blue green algal population and cyanotoxin/ Relationship of environmental parameters, growth and microcystin production/Photosynthetic pigment and in vivo fluorescence of blue green algae
II. Isolation and identification of algae-lysis-bacteria/ Lytic activities of the isolates against Anabaena cylindrica/ Application of lytic activities of the isolates to the field water sample III. An evaluation on removal efficiency of microcystin by coagulation-settling, coagulation-settling combined ozonation or activated carbon adsorption, coagulation-flotation and floating media filtration/ Development of proper treatment system to removal microcystin efficiently
I. There were significant relationships between the biomass of Microcystis and NO3, TP and pH. Blooms were notable at water temperature>25$^{circ}C$. The 84.2$\percnt$ of algal materials with Microcystis exhibited microcystin with the max. 1711 ㎍/g dw. The microcystin in cells was significantly related to Microcystis biomass and pH. Total 4 species of Anabaena were identified and A. flos-aquae was abundant species. Anabaena biomass and parameters such as temperature, NO3, TN, PO4, TP and N/P ratios were not related. The anatoxin-a conc. of algal materials were below the detection limit of 0.1 ㎍/ℓby HPLC analysis with fluorimetric detection. The chl. a conc, algal biomass and chl. a conc. per cell of Microcystis under 50.0 W/$m_2$ were 20x, 8x and 3x higher than those under the chemostat of 29.1 W/$m_2$.. Algal growth was related to light intensity up to 190 W/$m_2$. and Microcystis take advantage of intense light at water surface forming massive bloom. The quantum efficiency and chl. conc. determined by phytoplankton analyzer are lower at temperature 16$^{circ}C$, 32$^{circ}C$, and highest at 28$^{circ}C$. The colony size was significantly related to temperature, N and P concentration. Microcystin conc. were highest under 24$^{circ}C$ treatment, lowest at 32$^{circ}C$, and decreased with 1/4th and 1/16th strength of P contentration of media. The excitation spectra of blue green algae showed variations, and database of fluorescence spectra of many algal species are required in application to the bloom detection. The fluorescence intensity had significant relation with extracted chl. a in in vivo phytoplankton community, which gives insight into applications to early judgement for bloom.
II. A Gram (-), rod-shaped bacterium in size of 1.6∼2.8×0.4 $\micro$m was isolated from a eutrophic reservoir, which exhibited growth-inhibiting effect against Anabaena cylindrica. This isolate showed +ve reactions for catalase and oxidase and optimal conditions of 35∼40$^{circ}C$ and pH 9.0. This isolate was designated AC-1 in this manuscript. In a mixed-culture of A. cylindrica and the isolate, each microorganisms grew inverse-proportionally and vegetative cells of cyanobacteria completely disappeared within 24∼36 hours of incubation. AC-1 showed the similar lytic activities in natural water as in an artificial medium. The lytic activity of AC-1 was dependent on the photosynthetic activity of A. cylindrica. When observed under phase contrast microscope, the isolate lysed vegetative cells of A. cylindrica in scattered state in a liquid medium, whereas heterocysts have not been lysed.
III. Dissolved microcystin was removed efficiently using coagulation combined ozonation or PAC adsorption. Intracellular microcystin was also removed efficiently by the process of floating media filtration. It revealed that the system of coagulation assisted by ozonation(or PAC adsorption) following floating media filtration can remove total microcystin higher than 90$\percnt$.
목차 Contents
- Ⅰ. 연구계획 요약문...3
- 1. 국문요약문 ...3
- Ⅱ. 연구결과 요약문...4
- 1. 국문요약문 ...4
- 2. 영문요약문 ...5
- Ⅲ. 연구내용 및 결과...6
- Ⅰ. 제1세부과제: 남조류와 남조독소 거동 및 남조대발생 조기 판정기법탐색...6
- Ⅰ-1. Microcystis와 Anabaena의 생태 및 독성 ...6
- Ⅰ-2. 환경요인과 남조 생장 및 독소생성 ...23
- Ⅰ-3 남조대발생 조기 판정 기법 탐색 ...30
- Ⅰ-4. 결론 ...40
- Ⅰ-5. 인용문헌 ...41
- Ⅱ. 제2세부과제: 남조류 용균세균의 분리 및 특성...45
- 1. 서론 ...45
- 2. 연구방법 및 이론 ...46
- 3. 결과 및 고찰 ...48
- 4. 결론 ...57
- 5. 인용문헌 ...58
- Ⅲ. 제3세부과제: Microcystin의 효율적인 제거 기술 연구...60
- 1. 서론 ...60
- 2. 연구방법 및 이론 ...62
- 3. 결과 및 고찰 ...66
- 4. 결론 ...73
- 5. 인용문헌 ...74
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