초록

본 연구는 대표적인 정수성 수생식물 중에서 침출수 처리수 내에서 저해를 받지 않고 생장할 수 있는 수생식물 종(species)을 선별하고 선별된 수생식물로부터 침출수 처리수 내에서 생장이 가장 우수하며 영양물질 제거 능력이 높은 개체군 및 개체를 선발한다. 그리고 이러한 우수 형질의 개체를 대량 생산하고 보존하기 위한 조직배양 기법을 확립한다.

Abstract

In this research, we select macrophyte species, population and individual that can grow without a growth injury in processed-leachate. And, to conserve a superior trait and to produce the superior individual, we confirm the tissue culture technique and the mass cultivation method.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...3
• SUMMARY ...4
• CONTENTS ...5
• 목차 ...13
• List of Figures ...21
• List of Tables ...32
• 제1장 서론 ...35
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ...35
• 2. 연구개발의 범위 ...37
• 제2장 국내외 기술 현황 ...39
• 1. 국외 연구 동향 ...39
• 2. 국내 연구 동향 ...40
• 3. 국내.외 기술개발 현황 및 차이점 ...40
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ...43
• 1. 연구개발 수행내용 ...43
• 가. 수생식물 종(species) 선발 ...43
• (1) 침출수 처리수를 이용한 생장 비교 ...43
• (가) 수생식물 채집 및 이식 ...43
• (나) 침출수 처리수 공급 ...44
• (다) 침출수 처리수 분석 ...44
• ① 수소이온농도 ...46
• ② 전기전도도 ...46
• ③ 질소분석 ...46
• (라) 재료식물 생장 분석 ...46
• ① 생장측정 ...46
• ② 엽록소 함량 ...46
• ③ 광합성기구의 적응성 조사 ...47
• (2) 침출수 처리수, 중금속 물질 및 염분을 이용한 생장 비교 ...48
• (가) 재료식물 채집지 ...48
• (나) 재료식물 이식 및 배양조건 ...49
• (다) 식물재료의 생장 및 오염원 제거 능력 분석 ...51
• ① 식물재료의 길이생장 ...51
• ② 식물재료의 생체량 ...51
• ③ 식물재료 내의 총질소(T-N) 분석 ...51
• ④ 식물재료 내의 Cd2+, Pb2+ 및 총인(T-P) 분석 ...52
• ⑤ 식물재료내의 엽록소 함량 분석 ...52
• ⑥ 토양 내의 총질소(T-N) 분석 ...52
• ⑦ 토양 내의 Cd2+, Pb2+ 및 총인(T-P) 분석 ...53
• (라) 항산화효소 분석 ...53
• ① Superoxide dismutase(SOD)의 변화 ...53
• ② Catalase(CAT)의 변화 ...54
• ③ Ascorbate peroxidase(APX)의 변화 ...54
• 나. 갈대의 형태적 다양성 및 분자분류학적 연구 ...56
• (1) 종간 식별형질 조사 및 형태적 형질을 통한 관계 연구 ...59
• (2) 분자분류학적 연구 ...60
• (가) Gemonic DNA 추출 ...60
• (나) PCR -RA PD(R andom A mplified Polymorphic DNA ) 분석 ...61
• (다) UPGM A 및 A M OVA 분석 ...62
• 다. 침출수 처리수 내에서 우수 생장 갈대 개체군 선별 ...64
• (1) 갈대 채집지 개황 ...66
• (2) 갈대 채집 및 이식 ...68
• (3) 방형구 설치 및 생육지 토양과 물 분석 ...68
• (4) 생체량 측정 ...70
• (5) 엽록소 함량 ...70
• (6) 총질소(T-N) 분석 ...70
• (7) 총인(T-P) 및 중금속 물질 분석 ...71
• 라. 갈대와 도우미 미생물 조합 및 정화능력 조사 ...72
• (1) 침출수 처리수에 대한 우량 갈대(SR )의 처리 효율 조사 ...72
• (가) 갈대의 길이생장 ...73
• (나) 갈대의 생체량 측정 ...76
• (다) 총질소(T-N) 함량 ...76
• (라) 총인(T-P) 함량 ...76
• (2) 우량 갈대(SR )와 도우미 미생물 조합 ...77
• (3) 종자 발아 및 유식물체 생장 비교 ...78
• (가) 갈대 종자의 발아율 조사 ...78
• (나) 유식물체 생장 조사 ...78
• 마. 선별된 우량 갈대의 조직배양 ...80
• (1) 갈대 종자의 무균발아 ...80
• (2) 캘러스(callus) 유도 ...82
• (3) 캘러스로부터 식물체 재분화 ...82
• (4) 소식물체의 순화 ...82
• 바. 갈대의 유전적 marker 탐색 및 내염성 유전자 연구 ...84
• (1) 우량 갈대의 유전적 marker 탐색 ...84
• (2) 우량 갈대의 내염성 유전자 연구 ...85
• (가) 갈대 캘러스의 내염성 실험 ...85
• (나) 지역별 갈대의 내염성 실험 ...85
• (다) 내염성 유전자 연구 ...86
• ① PCR을 이용한 방법 ...86
• ② cDNA library를 이용한 방법 ...86
• ③ Ligation 과정 ...86
• ④ E. coli 형질전환 ...87
• 사. 다단계 및 연속 흐름 방식을 이용한 생물학적 처리 ...89
• (1) 다단계 수조를 이용한 생물학적 처리 ...89
• (2) 연속 흐름방식을 이용한 생물학적 처리 ...91
• (가) 침출수 처리수 수질 분석 ...91
• (나) 갈대-상(R eed-bed) 조성 ...91
• (다) 실험 진행 방법 ...94
• (라) 분석항목 및 방법 ...95
• ① 수소이온농도 ...95
• ② 총 고형물질 및 염분농도 ...95
• ③ 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 분석 ...95
• ④ BOD5, CODMn 및 색도 ...95
• ⑤ 길이생장(shoot length) ...95
• 아. 다른 수생식물 종(species)에 연구 방법 적용 ...96
• (1) 다른 정수성 수생식물과 도우미 미생물의 조합 ...96
• (가) 토양 내의 질소 및 인 함량 분석 ...97
• (나) 침출수 처리수의 생물학적 처리 효율 확인 ...97
• (2) 줄, 애기부들 및 꼬마부들 등의 대량증식을 위한 조직배양 ...97
• (가) 줄의 발아력 조사 및 조직배양 ...98
• (나) 애기부들과 꼬마부들의 종자발아 및 조직배양 ...98
• 2. 연구개발 결과 ...99
• 가. 침출수 처리수에 대한 우량 수생식물 종(species) 선발 ...99
• (1) 침출수 처리수의 수질변화 ...99
• (2) 식물재료의 생장 분석 ...100
• (가) 생장 측정 ...100
• (나) 엽록소 함량 측정 ...107
• (다) 광합성기구 적응 기작 ...108
• ① 광화학계의 적응반응 ...108
• ② 암호흡(dark respiration) ...109
• ③ 광합성 능력(Photosynthesis capacity) ...109
• ④ 순양자수율(Apparent quantum yield) ...110
• ⑤ 탄소고정계의 적응반응 ...110
• 나. 침출수 처리수, 염 및 중금속 물질 처리 실험 결과 ...113
• (1) 식물재료의 길이생장 ...113
• (2) 식물재료의 생체량 비교 ...116
• (3) 식물재료 내의 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 함량 비교 ...120
• (4) 식물재료 내의 카드뮴(Cd2+) 및 납(Pb2+) 함량 비교 ...124
• (5) 식물재료 내의 엽록소 a와 b 함량 비교 ...127
• (6) 실험토양 내의 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 함량 비교 ...129
• (7) 실험토양 내의 카드뮴(Cd2+) 및 납(Pb2+) 함량 비교 ...130
• (8) 생물학적 농축 지수(Bioconcentration Factor) ...132
• (9) 중금속 물질에 노출된 갈대와 줄 내의 항산화효소 변화 ...133
• (가) Superoxide dismutase(SOD)와 catalase(CA T) 변화 ...133
• (나) Ascorbate peroxidase(APX) 변화 ...136
• 다. 갈대의 형태적 다양성 및 분자분류학적 연구 결과 ...138
• (1) 갈대의 형태적 분석 결과 ...138
• (가) 중요 식별형질 ...138
• (나) 주성분 분석(PCA; Principal Component Analysis) ...141
• (다) UPGMA 분석 ...144
• (2) 분자분류학적 연구 결과 ...146
• (가) RAPD 결과 ...146
• (나) Penograms 분석 ...148
• (다) Analysis of Molecular Variation(AMOVA) 분석 ...150
• 라. 침출수 처리수 내에서의 우량 갈대 개체군 선발 결과 ...153
• (1) 갈대의 연차별 생물량 측정 결과 ...153
• (2) 갈대 잎에서의 엽록소 함량 측정 결과 ...157
• (3) 생육지에서 원추화서(panicle) 생성시기 및 방형구내 생장 ...158
• (4) 갈대 내의 총질소(T-N) 함량 측정 결과 ...159
• (5) 갈대 내의 총인(T-P) 및 중금속 물질 함량 측정 결과 ...162
• 마. 우량 갈대와 도우미 미생물 조합 및 정화능력 분석 결과 ...169
• (1) 우량 갈대(SR)를 이용한 침출수 처리수의 재처리 결과 ...169
• (가) 우량 갈대(SR)와 일반 갈대(CR)의 길이생장 비교 ...169
• (나) 우량 갈대(SR)와 일반 갈대(CR)의 생물량 및 건중량 비교 ...170
• (다) 우량 갈대(SR)와 일반 갈대(CR)의 질소(N) 제거율 비교 ...172
• (라) 우량 갈대(SR)와 일반 갈대(CR)의 인(P) 제거율 비교 ...173
• (2) 우량 갈대(SR)와 도우미 미생물 조합처리 결과 ...174
• (가) 우량 갈대(SR)와 바이오 갈대(MSR)의 길이생장 비교 ...174
• (나) 우량 갈대(SR)와 바이오 갈대(MSR)의 생물량 및 건중량 비교 ...175
• (다) 우량 갈대(SR)와 바이오 갈대(MSR)의 질소(N) 제거율 비교 ...177
• (라) 우량 갈대(SR)와 바이오 갈대(MSR)의 인(P) 제거율 비교 ...178
• 바. 우량 갈대(SR)의 종자 발아 및 유식물체 생장 결과 ...179
• (1) 갈대 종자 발아 실험 결과 ...179
• (2) 우량 갈대 개체의 유식물체 생장 결과 ...179
• (3) 우량 갈대(SR)와 일반 갈대(CR)의 생장 비교 결과 ...183
• 사. 선발된 우량 갈대(SR)의 조직배양 및 대량 증식 결과 ...188
• (1) 종자 살균(seed sterilization) ...189
• (2) 캘러스(callus) 유도 및 증식 ...189
• (3) 증식된 캘러스(callus)로부터 식물체 재분화(regeneration) ...193
• (4) 소식물체(plantlet)의 순화 ...195
• (5) 우량 갈대 조직배양 묘의 대량 증식 ...197
• (6) 대량 증식된 우량 갈대 조직배양 묘의 생육관찰 및 생산현황 ...197
• (7) 대나무 pot를 이용한 우량 갈대 조직 배양 개체의 순화 ...200
• 아. 침출수 처리수에 대한 유전적 marker 탐색 결과 ...202
• (1) UPGMA 분석 결과 ...202
• (2) AMOVA 분석 결과 ...203
• (3) PCA (Principal Component Analysis) 결과 ...204
• 자. 갈대(Phragmites australis)의 내염성 연구 결과 ...207
• (1) 갈대 callus의 내염성 실험 ...207
• (2) 지역별 갈대 종자의 내염성 실험 ...209
• (3) 내염성 유전자 연구 결과 ...212
• (가) PCR을 이용한 방법 ...212
• (나) cDNA library를 이용한 방법 ...213
• (다) DNA sequencing ...215
• 차. 갈대(Phragmites australis) albino 개체 실험 결과 ...219
• (1) 갈대 albino 개체의 chlorophyll 및 carotinoid 함량 측정 ...219
• (2) cp DNA(intraspecific chloroplast DNA) primer를 이용한 PCR ...220
• (3) 야생형과 albino mutant 확인을 위한 제한효소 처리 결과 ...221
• 카. 다단계 수조를 이용한 생물학적 처리 결과 ...222
• (1) 용존산소량(DO)의 변화 ...222
• (2) 전기전도도(EC) 및 수소이온농도(pH)의 변화 ...223
• (3) 염분농도(salinity)의 변화 ...225
• (4) 총 고형물질(TDS)의 변화 ...226
• (5) NH4+ 및 NO3-의 변화 ...226
• (6) 인(P), 칼륨(K), 철(Fe) 및 아연(Zn)의 변화 ...229
• 타. 연속흐름방식을 이용한 생물학적 처리 결과 ...232
• (1) 수소이온농도(pH) 및 색도(chromaticity)의 변화 ...232
• (2) 총질소(T-N) 및 총인(T-P) 함량 변화 ...235
• (3) 생물화학적산소요구량(BOD5) 및 화학적산소요구량(CODMn)의 변화 ...237
• (4) 총 고형물질(TDS) 및 염분농도(salinity)의 변화 ...239
• (5) 갈대의 길이생장(shoot length) 비교 ...241
• 파. 다른 수생식물 종(species)에 연구방법 적용 결과 ...243
• (1) 줄(Z. latifolia)의 조직배양 결과 ...244
• (2) 애기부들(T. angustifolia) 및 꼬마부들(T. laximania)의 조직배양 결과 ...246
• (3) 여러 수생식물의 침출수 처리수의 생물학적 처리 결과 ...248
• 3. 결론 ...251
• 제4장 연구개발목표의 달성도 및 대외기여도 ...257
• 1. 연구개발목표의 달성도 ...257
• 2. 연구개발의 성과 ...257
• 가. 학회 논문 게재 및 투고 현황 ...258
• 나. 학회 논문 발표 현황 ...262
• 다. 생물사업 상품개발 성과 현황 ...278
• 3. 연구개발의 대외기여도 ...290
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...293
• 제6장 인용문헌 ...295