KR20030076912A - 유기물 분해력이 높은 홍색비황세균 균주 분리 - Google Patents

Abstract

광합성 세균에 속하는 홍색비황세균은 광범위한 자연 환경에서 기본적으로 빛이 있는 혐기적 조건에 적응하여 살아가지만 호기적으로도 생장하며, 산소를 발생하지 않는 광합성을 수행하여 유용한 물질을 생산하거나 폐수 처리에 이용하여 고농도 폐수 및 유해물질의 처리가 가능하므로 국내 환경에서 분해력이 우수한 균주를 찾았다.

이를 위하여 기존의 외국 분리 홍색비황세균 균주와, 이에 상응하는 우수 광합성 균주를 국내 환경으로부터 분리하여 유기물 분해력과 환경 조건에 대한 적응력을 조사하였다. 호박산이 포함된 M-9 배지에서 적갈색 내지 황갈색을 띠며 생장하는 13균주를 분리하였고 이중에서 생장이 빠른 R-11 균주를 선발하였는데, 이 균은 공기 중에서도 광합성 색소를 잘 만들었으며 평판배지에서 오랜 동안 생존하였고 pH8의 배지에서도 생장이 좋았다. 염분 농도가 3％에 이르러도 생장이 저해되지 않았으며 다양한 유기탄소원을 이용하였고 5％ 이상의 농도에서도 잘 자랐다. 질소 고정 능력이 외국 균주에 비해 우수하였으며 8,000Lux의 조도에서도 잘 자랐고 37°C에서는 외국 균주보다 생장이 약하였으나 25°C에서는 반대로 활발하여 국내내 환경에 더욱 맞는 균주로 판명되었다.

R-11 균주를 빛이 있는 혐기적 조건에서 5％로 접종하여 폐수에 처리하면 COD가 5일 내에 반으로 감소하였고, 이러한 균을 대량으로 배양하기 위해서는 LS배지의 양을 용기의 절반 정도로 하여 4,000Lux의 빛을 비추고 균이 가라앉지 않도록약하게 교반하는 것이 효율적이었다.

이러한 유기물 분해능이 높고 환경조건에서 생존력이 우수한 국내 균주를 활용하게 되면 효율적으로 오수를 처리할 수 있는 종균제 생산이 가능해지며 외국 균주로 인한 비용의 절감과 환경 교란도 막을 수 있다.

Description

유기물 분해력이 높은 홍색비황세균 균주 분리{Isolation of purple non sulfur bacterial strain harboring high degradability of organic matter}

광합성 세균은 기본적으로 빛이 있는 혐기적 조건에서 살아가지만 이들 중 일부는 호기적이면서 빛이 없는 곳에서 다른 종속영양 미생물처럼 생육하기도 한다. 이러한 광합성 세균의 다양한 대사 경로를 이용하여 유용한 물질을 생산하거나 폐수 처리에 이용할 경우 고농도 폐수 및 유해물질의 처리가 가능하므로 산업적으로 주목받고 있다. 이와 같이 산업적으로 유용한Rhodospirillaceae가 속하는 홍색비황세균들은 광합성을 수행하기 위해 필요한 전자 및 수소공여체로 유기화합물을 요구하므로 오폐수 중에 포함된 유기물을 효과적으로 제거할 수 있다. 이러한 홍색비황세균은 또한 전자공여체로 황화합물을 이용할 수 없으며, 녹색의 세균 엽록소와 더불어 카로티노이드 색소를 가지므로 홍색을 띠게 된다. 그러나 이러한 홍색비황세균들은 혐기적 생장 과정에서 증식속도가 느리고 균체 농도가 낮아 처리에 긴 시간이 요구되며, 현재 실용화되고 있는 균주들은 다양한 환경 조건에서의 생존력에 큰 문제를 안고 있다. 대부분 외국에서 분리된 균주이거나 외국에서 생산된 미생물제제이므로 외화 낭비의 소지가 많으며 국내 토양이나 기후 조건 및 처리대상에 맞지 않고 국내 환경에 유입시 생태계 교란도 우려할 만 하다. 따라서 국내 환경에서 처리 목적에 맞는 우수 균주가 분리되어야 함은 타당하다. 이에 국내 환경으로부터 다양한 유기물에 대한 분해력이 높고, 균의 생존을 위협할 수 있는 여러 환경 조건에서 생존력이 뛰어나며 활발히 광합성하는 홍색비황세균을 찾게 되었다.

본 발명은 오폐수를 생물학적으로 처리하기 위하여 첨가하는 종균제를 이루는 균주로 광합성하는 홍색비황세균들을 국내 환경으로부터 분리하여 이 중에서 분해력이 높고 생존을 위협하는 각종 환경요인에 저항할 수 있는 생존력이 우수한 균주를 찾기 위하는데 있다.

제1도는 광조건 하에서 R-11 균주의 배양 조건에 따른 생장,

제2도는 광조건 하에서 R-11 균주의 배양에 따른 COD의 변화,

제3도는 배지의 pH에 따른 R-11 균주의 생장,

제4도는 배지의 pH에 따른 KCTC2583 균주의 생장,

제5도는 배지의 염분 농도에 따른 R-11 균주의 생장,

제6도는 배지의 염분 농도에 따른 KCTC2583 균주의 생장,

제7도는 유기탄소원의 종류에 따른 R-11 균주의 생장,

제8도는 유기탄소원의 종류에 따른 KCTC2583 균주의 생장,

제9도는 호박산의 농도에 따른 R-11 균주의 생장,

제10도는 호박산의 농도에 따른 KCTC2583 균주의 생장,

제11도는 질소원의 유무에 따른 R-11 균주의 생장,

제12도는 질소원의 유무에 따른 KCTC2583 균주의 생장,

제13도는 배양 온도에 따른 R-11 균주의 생장,

제14도는 배양 온도에 따른 KCTC2583 균주의 생장에 대한 그림이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 국내 하천과 토양으로부터 시료를 채취하여 호박산이 0.8％ 포함된 M-9 배지에 접종하고 빛을 비추면서 혐기적으로 키웠을 때 적갈색 내지 황갈색을 띠며 생장하는 13개 균주를 분리하였으며, 이중 생장속도가 빠른 R-11 균주를 선발하였다. 도 1에서 보는 바와 같이 이 균주는 균의 생장이 호기적인 진탕배양에서보다 배지를 용기의 반만 채우고 빛을 주면서 혐기적으로 키우면 더 잘 자랐으며, 균 생장에 따른 화학적산소요구량(COD)을 보면 호기적 조건에서 급격한 감소를 보인 반면 혐기적인 조건에서는 1/2 정도의 감소를 보였다(도 2). 따라서 조건을 잘 조절하면 폐수 처리 과정에서 산소의 공급 없이도 상당량의 유기물을 처리할 수 있을 것으로 기대한다.

이 균주는 혐기적 생장을 하면 황갈색을 띠며 공기 중에서 키우면 적갈색을 띠는 것으로 보아Rhodobacter속으로 판정하였으며, 같은 속에 속하는 외국 분리 균주인Rhodobacter capsulatusKCTC2583을 대조군으로 하여 비교하였다. 균을 도말한 한천 평판배지를 공기 중에서 배양하였을 때 R-11 균주는 적갈색을 띠며 활발히 자랐으나 KCTC2583 균은 전혀 자라지 못했다. 또한 R-11 균주는 평판배지에서 배양된 상태로 냉장보관하면서 3내지 4개월까지도 균의 생존에는 큰 변화가 없었으나, KCTC2583 균은 2개월만 지나도 생존율이 급격히 감소하였다. 배지의 pH를 변화시켜 두 균을 키웠을 때(도 3, 4) R-11 균주는 pH6에서 초기 생장은 좀 늦었지만 나중에는 가장 많이 자랐고 pH8에서도 생장을 보였으나, KCTC2583 균주는 pH6과 pH7에서는 비슷한 생장을 보였으나 pH8에서는 전혀 생장을 보이지 않았다. 도5와 6은 두 균주를 각기 염분농도를 달리하여 키워 본 것으로 R-11 균주는 오히려 염분이 1％, 2％일 때 더욱 생장이 좋았으며 해수의 염분농도와 유사한 3％에서도 20시간 정도 시간이 지연되었을 뿐 잘 자랐다. 그러나 KCTC2583 균주는 염분이 1％ 이상만 되어도 생장을 멈추었다. 흔히 오폐수에 함유되기 쉬운 염분에 대하여 R-11 균은 뛰어난 균주라고 판단한다. 배지에 첨가한 유기탄소원의 종류에 따라 두 균의 생장을 보았더니(도 7, 8) R-11 균주는 첨가한 당(포도당, 과당)과 유기산(호박산, 주석산) 모두 잘 이용하였으나, 대조균은 호박산은 잘 이용하였으나 나머지는 이용율이 떨어졌다. 배지에 첨가하는 유기물을 호박산으로 하고 그 농도를 달리하여 균을 키웠더니 도 9에서처럼 6.4％가 되었을 때 R-11 균은 생장이 20시간 정도 지연되었으나, 대조균은 3.2％에서부터 억제되었고 6.4％에서는 생장을 전혀 보이지 않았다(도 10). 이것으로 보아 고농도 폐수에는 R-11 균이 더 적합할 것으로 사료된다. 다른 균으로 구성된 종균제를 오폐수 처리에 적용하자면 질소원을 별도로 첨가해 주어야 하지만 홍색비황세균은 원래 광합성 능력과 더불어서 질소고정 능력까지 있으므로 그럴 필요가 없다는 장점이 있다. R-11 균주(도 11)와 KCTC2583 균주(도 12)의 질소원 첨가 여부에 따른 균 생장을 보면 R-11 균주가 월등한 질소고정 능력을 가지고 있음을 알 수 있다. 도 13과 도 14는 두 균주의 배양 온도를 변화시켜서생장시킨 것으로 두 균주 모두 32°C에서의 생장이 제일 좋았으며, R-11 균주는 37°C에서는 생장이 부진하였으나 25°C에서는 시간이 지나면서 회복이 되었고, 대조균의 경우 오히려 37°C에서 생장이 활발하였다. 이는 우리나라 기후 환경에 R-11 균이 더 잘 맞는 균주임을 보여주는 결과이다.

국내 환경에서 분리하였으며 유기물 분해력이 우수한 R-11 균주를 생물학적 처리가 필요한 오폐수에 적용함으로서 처리 비용과 시간 및 에너지 절감을 이룰 수 있고, 외국 균주의 도입에 따른 외화의 낭비 및 미생물 생태계의 교란도 막을 수가 있는 효과도 기대할 수 있다.

본 발명에 의하여 얻어진 R-11 균주는 공기 중에서 오랜 동안 생존할 수 있으며 염기성 조건이나 3％ 이상의 고염분 농도에서도 생존이 가능하고, 여러 가지 다양한 유기산이나 당을 이용하여 광합성을 하였다. 유기물 농도가 6％ 이상이 되어도 생장을 할 수 있었고, 질소원이 부족한 상황에서는 질소고정을 활발히 수행하였으며 우리나라의 기후 조건에서 광합성적인 유기물 분해를 원활하게 수행하여서 우리 실정에 적합한 균주였다.

Claims (1)

1. 본 발명에서 분리한 R-11 균주를 배양함에 있어서,

   배지의 산성도는 pH6으로 하는 단계:

   배지는 염분 농도를 적어도 1％ 이상으로 하는 단계:

   배지에는 호박산이나 주석산을 0.4％에서 0.8％로 첨가하는 단계:

   배양은 기본적으로 빛이 있는 혐기적인 환경에서 할 것이나 빛이 없거나 공기 중에서도 시행하는 단계:

   빛의 세기는 4,000Lux 이상으로 하고 백열등을 사용하는 단계:

   배지의 양은 용기의 절반 정도로 하여 30 ℃에서 균이 가라앉지 않을 정도로 교반하는 단계:

   상기 단계에서 균주의 보존은 한천 평판배지에서 냉장하여 늦어도 4개월 이내에 교환하는 방법.