Mechanism of Free Phosphate Production by Penicillium sp. GL-101, Phosphate Solubilizing Fungus, in the Submerged Culture

인산가용화균 Penicillium sp. GL-101의 유리인산 생성기작에 관한 연구

We investigated the capability of the phosphate-solubilizing fungus, Penicillium sp. GL-101, to solubilize in vitro some insoluble rock phosphate via possible mechanisms: acidification of the medium, production of chelating metabolites, redox activity, and so on. GL-101 was able to solubilize rock phosphate (mostly calcium phosphate) in a liquid potato dextrose broth(PDB) medium, as determined by spectrophotometric analyses. Acidification was the major mechanism of solubilization since the pH of cultures fell below 4.0 and in cultures containing 1.0%(w/v) loess the pH dropped from 7.0 to 3.2. More than 10 mg/mL concentrations of citric acids were detected by high-performance liquid chromatography(HPLC) in the culture supernatants. Also this fungus showed the phosphatase activity (over 1.3 unit) to contribute partially releasing phosphate from rock phosphate, when supplemented with 1.0% loess in culture broth. The chelating activity of GL-101 in culture supernatants was not present because 2-ketogluconic acid, a chelating agent for the phosphate, was produced only a basal level. Therefore, the solubilization mechanism of rock phosphate by Penicillium sp. GL-101 involves both acidification due to citric acid production and phosphatase activity.

토양에서 분리된 인산가용화 사상균 Penicillium sp. GL-101 균주를 PDB-인광석 배지에서 액침배양했을 때 유리인산을 배양액속에 다량 방출함으로써 높은 인산가용화능을 보였다. 일반적으로 미생물에 의한 인산가용화 기작은 산성화, 킬레이트 대사산물의 생성, 산화환원 활성 등이 알려져 있는데 본 연구에서는 GL-101 균주의 유리인산 생성기작을 밝히기 위하여 균체를 PDB-인광석 배지에 키우면서 유리인산 생성능을 분광학적인 방법으로 정량분석하였다. 또한 균체의 액침배양중의 pH 변화를 측정한 결과 pH의 급격한 감소 즉 배지의 산성화가 주된 인산가용화 기작임을 확인하였다 즉 이 균주는 배양 4일이 경과하면 pH가 4.0 이하로 떨어지며, 특히 1.0%(w/v)의 황토를 첨가할 경우 pH가 3.2까지 떨어졌다. 이때 pH 감소에 영향을 주는 주 원인물질을 HPLC로 분석한 결과 citric acid 임을 확인하였다. 또한 이 균주는 균체의 생장중에 배지속으로 phosphatase를 생성 ${\cdot}$ 분비하였으며, 특히 황토를 1.0% 첨가했을 때 최대 1.3 unit의 효소활성을 보였다. 그러나 이 균주는 2-ketogluconic acid와 같은 킬레이트 물질은 거의 생성하지 않았기 때문에 이와 같은 기작에 의한 유리인산 생성은 거의 없을 것으로 생각된다. 따라서 Penicillium sp. GL-101 균주의 유리인산 생성기작은 citric acid 생성에 의한 산성화 및 phosphatase 활성의 두 가지 기작에 의한 것으로 결론지었다.