• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.20-28
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• 2013

Photobiological hydrogen production by nitrogen-fixing unicellular cyanobacteria has long been considered to be an environmentally sound and very promising method for the future supply of renewable clean energy. Using six Korean nitrogen-fixing unicellular cyanobacterial strains and the Synechococcus sp. strain Miami BG043511 we performed cultivation experiments to find out the strain-specific optimal temperature for population growth and $H_2$ production. Under $20^{\circ}C$ the population growth of all the tested strains was significantly retarded in contrasts to the faster and higher growth under 25, 30 or $35^{\circ}C$. The highest growth rates in all the 7 strains were measured under $30^{\circ}C$ while the maximal biomass yields were under $30^{\circ}C$ (strains CB-MAL 026, 054, and 055) or $35^{\circ}C$ (strains 002, 031, 058, and Miami BG043511). The difference between the maximal biomass yields at $30^{\circ}C$ and $35^{\circ}C$ was not greater than 10%. The quantity of photobiologically produced $H_2$ was only slight larger under $35^{\circ}C$ than that under $20^{\circ}C$. Our result may suggest a two-step process of $H_2$ production which includes rapid and sizable production of biomass at $30^{\circ}C$ and the following high $H_2$ production at $20^{\circ}C$ by the test strains of marine nitrogen-fixing unicellular cyanobacteria.

• ALGAE
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• 제24권4호
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• pp.185-193
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• 2009

Geothermal springs in India, formed as a result of volcanic or tectonic activities, are characterized by high temperature and relatively abundant reduced compounds. These thermal springs are inhabited by characteristic thermophilic organisms including cyanobacteria. Cyanobacteria are among the few organisms that can occupy high temperature aquatic environments including hot springs. In alkaline and neutral hot springs and streams flowing from them cyanobacteria can form thick colourful mats that exhibit banding patterns. The present investigation involves study of mat forming cyanobacterial flora from hot springs located in Bakreswar, West Bengal, India. The important species found are Synechococcus bigranulatus, S. lividus, Gloeocapsa gelatinosa, G. muralis, Phormidium laminosum, P. frigidum, Oscillatoria princes, O. fragilis, Lyngbya lutea, Pseudanabaena sp., Calothrix thermalis, and Fischerella thermalis. Their distribution pattern in relation to physico-chemical parameters of spring water has also been studied. Three cyanobacterial strains of the above mentioned list were grown in culture and their pigment content and nitrogen fixing capacity were also studied. Nitrogen fixing capacities of Calothrix thermalis, Nostoc sp. (isolated in culture) and Fischerella thermalis are 5.14, 0.29, and 2.60 n mole $C_2H_4/{\mu}g$ of Chl-${\alpha}$/hr respectively. Carotenoid : Chlorophyll-${\alpha}$ ratio of four mat samples collected from Kharkunda, Suryakunda, Dudhkunda and bathing pool are 2.45, 1.60, 1.48, and 1.34, respectively. Higher value of Carotenoid : Chlorophyll-${\alpha}$ ratio coincided with higher temperature.

• 한국해양학회지:바다
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• 제14권1호
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• pp.63-68
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• 2009

광생물학적 수소생산 잠재력을 가진 다양한 미소생물 가운데, 남세균은 21세기의 수소경제 시대에 적합한 생물군으로 오랫동안 알려져 왔다. 광생물학적으로 수소에너지를 생산하게 될 경우, 해양 단세포성 질소고정 남세균은 남세균류의 하부 분류군들 가운데 가장이상적인 종류의 하나로 평가되고 있다. 단세포성 질소고정 남세균을 이용한 수소생산 기술을 개발하기 위해 반드시 고려해야 할 3가지 사항은 1) 자연계에 존재하는 최우수 수소생산 종주의 확립 2) 광생물학적 수소생산을 뒷받침하는 종주-특이적 최적조건의 탐색 3) 유전학적 방법을 이용한 수소생산 종주의 개량 등이다. 본고에서는 광생물학적 수소생산기술의 상업화를 향한 최근의 연구 개발 추세를 돌아보고, 해양 단세포성 남세균 종주를 이용한 광생물학적 수소생산 기술 분야에서 한국의 세계선도적 지위 확보를 위해서는 향후 10-15년간 집중적인 연구 개발이 절실함을 제안하고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권2호
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• pp.104-110
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• 2010

Photobiological hydrogen production by nitrogen-fixing unicellular cyanobacteria has long been considered to be an environmentally sound and very promising method for the future supply of renewable clean energy. We tried to find out the optimum cell concentration for $H_2$ production in each of the two new Korean nitrogen-fixing unicellular cyanobacterial strains to compare with Synechococcus sp. strain Miami BG043511. The two Korean strains, Cyanothece sp. KNU CB MAL-031 and KNU CB MAL-058, were isolated from Korean west coasts. Cell concentrations up to 17 billion cells $ml^{-1}$ were applied to the tests. High cell concentration over 15 billion cells $ml^{-1}$ resulted in drastically reduced $H_2$ production in all the three strains. The two domestic strains, however, produced 2-3 time more hydrogen than Synechococcus sp. Miami BG043511 at cell concentrations of 5-10 billion cells $ml^{-1}$. At lower cell concentrations than 2 billion cells $ml^{-1}$, MAL-031 exhibited highest $H_2$ production followed by Miami BG043511, with far less production in MAL-058. Present result suggests that Cyanothece sp. MAL-CB031 might be one of the ideal nitrogen-fixing unicellular cyanobacterial strains for the photobiological hydrogen production.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제16권2호
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• pp.240-246
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• 2006

Cyanobacteria are present abundantly in rice fields and are important in helping to maintain rice fields fertility through nitrogen fixation. Many rice fields soil contain a high density of cyanobactera, and over 50% of cyanobacterial genera that are in existence in rice paddy fields are heterocystous filamentous forms. A total of 142 isolates of heterocystous filamentous cyanobacteria were screened from 100 soil samples taken from rice paddy fields in 10 different locations across Korea, classified according to their morphological characteristics under light microscopy, and their susceptibly to fungicides examined. The collected blue-green alga were classified into a total of 14 genera, including seven genera of filamentous cyanobacteria and seven genera of nonfilamentous cyanobacteria. In particular, 142 heterocystous filamentous cyanobacteria were isolated and classified into six genera, including Anabaena, Nostoc, Calothrix, Cylindrospermum, Nodularia, Scytomena, and Tolypotrix. Yet, over 90% of the heterocystous filamentous cyanobacteria isolated from the rice paddy fields belonged to two genera: Anabaena and Nostoc. The response of 129 $N_2-fixing$ cyanobacterial isolates, 53 Anabaena and 76 Nostoc, to 10 fungicides was then investigated. The results showed that the Nostoc spp. were more tolerant of the ten tested fungicides than the Anabaena spp., and among the ten tested fungicides, benomyl showed the highest acute toxicity to Anabaena spp. and Nostoc spp. In conclusion, although benomyl is a very useful agent to control phytopathogenic fungi, the application of this fungicide to rice fields should be considered because of its toxicity to the heterocystous filamentous cyanobacteria.

• 한국토양비료학회지
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• 제37권3호
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• pp.177-183
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• 2004

최근 시설 재배지에서는 사용된 배양액을 그냥 방출하고 있어서 지표수의 부영양화와 지하수의 오염을 유발시키는 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 폐양액 처리 기술이 요구된다. 따라서 본 연구는 국내토양에서 분리된 광합성 독립영양 세균인 cyanobactria 중 우수한 균주를 선발하고 이의 생장에 필요한 다량의 N, P와 미량 필수원소 등 각종영양 물질이 충분히 함유된 폐양액을 이용하여 광합성 세균을 대량배양 하고자 하였다. 4종 (Anabaena HA101, HA701과 Nostoc HN601, HN701)의 미세조류 중 BG-II ($NO_3{^-}$) 액체배지에서 생장과 양분흡수능이 우수한 균체는 Nostoc HN601이었고, 이 균체는 질소 고정능 뿐만 아니라 균체 내 양분 보유능이 우수하여 본 실험을 위하여 최종 선발하였다. 선발된 Nostoc HN601의 최적 배양 조건는 통기처리 시 배양액 부피의 1/2수준의 조건과 초기 폐양액의 pH를 8.0으로만 조절 해주는 non-buffering 시스템이 효과적이었다. 최적 배양 조건하에서 Nostoc HN601을 15 L의 광배양기에 토마토를 수경 재배한 10 L의 폐양액을 이용하여 배양한 결과 균체의 생장은 $16mg\;Chl-a\;L^{-1}$로 실험실조건에서 배양된 균체 ($8.3mg\;Chl-a\;L^{-1}$)보다 약 2배정도 빠르게 증가되었으며, 폐양액 내 인산도 1주일 이내에 100% 제거시킴으로서 인산 제거효율이 매우 우수하였다. 또한 선발된 Nostoc HN601의 질소 고정능은 $22.4nmol\;C_2H_4\;mg^{-1}\;Chl-a\;h^{-1}$로 매우 우수하였고, 균체 내 총 인산과 총 질소함량은 각각 19.1 mg P와 63.3 mg N으로 높게 나타났다. 이러한 결과로 광반응기에서 폐양액을 이용한 cyanobacteria의 대량배양은 부영양화와 지하수 오염을 일으키는 폐양액 내 인산제거에 큰 효과가 있고. 배양된 균체는 높은 질소와 인산을 함유하고 있어서 생물비료로도 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

• The Plant Pathology Journal
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• 제23권2호
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• pp.90-96
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• 2007

To overcome the problem of the yield reduction due to the viral satellite mediated protection, a culture mix of three nitrogen-fixing bacteria species of the genus Azospirillum (A. brasilienses N040, A. brasilienses SP7, and A. lipoferum MRB16), and one strain of cyanobacteria (Anabena oryzae Fritsch) were utilized as biofertilizer mixture in both greenhouse and field experiments. When protected plants were treated with biofertilizer mixtures, the fruit yield of biofertilized plants increased by 48% and 40% in a greenhouse and field experiment, respectively, compared to untreated plants inoculated with the protective viral strain alone. Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) analysis of total nucleic acid (TNA) extracts revealed that biofertilization did not affect the accumulation of the viral satellite RNA (CARNA 5) that is required for plant protection against other destructive viral strains of CMV. The yield increment was a good compensation for the yield loss caused by the use of the protective viral strain associated with CARNA 5.

• 미생물학회지
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• 제30권5호
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• pp.391-396
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• 1992

광자가영양이며 질소고정는을 갖는 사상체의 남조 Anabaena variabilis ATCC 29413 Allen & Arnon (1/8) 의 무질소 최소배지에서 배양하여, 이형세포를 유도하고 생장과 질소고정활성의 변화와 각종 조절요인의 영향을 분석하였다. 질소결핍의 배지에서 생장과 질소고정활성의 증가율은 비례하였고, 생장에 따한 배지내 질산 ($NO^{3}$-N) 의 축적을 보였으며, 배양 6일 후에도 생장은 지속되었으나, 질소고정은 최대활성을 보인후 급격한 감소를 보여 질산의 저해농도와 일치하였다. 중요 환경요인의 영향은 혐기적 조건, 10,000 lux pH 8 및 $30^{\circ}C$ 에서 최적의 생장과 활성을 보였고, 질소화합물은 0.1 mM 이상의 저농도에서 현저히 활성을 저해하였으며, 탄산은 5 mM 에서 활성을 촉진하였으나 보다 높은 농도에서 저해를 보였다. 내염성을 NaCl 20mM 이하이었고 중금속이온은 $Hg^{2+}$>$Cd^{2+}$> $Co^{2+}$>$Zn^{2+}$>$Pb^{2+}$의 순으로 0.3~10 ppm 의 범위에서 활성을 저해하였다. 탄수화물은 0.5-1.0% 에서 생장과 활성을 촉진하였고, 설탕>과당>포도당의 순이었다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제11권4호
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• pp.158-164
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• 2006

2000년 12월부터 담수를 시작한 용담호는 총 저수량 8.2억톤으로 국내 5위의 대규모 다목적댐 호수로서, 새만금 담수호에 유입되는 하천수의 최상류에 위치한 인공호이다. 새만금 방조제가 완공되어 수문을 조작하면, 용담호의 계절적인 식물플랑크톤 군집변화는 신생 새만금호의 녹조현상을 좌우하는 한 요인이 될 것이다. 용담호의 초기 담수화 과정 중 2002-2003년 하계에 남세균 녹조현상이 나타났으며, 녹조현상을 일으킨 주요 속은 Anabaena, Microcystis, Aphanizomenon 등이었다. 이 가운데 사상체 남세균인 Anabaena속에는 영양세포 이외에 이질세포나 휴면세포 등의 특수기능 세포를 가진 종들이 포함되어 있다. 용담호 녹조현상이 나타난 현장의 시료에서 분리한 Anabaena spiroides v. crassa의 단종배양체인 KNU-YD0310종주를 확립하였으며, 실내배양 실험을 통하여 이 종주의 영양염 요구를 연구하였다. 질소영양염 제한 조건에서는 이질세포의 영양세포에 대한 비율이 높았으며, 질소제한 정도에 따라 그 비율은 더욱 증가하였다. 질소고정능이 있는 KNU-YD0310는 질소제한 조건에서도 성장이 지속되나, 인의 경우에는 초기의 공급 농도에 비례하는 성장을 나타내었다. 인영양염 제한 조건에서는 휴면세포의 형성량이 증가하여, 인 제한의 경우에는 실험 종주가 세포대사를 억제하여 부적합한 환경조건에서의 생존기간을 연장시키는 적응전략을 가진 것으로 판단된다. 이와 같은 Anabaena spiroides v. crassa의 생리 생태적 특성은 향후 새만금 담수호의 녹조현상 예방대책 수립을 위한 수서생태학적 기준으로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제20권3호
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• pp.131-140
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• 2015

광생물학적 수소생산 잠재력을 가진 한국산 단세포성 남세균 단종배양체를 확립하기 위하여, 2005부터 4년 동안 우리나라 연근해역의 68개 정점에서 반복적으로 시료를 채집하였다. 확보된 77개 종주의 단종배양체 가운데 6개 종주(KNU CB-MAL002, 026, 031, 054, 055, 058)는 일반적인 수소생산 조건에서 0.15 mL $H_2\;mL^{-1}$ 이상의 수소 누적량을 나타내었고, 60시간 이상의 수소 지속생산을 기록하였다. 6개 실험 종주의 수소생산을 더욱 높여주는 최적의 공정을 규명하기 위한 연구의 일환으로, 각 종주의 수온 및 염분 등급 별 성장도를 측정하여, 종주 간의 차이(interstrain difference)를 비교 하였다. 실험 종주 6개의 일일 최대 성장률은 1.78~2.08 범위로 높았고, 모든 실험 종주가 질소고정능을 나타내어, 광생물학적 수소생산 잠재력이 높은 것으로 예상되었다. 16S rRNA 분석결과, 실험 종주 들은 Cyanothece sp. ATCC51142와 높은 유사도(99%)를 보였으나, 6개의 종주 모두가 분자계통도에서는 ATCC51142와 서로 다른 clade에 별도로 나뉘어져, 본 실험 종주의 일부는 신종일 가능성이 있다. 엽록소-a는 건중량 대비 함유량이 3.4~7.8%의 범위로 나타났으며, 보조색소인 홍조소와 남조소의 함유량은 대서양산 남세균 Synechococcus sp. Miami BG03511의 절반 수준이었다. 최적 성장온도로 확인된 $30{\sim}35^{\circ}C$ 구간 밖의 온도에서는 성장이 크게 제한되었으며, $40^{\circ}C$의 고온에서는 모든 실험종주의 성장이 거의 정지됨을 확인하였다. 실험 종주들은 30 psu의 염분에서 성장이 우세하였다. 이 가운데 CB055 종주는 15 psu까지의 상대적 저염 구간에서도 높은 성장을 유지하여, 염분의 변동에 대한 내성이 높은 종주로 확인되었다. 이와 같은 광염 특성의 종주는 연안수의 계절적인 염분변화가 상대적으로 큰 온대 연안역에서 이 종주를 생물공학적으로 응용하게 될 경우, 기반해수의 계절적인 염분 변화에도 불구하고 배양 공정상의 높은 유연성을 나타내게 될 것이다. 본 연구 결과 규명된 각 종주 별 생리적 특성 자료는 향후 광생물학적 수소생산 최적공정을 확립하기 위한 모델연구에 긴요할 것이다.