염류장애의 생리적 반응을 검토하고자 강피(Echinochloa hispidula) 종자를 고농도의 NaCl과 KCl 조건하에서 발아시켰다. 발아의 기간과 진전속도를 측정하였으며, 염류스트레스 조건에서의 지질과산화와 폴리아민 생합성양상을 분석하였다. 고농도 염류처리 자체는 비록 발아를 상당히 지연시킬 수는 있지만 발아를 억제하지 못하는 것으로 나타났다. 지질과산화와 폴리아민 생합성에 견주어볼 때, 강피는 염류에 내성이 것으로 사료되었다. 지질과산화와 putrescine 함량의 증가는 염류처리 후 1일 동안만 지속되었다. 이러한 결과는 초기 putrescine 증가와 지질과산화수소의 생성이 단기간 동안의 염류 내성 기작과 밀접한 관계가 있다고 결론 내릴 수 있는 근거가 되었다.
염류장애에 의한 작물의 생육저해 원인을 밝혀내기 위하여 상추를 대조양액과 대조양액에 30 mM 및 50 mM $KNO_3$를 첨가하여 염류농도를 높인 양액 등 3가지 조건에서 재배하였으며, 이때 이들 양액의 EC는 각각 1.0, 4.5, 6.5 dS/m 이었다. 뿌리세포의 원형질막 및 액포막에 위치한 $H^+$-ATPase 활성은 각각에 특이적 저해제인 vanadate와 $NO_3^-$를 이용하여 측정하였다. 대조양액에서 재배한 상추 뿌리의 ATPase 활성은 $356\pm1.5$ nmol/min/mg protein이었으며, 30 mM과 50 mM $KNO_3$를 첨가한 양액에서는 활성이 대조활성에 비하여 각각 1.6배, 1.9배 증가하였다. 이것은 상추가 염류장애시 뿌리조직의 ATPase 활성증가를 통하여 적응함을 보여주는 것이며, 활성증가는 주로 액포막 $H^+$-ATPase 활성증가에 의해 이루어짐을 확인하였다. 마이크로솜 ATPase 활성에 미치는 여러 가지 중금속 이온들의 효과를 측정하였으며, 중금속 이온은 100 ${\mu}M$ 농도에서 콩류에 따라 활성을 10$\sim$25% 저해하였다. 특히, $Cu^{2+}$는 주로 액포막 $H^+$-ATPase 활성을 저해함을 확인하였다. 본 연구의 결과로부터 상추는 염류집적 환경에서 뿌리의 ATPase 활성, 특히 액포막에 위치한 $H^+$-ATPase 활성을 증가시켜 적응하며, $Cu^{2+}$는 주로 액포막 $H^+$-ATPase 활성을 저해하는 성분으로 뿌리의 ATPase 활성변화 연구에 유용하게 이용될 수 있음을 확인하였다.
본 연구는 가로수의 염류 피해 원인을 밝히고, 생리생화학적 내성 특성을 구명하고자 하였다. 공시재료는 2년생 느티나무를 사용하였으며, NaCl을 0, 3, 14, 56, 112mM로 토양에 처리한 후, 근원경, 형성층 전기저항치와 잎 내 탄수화물 및 이온 함량 등을 측정하여 생리적인 피해 반응을 비교 분석하였다. 느티나무는 NaCl처리에 의해 생리적인 대사과정이 저해를 받은 것으로 나타났다. 특히 염류농도가 증가함에 따라 활력이 감소하였으며, 체내 이온농도가 변하여 이온 불균형이 발생하였다. 이러한 결과는 염류 처리에 의해 식물의 뿌리에서 수분 흡수력이 저해되면서 수분 스트레스가 유발되었기 때문인 것으로 판단된다. 반면 생장과 체내 탄수화물 대사에는 큰 영향을 주지 않았는데, 이것은 NaCl 처리 농도가 너무 낮았거나 처리 기간이 너무 짧았기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 느티나무 가로수가 장기적으로 염류에 노출되었을 경우, 생장에 심각한 장애가 발생할 것으로 예측된다.
질산이온은 식물체의 주된 영양분중의 하나이며, 다수확을 위하여 자주 과량이 시용되고 있다. 이것은 토양중 질산이온이 집적되어 염류장애의 주된 이유가 되며, 유리 및 비닐 온실의 토양에서 심각한 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 축산농가의 배수구 주위 젖은 토양으로 부터 6가지 미생물을 분리하였으며, 그들의 질산이온 흡수 활성을 측정하였다. 이 미생물들은 1,000-3,000 ppm (10-50 mM) 수준의 질산이온을 제거할 수 있었으며, 특히 PCE3 균주는 4,000 ppm으로 가장 높은 활성을 보였다. 이 균주들을 동정하기 위하여, 16S rRNA 유전자 서열을 결정하고 분석하였다. 이들 균주중 PCE3 균주는 Bacillus 속으로 확인되었다. 균주의 성장과 질산이온 흡수활성을 측정하였을 때, $37^{\circ}C$와 pH 7-9 범위에서 최대 값을 보였다. Bacillus sp. PCE3 균주는 배지의 질산이온 농도에 따라 40-60 mM (2,500-3,700 ppm)의 질산이온을 제거할 수 있었다. 그러므로, Bacillus sp. PCE3 균주는 질산이온이 집적한 시설원예 토양에서 질산이온 제거에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
질소비료의 과량 시용에 따른 시설원예지 토양 중 염류집적은 다양한 직물에 염류장애를 유발하여 국내농업에 심각한 문제가 되고 있다. 염류의 주성분은 질산염으로 필요이상의 질산이온을 제거하기 위하여 질산이온 흡수력이 크며, Enterobacter amnigenus GG0461로 동정된 토양세균을 시설원예 토양에서 분리하였다. 이 균주의 최적 생육 및 질산이온 흡수력을 조사하였을 때, GG0461 균주는 질산이온이 없는 조건에서 생육이 가능하나, 질산이온이 존재할 때 생육이 크게 촉진되었다. 또한, 염기성 조건에서 질산이온 흡수율이 증가하였으며, 성장과 질산이온 흡수 모두 pH 8-9에서 최대로 나타났다. 배지의 초기 pH를 8과 9로 조정하였을 때, 균주에 의하여 질산이온이 흡수됨에 따라 배지의 pH는 중성으로 감소하였다. 이러한 결과는 질산이온 흡수를 위한 주된 인자가 nitrate/proton antiporter임을 의미한다. 이것은 질산이온이 없는 조건에서 질산이온의 첨가 효과인 질산이온 흡수의 급격한 증가와 빠른 배지의 pH 감소 사실로도 확인되었다.
오염부하가 심한 서낙동강 수계에서의 농산물 안전생산 및 건전한 농업환경유지를 위하여 수계내 오염원 및 수질을 조사하고 이를 수질성분 분포도로 작성한 결과는 다음과 같다. 1. 서낙동강 수계의 주오염원은 인구의 도시집중에 따른 생활하수 발생이 가장 많은 양을 차지하고 있었으며 이는 호계천, 신어천의 수질악화 및 하수종말처리장 방류수로 인한 조만강 하류의 수질 중 T-N, T-P 증가에도 영향을 미치고 있었다. 또한 서낙동강 수계 수질의 또 다른 문제인 염농도는 갈수기에 급격히 증가하여 갈수기의 서낙동강 중 하류 및 하류에 연결된 지천인 조만강과 평강천의 EC는 농업용수로 사용하기 어려운 수준으로 증가하였다. 부산 강서구의 동계 시설재배밀집지에서 사용되는 농업용수 수질 또한 EC가 서낙동강 중류 이후부터 1.0 ds/m를 초과하고 T-N함량도 $4{\sim}8mg/L$의 높은 수준이었다. 2. 서낙동강 수계 지류 중 T-N 및 T-P의 유달부하량은 조만강이 지류전체 부하량의 각각 56%, 61%으로 가장 많았으며, 이는 조만강의 유량이 많았던 것에 기인하였다. 3. 서낙동강 수계 수질을 N과 EC성분분포를 기초로 로 서낙동강 수계 지류별수질 취약분포도를 작성한 결과, 신어천, 호계천 등은 적극적인 영양염류 저감대책이 수립되어야 할 지역으로 나타났으며, 서낙동강 중류 및 평강천 일원은 영양염류 및 염류장애 우려지역, 서낙동강 하류는 염류장애 대책지역으로 나타났다. 4. 수질현황 및 수질환경 관련 인자를 지리정보가 결합된 분포도로 표현하면 정보의 전달이 명료하면서도 그 자체로도 오염 개선기술 개발 필요지 구분과 같은 message를 전달할 수 있었고, 공간적 분포에 따른 수질변화를 오염원의 공간적 분포와 match시켜 이의 원인을 해석하고 그에 따른 대책을 수립하기 쉬운 장점이 있었다.
흑구기자와 구기자에는 류신, 메티오닌, 페닐알라닌, 이소류신 등의 아미노산이 많이 함유되어 있고 무기염류, 베타카로틴, 비타민C 등이 다량으로 함유되어 있다. 이러한 생리활성 물질에 의하여 항산화 작용이 매우 큰 것으로 알려져있으며 간 기능보호, 콜레스테롤 제거, 자양강장 등의 효능이 있는 것으로 알려져있다. 특히 흑구기자에는 안토시아닌의 함유량이 매우 많아 수면장애 개선과 항노화, 피부주름억제, 피부재생효과 등이 있는 것으로 알려져있다. 또한 이러한 안토시아닌 색소는 암세포 발생과 전이를 억제하는것으로도 알려져있다. 즉, 구기자와 흑구기자는 혈액순환을 개선 시키고 혈관의 탄력을 증강시키어 심혈관질환을 개선하는 효과가 있다. 따라서 본 실험에서는 중국의 고원지대(해발 2500m 이상)에서 자생하고있는 구기자와 흑구기자의 생리활성 물질을 분석하여 항산화 효과를 검증하고자 하였다. 그 결과 총 폴리페놀 함량은 흑구기자와 구기자에서 비슷한 함유량을 나타내었다. 안토시아닌의 함량은 구기자보다 흑구기자에서 다량으로 함유되어 있다. 항산화 활성은 구기자보다 흑구기자에서 훨씬 더 양호한 결과를 나타내었다.
음식물 쓰레기로 만든 퇴비 중의 염분함량을 1% 이하로 조절하기 위해 지금까지 여러 가지 방법이 개발되었다. 그러나 이런 방법들은 침출수 과다로 인한 환경오염 또는 높은 설치비 등의 문제를 가지고 있어 실용화에 어려움이 있다. 염분이 충분히 제거되지 않은 음식물 쓰레기로 만든 퇴비를 농지에 사용할 경우 염해로 인한 식물의 성장 장애 및 염류축적이 일어날 수 있다. 본 연구는 음식물 쓰레기 퇴비에 함유된 염분을 $KHSO_5$, $KHSO_4$, $K_2SO_4$로 구성된 삼중염을 이용하여 분해하는 방법이며 기존 화학적 처리방법과 달리 염분을 분해하여 칼륨비료의 원료인 KCl로 전환시켰다. 또한 음식물 쓰레기 퇴비화 발효설비에서 음식물 쓰레기 600톤에 삼중염을 적용해본 결과 발효시의 온도가 평균 $5^{\circ}C$가 상승되었다. 온도상승과 함께 전처리 공정 및 발효공정에서 현저한 악취저감 효과가 나타났으며 이는 삼중염으로 인한 염분함량 감소로 호기성균의 활성화 및 악취원인물질을 효과적으로 제거하기 때문이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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