성장속도가 빠르고포지형성이 우수한 방사균 일주를 토양에서 분리한 뒤 분리균의 특성을 조사한 결과 세포외 단백질 분해 효소가 중성과 알카리성의 두 종류가 생성되었으며 $\beta$-lactamase도 생성함을 알았다. 이 균주를 acriflarin 또는 NTG로서 처리하여 얻은 변이주는 포자의 형성, $\beta$-lactamase의 생성 및 protease의 생합성 능력이 소실 또는 크게 저하되었다. 일단계의 변이주 취득에서 동시에 형질의 변화가 다양하게 나타난 원인을 규명한 결과 호알카리성 protease의 생합성이 크게 저하되었음을 알았다. 따라서 방선균에서 포자형성과 호알카리성 protease의 활성이 일정한 연관성이 있을 것으로 판단되었다.
토양중에서 분리한 Penicillium속이 생산하는 글루코오스 옥시타아제를 친화성 크로마토그래피에 의해 정제하고, 이 효소의 특성을 알아보았다. D-Gluconyl-${\omega}$-aminohexyl Sepharose컬럼을 사용하여 친화성 크로마토그래피를 행한 결과 14.6배 정제되었고 수율은 79%였으나 카탈라아제가 소량 함유되어 있어서 Sepharose 6B 겔 여과를 행하여 이를 제거하였다. 이 결과 27.2배 정제되고 수율이 74.1%인 정제효소를 얻었으며 7% polyacrylamide 겔 전기영동 결과 단일대를 보여주었고 비활성도는 단백질 mg당 90.83U였다. 정제된 효소의 흡광스펙트럼과 기질에 대한 특이성을 조사하였으며 최적 pH는 5.6∼6.0, 최적온도는 $40^{\circ}C$, D-글루코오스에 대한 $K_m$값은 $8.5{\times}10^{-3}M$, 활성화에너지는 3.43 kcal/mole이었다.
Pseudomonas sp.로 동정된 토양분리균의 inulinase를 ammonium sulfate 분획, DEAE Sephadex A-50 Chromatography, Sephadex G 100 및 Sephadex G200 gel여과 등의 과정을 거쳐 정제 한 결과 inulinase PI과 PII의 두 isoenzyme으로 분리되었으며 각각 약 24배와 17배 정제되어 단일단백질로 분리되었다. PI, PII 두 isoenzyme은 다같이 sucrose, raffinose 및 levan은 분해하지 못하고 inulin만을 endo-type로 분해 절단하는 $\beta$-2,1-fructanfructano hydrolase(EC 3.2.1.7)임이 밝혀졌다. 효소활성 최적온도는 두 효소가 같은데 비해 (55$^{\circ}C$), 최적 pH는 PI이 pH5.5, PII가 pH6.0으로 약간의 차이를 보였다. Inulin에 대한 Km값은 PI ; 2$\times$$10^{-3}$M, PII : 5$\times$$10^{-3}$M로써 PI효소가 PII보다 약간 높은 친화력을 보였다.
토양에서 분리(分離)한 Streptomyces 속 중(中) 금속을 함유하는 푸로테아제를 강(强)하게 분비하는 균주 SY 79-1을 선별하여 그 효소학적 성질 몇가지를 조사해 본 결과는 다음과 같다. 1. 본 효소의 최적 pH는 8.0 부근이며 최적 온도는 $45^{\circ}C$였다. 2. 본 효소는 중성(中性) 부근(附近)에서는 비교적 안정하며 열처리에 대해서는 $45^{\circ}C$에서는 안정했으나 $60^{\circ}C$에서는 5분간 처리로 약 70%, 30분간 처리로 완전(完全)히 실활(失活)하였다. $Hg^{++},\;Ag^{+}Cu^{++}$ 등(等)에 의(依)해서 강하게 저해(沮害)되고, $Mg^{++},\;Mn^{++},\;Co^{++}$ 등(等)은 효소 활성을 증진 시켰으며, $Fe^{++},\;Ca^{++},\;Pb^{++},\;Al^{++} 등(等)에는 별 영향을 받지 않았다. 4. 각종 저해제 중(中) EDTA에 의해서는 강하게 저해 되었으나, 2,4-DNP, ${\rho}$-CMB, ${\varepsilon}$-aminocaproic acid thiourea, Na-arsenate, cysteine, oxalate, 구연산에 의해서는 영향을 받지 않았으며, EDTA에 의해서 저해(沮害)된 산소(酸素) 활성(活性)은 $Co_{++}$에 의해서 부활되었다.
본 연구에서 부산, 창원, 제주도 일대에서 채취한 토양으로부터 분리한 미생물을 이용하여 식물 생장 촉진활성 및 식물병원성 곰팡이에 대한 길항능을 확인하고자 하였으며, 분리주 간에 비교우위를 통해 Pseudomonas plecoglossicida ANG14, Pseudarthrobacter equi ANG28, Beijerinckia fluminensis ANG34, Acinetobacter calcoaceticus ANG35를 최종 선정하였다. 이들은 ACC deaminase 생성능, IAA 생성능, 질소 고정능, 인산 가용화능 및 siderophore 생성능을 모두 가지며, 일부 식물병원성 곰팡이에 대해 길항능을 가지는 것을 확인하였다. 특히 ANG35의 경우에는 7가지 식물병원성 곰팡이 중 6가지에 대해 비교적 높은 억제율을 나타내어 식물 생장 촉진뿐만 아니라 방제활성을 가지므로 식물이 생장하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한, 4균주 간의 세포외 효소활성 synergy effect를 확인한 결과 단독배양을 했을 때보다 혼합배양 시 세포외 효소활성이 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 식물 생장촉진 활성 및 식물병원성 곰팡이에 대한 결과를 통해 새로운 생물학적 제제로서 이용 가능성을 제시한다.
제주도 토양 샘플에서 분리한 amylase 생산균 15번 균주는 100 mL flask level와 10 L 생물반응기에서 T. inhamatum KSJ1의 FPpase, amylase 효소활성과 거의 비슷하였으며, flask level에서 두 균주의 xylanase, avicelase, CMCase, Gluco-amylase, $\beta$-amylase의 효소활성 및 음식물쓰레기의 당화능력도 모두 거의 비슷하였다. 두 균주를 YMEA 고체배지와 광학현미경으로 그 형태학적 특징을 관찰한 결과 T. inhamatum KSJ1이 녹색빛을 띠는 것과는 달리 amylase 생산균 15번 균주는 황색빛을 띠는 사상균으로 확인되었으며, 두 균주는 동일한 균은 아니지만 동일한 속으로 사료된다.
목재 저장소의 토양에서 분리된 호열성 세균인 Paenibacillus sp. DG-22로부터 xylanase를 생산하기 위한 배양조건을 최적화시키기 위해 연구를 수행하였다. Xylanase생산은 세포의 생장과 연관된 양상을 나타내었다. Xylanase 활성은 배양상청액에서만 발견된 반면 $\beta-xylosidase$활성은 주로 세포와 결합되어 있었다. Xylanase활성의 형성은 자일란에 의해 유도되었고 포도당과 자일로스에 의해서 억제되었다. 여러 상업적 자일란을 이용하여 xylanase의 생산양상을 조사한 결과 0.1-0.5%의 birchwood xylan에서 가장 높은 생산율을 나타내었다. 조사된 여러 질소 원들 중 효모추출물이 xylanase생산을 위하여 최적이었다. xylanase의 활성은 $Co^{2+},\; Cu^{2+},\; Fe^{3+},\; Hg^{2+}\;$ 와$\; Mn^{2+}$ 이온들에 의하여 억제된 반면 $Ca^{2+},\; Mg^{2+},\; Ni^{2+},\; Zn^{2+}$ 이온들과 DTT에 의해서는 촉진되었다. 수은은 5 mM의 농도에서 xylanase 활성을 완전히 파괴하였다. 자일란 가수분해의 주된 산물은 자일로바이오스, 자일로트라이오스 그리고 자일로 올리고당이었고 이것은 이 효소가 endoxylanase라는 것을 나타낸다.
가금류의 feather은 전 세계적으로 발생되지 않는 지역이 없을 만큼 광범위하게 발생되어지는 폐기물로써, 현재까지 많은 연구자들에 의하여 그 이용성에 대한 연구가 활발하게 이루지고 있다. 그러나 disulfide 결합, 수소결합 및 이온결합에 의하여 매우 강한 결합력을 가지는 feather 구성 단백질의 화학적인 성질 때문에 분해하여 사용하기에 많은 어려움이 있다. 가금류 폐기물을 이용한 사료의 제조과정에서 가열 및 가압 등의 과정을 거치면서 아미노산의 손실이 발생하고 낮은 소화율 등이 문제로 야기되어지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로 미생물이 생산하는 keratinolytic protease를 이용하고자 산업적으로 이용 가능성을 가지는 균주를 분리하였다. 토양 시료로부터 Bacillus sp. SMMJ-2, FL-3, NO-4 및 RM-12 4종의 keratinolytic protease 생성균을 분리하였다. 이 균주들은 5.0% skim milk agar plate에서 높은 protease 활성을 나타내었으며, 2.0% whole chicken feather agar plate에서도 많은 점질성의 물질을 생산하였다. Keratinolytic protease 생산을 위하여 배지4($0.7%\;K_{2}HPO_{4},\;0.2%\;KH_{2}PO_{4},\;0.1%$ fructose, 1.2% soybean meal, $0.01%\;Na_{2}CO_3$, pH 7.0)에서 Bacillus sp. SMMJ-2에 의한 keratinolytic protease의 생산을 조사한 결과, 배양 3일에 가장 높은 keratinolytic protease 활성을 나타내었다. 그러나, Basal medium(0.05% NaCl, $0.03%\;Na_{2}HPO_{4},\;0.04%\;NaH_{2}PO_{4},\;0.5%$ whole chicken feather, pH 7.0)에 유일한 탄소 및 질소원으로 whole chicken feather를 첨가하고 배양한 결과, $30^{\circ}C$에서 일주일 이상 배양하였을 때 feather은 모두 분해되었으나 깃대는 분리하지 못하였고 배지 4에 질소원으로 1.2% whole chicken feather를 첨가하였을 때 40시간 이내에 깃대를 포함한 feather를 모두 분해하였다. Bacillus sp. SMMJ-2에 의한 keratinolytic protease의 생산은 접종 후 9시간이 지나면서 생산되기 시작하여 24시간 동안 배양하였을 때 최대 활성의 86%를 나타내는 것으로 조사되었다. Bacillus sp. SMMJ-2에 의하여 생산되어지는 keratinolytic protease 활성은 $30^{\circ}C$, 180 rpm으로 3일간 배양했을 때 106 units/ml/min 이였으며, protease 활성은 540 units/ml/min을 나타내었다. 온도와 pH에 대한 효소의 안정성은 $50\%$ acetone을 이용하여 분리한 효소로 조사한 결과, $30{\sim}50^{\circ}C$까지는 80% 이상의 잔존효소활성을 나타내었고, $60^{\circ}C$ 이상에는 20분간 열처리로 효소가 거의 실활 되었다. 효소의 pH 안정성은 pH $6.0{\sim}12.0$에서는 비교적 안정한 것으로 조사되었다.
최근 기후변화에 따른 지구온난화는 전세계적으로 매우 큰 문제로 인식되고 있다. 이산화탄소의 농도, 온난화정도, 토양 온도, 강우량, 토양수분함량, 탈질작용 등과 같은 요인들은 토양으로부터 아산화질소 ($N_2O$)의 방출에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 산지습지인 오대산 질뫼늪과 정족산 무체치늪 토양으로부터 온도변화에 따른 $N_2O$ 발생을 조사하였다. 7월 채취한 질뫼늪 토양은 온도가 증가함에 따라 $N_2O$ 발생이 증가하였으나 $10^{\circ}C$에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. $15^{\circ}C$와 $20^{\circ}C$ 토양은 24시간까지는 증가하는 $N_2O$ 발생양상을 보였으나 그 이후 발생량의 뚜렷한 차이를 보이지 않았다, 전반적으로 온도처리에 따른 유의한 차이만을 보였다. 무제치늪 토양 또한 질뫼늪 토양과 유사한 경향을 보였다. 부가적인 질소원 처리에 대해 두 습지 토양은 다소 증가하는 양상을 보였으나 질소부가나 질소원에 따른 유의한 차이를 보이지 않았다. 결론적으로 이탄토양으로부터 배출하는 $N_2O$의 양은 온도가 상승함에 따라 증가되는 양상을 보였으나 질소원의 종류와 부가량은 $N_2O$ 배출 양상에 큰 차이를 보이지 않은 것으로 조사되었다. 향후 산지 이탄습지 토양의 $N_2O$ 배출양상을 보다 명확히 규명하기 위해서는 질소원의 차이, 질소의 시비, 토양효소 활성이나 질화세균의 활동성을 포함하여 다양한 요인에 대한 복합적인 연구가 진행될 필요가 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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