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Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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정수처리에서 염소 처리시 요오드계 트리할로메탄류 생성에 영향을 미치는 인자들 (Factors Affecting the Formation of Iodo-Trihalomethanes during Chlorination in Drinking Water Treatment)

  • 손희종;염훈식;김경아;송미정;최진택
    • 대한환경공학회지
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    • 제36권8호
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    • pp.542-548
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    • 2014
  • 본 연구에서는 염소처리시 요오드계 트리할로메탄(iodo-trihalomethanes, I-THMs)의 생성에 영향을 미치는 인자들을 조사하였다. 염소를 소독제로 사용하여 염소 투입농도, 수온, pH, 브롬이온과 요오드이온 농도, 염소 접촉시간, 암모니아성 질소농도 및 용존 유기물질의 특성 변화에 따른 I-THMs 6종에 대한 생성특성을 조사하였다. 수중의 요오드이온과 브롬이온의 농도가 증가할수록 I-THMs의 생성농도가 증가하였으며, 염소 투입농도 및 수온에 따른 I-THMs 생성에서는 염소 투입농도 및 수온 상승에 비례하여 I-THMs 생성농도도 증가하다가 염소 투입농도 3 mg/L 및 수온 $30^{\circ}C$ 이상의 조건에서는 오히려 I-THMs 생성농도가 감소하였다. 또한, 시료수의 pH가 상승할수록 I-THMs의 생성농도가 증가하였다. 수중의 $NH{_4}{^+}-N$ 농도가 증가할수록 염소와 반응하여 생성된 클로라민에 의해 I-THMs 생성농도가 증가하였다. 하수처리장 방류수, 휴믹산 조제수, 조류유래 유기물질 함유수 및 4개의 낙동강 시료수(고령, 매리, 하구 및 진천천)와 같은 7개의 시료수의 유기물질과 I-THMs와의 반응성을 조사한 결과, 하수처리장 최종방류수가 I-THMs와의 반응성($12.31{\mu}g/mg$)이 가장 높았고, 다음으로 휴믹산 시료수($4.96{\mu}g/mg$)로 나타났고, 조류유래 유기물질이 가장 낮은 결과($0.99{\mu}g/mg$)를 나타내었다. 또한, $SUVA_{254}$값과 I-THMs 반응성과의 상관성을 평가한 결과에서 상관계수($r^2$)가 0.002로 매우 낮게 나타나 $SUVA_{254}$값과 I-THMs 생성과는 연관성을 찾기가 어려웠다.

심부 천연가스의 지질학절 부존 환경 특성과 생산관련 현안 문제점 분석 연구 (An Analytical Study of Geologic Characteristics and Production- Related Problems of Beep Natural Gas Resources)

  • 장승룡
    • 한국석유지질학회:학술대회논문집
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    • 한국석유지질학회 2001년도 제8차 학술발표회 발표논문집
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    • pp.28-46
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    • 2001
  • 천연가스는 탄화수소가스와 질소$(N_2)$, 황화수소$(H_2S)$ 및 이산화탄소$(CO_2)$ 등의 혼합체로서 연소 시 공해물질이 거의 발생하지 않는 무공해 청정연료이며(Beggs, 1984), 현재 환경 문제가 전 세계적으로 급격히 대두되는 시점에서 천연가스는 그 청정성으로 인하여 사용량이 급증하고 있는 실정이다. 과거 Hubbert의 연구(Hubbert, 1974)에 의하면 천연가스는 매우 급속히 고갈되는 자원으로 평가되었으며 이러한 평가는 1980년대에 가스 가격 인상과 사용량의 제한을 유도하였다. 그 후, 지질학적 기반을 바탕으로 한 천연가스 자원 연구에서 Hubbert의 평가에 포함되지 않았던 가스 자원이 규명되었는데 이러한 새로운 가스자원은 비재래 가스 (Unconventional Gas), 기존 저류층의 추가 매장량과 심부 지역에 존재하는 심부 천연가스 (Deep Natural Gas) 등이다. 이러한 새로운 매장량의 추가로 인하여 천연가스의 미래는 밝아졌으며, 저렴한 가격의 안정된 가스 공급을 보장받게 되었다. 심부 천연가스는 15,000 ft $(4,572{\cal}m)$ 이상의 지하에 존재하는 천연가스로서 미국 지질 조사소인 U.S. Geological Survey(USGS)의 1995년 연구 결과로 볼 때, 1,412조 입방피트의 기술적으로 회수 가능한 천연가스 가운데 114조 입방피트가 심부 퇴적 분지에 존재하는 천연가스인데 이러한 심부 가스는 광범위하게 분포되어 있고 다양한 지질학적 환경을 가짐을 알 수 있다 (Kuuskraa, 1998). 심부 가스는 1995년 미국의 전체 천연가스 공급량 가운데 $6.7\%를 차지하였으며 2015년까지 $18.7\%로 증가할 전망이다 (Cochener & Brandenburg, 1998). 그러나 심부가스 개발은 성공률이 낮은 사업인데 그 이유는 투자비가 비싸고 개발하더라도 높은 비율의 비 생산정 (dry hole)이 발생하기 때문이며 그 결과 이러한 심부가스를 경제적으로 개발하기 위하여는 많은 기술적 도전을 극복하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 낮은 성공률을 가지는 심부 가스의 개발 성공률을 증가시키기 위하여 심부 가스가 존재하는 지역의 지질학적 부존 환경 및 조성상의 특성과 생산시 소요되는 생산비용을 심도에 따라 분석하고 생산에 수반되는 기술적 문제점들을 정리하였으며 마지막으로 향후 요구되는 연구 분야들을 제시하였다. 또한 참고로 현재 심부 가스의 경우 미국이 연구 개발 측면에서 가장 활발한 활동을 전개하고 있으며 그 결과 다수의 신뢰성 있는 자료들을 확보하고 있으므로 본 논문은 USGS와 Gas Research Institute(GRI)에서 제시한 자료에 근거하였다.

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Pd/Ti-SPK과 Pd/Zr-SPK 촉매상에서 수소 생산을 위한 메탄의 부분산화반응과 촉매의 특성화 (Partial Oxidation of Methane to $H_2$ Over Pd/Ti-SPK and Pd/Zr-SPK Catalysts and Characterization)

  • 서호준;강웅일
    • 공업화학
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    • 제21권6호
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    • pp.648-652
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    • 2010
  • 고정층 상압 흐름 반응기에서 메탄의 부분산화반응를 수행하여 메탄으로부터 수소제조 위한 촉매의 활성도를 평가하였고, BET, XPS, XRD를 사용하여 촉매의 특성을 분석하였다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매의 BET 표면적, Horvath-Kawaze의 기공부피와 기공폭, t-플롯 미세기공 면적과 부피는 각각 $284m^2/g$, $0.233cm^3/g$, 3.9 nm, $30m^2/g$ $0.015cm^3/g$$396m^2/g$, $0.324cm^3/g$, 3.7 nm, $119m^2/g$, $0.055cm^3/g$이었다. 촉매는 히스테리시스가 잘 발달된 IV형 임을 $N_2$-흡착등온선으로부터 확인할 수 있었다. XPS분석으로부터 SPK에 Ti와 Zr이 부분 치환된 Ti-SPK과 Zr-SPK의 Si 2p과 O 1s 피크는 SPK의 Si 2p와 O 1s 피크 보다 낮은 결합에너지 쪽으로 화학 이동함을 알 수 있었고, 촉매표면의 Pd의 산화상태는 $Pd^0$$Pd^{+2}$이었다. XRD의 결정 피크는 반응 전에 무정형인 촉매가 반응 후에는 결정상으로 변함을 보여주었다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매의 메탄의 전화율과 수소의 선택도는 973 K, $CH_4/O_2$ = 2, GHSV = $8.4{\times}10^4mL/g_{cat}{\cdot}h$. 반응조건에서 각각 77, 84%와 78, 72%이었고, 반응 시작 후 3일까지도 촉매의 활성이 거의 일정하게 유지되었다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매는 메탄의 부분산화반응에서 활성도와 열 안정성 및 물리화학적 성질이 우수하였다.

Comparison of Fermentation Characteristics of Italian Ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) and Guineagrass (Panicum maximum Jacq.) during the Early Stage of Ensiling

  • Shao, Tao;Zhang, Z.X.;Shimojo, M.;Wang, T.;Masuda, Y.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제18권12호
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    • pp.1727-1734
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    • 2005
  • The fermentation characteristics and mono- and di-saccharides compositions during the early stage of ensiling were studied with a temperate grass, Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) and a tropical grass, guineagrass (Panicum maximum Jacq.). The laboratory silos were kept in the room set at 25$^{\circ}C$, and then were opened on 0.5, 1, 2, 3, 5 and 7 days (14 days in Italian ryegrass) after ensiling, respectively. The Italian ryegrass silage showed a fast and large pH decrease caused by a fast and large production of lactic acid during the first 5 days of ensiling and succeeded to achieve lactic acid type fermentation; high lactic acid/acetic acid and lactic acid content at the end of ensiling (14 days), low values of pH (3.74), acetic acid, ethanol and ammonia-N/total nitrogen, none or only small amounts of Butyric acid, valeric acid and propionic acid. The guineagrass silage showed a slow decrease in pH and a slow increase in lactic acid content during the full ensiling period, causing a high final pH value, low contents of lactic acid, acetic acid, total volatile fatty acids and total organic acids. In Italian ryegrass silage, mono- and di-saccharides compositions decreased largely within the initial 0.5 day (12 h) of ensiling. Sucrose disappeared rapidly within the initial 0.5 day of ensiling, but fructose and glucose contents showed an initial rise by the activity of enzymes in plant tissues, and then decreased gradually. On the other hand, the contents of monoand di-saccharides in guineagrass showed the largest decreases due mainly to plant respiration within the initial 0.5 day of ensiling, and no initial rises in fructose and glucose contents during the early stage of ensiling because of the absence of fructans which are hydrolyzed into fructose and glucose in temperate grasses. In both silages, the rate of reduction in mono- and di-saccharides compositions within the initial 5 days of ensiling was ranked in the order of glucose>fructose>sucrose, suggesting that glucose and fructose might be more favorably utilized than sucrose by microorganisms and glucose is the first fermentation substrate. It was concluded that the silage made from Italian ryegrass with high moisture content had a good fermentation quality owing to the dominance of lactic acid bacteria and active lactic acid fermentation during the initial stage of ensiling. These results can be explained by rapid plant sap liberation and the high activity of plant enzyme hydrolyzed fructans into fructose and glucose within the initial 2 days of ensiling, which stimulate the homofermentative lactic acid bacteria growth. In ensiling a temperate grass, the physical characteristics may ensure the rapid onset of fermentation phase, which results from the smaller losses of water-soluble carbohydrates during the initial stage of ensiling and providing sufficient water-soluble carbohydrates for lactic acid bacteria. The silage made from guineagrass with intermediate dry matter and high initial mono- and di-saccharides content was stable silage. This could be explained by the higher incorporation of air during the very early stage of ensiling and the restriction of cell breakdown and juice release due to the properties of a tropical grass with coarse porosity and stemmy structures. These physical characteristics delayed the onset of lactic acid bacteria fermentation phase by extending the phases of respiration and aerobic microorganisms activity, causing the higher loss of water-soluble carbohydrates and the shortage of lactic acid bacteria fermentation substrates.

시설 재배 가지에서 칼리 시비 수준에 따른 점박이응애의 생물적 특성 (Bionomics of Tetranychus urticae Koch on Eggplants under Various Potassium Regimes in Controlled Environment)

  • 김주;이상구;김정만;김태흥;임주락;전형권;신용규
    • 한국응용곤충학회지
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    • 제47권3호
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    • pp.217-226
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    • 2008
  • 칼리를 0, 2, 6, 12 mM 수준으로 재배한 가지 잎을 먹이로 점박이응애의 발육을 조사하였다. 칼리 시비수준이 증가함에 따라 식물체내 K함량은 증가하였고, N함량은 감소하였으며 P, K, Mg는 증가하였다. 칼리 시비수준이 증가함에 따라 조단백질과 섬유소는 감소하였지만 회분과 설탕은 증가하였다. 탄수화물은 2 mM처리에서 높았다. 수분은 0 mM처리를 제외하고는 칼리수준이 높을수록 증가하였다. 칼리 시비수준에 따른 수량은 6 mM처리에서 주당 552.7 g으로 가장 많았고, 0 mM처리에서 가장 적었다. 잎두께와 엽록소함량은 칼리 시비수준이 높을수록 증가하였고, 식이선호성은 6 mM, 산란선호성은 12 mM처리에서 높았다. 온실에서 정식 99일후 자연 발생되는 점박이응애의 피해 엽률은 6 mM처리에서 가장 높았다. 점박이응애의 발육은 엽 내 칼리함량이 증가할수록 모든 영기에서 모두 짧아졌고 수컷이 암컷보다 짧은 경향이었다. 성충기간과 산란기간은 처리 간에 차이가 없었으나 산란 수는 6 mM처리에서 84.7개로 가장 높고, 0 mM처리에서 40.6개로 가장 낮았다. 부화율과 성비는 큰 차이가 없었다. $R_o,\;r_m$$\lambda$는 6 mM이 가장 높고 0 mM이 가장 낮았다. T와 DT는 6 mM이 가장 적은 수치를 나타내었고 0 mM이 가장 높았다. 엽내 칼리함량이 높거나 낮을 경우 점박이응애의 발생은 낮아지는 경향이었다.

$CH_3OH$ 용매에서 란탄족 원소 {Ln(III)=Pr, Sm, Gd, Dy}-거대고리 착물과 보조리간드 간의 화학평형(제3보); 두자리 리간드(주게원자:N혹은 O)를 중심으로 고찰 (Chemical Equilibria of Lanthanide {Ln(III)=Pr, Sm, Gd, Dy}-Macrocyclic Complexes with Auxiliary Ligands in $CH_3OH$(Part III); Study of the Coordination of Nitrogen-or Oxygen-Containing Bases)

  • 변종철;박유철;한충훈
    • 대한화학회지
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    • 제44권2호
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    • pp.95-101
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    • 2000
  • 2-hydroxy-3-hydroxymethy1-5-methylbenzaldehyde(HHMMB)와 ethylenediamine 혹은 1,3-dia-minopropane의 축합반응에 의해 6-배위 칸막이 리간드, $H_4L[A]$$H_4L[B]$를 각각 얻은 후에 거대비고리 리간드 착물, $Cu(H_2L[A]).H_2O$, $Cu(H_2L[B]).H_2O$, CuFe(L[A]($NO_3$).$4H_2O$, CuFe(L[B])($NO_3$).$4H_2O$, [$CuGd(H_2L[A])(NO_3)_2](NO_3).2CH_3OH$, [CuGd($H_2L$[B])($NO_3)_2$]($NO_3).2CH_3OH를 합성하였다. 2,6-diformyl-p-clesol (DFPC)로부터 합성한 Ln-거대고리([20]DOTA)착물,[Ln([20]DOTA)($NO_3)(H_2O)$]($NO_3$)2.$xH_2O${Ln(III)=Pr, Sm, Gd, Dy를 methanol 용매에 2일 정도 정치함으로써 [Ln([20]DOTA)($NO3$)($CH_3OH)]^{2+}$을 얻을 수 있다. 이 lanthanide-[20]DOTA착물에서 배위된 $CH_3OH$이 주게원자가 N 혹은 O인 두자리 보조리간드, $L_a$(=o-phenylenediamine,1,10-phenanthroline, ethylenediamine,oxalic acid, malonic acid, acethyl-acetone에 의해 치환될 때 평형상수(K)를 $25^{\circ}C\;{\mu}=0.1M\;NaClO_4$ 에서 분광학적 방법으로 결정하였다. 보조리간드의 $pK_a$는 o-Phenylenediamine < 1,10-ptlenanthroline < ehylenediamine,oxalic acid < malonic acid < acethylacetone이며, 이때 평형상수, K는 ethylenediamine < 1,10-phenanthroline < o-phenylenediamine,acethylacetone < malonic acid < oxalic acid 경향으로 변하였다.

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가축분뇨 병합처리 바이오가스화를 위한 설계 및 운전 기술지침 마련 연구(II) - 정밀모니터링 결과 중심으로 - (A Study on Establishment of Technical Guideline of the Installation and Operation for the Efficient Bio-gasification Facility of Pig Manure and Food Waste(II): - Results of the Precision Monitoring -)

  • 이동진;문희성;손지환;배지수
    • 유기물자원화
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    • 제25권3호
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    • pp.91-98
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    • 2017
  • 본 연구는 유기성폐자원 (가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)을 병합 소화하는 시설을 대상으로 적정 설계 기준치를 충족하기 위한 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링을 실시하였다. 현장조사시 정상적으로 운영 중인 9개의 혐기소화시설과 사육돈 종류에 따른 가축분뇨 발생원 (농가) 14곳을 정밀모니터링 대상으로 선정하였으며 삼성분, 영양성분 (탄수화물, 단백질, 지방), 휘발성지방산, 질소 등에 대한 물리화학적 분석을 실시하였다. 가축분뇨 바이오가스화 시설로 반입되는 유기물의 휘발성고형물 농도는 (Volatile solids, VS) 단독처리시 2.81 %, 음식물류와 병합처리시 5.92 %로 조사되었으며, 유기물분해율은 단독처리 대비 20.5 % 증가된 63.6 %의 제거율을 보였다. 영양물질 결과를 바탕으로 이론적 메탄수율과 실제 현장에서의 메탄수율을 비교한 결과, VS 기준 실제 메탄수율은 이론값 대비 72 %에 해당하는 $0.36Sm^3CH_4/kgVS$로 실측되었다. 농가발생원의 총고형물 농도를 분석한 결과, 자돈 및 이유돈은 5.6 %로 가장 낮았으며 육성돈, 비육돈, 모돈 등은 약 11~13 %로 높은 유기물 함량을 보였다. 또한 가축분뇨에는 모래, 가축털 뭉치 등의 이물질이 존재함으로 혐기소화 과정에서 스크리닝 등의 전처리 과정을 사전에 실시하여야 한다. 음폐수와 가축분뇨의 혼합비율을 달리하여 운전한 연속식 반응기를 통해 병합처리 효과에 따른 적정 혼합비율을 도출하고자 하였다. 연속식 반응기 실험에서 가축분뇨와 음폐수의 혼합비율을 100:0, 80:20, 40:60, 20:80으로 설정하여 진행하였을 때, 60:40~40:60의 범위에서 적정 혐기소화 조건 (100 gTS/L 이하, 알칼리도 1 gCaCO3/L 이상, C/N비 12.0~30.0 등)에 부합하는 실험결과를 도출하였다.

금강 대권역 대표 멸종위기 담수어류의 분포 특성 및 이화학적 수질-하천 생태건강도와의 관계분석 (Distributions of Endangered Fish Species and Their Relations to Chemical Water Quality-Ecological Stream Health in Geum-River Watershed)

  • 이상재;안광국
    • 한국환경생태학회지
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    • 제30권6호
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    • pp.986-995
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    • 2016
  • 본 연구에서는 금강 대권역에 서식하는 멸종위기 담수어류의 분포, 이들 종에 대한 화학적 지표와의 관계 및 물리적 서식지 특성을 분석하였다. 금강 대권역에 서식하는 멸종위기종의 개체수는 감돌고기(Pseudopungtungia nigra), 꾸구리(Gobiobotia macrocephala), 돌상어(Gobiobotia brevibarba), 퉁사리(Liobagrus obesus), 미호종개(Iksookimia choii) 순으로 나타났다. 멸종위기 야생생물 I급 어류인 감돌고기는 금강 대권역 내 18개 하천에서 가장 광범위하게 분포하여, 향후 감돌고기의 I급 어종 선정에 대한 재평가가 필요한 것으로 사료되었다. 또한 초강 중권역에서 멸종위기어종이 총 4종 384개체가 채집되어 종수 및 개체수가 풍부하였다. 멸종위기어종 서식지에서 이화학적 수질내성도 분석에 따르면, 생물학적 산소요구량(BOD) 및 총인(TP)은 각각 매우 좋음(Ia), 좋음(Ib)으로 평가 되었으며. 암모니아성 질소($NH_{4+}$), 총질소(TN), 인산염 인($PO_{4^-}P$) 등의 수질 항목도 멸종위기종 비 출현지점에 비해 훨씬 양호한 것으로 분석되었다. 한편, 미호종개의 경우 수질의 내성범위가 다른 어종에 비해서 광범위하게 나타나, 화학적 수질특성이 크게 악화되지 않을 경우 수질특성 보다는 미소서식처의 하상구조, 수리수문학적 특성 등의 물리적 서식지 조건이 더 중요한 것으로 나타났다. 또한, 멸종위기종의 분포는 1~3차의 소형하천보다 4~6차 대형하천에서 높게 나타났으며, 주로하천의 상류 및 중상류에 작은 무리를 이루며 서식하는 것으로 나타났다. 멸종위기종 미출현지역과 출현지역의 생태건강도 다변수 평가모델 값은 각각 21.6 "보통상태(Fair)" 및 30.5 "양호상태(Good)"로 나타나 뚜렷한 차이를 보여, 생태건강도가 잘 유지된 곳에서 멸종위기종이 잘 서식하는 것으로 나타났다. 본 연구를 요약해 보면, 감돌고기와 같은 어종의 멸종위기종 선정에 대한 재평가가 향후 필요하며, 수질오염 및 서식지교란이 가속화되고 있어 멸종위기종에 대한 체계적인 보호 및 관리가 필요하다.

현무암토양(玄武岩土壤)에서 수도(水稻)에 대(對)한 석회(石灰) 및 인산시용효과(燐酸施用効果) (Studies on the effect of Phosphorus application and availability of silicate in Basalt soil applied Lime)

  • 정현식;김정제;한세기
    • 한국토양비료학회지
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    • 제10권1호
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    • pp.49-53
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    • 1977
  • pH 5.4로서 산성(酸性)이고 중점질(重粘質)이며 인산함량(燐酸含量)이 낮은 현무암토양(玄武岩土壤)에 대(對)하여 석회(石灰)의 시용(施用)이 인산(燐酸)과 규산(珪酸)의 효과(効果)에 미치는 영향(影響)을 검토(檢討)하고저 석회(石灰)와 인산(燐酸)을 조절시용(調節施用)하여 시험(試驗)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 석회(石灰)의 적량시용(適量施用)은 등숙비율(登熟比率)을 증가(增加)시켰고 다량시용(多量施用)은 수수(穗數)와 수당입수(穗當粒數)를 감소(減少)시켰다. 2. 인산시용(燐酸施用)은 수수(穗數), 수당입수(穗當粒數) 및 등숙비율(登熟比率)을 증가(增加)시켰으며 수량(收量) 역시 유의성(有意性)있는 증수(增收)를 보였다. 3. 식물체(植物體)가 수확기(收穫期)에 흡수(吸收)한 무기성분중(無機成分中) N는 수(數)와 수당입수(穗當粒數) 및 수량(收量)과 유의(有意)한 상관(相關)을 보였으며 $P_2O_5$$SiO_2$는 수당입수(穗當粒數)와 등숙비율(登熟比率) 및 수량(收量)과 유의(有意)한 상관(相關)을 보였다. 4. 토양중(土壤中) 무기성분(無機成分)과 수량(收量) 및 수량구성요소(收量構成要素)와의 관계(關係)에 있어서 $SiO_2$는 석회시용(石灰施用)에 따라서 부분적(部分的)으로 유의상관(有意相關)이었으나 $P_2O_5$는 석회중화량시용(石灰中和量施用)의 경우 각(各) 수량구성요소(收量構成要素)와 수량(收量)에 있어서 유의상관(有意相關)을 보였고 석회중화량(石灰中和量)의 배량시용구(倍量施用區)에 있어서도 수수(穗數)와 수당입수(穗當粒數)와는 1% 수준(水準)에서, 수량(收量)은 5% 수준(水準)에서 유의상관(有意相關)을 보였다. 5. 석회시용(石灰施用)에 따른 토양중(土壤中) 유효인산의 변화(變化)는 석회시용량(石灰施用量) 증가(增加)에 따라 점차 증가(增加)하는 경향(傾向)이었고 유효규산(有効珪酸) 역시(亦是) 인산(燐酸)과 동일(同一)한 경향(傾向)으로 표준구(標準區)의 59ppm에 비(比)하여 석회중화량시용구(石灰中和量施用區)에서 86ppm, 중화량(中和量)의 배량시용구(倍量施用區)에서는 138ppm으로서 석회시용(石灰施用)에 의한 규산(珪酸)의 유효도(有効度)는 현저하게 증가(增加)하는 경향(傾向)이 있다.

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