옥포만내 유기주석화합물의 분포와 해양 무척추동물 중의 생물농축

홍상희 이화여자대학교 대학원 1996 국내석사

Lactiplantibacillus plantarum을 이용한 미나리 발효를 통한 숙취 해소 및 간기능 개선용 소재 생산

감다혜 선문대학교 일반대학원 2022 국내석사

본 연구는 Lactiplantibacillus plantarum을 이용한 발효를 통해 미나리 (Oenanthe javanica) 추출물로부터 생물전환물을 생산하고 숙취해소와 알코올성 간손상 개선 기능성을 검증하기 위해 in vitro와 in vivo 평가를 수행하여 효과를 확인하고 지표성분을 분리하여 작용기작을 규명함으로써 상기 기능성의 과학적 근거를 제시하는 것을 목적으로 하였다. 미나리로부터 지표성분 추출증대를 위해 반응표면분석법(response surface methodology)을 이용하여 초음파 추출의 주요 공정조건인 추출온도, 추출시간과 에탄올 농도에 대한 최적화를 수행하였으며 최적 추출조건에서 생산된 미나리 추출물을 L. plantarum을 이용한 발효를 통해 생물전환하였다. 생물전환에 의한 지표성분의 변화를 high performance liquid chromatography 및 liquid chromatography-tandem mass spectrometry 분석을 통해 확인한 결과 p-coumaric acid가 생물전환 후 약 9.52배 증가 되었고 chlorogenic acid가 quinic acid으로 전환된 것을 확인하였다. 간세포에서 미나리 생물전환물은 미나리 추출물에 비해 알코올에 의해 감소된 세포 생존율을 증가시켰으며(p < 0.05) 이러한 효과가 미나리 생물전환물 내 지표성분인 p-coumaric acid에 의한 ADH와 ALDH의 발현증가를 통한 독성경감에 기인한 것임을 규명하였다. 또한 미나리 생물전환물과 지표성분인 p-coumaric acid가 transforming growth factor-β (TGF-β)/SMAD signaling pathway억제를 통해 간세포 내 콜라겐 합성을 감소시키는 작용을 함으로써 알코올에 의한 간섬유화 개선에 효과적임을 확인하였다. 동물모델을 통한 in vivo 실험 결과 미나리 생물전환물과 p-coumaric acid가 rat에서 알코올 투여로 인해 증가된 혈청 알코올, 알데하이드, GPT와 ALP 농도를 감소시킨 반면 알부민 농도를 증가시키는 것으로 나타나 숙취해소 및 알코올성 간손상 개선에 효과적임을 입증하였다. 특히 간조직에서 미나리 생물전환물과 p-coumaric acid에 의해 ADH와 ALDH의 발현이 증가된 반면 TGF-β, SMAD-2, SMAD-4와 α-SMA의 발현이 감소된 결과를 통해 미나리 생물전환물과 그 지표성분이 숙취해소 및 알코올성 간 섬유화에 대한 개선 효과를 가짐을 확인하였고 초음파 추출공정 및 생물전환을 이용한 고부가가치 건강기능성 식품 소재 개발이 가능할 것으로 판단된다.

인삼 점무늬병(Alternaria panax)과 탄저병(Colletotrichum gloeosporioides)에 대한 길항미생물 선발 및 동정

이혜진 건국대학교 대학원 2012 국내석사

본 연구는 인삼 잎에 발생하여 인삼의 수량을 감소시키는 원인인 인삼 점무늬병과 탄저병의 생물학적 방제를 위해 길항미생물을 선발하고 이를 미생물 제제 개발에 이용함으로써, 농약 과다사용으로 인한 잔류문제 및 환경오염을 줄이기 위해 실시되었다. 방제실험을 위해 인삼 점무늬병원균과 탄저병원균은 농촌진흥청 인삼특작부 (충북 음성) 내 포장에서 채집하였고, 이병(移病)주를 5×5mm 크기로 조각내어 1% 차아염소산나트륨(NaOCI) 용액으로 표면살균 후 분리하였다. 전자현미경을 이용하여 형태적 특징을 조사한 후, 순수 배양한 병원균을 새로운 개체에 접종하여 같은 병증을 확인하였으며, 분리한 병원균을 대치배양 및 생물검정에 사용하였다. 길항미생물 분리를 위해 전국의 생육이 좋은 인삼뿌리 40개와 재래식 된장 5종류, 김치 6종류을 마쇄한 후, 80℃에서 10분간 열처리하여 총 56종의 미생물을 분리하였다. 1차 분리한 미생물 중에서 인삼 점무늬병원균 (Alternaria panax)과 탄저병원균 (Colletotrichum gloeosporioides)과의 대치배양을 실시하여 두 병원균에서 5mm이상의 저지선을 나타낸 GN17, GN38, DJ5, KC1, KC2, KC4을 최종 선발하였다. 선발한 길항미생물의 실제 인삼에서 병 방제효과를 검정하기위해 pot 실험을 실시하였다. 1년생 자경종 묘삼을 포트에 심어 약 2개월 동안 재배 한 후 길항균의 치료효과 조사를 위해 병원균을 처리한 포트에 길항미생물을 처리하였고, 예방효과 검증을 위해 길항미생물을 먼저 처리한 이후에 병을 발병시켰다. KC1, KC2, KC4, GN17이 화학농약을 처리한 대조구와 비슷한 점무늬병 치료효과를 보였지만 모든 길항미생물은 탄저병 치료효과가 전혀 없었으며, 무처리 대조구와 비슷한 발병률을 보였다. 점무늬병의 예방효과 조사를 위해 이병주율을 측정하였고, KC1, KC4, GN17이 무처리 대조구보다 낮은 발병률을 보였으나 유의적인 차이는 인정되지 않았다. 반대로 탄저병에 대해서는 6종의 길항미생물 모두 약 83∼90%정도의 우수한 방제가를 보여 우수한 예방효과를 입증하였다. 이들 길항미생물은 16s rRNA 염기서열 분석 및 계통도 분석 결과 Bacillus 속으로 동정되었다. 이처럼 인삼 및 전통발효 식품에서 발효된 6종의 Bacillus spp.는 대체적으로 점무늬병의 치료효과와 탄저병의 예방효과를 보였고, 이를 병의 발생시기와 연관지어 본다면 병의 발생이 다발하는 6∼8월에 이들 길항미생물을 처리한다면 방제 효과가 있을 것으로 판단된다.

Lactiplantibacillus plantarum SM4를 이용한 커피박 생물전환물의 adipogenesis 및 lipogenesis 억제를 통한 항비만 효과

홍지우 선문대학교 일반대학원 2023 국내석사

본 연구는 Lactiplantibacillus plantarum SM4를 이용한 발효를 통해 커 피박 추출물로부터 생물전환물을 생산하고 dipogenesis 및 lipogenesis 억제 를 통한 항비만 효과를 검증하기 위해 in vitro와 in vivo 평가를 수행하였 다. 커피박 생물전환물의 주요물질을 분리하여 지방전구세포 분화 억제를 통한 항비만 작용기전을 규명함으로써 상기 기능성의 과학적 근거를 제시 하는 것을 목적으로 하였다. 생물전환에 의한 주요물질을 high performance liquid chromatography 및 liquid chromatography-tandem mass spectrometry 로 확인한 결과 커피박의 주요물질은 클로로겐산(4.25 mg/g)이었으며 생물 전환을 통해 카페익산과 퀸산으로 전환됨을 확인하였다. 커피박 생물전환물의 지방세포 내 중성지방 축적 저해 효과를 확인하기 위해 추출물을 지방전구세포에 0.25 mg/mL로 처리하였을 때 중성지방 축 적이 1.4 배로 감소됨이 확인되었다. 또한, 커피박 생물전환물과 주요물질인 클로로겐산이 지방전구세포 분화 핵심 유전자인 AMP-activated protein kinase (AMPK)와 carnitine palmitoyl transferase-1 (CPT-1) 발현을 각각 52.6과 33.8%로 증가시킨 반면 sterol regulatory element binding proteins-1c (SREBP -1c), CCAAT enhancer binding protein-α (CEBP - α), peroxisome proliferator activated receptor-γ (PPAR-γ) 및 fatty acid synthase (FAS) 발현은 각각 55.6, 43.2, 35.1과 38.5%로 억제된 것을 확인 하였다. 이는 커피박 생물전환물이 AMPK 발현을 중심으로 지방전구세포 분화 기전을 조절함으로써 후속 조절인자의 발현을 감소시켜 중성지방 생 성 억제에 효과가 있음이 입증되었다. 고지방식이로 유도된 제브라피쉬 간조직에서 커피박 생물전환물과 주요 물질인 클로로겐산에 의해 지방간 질환 관련 핵심 유전자인 SREBP -1c. FAS, acetyl CoA carboxylase (ACC)와 stearoyl-CoA desaturase (SCD) 의 발현이 각각 60.2, 46.1, 30.9와 40.3%로 감소된 결과를 통한 커피박 생 물전환물과 클로로겐산이 지방전구세포 분화 억제 및 지방간 질환에 대한 개선 효과를 가짐을 확인하여 고부가가치 건강기능식품 및 및 의약품 소재 로서 활용이 가능할 것으로 사료된다. The purpose of the present study is to investigate the anti-obesity and fatty liver disease effect of bioconversion of coffee residue extract with Lactiplantibacillus plantarum SM4. Chlorogenic acid (4.5 mg/g) was identified as the main component of the BCE via high-performance liquid chromatography (HPLC) and HPLC-mass spectrometry analyses (HPLC-MS/MS) analysis. And It was confirmed that chlorogenic acid was converted to quinic acid by the bioconversion of the coffee residue extract. In 3T3-L1 preadipocytes, lipid accumulation and differentiation was suppressed by 1.4 times under the BCE treatment at 0.25 mg/mL, respectively. The expression of the main genes involved in the inhibition of adipogenesis was evaluated at the mRNA level via transcription-polymerase chain reaction. The extract at 0.25 mg/mL increased the mRNA expressions of AMP-activated protein kinase (AMPK) and carnitine palmitoyl transferase-1 (CPT-1) by 52.6 and 33.8%, respectively, while it decreased the expression of sterol regulatory element binding proteins-1c (SREBP -1c), peroxisome proliferator activated receptor-γ (PPAR-γ), CCAAT enhancer binding protein-α (C/EBP -α), and fatty acid synthase (FAS) by 55.6, 43.2, 35.1, and 38.5%, respectively, indicating excellent anti-obesity potential of BCE. In zebrafish, the expression of the main genes involved in the inhibition of fatty liver disease was evaluated at the real time-PCR. The extract at 0.25 mg/mL decreased the expressions of SREBP-1c, FAS, acetyl CoA carboxylase (ACC), and SCD by 60.2, 46.1, 30.9, and 40.3%, respectively, indicating excellent inhibition of fatty liver disease potential of BCE. The results of this study suggested that BCE functions as an anti-obesity food additive or medication by activating the AMPK-induced regulation, suppressing adipogenesis transcription factors and fatty liver disease

황 산화세균과 암모니아 산화세균의 분리와 황화계 및 암모니아 악취 제거의 특성

이은영 梨花女子大學校 1999 국내박사

There are a lot of the malodorous gases generated from the sewage treatment plant, nightsoil treatment plant, and live-stock waste treatment, but the main components are H₂S and NH₃, which are the highly odorous, toxic, and corrosive air pollutants. The ratio of hydrogen sulfide and ammonia is varied according to the components of wastewater or waste products of each plant. There are numerous and various well-established physicochemical techniques presently available for the treatment of sulfur-containing gases, especially H₂S. The major disadvantages of these conventional techniques are their relatively high-energy requirement, treatment cost, and high disposal cost. The growing demand for the more economical and improved process has prompted investigations into microbiological alternatives, and led to a variety of biological gas deodorization process. Biological treatment, especially biofiltration method, has been widely used to remove malodorous gases recently due to high efficiency and economic advantages. In biological deodorization, the efficiency of removal by microorganisms is the limiting factor, thus there are needs to isolate and develop the active deodorizing microorganisms to improve the efficiency. Thens of kinds of sulfur oxidizing bacteria which degrade sulfur-containing malodorous gases were isolated from the enrichment of activated sludge, soil, and anaerobic digested sludge. From these samples, 3 kinds of strains were selected in respect of growth ability in SOB medium, and named as MET, AZ11, and TAS respectively. All of them were classified as a chemolithoautotroph because they could grow on SOB medium which contained elemental sulfur as the energy source and CO₂as the carbon source. Also from the chemotaxanomic results of quinones, cellular fatty acids, and ferrous iron usage, they were considered to be Thibacillus thioosidans. Several factors affecting the sulfur oxidizing characteristics of T. thiooxidans MET were investigated to determine the optimal operation of biofilter. T. thiooxidans MET had a relatively high sulfur oxidation rate in broad ranges of pH from 2 to 8, and the optimum pH was pH 4. The sulfur oxidation rate increased linearly as the concentration of elemental sulfur increased. On the other hand, the sulfur oxidation rate and the thiosulfate oxidation rate were inhibited at the concentration of over than 5.4g/L of thiosulfate as substrate. T. thiooxidans MET was an acid-tolerant because it kept sulfur oxidation activities up to 48g/L of SO₄² accumulated in the medium. T. thiooxidans AZ11, which degrades H₂S, methanethiol, and dimethy1 sulfide, was isolated from the enrichment of soil with continuous supply of H₂S. When 50g/L of elemental sulfur as substrate was supplemented to the medium, the maximum value of specific sulfur oxidation rate of T. thiooxidans AZ11 was 22 g-S·g-DCW ¹·d ¹. T. thiooxidans AZ11 kept the relatively high sulfur oxidation rate up to 79g/L of SO₄² accumulated in the medium, which means T. thiooxidans AZ11 could be a good candidate when it is applied to degrade sulfur-containing malodorous gases effectively for a long time in biodeodorization systems. T. thiooxidans TAS, which tolerated high concentration of (NH₄)₂SO₄ was isolated from the enrichment of activated sludge with continuous supply of H₂S in order to apply to degrade the mixed gases of H₂S and NH₃. T. thiooxidans AZ11, and strain DM18 could not grow in the medium supplemented with 60g/L of (NH₄)₂SO₄. On the other hand, T. thiooxidans TAS should 1.23 g-3·g-DCW ¹·d ¹of specific sulfur oxidation rate at 60g/L of (NH₄)₂SO₄. T. thiooxidans TAS had a relatively high sulfur oxidation rate in broad ranges of pH from 2 to 8, and the optimum pH was pH 6. The sulfur oxidation rate and the growth rate of T. thiooxidans MET, T. thiooxidans AZ11, and T. thiooxidans TAS were compared. Considering of the oxidation reaction from elemental sulfur to sulfate as first order, the data of the concentration of sulfate and of cell mass were plotted to Monod equations. A plot of 1/Vm versus 1/S gave an excellent straight line. From the slope and the intercept of the regression line fitted to the data, the maximum sulfur oxidation rate ranged from 1.38 to 1.88 g-S·L ¹·d ¹and the maximum growth rate ranged from 0.3 to 0.43d ¹. The microbial growth accompanied an increase of dry cell weight and of the production of sulfate. The specific production rate of sulfate was proportional to the specific growth rate. The growth yield(Yx/s) and product yield(Yp/x) of T. thiooxidans ranged from 0.020 to 0.033g-DCW/g-S and from 88 to 149 g-SO₄² /g-DCW, respectively. The effect of organics, glucose, tryptone, and yeast extract, on the growth and on the sulfur oxidation rate of T. thiooxidans was investigated. The growth rate and growth yield of T. thiooxidans were enhanced about twice with the addition of less than 10g/L of glucose. The sulfur oxidation rate of T. thiooxidans was slightly enhanced by the addition of less than 1 and 2g/L of tryptone and yeast extract, respectively. That is, small amount of organics could increase the growth and sulfur oxidation rate of T. thiooxidans. The maximum removal rates of H₂S were calculated from the Hanes-Wolf plot at various temperatures. At 30℃, the rates by the biofilter inoculated with T. thiooxidans TAS, T. thiooxidans AZ11, T. thiooxidans MET were 579, 425, and 400g-S·m ³·h ¹, respectively. At 15, and 25℃, the rates were 4.8 and 8.3 g-S·g-DCW ¹·d ¹, which were about 85% and 49% of those of 30℃, respectively. Methanethiol was degraded by the biofilter inoculated with T. thiooxidans AZ11 and T. thiooxidans MET. Dimethy1 sulfide was degraded by the biofilter inoculated with T. thiooxidans AZ11 although the removal rate of it was low. In shorts, H₂S was degraded the most, followed by methanethiol and then dimethy1 sulfide. Mixed gases of H₂S and NH₃were degraded by the biofilter inoculated with T. thiooxidans TAS had tolerance to (NH₄)₂SO₄. when H₂S single gas was supplied, H₂S was degraded completely at the load less than 810 g-S·m ³·h ¹of H₂S. But, when mixed gases of H₂S and NH₃were supplied, the removal capacity of H₂S was inversely proportional to the increase of inlet loading, due to the presence of NH₃gas was removed completely at less than 190 g-N·m ³·h ¹ of NH₃through the reaction of chemical process. It was neutralized with sulfate, the final product of oxidation, to form (NH₄)₂SO₄. These results showed that T. thiooxidans TAS could be an adequate candidate for the treatment of mixed gases of H₂S and NH₃. Worm cast enriched with ammonia was inoculated to the biofilter and was acclimated with NH₃gas for sixties days. Ammonia oxidizing bacterium, EA11, was isolated from the biofilter. The result of kinetic analysis of removal of NH₃ showed the maximum removal rates of NH₃at 15 and 30℃ were 125 and 2801g-N·m ³·h ¹, respectively. When mixed gases of H₂S and NH₃were supplied to the biofilter, the removal activity NH₃was inhibited by high concentration of H₂S over 200ppm. In this study, three kinds of sulfur oxidizing bacteria, T. thiooxidans, and ammonia oxidizing bacterium, EA11, were isolated to be applied to the biodeorizing systems. Through the kinetic analysis of several factors influencing the sulfur oxidation rate, the characteristics of the isolates were understood and the basic data for the application of the biodeodorization obtained. Also, lab-scale biofilters inoculated biofilter sulfur oxidizing bacteria and ammonia oxidizing bacteria were used to degrade H₂S and NH₃respectively. They showed much higher efficiency in the removal of H₂S and NH₃than other experiments with biofilers. Finally, the biofilter inoculated with T. thiooxidans TAS degrade the mixed gases of H₂S and NH₃at the load of less than 410g-S·m ³·h ¹ of H₂S. 하수처리시설, 분뇨처리시설 및 축산폐기물 처리시설 등에서 발생하는 악취는 많은 종류의 악취 물질이 함유된 형태이지만, 주성분 가스는 황화수소와 암모니아이다. 각 시설에 있어서 폐수나 폐기물의 성상 및 조업 조건에 따라서 발생하는 악취 중의 황화수소와 암모니아의 조성비는 매우 다양하다. 이들 악취 물질을 처리하기 위한 다양한 종류의 물리·화학적인 방법들이 응용되고 있다. 기존의 물리·화학적인 방법의 가장 큰 단점은 상대적으로 많은 에너지 사용과 높은 처리비와 소모품비 등에 있다. 이러한 기존 공정의 대안으로 생물학적인 탈취방법이 활발하게 연구되고 있다. 생물 탈취 방법은 악취물질을 분해 대사하여 무취화시키는 미생물의 활성을 이용하는 방법으로, 물리·화학적 방법보다 유지관리가 용이하며 소모품 재료가 거의 필요하지 않기 때문에 운전비가 저렴한 장점을 가지고 있다. 생물학적 탈취장치에 있어서 미생물에 의한 악취 제거 효율이 장치의 탈취 효율을 결정하는 제한인자이기 때문에, 장치의 탈취 효율을 향상시키기 위해서는 우수 탈취 미생물 균주의 분리와 개발이 요구되어 진다. 따라서, 본 연구에서는 주요 악취 물질인 황화계 악취물질을 분해하는 황 산화세균 3균주를 분리·동정하고, 각 균주의 황 산화활성에 미치는 여러 인자들의 영향을 속도론적으로 해석하였다. 또한, 황화계 악취 물질과 더불어 중요 악취 물질인 암모니아를 분해하는 세균을 분리하여 암모니아 제거 특성을 조사하였다. 또한, 황 산화세균에 의한 황화수소 제거 효율 및 암모니아 산화세균에 의한 암모니아 제거효율에 미치는 황화수소와 암모니아 혼합 가스의 영향을 규명하였다. 혐기성 소화 슬러지, 활성 슬러지, 토양 그리고 지렁이 분변토의 현탁액을 황화수소 혹은 암모니아로 농화 배양하여 황 산화세균 및 암모니아 산화 세균을 분리하였다. 모양과 색이 상이한 10여 종류의 colony를 얻었으며 그 중 황 산화배지에서의 증식이 우수한 colony를 3개 선별하여 MET, AZ11, TAS라고 명명하였다. 분리 균주들은 모두 환원형 황 화합물을 에너지원으로 산화하고 이산화탄소를 탄소원으로 이용하는 화학 독립영양세균이었으며 생화학적 특성, quinone 및 지방산을 분석한 결과 호흡연소대사에 coenzyme으로 ubiquinone-8을 가지며 hydroxy 3-OH 14:0, nonhydroxy 16:0을 주 세포지방산으로 갖는 Thiobacillus thiooxidans로 동정되었다. 분리균 T. thiooxidans MET의 황 산화 특성에 미치는 여러 가지 영향 인자에 대해 조사하였다. T. thiooxidans MET는 pH2에서 8의 넓은 영역에 대하여 적응력이 있는 균주였으며 최적 pH는 4이었다. 유리황의 농도가 증가함(5∼50g-S/L)에 따라서 황 산화속도는 기질 농도에 저해 받지 않고 지속적으로 증가하였다. 그러나, thiosulfate를 첨가한 농도가 증가될 경우는 5.4g/L이상의 thiosulfate 농도에서는 황 산화속도와 thiosulfate 산화속도 모두 감소되었다. T. thiooxidans MET 균주의 황 산화 활성은 배지에 황산염이 45g/L까지 축적되어도 거의 저해를 받지 않은 내산성 균주이었다. 토양을 접종원으로 하는 황화수소의 농화배양액으로 부터 황화수소, MT뿐 아니라 DMS을 제거하는 능력을 가진 화학 독립 영양 세균 T. thiooxidans AZ11을 순수 분리하였다. 배지내에 50g/L의 기질이 첨가되었을 때 비 황 산화속도는 다른 2 종의 황 산화균주보다 높았고, 최대 비 황 산화속도는 22 g-S·g-DCW-1·d-1이었다. 또한, 79 g-SO42-/L의 황산염이 배지에 축적되어도 황 산화능은 거의 저해를 받지 않았다. 따라서, T. thiooxidans AZ11은 고농도의 황산염 뿐 아니라 매우 낮은 pH에 대하여 내성을 가진 황 산화균주로서 biofilter의 장기간의 운전에도 높은 효율을 유지할 수 있는 우수한 탈취 균주로 판단되었다. 황화수소와 암모니아의 혼합 악취 제거에 활용하기 위하여 고농도의 (NH4)2SO4에 내성이 있는 T. thiooxidans TAS균주를 분리하였다. 다른 황 산화 균주가 60g/L의 (NH4)2SO4 농도에서 전혀 증식하지 않는데 반하여, TAS 균주는 60g/L의 농도에서 1.23g-S·g-DCW-1·d-1의 비 황 산화속도를 보였다. T. thiooxidans TAS 균주는 pH 2-8의 넓은 영역에서 증식이 가능하였고, 최적 증식 pH는 2∼6이었다. 본 연구에서 분리한 황 산화세균의 황 산화속도와 증식 속도를 비교하여보았다. 유리황을 기질로 첨가한 배지에서 증식하는 균주의 최대 황 산화속도는 Monod식에 대입하여 계산 한 결과 T. thiooxidans AZ11이 가장 높아서 1.88g-S·L-1·d-1이었으며, T. thiooxidans TAS와 T. thiooxidans MET는 각각 1.66과 1.38g-S·L-1·d-1이었다. 동일한 방법을 적용하여 유리황을 기질로 이용할 때의 최대 증식속도는 0.45 d-1 에서 0.3 d-1이었다. T. thiooxidans MET와 T. thiooxidans AZ11, 및 T. thiooxidans TAS의 균체 생산수율은 각각 29, 20, 33 mg-DCW·g-S-1이었다. 화학무기영양세균인 T. thiooxidans TAS, T. thiooxidans AZ11,및 T. thiooxidans MET의 증식과 황 산화속도에 미치는 유기물의 영향에 대하여 알아보았다. Glucose를 10g/L 이하로 첨가할 경우 각 균주의 증식 속도와 균체 생산수율이 약 2배 씩 증가되었다. Tryptone과 yeast extract 역시 각각 2, 1g/L 이하의 농도를 첨가하여 황 산화속도에 소량의 촉진 효과를 보였다. 즉, 소량의 유기물을 첨가함으로서 황 산화세균의 증식 속도와 균체 생산수율을 향상시킬 수 있었다. 분리균의 황화수소분해능을 Hanes-Woolf식에 대입하여 속도론적으로 해석하여본 결과 30℃에서 T. thiooxidans TAS균주는 578.71 g-S·m-3·h-1의 높은 제거속도를 보였으며, T. thiooxidans AZ11과 T. thiooxidans MET는 각각 424.79 g-S·m-3·h-1과 400.21g-S·m-3·h-1 이었다. 분리 균주 T. thiooxidans TAS의 황화수소 제거특성을 각 온도별로 알아본 결과, 25℃와 15 ℃에서는 각기 30℃에서의 값의 85%와 49%으로 저온에서도 증식할 수 있었다. 또한, methanethiol는 T. thiooxidans AZ11과 T. thiooxidans MET를 접종한 biofilter에서 제거되었으며, 비록 제거속도는 낮았지만 T. thiooxidans AZ11에 의하여 dimethyl sulfide가 분해되었다. 악취가스의 제거 속도는 황화수소, methanethiol, diemthyl sulfide의 순서로 분해되었다. 고농도의 (NH4)2SO4에 내성을 지닌 T. thiooxidans TAS균주를 biofilter에 접종하여 황화수소와 암모니아의 혼합악취를 제거하였다. 황화수소의 단독 가스만이 공급될 때, 부하량이 810g-S·m-3·h-1 미만인 모든 조건에서 황화수소가 완벽하게 제거되었다. 그러나, 황화수소와 암모니아의 혼합가스가 공급되면, 암모니아의 공급에 의하여 황화수소의 처리 용량은 감소하였다. 500ppm이하의 암모니아의 농도는 황화수소의 처리 용량에는 거의 영향을 미치지 않았다. 반면, 황화수소가 동시에 공급될 때 암모니아는 황화수소의 분해산물인 황산염에 의해 화학적으로 중화되어 제거됨으로서 190g-N·m-3·h-1 의 부하량 범위에서 거의 100% 제거되었다. 지렁이 분변토를 암모니아로 농화 배양한 암모니아 산화세균이 접종된 biofilter를 암모니아 가스로 순취하였다. 배양 60일까지 평균 600ppm의 암모니아가 공급되었을 때 89 %의 제거 효율을 보였으며, 암모니아 가스로 순취한 biofilter에서 암모니아 제거능이 우수한 암모니아 산화균주 EA11을 분리하였다. 암모니아 제거속도를 속도론적으로 해석한 결과 30℃에서의 최대제거속도는 280.7g-N·m-3·h-1 이었으며, 15℃에서도 122.8g-N·m-3·h-1의 효율을 유지할 수 있었다. 암모니아 단독 가스가 공급될 경우, 125g-N·m-3·h-1의 부하량 범위까지 모든 조건에서 biofilter에 의해 공급되는 암모니아가 완벽하게 제거되었다. 암모니아와 황화수소가 동시에 공급되는 경우 암모니아 산화세균이 고정화된 biofilter의 암모니아 처리 효율은 황화수소의 입구 농도의 증가에 비례하여 감소하였다. 황화수소의 유입 농도가 200ppm 이상일 때, 또는 유입 부하량이 40-80g-S·m-3·h-1이상일 때, 암모니아 처리용량이 감소하였다.

Genomic 및 epigenomic 시퀀싱 데이터 분석에 기반을 둔 식물의 건조 스트레스 관련 coding 및 noncoding 유전자의 특성 연구

신선주 선문대학교 2017 국내석사

식물 환경스트레스는 식물의 생장 및 발달에 장애가 되는 모든 환경 요인을 말하며, 작물의 수확량 감소라는 막대한 경제적 손실을 초래한다. 특히 저온, 가뭄, 염해와 같은 비생물적 스트레스는 작물의 생장과 수확량에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 지구 온난화 등에 의해 급변하는 기상재해에 대응하기 위한 작물을 개량하기 위하여 대표 식용작물인 감자(Solanum tubserosum L.)와 벼(Oryza sativa L.)에서 주요 비 생물적 환경 스트레스 중의 하나인 건조 스트레스와 관련된 식물의 genome-wide 저항 메커니즘을 규명하고자 차세대 염기서열 결정법(NGS, next generation sequencing)을 이용하여 건조 스트레스 관련 데이터베이스(DB)를 구축하고 그 특성을 검증하고자 하였다. 수경재배를 통해 배양된 감자와 벼 식물체에 배양액을 제거하는 방법으로 건조 스트레스를 처리한 후 NGS를 수행하였다. 우선 건조 스트레스 처리된 감자의 total RNA 시료를 이용하여 small RNA sequencing을 진행하였으며, 벼에서는 RNA sequencing [mRNA 및 long noncoding RNA (lncRNA) sequencing] 및 small RNA sequencing, DNA methylation sequencing을 수행하여 genomic 및 epigenomic sequencing 데이터의 분석 기반을 구축하였다. 그 다음, 생물정보학적 분석으로 전사 조절 네트워크(transcriptional regulatory gene network)를 구축하였다. 선발된 유전자들은 qRT-PCR (quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction)을 이용하여 건조 스트레스 처리 시 대조군과 비교하여 의미 있는 발현량을 보이면서 지금까지 건조 스트레스의 관련성이 보고되지 않은 유전자들을 선발하였다. 최종적으로 감자에서는 건조 스트레스 저항과 관련된 19개의 새로운 miRNA를 확인하였으며, 벼에서는 건조 스트레스 저항과 관련된 새로운 18개의 전사 인자(TF), 10개의 lncRNA, 그리고 1개의 miRNA를 확인하였다. 선발된 유전자들 중 우선적으로 벼의 11개의 TF 유전자를 선발하여 식물 과발현 벡터인 pPZP 벡터(pPZP-p35S-3'PinII-bar 벡터와 pPZP-RCc3pro-3'PinII-ter-bar 벡터)를 이용하여 애기장대에 도입하였다. 형질전환된 애기장대는 선발된 유전자의 in vivo 기능을 검증하기 위하여 copy 수 분석과 qRT-PCR을 이용하여 유전자 도입과 발현량을 확인한 뒤 생물검정을 통해 건조 스트레스 저항성을 검증하였다. 본 연구는 건조 스트레스 저항 작물을 개발하고 실용화시키기 위한 최적 유전자 발굴을 위한 모델을 제시하고자 하였다.

효소 생물전환을 기반으로 한 새싹인삼 유래 Compound K 생산 공정의 최적화 및 이를 함유한 젤리의 항산화 활성 및 품질 특성

서현지 선문대학교 일반 대학원 2024 국내석사

본 연구는 다양한 부위의 새싹인삼 원료로부터 Compound K를 고함량 생산하기 위한 효소적 생물전환 조건을 확립하고, 새싹인삼 유래 Compound K가 함유된 효소 가수분해물을 활용한 젤리의 항산화 활성, 품질 특성, 관능 특성을 비교 분석함으로써 기능성 젤리 개발 소재로의 활용성을 확인하고자 하였다. 새싹인삼의 잎, 줄기, 뿌리에 함유된 진세노사이드 함량을 측정하기 위하 여 진세노사이드 대사체(Rg1, Rb1, Rd, Rh2, Rg3, F2 및 Compound K)를 분석법 유효성 검증(Method validation)을 진행한 결과, 7종 진세노사이드 표준품의 검량선은 R2=0.99 이상, 방법검출한계(MDL)는 0.15~1.91 μg/mL, 방법정량한계(MQL)는 0.45~5.78 μg/mL, 회수율은 93.20~102.34%로 측정되 어, 국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO) 의 기준에 적합하였으며, 진세노사이드 분석방법의 타당성을 확보하였다. 원료로 사용한 새싹인삼의 잎, 줄기, 뿌리에서는 6종의 진세노사이드(Rg 1, Rb1, Rd, Rh2, Rg3, F2)가 검출되었으며, Rg1과 Rb1의 함량이 가장 높 았고, Compound K는 새싹인삼의 모든 부위에서 검출되지 않았다. 부위별 로는 잎에 가장 높은 함량의 진세노사이드가 함유되어 있었다. 효소 생물전환 공정을 확립하기 위하여 새싹인삼 각 부위별 열수 추출물 에 Pyr-flo와 Rapidase C80max을 농도와 시간별로(12가지 조건) 반응시킨 결과, Rg1, Rb1, Rd의 함량은 감소하고, F2와 Compound K의 함량은 증가 하는 것으로 나타났다. Compound K 생산량이 가장 높았던 부위는 잎이었 으며, Pyr-flo를 2% 농도로 첨가하여 48시간 동안 반응할 때 고함량의 Com pound K를 생산할 수 있었으며, 최종적으로 7.01 mg/g의 Compound K를 얻었다. 또한, 잎의 2% Pyr-flo(2%, 48시간) 가수분해물에서는 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라디칼 소거능 및 FRAP 활성이 다른 35가지의 효소 가수분해물에 비해 유의적으로 높게 측정 되어(P<0.05), Compound K 함유 기능성 젤리 개발의 소재로서 활용될 수 있음을 확인하였다. 새싹인삼 잎 유래 Compound K가 함유된 효소 가수분해물(2% Pyr-flo, 48시간 반응)을 2~8%로 첨가하여 젤리를 제조할 때, 효소 가수분해물의 첨 가 농도가 증가할수록 젤리의 총 폴리페놀, ABTS 라디칼 소거능, DPPH 라 디칼 소거능, FRAP 활성이 모두 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 잎의 효소 가수분해물 첨가 농도가 증가할수록 명도와 적색도는 낮아지고, 황색도는 증 가되었으며, 수분함량과 pH는 유의적으로 낮게 측정되었다(p<0.05). 조직감 측정 결과, 잎의 효소 가수분해물 첨가량이 증가할수록 경도와 씹힘성이 유 의적으로 높게 측정되어(p<0.05) 젤리의 조직감이 단단해지는 것을 알 수 있 었다. 기호도 평가 결과, 잎의 효소 가수분해물을 4% 첨가할 때 젤리의 향, 첫맛, 끝맛, 조직감에 대한 기호가 가장 높게 측정되었다. 결론적으로, 새싹인삼 잎에 2% 농도로 Pyr-flo를 첨가하고 48시간 반응 시킬 때, 고함량의 Compound K를 생산할 수 있으며, 이 효소 가수분해물 을 4% 첨가하여 제조한 젤리에서 항산화 효능과 전반적인 기호도가 우수하 다는 것을 확인하였다. 주제어 : 새싹인삼, 효소 가수분해, 진세노사이드, 항산화 활성, 기능성 젤리

다양한 종류의 LED 처리가 고추 작물의 주요 병원균 및 유용미생물에 미치는 영향 연구

권병헌 강원대학교 대학원 2020 국내석사

Light Emitting Diodes(LEDs)란 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로써, 온실 및 식물공장 작물재배에 있어서 LED 광원과 작물생육에 관한 연구들은 활발히 진행 되고 있다. Quantum Dot LED(QD LED)란 수십 나노미터 이하의 지름을 가진 반도체 결정으로 별도의 장치 없이 전압과 크기에 따라 스스로 다양한 파장으로 방출하는 물질이다. 본 연구는 가지과 작물인 고추에 발생하는 병원성 곰팡이 Alternaria tenuissima, Botrytis cinerea, Colletotrichum coccodes, Colletotrichum gloeosporioides, Fusarium oxyspourum f. sp. lycopersici, Phytophthora capsici, Rhizoctonia solani, Sclerotium sclerotiorum, Sclerotium rolfsii, Stemphylium lycopersici 10종과 세균 Ralstonia solanacearum에 대한 LED 조명의 생장억제효과를 조사하였으며, 나아가 유용 세균 Pseudomonas fluorescens subsp. cellulosa, Pseudomonas putida, Lactobacillus acidophilus, Bacillus megaterium, Rhodobacter sphaeroides 5종과 효모균 Saccharomyces cerevisiae, 그리고 유용 곰팡이 Trichoderma harzianum, Trichoderma viride 2종 에 대하여 LED 조명의 영향을 추가적으로 조사하였다. LED 조명은 각각 삼파장 형광등(Three wavelength fluorescent lamp, FL)과 청색등(Blue), 적색등(Red), 청색등과 적색등의 파장을 합친 등(Narrow Red), Quantum Dot 소재를 사용하여 적색 스펙트럼을 넓게 만든 QD Red (M1)등과 QD Red (M2)등을 사용하였다. B. cinerea와 S. sclerotiorum의 경우 대조구와 비교하여 FL.등을 제외한 나머지 LED 조건에서 90% 이상의 균사 생장 억제율을 보였으며, P. capsici, S. rolfsii, R. solani, A. tenuissima, C. coccodes, C. gloeosporioides, F. oxysporum f. sp. lycopersici, S. lycopersici의 경우 대조구와 비교하여 모든 LED 조건에서 균사 생장이 큰 유의차를 보이지 않았다. 병원성 세균 R. solanacearum은 대조구와 비교하였을 때 FL.등과 Red.등 조건에서 70%의 콜로니 억제율을 보였고, QD LED (M1)과 QD LED (M2)등 조건에서 각각 36.4%, 27.8%의 억제율을 보였다. 또한, 유용미생물으로 알려진 4.가지의 세균은 LED광원에 대하여 콜로니가 억제되지 않음을 확인하였으며, L. acidophilus의 경우에는 암조건과 적색등에서만 콜로니가 자라는 현상을 확인하였다. 또한, T. hazianum와 T. viride의 경우 LED 및 QD LED 조사가 균사생장에 큰 유의차를 보이지 않는 것을 확인하였다. LED 광원 처리가 고추 종자 발아율과 고추 유묘기에 미치는 영향을 확인하였으며, 고추 종자의 발아율은 광원 조사가 3일차, 7일차 되는 날 각각 발아율을 조사하였다. 3일차에서 고추 종자의 발아율은 암조건에서 96.6%로 가장 높았으며, 각각 청색등과 QD LED (M2)등 조건에서 93.3%, FL등과 Red등 조건에서 90%, Narrow Red에서 86.6%, 그리고 QD LED (M1)등 조건에서 73.3%의 발아율을 보였다. 실험 7일차에서 고추 종자의 발아율은 QD LED (M1)등을 제외한 모든 조건에서 100%를 보였으며, QD LED (M2)등은 93.3%의 발아율을 보여 LED 및 QD LED 광원 처리가 고추 종자의 발아율에 미치는 영향은 암조건과 비교하였을 때 큰 유의차를 보이지 않은 것을 확인하였다. 더욱이, LED 및 QD LED가 유묘기 고추 생장에 미치는 영향을 검정하였으며, 광 조사 7일, 15일이 되었을 때 고추 육묘의 생장을 조사하였다. 광 조사 7일차에서 Narrow Red는 다른 광원에 비하여 생체중과 건조중, 잎 길이와 넓이에서 가장 높은 수치를 보였다. 하지만, 엽록소 함량은 FL등에서 가장 높았으며, FL등을 제외한 다른 조건에서는 큰 유의차를 보이지 않았다. 줄기 길이와 뿌리 길이는 Red등에서 가장 높은 수치를 보였지만, Red등 조건에서 자란 고추 육묘의 경우 잎의 넓이가 가장 좁았으며 그에 따라 엽록소 함량도 가장 낮은 수치를 보였다. 또한, 광 조사 15일차에서도 역시 Narrow Red등, Red등, Blue등, QD LED (M2)등에서 대조구인 FL등보다 생체중, 줄기길이, 뿌리길이, 잎 면적, 엽록소 함량 등 생장에 긍정적인 영향을 확인하였다. 실험 결과, 다양한 LED 광원 처리가 식물병원성곰팡이의 균사생장 및 병원성 억제를 확인하였으며, 유용미생물로 알려진 미생물에게 유의차가 보이는 영향을 미치지 않는 것 또한 확인하였다. 나아가 종자 발아와 고추 유묘에 미치는 실험의 결과에 따르면, 다양한 LED 및 QD LED 광원 처리가 고추 유묘생장 및 병원균 억제에 대하여 긍정적인 영향을 끼칠 것으로 판단된다. Light Emitting Diodes (LEDs) have attracted the attention of researchers in an agriculture area for the control of plant pathogens and to assist in the growth of the plant. Particularly, Quantum Dot Light Emitting Diodes (QD-LED) is also a prominent technology, which can be used as an alternative applications for plant disease control strategy. Six light conditions: Red (660nm), Blue (450nm), Narrow Red, QD LED (M1), QD LED (M2) and Fluorescent Light were used for the control tests of 10 phyto-pathogenic microorganisms. Inhibition of mycelial growth of 10 pathogenic fungi (Alternaria tenuissima, Botrytis cinerea, Colletotricum coccodes, Colletotrichum gloeosporioides, Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, Phytophthora capsici, Sclerotinia sclerotiorum, Sclerotium rolfsii, Stemphylium lycopersici, Rhizoctonia solani) and inhibition of colony number of one bacteria (Ralstonia solanacearum) were observed. Results showed that there is no significant inhibition of mycelia of tested fungal pathogens excepted in Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum. However, mycelia of Botrytis cinerea was suppressed 100% by all light conditions except Fluorescent Light. In addition, mycelia of Sclerotinia sclerotiorum was inhibited about 90% under all light conditions except Fluorescent Light. In case of Ralstonia solanacearum, colony number was reduced by 70.2% under Red Light condition. Various beneficial microorganisms including five bacteria (Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Lactobacillus acidophilus, Bacillus megaterium, Rhodobacter sphaeroides), one yeast (Saccharomyces cerevisiae) and two fungi (Trichoderma harizanum, Trichoderma viride) were tested in vitro to see if the beneficial microbes can be affected negatively in their growth. According to the results, Bacillus megaterium and Saccharomyces cerevisiae showed increased colony number under Red, Narrow Red, QD LED (M1), and QD LED (M2) Light conditions compared with dark condition. Lactobacillus acidophilus showed no significantly different number of colonies under Red Light condition compared with dark condition. Moreover, Trichoderma harzianum and Trichoderma viride did not affected significantly under different LED light treatments. In addition, the effects of LED and QD LED light treatments on the pepper seed germination and pepper seedling growth were investigated, and the germination rates of the pepper seeds were evaluated 3 and 7 days after the treatment. On the third day, the germination rate was the highest at 96.6% in dark condition, 93.3% in blue and QD LED (M2) Light, 90% in FL and Red, 86.6% in Narrow Red, and 73.3% in QD LED (M1). At the 7th day of the experiment, the germination rate was 100% under all light conditions except QD LED (M1), which showed 93.3% of germination rate. It was confirmed that no significant difference was shown on the dark condition. Furthermore, the effects of LED and QD LED on seedling growth were examined, and the seedling growth was investigated at 7 and 15 days of light irradiation. On the 7th day of light treatment, Narrow Red showed the highest growth rate compared with the other light treatment including fresh weight, stem length, and root length etc. However, chlorophyll content was the highest in FL, and showed no significant difference under other conditions. In addition, on the 15th day of light irradiation, Narrow Red, Red, Blue, QD LED (M2) also showed positive effects on growth rate including fresh weight, stem length, root length, leaf area, and chlorophyll content, etc. As a result of the experiment, various LED light source treatment showed the possible use of LED and QD-LED for the suppression of pathogenic microorganisms for pepper (Capsicum annuum L.).

토착 야초류에 의한 2,4,6-Trinitrotoluene의 식물상 복원공법 기초 연구

김선영 이화여자대학교 대학원 2002 국내석사

식물상 복원공법을 이용하여 TNT로 오염된 지역을 정화하기 위해 TNT 제거능을 가진 내성종을 선정하였다. 8종의 대표적인 야초류를 이용하여 TNT 농도 변화에 따른 발아율, 유식물의 뿌리와 지상부의 생장을, 생체량 및 수분 흡수 능력 등의 TNT에 대한 독성 임계점(PT)을 측정하였다. 그 결과 TNT가 식물에게 미치는 독성효과는 오염물의 농도와 식물종에 따라 다르게 나타났다. 60 ~ 80 mgTNT/L 농도는 어저귀, 식용피, 자귀풀 종자의 발아을에 영향을 미치지 못하였다 뿌리와 지상부의 길이, 생체량은 TNT농도가 증가함에 따라 감소하였으며 수분 흡수량도 감소하였다. 발아 후 14일 동안 어저귀, 식용피, 자귀풀의 뿌리 생장에 있어 식물 독성 임계점(50%) 농도는 5 ~ 40 mgTNT/L 이며 지상부 생장 독성 임계농도는 50 ~ 73 mgTNT/L, 생체량 독성 임계농도는 68 ~ 99 mgTNT/L로 뿌리 길이 > 지상부 길이 > 생체량 > 발아율 순으로 TNT에 애해 민감하게 반응하였다. 실험 결과, 8종의 식물 중에서 어저귀와 자귀풀은 TNT에 대해 내성을 지닌 종으로 판명되었다. 식물체에 의한 TNT의 흡수율 및 전환 산물을 연구하기 위해 토착식물인 어처귀와 자귀풀을 20 ~ 80 mgTNT/L의 여러 가지 농도에서 수경 재배하였다. 액체 배지 내에서의 TNT는 유사 1차 반응으로 감소하였다. 80 mgTNT/L에 노출된 어저귀를 제외할 경우, TNT의 제거 기작은 Michaelis-Menten 식으로 표현 가능하였다. 두 식물 종은 배지에서 TNT 농도가 높을수록 TNT 제거 속도 상수가 감소하는 경향을 보였으나, 식물체의 생체 중량에 대하여 일반화할 경우, 오염물 제거는 60 mgTNT/L에 노출한 배지에서 가장 많았다. TNT 환원물질은 모든 수경재배 배지에서 발견되지 않았으나, 노출 7일 후에 수거한 식물의 추출액에서는 몇 종의 TNT 전환 산물이 검출되었다. 어저귀와 자귀풀의 주된 TNT 전환물은 2ADNT과 4ADNT이었으며 자귀풀의 경우 2,6DANT과 2,4DANT가 미량 검출되어 자귀풀이 어저귀보다 TNT를 다양하게 환원시킬 수 있는 종으로 판별되었다. 이상의 결과를 통해 어저귀와 자귀풀은 지금까지 보고된 식물보다 더욱 우수한 TNT 흡수 및 변환 능력이 있음을 확인하였다. 군사지역은 TNT와 같은 화약물질이 중금속과 복합으로 오염되어 있다. 따라서 TNT 제거를 위한 식물상 복원공법을 적용할 때 다른 오염물질이 식물체의 TNT 제거, 변환, 축적 능력에 영향을 줄 것으로 예상된다. 토착 야초류인 어저귀(Abutilion avicennae)를 TNT와 Cd으로 복합 오염된 배지에서 무근 수경재배하여 중금속이 TNT 제거 및 변환에 미치는 영향을 조사한 결과 20 mgTNT/L와 1.3 mgCd/L는 잎의 탄력 감소, 말림 현상(Leaf roll), 백화 현상(Chlorosis), 낙엽형성, 생체량 감소 등과 같은 식물독상효과를 나타내었고, TNT와 Cd에 복합으로 존재할 때 식물체이 미치는 독성효과는 상승되었다. 어저귀는 카드뮴 차단종으로 배지 내 카드뮴이 1.3 mg/L 존재하더라도 어저귀에 의한 TNT 제거, 변환, 이동, 분배에 영향을 미치지 않았다. 카드뮴은 식물 반응조 안에서의 TNT amination 위치에 영향을 미치지 못했다. 따라서 TNT를 제거하기 위해 어저귀를 식생할 경우 토양 용액 중 카드뮴이 어저귀에 의한 TNT 제거 및 전환에 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다. To select a suitable plant for the phytoremediation of TNT contaminated soil, TNT toxicity threshold of eight grasses were identified. It was determined based on various factors Including cumlulative seed germination, root and shoot length, fresh biomass, and the amount of water uptake under various TNT concentrations. Phytotoxic effect of TNT was enlarged as TNT concentration increasing but the toxic intensity was varied between grass species. Concentrations up to 60 ~ 80 mgTNT/L did not affect germination of Abutilion avicennae, Echinochioa crusgallivar , and frumentacea, and Aeschynomene indica. Length of root and shoot and fresh biomass decreased as TNT concentration increased. Phytotoxicity threshold(PT_50) of A. avicennae, E. crusgalli var. frumentacea, and A. indica were 5 ~ 40 mgTNT/L for root length, 50 ~ 73 mgTNT/L for shoot length and 68 ~ 99 mgTNT/L for fresh biomass after 14days of seedling exposure. PT_50 showed that sensitivity of TNT to plant was in the order of root length > shoot length > fresh biomass > germination rate. In addition, the amount of water uptake decreased with increasing TNT concentration in A. avicennae and A. indica. From these results, we concluded that A. avicennae and A. indica had tolerance to TNT anions tile species tested. The abilities of plants, A. avicennae and A. indica, on the uptake and transformation of TNT were quantified at various initial TNT concentrations ranging from 20 to 80 mgTNT/L using a hydroponic culture. The TNT concentration decreased following the pseudo-first order kinetic in the liquid media. In all plant batches, the higher TNT concentrations resulted in lower removal rate constants. However, TNT removal mass was the highest in the 60 mgTNT/L culture media. Reductive metabolites of TNT were not detected in hydroponic culture media, but transformation products were detected in the extracts of root, stem and leaves of the two plant species. Major TNT metabolites were 2-amino-4,6-dinitrotoluene and 4-amino-2,6-dinitrotoluene for the 2 species, however, 2,6-diamino-4-nitrotoluene and 2,4-diamino-6-nitrotoluene were detected in the extracts of A. indica, suggesting that both of plants could metabolize TNT and A. indica much further. Uptake and transformation of TNT by plants was described by the Michaelis-Menten equation, except for the 80 mgTNT/L in A. avicennae, which showed inhibition kinetics. From these results, we concluded that A. avicennae and A. indica had a better intrinsic capacity for uptake and transformation of TNT than other plants reported until now. Most of army depots contaminated with co-contaminants, TNT and heavy metals. In phytoremediation for the TNT, heavy metals may be inhibit mineralization, transformation and sequestration of TNT by the plant. We studied that effect of cadmium on TNT degradation and transformation by Abutilion avicennae in axenic hydroponic culture. When plant was cultured in 20 mgTNT/L and 1.3 mgCd/A, plant displayed phytotoxicities, reduction of leaf fresh, leaf roll, chlorosis, leaf loss and fresh weight loss. Phytotoxicity was more synergistic in the combined contaminants than single contaminant. It was not matter that TNT transformation, translocation and distribution by A. avicennae, although 1.3 mgCd/L existed in the TNT medium. Cadmium didn't affected that position, para-, of reductive transformation in TNT. For reason that A. avicennae did not uptake to cadmium. Therefore the soil solution containing 1.3 mgCd/L will not affected to TNT degradation by Abutilion avicennae in Army depots.

고추와 감자의 환경스트레스 관련 유전자 및 miRNA의 분리와 특성연구

황을원 선문대학교 2011 국내박사

비생물적 환경 스트레스는 농업에 있어서 많은 경제적인 손실을 초래하는데, 이러한 스트레스에는 고온, 냉해, 동해 등의 온도변화에 의한 재해, 염해, 한발, 산소부족, UV, 중금속 및 기타 공해 물질 등 다양하다. 특히 이중 저온, 한발, 염해 등은 작물의 생장과 수확량에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 재해저항성 작물 개발을 위해 우리나라의 주요 작물인 고추(Capsicum annum L.)에서 저온 스트레스[chilling (<20℃), freezing (<0℃)]에 의해 발현이 조절되는 유전자와 감자(Solanum tuberosum L.)에서 건조 스트레스에 의해 발현이 조절되는 miRNA를 분리하고 특성을 검정하였다. 아울러 저온과 건조 스트레스에 저항성을 유도시키는 유전자를 식물체에 도입하고, 결과의 비생물적 환경 스트레스에 저항성을 갖는 작물 개발을 통한 재배 시기 및 지역의 한계점을 극복하고자 하였다. 먼저 고추에서 저온 저항성 관련 유전자를 선발하기 위해 cDNA library를 제작하였으며, 저온 특이 cDNA library로부터 10,000여 개의 plasmid DNA를 분리한 후 3,100 개의 cDNA clone으로 DNA chip을 제작하였다. 제작된 DNA chip을 이용하여 저온 스트레스에 발현이 유도 혹은 억제되는 여러 유전자 중 Northern blot 분석과 염기서열 분석을 통해 최종적으로 저온저항 관련 전사인자인 Ethylene responsive element binding proteins (CaEREBP), bZIP transcription factor (CaBZ1), Ring domain protein (RDCP1), Tyrosine-specific phosphatase (CaTPP1), Zinc finger protein (PIF1) 및 wizz-like transcription factor (CaWRKY1)를 비롯한 다수의 유전자를 선발하였다. 선발된 유전자를 Gateway 시스템을 통하여 overexpression vector인 pB7WG2D에 도입한 후 형질전환 담배 식물체를 획득하였다. 이 형질전환 담배 식물체에 대한 생물검정 결과, RDCP1, PIF1, CaBZ1, CaTPP1 그리고 CaEREBP-C4 등의 형질전환 식물체가 저온 저항성을 가짐을 알 수 있었다. 비생물적 환경스트레스에 대한 식물의 저항 메커니즘은 유전자의 발현을 조절하는 전사인자와 신호전달에 관련된 유전자에 의해 조절되는 것 외에도 miRNA와 같은 small RNA에 의해 유전자발현이 조절된다는 연구 결과가 최근에 알려졌다. miRNA는 동식물에서 발견된 small non-coding RNA로서 식물에서는 생육단계나 생물적 또는 비생물적 스트레스 동안 전사 후 단계에서 유전자 발현을 억제하는 기능이 있다. 비생물적 환경 스트레스와 관련된 miRNA를 분리하고 그 특성을 연구하기 위해 2세대 염기서열 분석방법을 이용하여 감자의 건조 스트레스에 관련된 miRNA를 분리하였다. Stu-miR156a, stu-miR157a, stu-miR160, stu-miR164 family, stu-miR171 family와 stu-miR172 family를 포함하는 모두 21 miRNA family에 속하는 31개의 miRNA를 분리하였다. 또한 miRNA database인 miRBase를 이용하여 분리된 감자 miRNA의 family를 확인하였다. Genbank를 이용하여 잠재적인 target mRNA를 확인하였고, 분리된 miRNA의 건조 스트레스에 대한 발현양상도 분석하였다.