자연은 평화다 ::

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미생물 수업이 벌써 5번째다. 비슷비슷하면서도 조금은 강조하는 점이나 사용법 등이 다르다. 그 차이는 직접 사용해보면 금방 알겠지만, 아직은 고개만 끄덕일 뿐. 또 미생물 활용에 따른 효과도 사진만 보는 것과는 다르겠지. 일단은 잘 정리하고 기억해둘 수밖에.

<토양 중의 미생물 수>

- 원생동물: 10만 개 이상

- 조류: 10만 개 이상

- 곰팡이: 100만 개 이상

- 방선균: 1억 개 이상

- 세균: 10억 개 이상

<유용 미생물의 용도 및 주요기작>

- 양분 공급:

인산가용화(유기산 분비 등): Bacillus, Aspergillus, 균근균

질소 고정(질소고정효소): Rhizobium, Azospirillum

착화합물 생성(시데로포아 등): Pseudomonas

-뿌리 활력 증진:

호르몬 분비((IAA, GA), 효소 분비(ACC deaminase): Pseudomonas, Bacillus, Aeromonas, Agrobacterimu

- 토양 개량:

중금속 불활성화, 토양 입단화: Bacillus, Trichoderma, Azotobacter, Rhizobium

- 물질 순환:

유, 무기물 분해 및 합성, 난분해성 화학물질 분해: Lactobacillus, Sterptomyces, Bacillus, Pseudomonas

- 병해충 방제:

항생물질 분비, 살충성 단백질 생성, 기생성 선충 포식: Psedomonas, Trichoderma, Bacillus, Streptomyces, Arthrobotrys

- 제초:

잡초병원성균: Epicoccosorus, Dendryphiella

<농업 미생물의 종류>

- 곰팡이:

실처럼 길고 가는 모양의 균사이며 종속영양생물로 유기물분해(트리코더마 등), 항생물질(트리코더마, 페니실리움), 병원균 기생(엠펠로마이세스), 해충병원성(백강균, 버티실리움) 등

- 세균(박테리아):

단세포 원핵생물로 급격한 증식과 운동성(물로 원거리 이동)을 가지며 바실러스(고초균), 슈도모나스(형광균), 락토바실러스(유산균), 초산균, 광합성세균 등

- 방선균:

토양(부숙) 미생물의 절반 이상을 차지하며 유기물 분해(흙냄새), 항생물질 분비(의약품 소재)의 기능

- 효모:

당을 발효시켜 에탄올과 이산화탄소로 전화(발효주), 퇴비화의 기능

- 바이러스:

기주 특이성이 높으며 숙주(기주) 세포 내에서만 증식하는 특성을 갖는 곤충 병원성 바이러스 12과 17속 400여종

<농업 유용 미생물>

- 락토바실러스(Lacobacillus):

사람과 동물체 내 우유, 낙농제품, 메주, 간장, 김치와 같은 발효 식품 안에서 서식하며, 혐기성, 미호기성 혹은 통성 상태에서 살아가는 유산균

- 슈도모나스(Pseudomonas):

토양, 물속에 서식하는 형광성균으로 작물생육 촉진 효과, 바실러스보다 효과는 좋으나 생명령이 낮아 사용하기 어려움

- 광합성세균:

로도슈도모나스(Rhodopseudomonas), 로도박터(Rhodobacter) 등이

- 방선균, 스트렙토마이세스(Streptomyces):

방선균의 일정으로 토양에 널리 서식하며 다양한 종류의 항생물질 생성

- 트리코데르마(Trichoderma)

: 매우 빨리 자라며 항생물질 생성

* 고초균(Bacillus):

환경 적응 생리적 특성이 매우 우수함(기능성 항균 펩타이드 생성, 각종 유용 기능성 효소의 생산, 식물 생산환경에서의 신호물질 분비, 스트레스 내성 후막포자 생산(endospore)

- Bacillus subtilis: 메주, 청국장

- Bacillus megaterium: 난용성 인산염 가용화

- Bacillus turingiensis(BT): 곤충병원성

<토양 유용미생물의 주요 기작>

- 작물 생육 촉진:

질소 고정, 인산 가용화 등을 통한 양분 공급, 옥신이나 지베렐린과 같은 생장 촉진 호르몬 생성, 유기물 분해 촉진 등의 작용으로 작물의 생장을 촉진하며 식물의 근권환경과 긴밀하게 연관(주로 PGPR(Plant Growth Promoting Rhizobacteria)로 불리며 다양한 유용 기능을 가짐)

- 식물 면역 활성 증강:

각종 식물병과 환경 스트레스에 대한 저항력을 나타냄(유도저항성(Induced Systemic Resistance)으로 저항성이 발현되면 세포벽이 두꺼워지며 항균 단백의 증가, 각종 페놀류 등의 증가로 환경내재해성 증가)

- 인산 가용화(인산 공급):

난용성 인산을 작물이 이용할 수 있는 형태로 바꾸어주어 생장 촉진(구연산 등의 인산 분비 또는 인산가용화 효소(phosphatase) 분비)

- 시드로포아(siderophore) 생성균(철 공급):

철분 흡수를 도와줄 시드로포아를 생성하며, Pseudomonas, aeruginosa, Burkholderia cepacia 등이 있음

- 황산화 균(황 공급):

황을 산화시켜 작물의 흡수형태인 황산이온으로 변화시킴

- 식물 생장 촉진 호르몬 생성:

옥신(IAA), 지베렐린(GA), 사이토키닌(GK) 등 호르몬 생성

* 근권(The rhizosphere):

- 식물 뿌리는 토양 내 근권미생물에 매우 중요한 역할

- 보통 근면(root surface)로부터 2mm 까지 공간

- 일반 토양보다 미생물 밀도가 2-10배 정도 높음

- 뿌리 표면으로부터 분비되는 유기물질 풍부

- 3만종 이상의 미생물 게놈과 10¹¹의 미생물 밀도

앞으로 6주간 미생물 공부다. 기사 시험 때 한 번 겪어서 대강 짐작은 하지만, 막상 또 입에도 잘 안 붙는 말을 보니. 저걸 다 머릿속에 집어넣는 건 어차피 되지도 않고. 나중에 꼭 써 먹을 것들을 중심으로 정리나 잘 해둬야겠단 생각이다. 필요할 때 찾아보기도 쉽고 조금이라도 기억할까 싶어서다.

<미생물의 이해>

-미생물: 육안으로 관찰하기 힘든 작은 생물체로 사상균류(곰팡이 fungi), 세균류(bacteria), 바이러스(virus), 원생동물류(protozoa), 조류(algae)등이 있으며, 토양 속에 어떠한 유기물(영양원)이 있는 가에 따라 결정. 효소라는 물질 외에 호르몬, 비타면, 유기산, 식물생장 촉진물질 등 다양한 물질을 배출하며 식물의 영양원으로 이용.

- 단위: C.F.U.(Colony Forming Unit) ex) Bacillus Subtilis 2×10⁶cfu/g → 바실러스 섭틸리스 2,000,000마리.

- 작용: 항균성, 경쟁, 협조, 용균, 유기물 분해.

- 생육:

① 온도: 최적온도에 따라 저온균(10-20℃), 중온균(30-40℃), 고온균(50-60℃), 초고온균(80℃이상)으로 구분. 생장과 생존에 가장 큰 영향을 미치며 최적온도에서 생성율 최대.

② 산도(pH): pH5-9 범위에서 최적 산도를 갖는 미생물이 가장 흔하며 세균은 pH7-8, 곰팡이는 pH5-6에서 생육이 좋음.

③ 탄소: 탄소원과 에너지원으로 사용할 수 있는 유기물질의 종류에 따라 종속영양성 화학합성 생물, 종속 영양성 광합성 생물, 독립 영양성 광합성 생물, 독립 영양성 화학합성 생물로 구분.

④ 질소.인.황

⑤ 미량물질

⑥ 산소: 호기성세균(aerobes)와 혐기성세균(anaerobes)로 구분.

- 배양: 탄수화물(흑설탕, 당밀 등), 콩부산물(단백질 50%, 탄수화물 30%, 잔여지방 1% 함유), 질소, 효모 추출물(아미노산, 펩타이드, 수용성 비타민, 탄수화물 포함), 맥아추출물 등.

<미생물의 종류와 역할>

- 동물:

① 대형동물: 토양 입단화 증진, 수분 침투와 통기성 증대. 지러이, 땅강아지, 달팽이, 두더지, 뱀 등.

② 중형동물: 거미, 토양응애, 노래기, 지네, 쥐며느리, 짚신벌레, 톡톡이 등.

③ 소동물: 토양에 가장 많은 개체수 유지. 윤충, 플라나리아, 포자충, 아메바 등.

- 미생물: 유기물을 분해하고 무기물을 산화시킴. 질소를 고정하나 탈질작용으로 질소 이용률을 떨어뜨리기도 함. 탄소원과 에너지원(종속영양 미생물, 독립영양 광합성 생물, 독립영양 화학성 생물 등), 온도(고온균, 중온균, 저온균), 산소요구성(절대호기성, 미호기성, 통성혐기성, 절대혐기성), pH(호산성균, 호알칼리균) 등에 의해 분류.

※ 호염균: 높은 염류농도를 좋아함.

※ 호한발균: 가뭄에 대한 저항성이 큼.

① 토양조류(이끼류): 엽록소와 여러 가지 색소를 가지고 있어 이산화탄소를 이용해 광합성을 하고 산소를 방출. 사상균과 공생해 이끼를 형성하고 유기산을 분비. 녹조류, 규조류, 황녹조류, 나조류 등.

② 균류: 많은 수의 균류가 사상의 균사(원통형의 세포가 한줄로 길게 연결된 실모양의 몸)로 구성. 종속영양 생물이기 때문에 유기물이 풍부한 곳에서 활성이 높음.

③ 토양 방선균: 대부분의 방선균은 유기물을 분해하여 생육하는 부생성 생물. 스트렙토 마이세스속(streptomyces)은 항생물질을 생성.

④ 세균: 보통 볼 수 있는 세균의 세포 형태는 간상, 나선상, 구상. 유기물을 이용하는 유기 영양세균과 무기물을 더 좋아하는 무기 영양세균(철, 암모미아, 황)이 존재.

- 균근균: 균근균의 균사는 뿌리로부터 5-15cm까지 연장되어 자라나 근권보다 10배 정도 높은 양분 흡수율을 갖게 함.

① 외생근균: 담작균이나 자낭균이라는 고등곰팡이가 나무뿌리에 공생하는 것. 유기물이나 무기물을 분해하여 질소화합물과 무기양분을 녹여 합친 상태로 식물에 보내주고 식물로부터는 당류, 기타 양분을 공급받음. 부식물이 적고 건조하며 통기가 양호한 조건에서 발달. 뿌리 외측에 또아리를 말아 토양 속에서 신장.

② 내생근균: 난과, 철쭉과, 용담과 식물 뿌리에 담자균이나 자낭균이라는 고등곰팡이가 공생. 어느 균이나 수cm나 균사를 뻗어 뿌리가 흡수할 수 없는 먼 곳의 인(P)을 뿌리에 공급. 부식질이 많으며 통기가 양호하고 입단구조가 발달한 토양에서 발달. 뿌리 표면에서 균사는 또아리를 틀지 않음.

③ VA균근균: 조균류라는 하등곰팡이에 속함. 뿌리 표면에 또아리를 말지 않고 뿌리에 침입해 피층의 세포 간극에 침입. 뿌리 표면에서 많은 균사가 토양 중으로 7-8cm까지도 뻗고, 뿌리 1cm에 균사 총연장이 1m나 되기도 함. 뿌리 주위에 형성된 인(P) 결핍 지대를 가로질러 저농도로 존재하는 가급태 인산을 모아옴. 식물로부터 당분 등의 유기물을 받음.

- 미생물의 기능

① 부패: 유기물이 분해되면서 미생물의 작용에 의해 다량의 에너지가 가스나 열로 방출. 식물과 동물에 유해한 중간 물질과 효소 저해 물질 생성하면서 급속히 무기화 되는 계.

② 발효: 불용성인 유기물을 비교적 단기간에 가용화(식물이 흡수 가능한 상태)하는, 유기물을 유효화하는 계.

③ 합성: 분해된 물질을 먹이(기질)로 이용해 질소(아미노산태)를 고정하거나 광합성하면서 에너지를 끌어들이는 계.

※ 부패•발표•합성계의 연동 방식과 함께 어떤 미생물이 주체(우점)가 되어 있는 가에 따라 부패형토양/정균형토양/발효형토양/합성형토양/발효합성형토양으로 구분.

- 미생물의 종류와 역할:

• 항균작용을 하는 그람 양성의 방선균, 생리 활성화 물질을 만들어 주는 효모균, 유기물 발효 분해를 촉진하는 유산균, 유용 물질을 생산하는 광합성 세균, 발효계의 사상균 등이 토양 속에서 상호간에 연동.

• 각종 효소, 생리 활성화 물질, 아미노산, 핵산 등이 식물 생육과 생장에 직접 혹은 간접적으로 영향.

• 유효 미생물군의 밀도가 높아지면 유기물을 이용해 아미노산, 유기산 등을 만들어내고 항균물질(유산, 스트렙토마이신, 비타민C 등의 황산화물)이 증가해 유해 미생물이 들어올 수 없게 됨.

• 뿌리에서 유효 물질을 흡수해 유기물의 이용률이 높아짐.

• 오옥신이라는 세포의 활력을 높여 발근을 촉진하는 호르몬을 분비하며 세포의 분열을 촉진하는 사이토카이닌과 세포비대를 촉진하는 지베렐린 등의 호르몬을 생성.

① 효모균: 작물의 뿌리에서 나온 분비물, 광합성 세균이 배출하는 아미노산과 당류, 기타 토양 속의 유기물을 이용해 작물에 유효한 물질을 생산하는 종속 영양 미생물. 다른 미생물(유산균, 방선균)이 증식하기 위해 필요한 기질(먹이)를 만들어내며 호기성, 미 호기성, 통성 혐기성균. 1회 분열하는 데 15-20분.

② 유산균: 광합성 세균, 효모균으로부터 받은 당류 등을 기질로 하여 유산을 만들어 내는 종속 영양 미생물. 강한 살균력이 있어 유해한 미생물의 활동과 유기물의 급격한 부패 분해를 억제. 리그닌, 셀룰로오스 등 난분해성 유기물의 분해를 용이하게 하며 미분해 유기물이 일으키는 폐해를 없애고 유기물을 발효, 분해시키는 중요한 활동을 함. 연작 장해의 원인인 후사리움(Fusarium, 식물병원균)의 증식을 억제. 미 호기성, 통성 혐기성균이며, 1회 분열하는 데 15-20분.

③ 방선균: 세균과 곰팡이의 중간적 형태. 생장 속도가 느리고 쉽게 이용 가능한 유기물질에 대한 다른 토양 미생물 경쟁력이 낮지만 다양한 유기물을 분해. 키틴, 리그닌, 헤미셀룰로스, 케라틴 등 다른 토양 미생물들이 분해할 수 없는 중합체를 분해. 병원균을 억제하거나 유해한 곰팡이, 세균류 증식에 필요한 물질(키틴질)을 선취하여 억제시킴. 광합성 세균과 공존하기 때문에 정균작용이 높아짐. 호기성, 미 호기성균이며 1회 분열하는데 30-40분 소요.

④ 발효계의 사상균: 호기성균이며 종속 영양 미생물. 발효주, 된장, 간장 등의 제조에 이용되어온 곰팡이로 Aspergillus niger는 지베렐린을 합성.

⑤ 광합성 세균: 토양에서 받는 빛과 열을 에너지원으로 식물의 뿌리에서 나오는 분비물, 유기물, 유해가스(유화수소, 메탄가스 등)을 기질로 질소화합물인 아미노산, 핵산, 생리 활성화 물질, 당류 등을 생.합성하는 독립 영양 미생물. 다른 미생물이 번식하는 기질이 되기도 해 다른 유효한 미생물도 함께 증가. 토양 장해의 억제, 식물의 생육 촉진, 과실의 비대 촉진, 당도의 향상, 수량과 품질의 향상. 통성 혐기성균이며 1회 분열하는데 1-2시간 경우에 따라서는 24시간이 걸림.

※ 광합성 세균을 작물에 시용했을 때 기대 효과

• 공기 중의 질소를 고정하고 토양을 비옥하게 함.

• 채소, 하우스 내 토양의 여러 가지 장해를 억제.

• 논에서 발생하는 황화수소 제거.

• 산성 토양을 중화.

• 토양 잔류 양분, 미분해 유기물을 효과적으로 이용.

• 토양 유용 미생물군을 증식시켜 공존함으로서 토양을 활성화시킴.

• 유해 미생물군(곰팡이, 사상균)의 번식을 억제.

• 연작 장해 해소, 경감.

• 식물의 활착, 발근, 발아, 화아, 착과, 등숙 등을 촉진.

• 작물의 수량, 품질, 저장성 향상.

• 과수, 과채류의 당도, 색도, 비타민 함유량 증가.

- 미생물 관리상 중요점:

각종 유용균이 서로 보완적으로 작용 가능하도록 생태적으로 무리(群)로 정착시키는 것이 핵심이며, 수분을 충분히 유지하고 양질의 유기물(쌀겨, 깻묵, 어박 등)을 함께 시용하면 효과가 나타남. 미생물의 시용효과는 우점적으로 정착해 안정적으로 작용하는 경우에 비로소 나타나므로 효과가 있을 때까지 양질의 다양한 유기물과 미생물을 함께 시용해야 함.

- 미생물 활용 시 주의할 사항:

토양 중에는 상당한 양의 미생물이 있으나 통상적으로 이야기하는 미생물의 효과가 나타나지 않음. 이는 한 가지 미생물로부터 나타는 효과보다 여러 가지 유효한 미생물이 상호 공존할 때 나타나는 효과가 더 크고, 혼자 존재할 때 나타나는 효과와 다른 효과가 나타나기 때문(공동효과). 미생물의 양은 토양의 조건에 의해 결정되기 때문에 토양이 미생물을 보호하게 하는 능력이 있어야 함. 미생물에 적합한 영양과 환경 조성이 중요.

자연은 평화다

미생물Ⅳ: 농업 유용 미생물의 활용 - 5월 1일

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미생물Ⅰ: 미생물의 이해, 종류와 역할 - 4월 3일

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