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실규모 하수처리 생물반응기에서 발견되는 암모니아산화균 군집조성 및 특징
박희등,Park, Hee-Deung 한국미생물학회 2009 미생물학회지 Vol.45 No.2
질소제거 하수고도처리공정에서 암모니아산화균은 질소제거에 핵심 역할을 하는 독립영양세균이다. 하수처리 생물반응기에는 다양한 암모니아산화균이 서식하며 군집조성도 시간에 따라 변화한다. 본 연구에서는 생물반응기의 운전인자 및 환경조건이 암모니아산화균 군집구조의 조성과 다양성에 영향을 미친다는 가설을 설정하였다. 이 가설을 검증하기 위해 질산화 반응이 활발한 포항, Palo Alto, Nine Springs, Marshall 하수처리장 활성슬러지 생물반응기로부터 암모니아산화균의 ammonia monooxygenase subunit A 유전자 clone library를 제작하였다. 하수처리 생물반응기에는 Nitrosomonas europaea, N. oligotropha, N.-like, Nitrosospira lineage에 속하는 암모니아산화균이 주로 발견되었으며, N. communis, N. marina, N. cryotolerans lineage에 속하는 암모니아산화균은 주종을 이루지 못했다. 암모니아산화균 군집조성은 하수처리장별로 차이를 보였는데, 포항, Palo Alto, Marshall 하수처리장에서는 N. oligotropha lineage에 속하는 암모니아산화균이 가장 빈번히 발견되었고, Nine Springs 하수처리장에서는 N. europaea lineage에 속하는 암모니아산화균이 주종을 이루었다. 한편, 암모니아산화균 군집조성과 생물반응기 운전인자(HRT, SRT, MLSS) 및 환경조건(온도, pH, COD, $NH_3$, $NO_3{^-}$)의 연관성은 다변수 통계분석법인 Redundancy Analysis 방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 생물반응조의 COD와 $NO_3{^-}$ 농도가 하수처리 생물반응기에서 암모니아산화균 군집구조를 결정하는 통계학적으로 유의한 변수로 나타났다. Ammonia-oxidizing bacteria (AOB) are chemolithoautotrophs that play a key role in nitrogen removal from advanced wastewater treatment processes. Various AOB species inhabit and their community compositions vary over time in the wastewater treatment bioreactors. In this study, a hypothesis that operational and environmental conditions affect both the community compositions and the diversity of AOB in the bioreactors was proposed. To verify the hypothesis, the clone libraries based on ammonia monooxygenase subunit A were constructed using activated sludge samples from aerobic bioreactors at the Pohang, the Palo Alto, the Nine Springs, and the Marshall wastewater treatment plants (WWTPs). In those bioreactors, AOB within the Nitrosomonas europaea, N. oligotropha, N.-like, and Nitrosospira lineages were commonly found, while AOB within the N. communis, N. marina, and N. cryotolerans lineages were rarely detected in the samples. The AOB community structures were different in the bioreactors: AOB within the N. oligotropha lineage were the major microorganisms in the Pohang, the Palo Alto, and the Marshall WWTPs, while AOB within the N. europaea lineage were dominant in the Nine Springs WWTP. The correlations between the AOB community compositions of the wastewater treatment bioreactors and their operational (HRT, SRT, and MLSS) and environmental conditions (temperature, pH, COD, $NH_3$, and $NO_3{^-}$) were evaluated using a multivariate statistical analysis called the Redundancy Analysis (RDA). As a result, COD and $NO_3{^-}$ concentrations in the bioreactors were the statistically significant variables influencing the AOB community structures in the wastewater treatment bioreactors.
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하수처리 : 낮은 용존산소로 운영되는 하수처리장의 암모니아 산화 미생물 군집구조
박희등,( Christopher A. Francis ),( Craig S. Criddle ),( Daniel R. Noguera ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2006 공동 추계학술발표회 Vol.2006 No.-
암모니아 산화 미생물은 독립영양 미생물로 암모니아를 아질산으로 산화하며, 아질산 산화 미생물과 더불어 질소제거 하수고도처리에 있어서 질산화 반응에 매우 중요한 역할을 한다. 암모니아 산화 미생물은 여러 환경요인과 유입수의 특성에 영향을 받으며, 특히, 포기조의 용존산소에 매우 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 포기조의 용존산소 농도는 효과적인 질산화를 위해 2㎎/L 이상으로 운영되고 있으나, 몇몇 처리장에서는 0.5 ㎎/L 이하의 낮은 용존산소 농도 조건에서도 활발한 질산화가 보고되고 있다. 그 동안 낮은 용존산소로 운영되는 처리장의 질산화를 설명하기 위해 여러 가설들이 제안되기는 했지만, 미생물학적 접근은 극히 제한적이다. 그래서, 본 연구그룹은 낮은 용존산소로 운영되는 반응기 및 실규모 처리장에서 분자 생물학적 기법을 이용하여 암모니아 산화 미생물 군집을 조사하였으며, 여기에 최근의 연구결과들을 요약하였다. 서로 다른 두 용존산소 조건에서 운영된 두 개의 연속반응기에서는 계동학적으로 서로 상이한 Nitrosomons europaea 미생물군이 집적되었다. 또한, 낮은 농도로 운영된 반응조는 높은 농도로 운영된 반응조에 비해 상대적으로 높은 동력학적으로 용존산소 친화력을 보유하였다. 실규모 처리장에서도 낮은 농도로 운영된 계열에서 암모니아 산화 미생물의 군집변화가 발견되었다. 결론적으로, 본 연구는 용존산소가 암모니아 산화 미생물 군집구조에 중요한 역할을 하며, 군집구조는 용존산소 친화력을 가늠하는 요인으로 작용함을 밝혔다. 한편, 낮은 용존산소로 운영된 실규모 처리장에서는 암모니아 고미생물 (Archaea)이 발견되어, 향후 이 분야에 관한 연구가 활발히 진행 진행될 것으로 예상하며, 또한, 이러한 미생물을 이용한 새로운 공정개발도 기대하고 있다.
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하수처리 : t-RFLP 분석법을 이용한 Nitrospira 군집구조 모니터링
박희등,( Daniel R. Noguera ) 대한상하수도학회 2007 공동추계 학술발표회 논문집 Vol.2007 No.-
본 연구에서는 질소제거 고도처리 하수처리장에서 흔히 발견되는 Nitrospira 문의 아질산산화균 군집구조를 모니터링하기위해 별도의 배양이 필요 없는 terminal restriction fragment length polymorphism (t-RFLP) 분석법이 개발되었다. 본 분석법은 polymerase chain reaction으로 증폭된 Nitrospira 16 rDNA를 Mspl 제한효소로 절단하여 절단패턴으로부터 군집구조를 유추하는 것이다. 이 분석법은 Nitrospira 16S rDNA 를 계통학적 특성에 따라 Nitrospira moscoviensis와 유연관계가 있는 group 1 Nitrospira (265-266 bp terminal restriction fragment)와 회분식 반응기에서 발견된 Nitrospira와 유연관계가 있는 group 2 Nitrospira (277-279 bp or 335-336 bp terminal restriction fragments)로 나눈다. 개발된 t-RFLP 분석법을 이용하여 서로 다른 용존산소로 운영된 생물반응기의 Nitrospira 군집구조를 분석한 결과, 저농도 용존산소로 (DO=0.1-0.2 mg/L) 운영된 생물반응기에서는 group 2 Nitrospira가 우점하였으며 고농도 용존산소로 (DO=8.5 mg/L) 운영된 생물반응기에서는 운영 207일 이후 group 1 Nitrospira가 출현하여 운영이 종료될 때까지 group 2 Nitrospira와 공존하였다.
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하수처리 : 낮은 용존산소로 운영되는 하수처리장의 암모니아 산화 미생물 군집구조
박희등,( Christopher A. Francis ),( Craig S. Criddle ),( Daniel R. Noguera ) 대한상하수도학회 2006 공동추계 학술발표회 논문집 Vol.2006 No.-
암모니아 산화 미생물은 독립영양 미생물로 암모니아를 아질산으로 산화하며, 아질산 산화 미생물과 더불어 질소제거 하수고도처리에 있어서 질산화 반응에 매우 중요한 역할을 한다. 암모니아 산화 미생물은 여러 환경요인과 유입수의 특성에 영향을 받으며, 특히, 포기조의 용존산소에 매우 민감하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 포기조의 용존산소 농도는 효과적인 질산화를 위해 2㎎/L 이상으로 운영되고 있으나, 몇몇 처리장에서는 0.5 ㎎/L 이하의 낮은 용존산소 농도 조건에서도 활발한 질산화가 보고되고 있다. 그 동안 낮은 용존산소로 운영되는 처리장의 질산화를 설명하기 위해 여러 가설들이 제안되기는 했지만, 미생물학적 접근은 극히 제한적이다. 그래서, 본 연구그룹은 낮은 용존산소로 운영되는 반응기 및 실규모 처리장에서 분자 생물학적 기법을 이용하여 암모니아 산화 미생물 군집을 조사하였으며, 여기에 최근의 연구결과들을 요약하였다. 서로 다른 두 용존산소 조건에서 운영된 두 개의 연속반응기에서는 계동학적으로 서로 상이한 Nitrosomons europaea 미생물군이 집적되었다. 또한, 낮은 농도로 운영된 반응조는 높은 농도로 운영된 반응조에 비해 상대적으로 높은 동력학적으로 용존산소 친화력을 보유하였다. 실규모 처리장에서도 낮은 농도로 운영된 계열에서 암모니아 산화 미생물의 군집변화가 발견되었다. 결론적으로, 본 연구는 용존산소가 암모니아 산화 미생물 군집구조에 중요한 역할을 하며, 군집구조는 용존산소 친화력을 가늠하는 요인으로 작용함을 밝혔다. 한편, 낮은 용존산소로 운영된 실규모 처리장에서는 암모니아 고미생물 (Archaea)이 발견되어, 향후 이 분야에 관한 연구가 활발히 진행 진행될 것으로 예상하며, 또한, 이러한 미생물을 이용한 새로운 공정개발도 기대하고 있다.
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박희등(Hee Deung Park),박정구(Jeong Ku Park),이재선(Jae Seon Lee),심웅섭(Woong Seop Sim) 한국식물학회 1995 Journal of Plant Biology Vol.38 No.4
Binary vectors, pBI-ActR1, pBI-ActF1 and pBSH-ActR1, were constructed using pGA642, the replication origin of pTil2 and the rice actin promoter. The sizes of pBI-ActR1, pBI-ActF1 and pBSH-ActR1 were 12.9 kb, 13.2kb and 11.95 kb, respectively. These vectors containing a rice actin promoter followed by a GUS structural gene could induce strongly the expression of GUS gene in transformed rice cells. Rice explants form 3-4 day old seedlings after germination were cocultured with A. tumefaceins harboring pBI-ActR1, pBI-ActF1 or pBSH-ActR1, and then GUS expression in the explants was assayed. Transformation of rice explants by these binary vectors was tissue-specific, such that the meristematic regions of shoot apex, root and hypocotyl were transformed by these binary vectors.
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