유기농업 생태계로부터 담수 녹조류 분리 및 형태적 동정

김민정,심창기,김용기,홍성준,박종호,한은정,지형진,윤종철,김석철 한국유기농업학회 2014 韓國有機農業學會誌 Vol.22 No.4

본 연구는 유기농업에서 생물자원으로서 담수 클로렐라의 활용 가능성을 연구하고자 유기농 생태계로부터 담수 녹조류를 분리, 동정하고, 생물학적인 특성을 조사하였다. 조사 지역의 수온은 12.4~28.2℃, pH는 6.1~8.5이었다. 담수 녹조류를 분리할 때 고체배양법이 액체배양법보다 오염도가 낮고 분리 빈도가 높았다. 전국 9개 지역, 6개 담수 녹조류 서식처로부터 총 115개의 균주를 분리하였다. 담수 녹조류의 분리 및 배양을 위해 질소원으로는 NaNO3과 KNO3, 탄소원으로 Na2CO3를 사용하였고, macro media의 구성 성분 중 MgSO4 · 7H2O과 CaCl2 · 2H2O를 분리하여 제조한 BGMM(BG11 Modified Medium)배지를 고안하였다. 담수녹조류는 배양 후 4일째부터 급격히 흡광도가 증가하였고 8일째부터 흡광도가 감소하였다. 공시한 7개의 균주 중 CHK008 균주가 배양 7일째에 가장 높은 흡광도를 보였다. 담수 녹조류 배양에 적합한 BGMM 배지의 pH는 6~7이었고 조사되는 빛이 강할수록 생육이 증가하였으며 5종류 당류 중에서 Glucose와 Galactose를 첨가하였을 때 클로랄라의 생육이 좋았다. 순수 분리한 16개 녹조류 균주의 균총색은 녹색, 진녹색, 연녹색을 나타내었고, 11개의 균주가 형광현미경하에서 강한 형광 빛을 나타내었다. 녹조류 16개 균주의 형태적인 특징을 조사한 결과 C. vulgalis, C. sorokiniana, C. pyrenoidosa, C. kessleri, C. emersonii, and Chlamydomonas sp.의 2개 속 6개종으로 동정되었다. 담수 녹조류의 세포 크기는 종마다 다양한 변이를 보였다. 대부분의 담수 녹조류의 세포형태는 구형이었다. Chlamydomonas sp.는 타원형이었고 Chlorella sorokiniana는 구형과 타원형이 섞여 있었다. 6개 녹조류 종류 중 Chlamydomonas sp.를 제외한 모든 균주는 편모가 없었다. Chlamydomonas sp. 1개 균주와 C. sorokiniana 5개 균주는 세포에서 점질물을 분비하였다. This study aimed to isolate and identify freshwater algae from the organic agricultural ecosystems and investigate its biological characteristics to study the possibility of utilizing a biomass freshwater algae in organic farming. In the survey area, average water temperature was 12.4~28.2℃ and the pH ranges were from 6.1 to 8.5. The solid culture method is more suitable than liquid culture method for isolation of freshwater algae with lower contamination level and higher isolation frequency. A total of 115 strains were isolated from six freshwater algae habitats in nine regions in Korea. BGMM (BG11 Modified Medium) amended with NaNO3 and KNO3 as a nitrogen, and Na2CO3 as carbon source was designed to isolate and culture freshwater algae. Absorbance of freshwater algae culture has increased dramatically to four days and decreased after eight days after inoculation. CHK008 of the seven isolates showed the highest absorbance in seven days after culturing in BGMM. The optimal pH of BGMM for culturing freshwater algae was pH 6-7. As light intensity increased, growth of freshwater algae increased. Among the five kinds of carbon sources, glucose and galactose promoted good growth of freshwater algae in BGMM. The colony color of purified 16 green algae isolates showed a separation of green, dark and light green, and of them, eleven algae strains showed a strong fluorescent light under fluorescence microscopy. Cell size of the green algae showed a wide range of variation depending on the species. General morphology of the green algae strains was spherical. Chlamydomonas sp. was elliptical, and Chlorella sorokiniana was ellipsoidal and cylindrical. All strains of the green algae except for Chlamydomonas sp. did not have flagella. One isolate of Chlamydomonas sp. and five isolates of C. sorokiniana secreted mucus. Sixteen isolates of 16 green algae were identified as two family and six species, Chlorella vulgalis, C. sorokiniana, C. pyrenoidosa, C. kessleri, C. emersonii, and Chlamydomonas sp. based on their morphological characteristics.

DO 센서와 라즈베리파이 카메라를 활용한 아두이노와 OpenCV기반의 이동식 녹조제거장치에 관한 연구

김민섭,김예지,임예은,황유성,백수황 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.4

In this paper, using Raspberry Pi camera and DO (Dissolved Oxygen) sensor, we implemented an algae removal device that recognizes and removes algae existing in water. The Raspberry Pi board recognizes the color of green algae by converting the RGB values obtained from the camera into HSV. Through this, the location of the algae is identified and when the amount of dissolved oxygen‘s decrease at the location is more than the reference value using the DO sensor, the algae removal device is driven to spray the algae removal solution. Raspberry Pi's camera uses OpenCV, and the motor movement is controlled according to the output value of the DO sensor and the result of the camera's green algae recognition. Algae recognition and spraying of algae removal solution were implemented through Arduino and Raspberry Pi, and the feasibility of the proposed portable algae removal device was verified through experiments.

해색위성 원격탐사를 이용한 부유성 녹조 모니터링

이권호 ( Kwon Ho Lee ),이소현 ( So Hyun Lee ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.3

최근 해양에서 부유성 녹조류(Floating Green Algae)의 확산이 보고되고 있으나, 기존의 현지 관측이나 실험실에서의 화학적 분석으로는 정확하고 주기적인 광역 감시에 한계가 있다. 이에 반해 녹조에 포함된 엽록소의 광학특성에 기인한 분광 반사도 측정은 부유성 녹조에 대한 정보를 비교적 빠르고 정확하게 획득하는 것이 가능하다. 본 연구의 목적은 최근 서해에서 발생한 부유성 녹조류의 분광 반사도 특성을 알아보고, 인공위성 영상으로부터 부유성 녹조를 탐지하기 위한 방법으로서 비교적 간단한 파장별 반사도 비율을 이용한 부유성 녹조 지수(Floating Green Alage Index; FGAI)를 개발하는 것이다. 500m 공간 해상도를 가지는 MODIS와 천리안 GOCI 영상자료를 이용하여 서해안의 녹조 현상이 발생하였던 기간을 대상으로 적색 밴드(660nm)와 근적외 밴드(860nm)의 비를 이용한 부유성 녹조 지수를 분석한 결과는 녹조 현상에 대한 조류의 탐지 가능성을 증명하였다. 특히, 매 시간별 GOCI 관측 자료는 저궤도 위성보다 상세한 녹조의 감시가 가능함을 알 수 있었다. Recently, floating green algae (FGA) in open oceans and coastal waters have been reported over wide area, yet accurate detection of these using traditional ground based measurement and chemical analysis in the laboratory has been difficult or even impossible due to the lack of spatial resolution, coverage, and revisit frequency. In contrast, spectral reflectance measurement makes it possible to quickly assess the chlorophyll content in green algae. Our objectives are to investigate the spectral reflectance of the FGA observed in the Yellow Sea and to develop a new index to detect FGA from satellite imagery, namely floating green algae index (FGAI), which uses relatively simple reflectance ratio technique. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) satellite images at 500m spatial resolution were utilized to produce FGAI which is defined as the ratio between reflectance at 860nm and 660nm bands. Both FGAI results yielded reasonable green algae detection at the regional scale distribution. Especially houly GOCI observations can present more detaield information of FGAI than low-orbit satellite.

The Enzymatic Process of Macroalgae for Conversion into High-tech Bioproducts

한주희,조예원,선하빈,이은서,채운정,한성옥,김종훈,현정은 한국생물공학회 2023 Biotechnology and Bioprocess Engineering Vol.28 No.3

Macroalgae are one of various groups of multicellular algae include some types of Rhodophyta (red), Phaeophyta (brown), and Chlorophyta (green) macroalgae. They are now a source for biorefineries, as they contribute to energy production as biomass. Algae are worth noting because of their high content in compounds with separate biological activities, including agar, agarose, and carrageenan in red algae; alginates, laminarin, and fucoidan in brown algae; and ulvan, sulfated galactans, and xylans in green algae. Skeletal polysaccharides of red algae are composed of cellulose 1,β-1,3-mannan and β-1,4-acrylic acid. More than half of the dry weight of brown algae is made up of the polysaccharides alginate, laminarin, and fucoidan, and this percentage can even exceed 70% in some species. They are converted to monosaccharides that can be easily used by using polysaccharide hydrolysis enzymes. This process has the potential to maximize biofuel yields. Compared with the enzymatic depolymerization of brown and red algae polysaccharides, the depolymerization of green algae polysaccharides has been less extensively investigated. However, the use of ulvan lyase is very promising because it can degrade ulvan with good specificity, high efficiency, and mild reaction conditions, and it can well maintain the rare sugar structure properties of ulvan. The depolymerization process of macroalgae by chemical hydrolysis requires high cost, causes environmental pollution, and has limited use due to problems such as low yield. Therefore, an environmentally friendly, energy efficient and economical enzymatic depolymerization process of macroalgae using degrading enzyme will be needed.

Role of Rhizobium, a plant growth promoting bacterium, in enhancing algal biomass through mutualistic interaction

Kim, B.H.,Ramanan, R.,Cho, D.H.,Oh, H.M.,Kim, H.S. Pergamon ; Elsevier Science Ltd 2014 Biomass & bioenergy Vol.69 No.-

Rhizobium plays the pivotal role in mutualistic interactions with plants and this study extends this mutualism to several species of green algae. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and 16S rRNA gene clone library experiments of Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp., and Botryococcus braunii revealed that the dominant phycosphere bacteria hosted by these green algae were Rhizobium, Mesorhizobium, and Shinella within Rhizobiales, Flavobacterium within Flavobacteriales, and Pseudomonas within Pseudomonadales. When Rhizobium sp., most prevalent and dominant bacterium isolated from C. vulgaris, was co-cultured with green algae, it promoted algal cell count by ~72%. The qPCR analysis of 16S rRNA, Rhizobium specific rirA and rhtA genes, performed to understand the effect of green algae on growth of Rhizobium sp., showed a significant increase in copy numbers indicating sustained growth of Rhizobium upon co-culture with green algae. Likewise, growth rates of algae and Rhizobium increased by an average of ~11% and ~110%, respectively, confirming mutualistic interaction. Considering the presence of Rhizobium sp. in a variety of green algae, this must be a major mutualistic relationship among green algae and this ubiquitous association might serve as a model for elucidating the mutualistic mechanism between green algae and rhizobacter. This interaction could be also utilized in enhancing microalgal biomass, especially slow growing organisms like B. braunii, to augment their bioenergy productivity.

구멍갈파래의 효소 가수분해 증진을 위한 마이크로파 이용 열수 전처리

김정민 ( Jungmin Kim ),하성호 ( Sung Ho Ha ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.5

녹조류는 cellulose가 세포벽의 주요 구성성분이며 그 양이 다른 해조류에 비해 월등하고, 세포벽에 lignin이 없어 lignin 제거공정을 거치지 않고 cellulase를 사용하여 쉽게 당화시킬 수 있을 뿐만 아니라 저장산물인 전분도 당 성분으로 사용할 수 있다. 이에 바이오에너지 생산을 위한 좋은 바이오매스가 될 것으로 기대되는 녹조류인 구멍갈파래(Ulva pertusa Kjellman)를 사용하여 마이크로웨이브 장치를 통한 열수 전처리 효과가 cellulase를 사용한 가수분해 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 열수의 온도에 따른 전처리 효과를 확인하기 위해 100~150 oC에서 전처리를 수행하였으며, 140~150 oC에서 가장 높은 전처리 효과를 얻었다. 또한 전처리 최적조건인 마이크로웨이브 장치의 출력 50W와 온도 150 oC에서 열수 전처리한 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 효소적 가수분해 효율을 높이기 위해 cellulase 외에 α-amylase와 β-glucosidase를 함께 사용하여, 효소 혼합의 효과를 확인하였다. 전처리한 구멍갈파래 시료에 cellulase와 α-amylase 그리고 β-glucosidase 활성을 가지는 Novozyme 188을 사용하여 가수분해하였을 경우 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료와 비교하면 초기 가수분해속도가 6배 이상 월등히 높았고, 3시간 만에 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 96 wt%에 해당할 정도의 환원당이 생성되었으며, 이 양은 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료를 24시간동안 효소적 가수분해해야 얻을 수 있는 환원당의 양으로 열수 전처리한 효과가 월등함을 보여주었을 뿐만 아니라 대부분의 탄수화물이 전환되는 최대 당화 효율을 얻을 수 있음을 보여준다. The green algae have cellulose as a main structural component of their cell wall and the cellulose contentin green algae is much higher than other marine algae such as brown algae and red algae. Furthermore, green algae do not contain lignin in their cell wall and store starch as food in their plastids. Thus, it was investigated that the effect of hydrothermal pretreatment process utilizing microwave irradiation for Ulva pertusa Kjellman, a division of green algae, which is expected to be utilized for bioenergy production, on the enzymatic hydrolysis. The hydrothermal temperature have an effect on the pretreatment of Ulva pertusa Kjellman, but the effect of power of microwave irradiation is negligible. The rate of enzymatic hydrolysis was increased as the hydrothermal temperature increased until 140 oC. The enzymatic hydrolysis of pretreated Ulva pertusa Kjellman under the optimum pretreatment conditions (50 W of microwave irradiation power and 150 oC of hydrothermal temperature) with cellulase, α-amylase, and Novozyme 188 having β-glucosidase acitivity resulted in the saccharification of 96 wt% of total carbohydrate in Ulva pertusa Kjellman during 3 hrs, while it took 24 hrs for the enzymatic hydrolysis of untreated Ulva pertusa Kjellman. It confirmed that the hydrothermal pretreatment was effective on Ulva pertusa Kjellman for the enzymatic hydrolysis.

고해상도 위성영상을 활용한 낙동강 녹조탐지기법 비교 및 분석

변유경 ( Yugyeong Byeon ),서민지 ( Minji Seo ),진동현 ( Donghyun Jin ),정대성 ( Daeseong Jung ),우종호 ( Jongho Woo ),전우진 ( Uujin Jeon ),한경수 ( Kyung-soo Han ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.3

최근 기온변화 및 오염원 증가에 따른 수온 상승으로 수계 내에 부영양화가 진행되어 녹조가 다수 발생하고 있으며, 이러한 녹조의 발생과 감시를 위하여 위성영상을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만 선행연구에서는 단일 지수만을 활용한 녹조탐지로 지역 수계의 광학적 특성을 고려하기 어려운 문제점 및 중·저해상도 위성영상을 활용하여 대규모의 녹조탐지를 수행함에 따라, 좁은 폭인 강에서의 녹조탐지에는 정확도가 떨어진다는 한계점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 Sentinel-2 위성의 고해상도 영상을 활용하여 NDVI, SEI, FGAI 단일지수 및 본 연구에서 개발한 두 개의 혼합지수들을 녹조탐지에 활용하였다. 본 연구에서는 녹조탐지 알고리즘의 정확도 평가를 위해 POD, FAR, PC 값을 활용하였으며, FGAI와 SEI를 혼합한 지수가 전체 정확도 PC에서 98.29%로 제일 높은 정확도를 보였다. Recently, because of changes in temperature and rising water temperatures due to increased pollution sources, many algae have been produced in the water system. Therefore, there has been a lot of research using satellite images for the generation and monitoring of green algae. However, in prior studies, it is difficult to consider the optical properties of the local water system by using only a single index, and by using medium and low-resolution satellite images to conduct large-scale algae detection, there is a problem of accuracy in narrow, broad rivers. Therefore, in this work, we utilize high-resolution images of Sentinel-2 satellites to perform green algae detection on a single index (NDVI, SEI, FGAI) and development index (NDVI & SEI, FGAI & SEI) that mixes single indices. In this study, POD, FAR, and PC values were utilized to evaluate the accuracy of green algae detection algorithms, and the FGAI & SEI index showed the highest accuracy with 98.29% overall accuracy PC.

감람석세사 배토에 따른 골프장 그린의 조류(Algae) 방제 효과

심상렬 청주대학교 2014 産業科學硏究 Vol.32 No.1

Algae which was commonly found on greens in golf courses had a bad influence on putting quality. Synthetic chemical fungicides could effectively control algae but also cause environmental problems. Olivine sand as the substitute of chemicals was tested for controlling algae of golf course greens. In the pond water treatment, the pond water with olivine sand was clean when compared to algae-polluted pond water with river sand. In the topdressing treatment, olivine sand topdressing was effective for controlling algae when compared to no sand topdressing, river sand topdressing and half olivine + half river sand topdressing. The reason why algae could not grow in the olivine sand was probably caused by lack of nutrition such as nitrogen and phosporous in the olivine sand of ore-law material. High temperature of quick drying water also represented the repressing effect of algae content and prevented the growth of algae after olivine sand topdressing.

물 영역 추출과 색상 정보를 이용한 녹조 검출

박철우(Park Cheol Woo),전종주(Jeon Jong Ju),문용호(Moon Yong Ho),엄일규(Eom Il Kyu) 대한전자공학회 2019 전자공학회논문지 Vol.56 No.5

녹조는 빈번히 발생되는 자연현상으로 수생생물과 인간에게 많은 피해를 주고 있다. 따라서 녹조를 정확히 탐지하고 모니터링하는 것은 중요한 문제이다. 대부분의 방법들은 위성영상을 사용하기 때문에 시간과 비용 측면에서 제약이 따른다. 본 논문에서는 하나의 영상만을 사용하여 녹조를 검출하는 방법을 제안한다. 먼저 국부 이진 패턴을 이용하여 물 영역을 검출하는 방법을 제시하고, 추출된 물 영역에 대하여 식생지수, 색조 및 채도를 이용한 녹조 검출 방법을 제안한다. 본 논문의 방법은 녹조의 정도를 확률값으로 제시하여 누구나 쉽게 녹조의 유무를 판별할 수 있도록 한다. 실험 결과를 통하여 98% 이상의 물 영역 검출 성능과 기존 방법보다 우수한 녹조 검출 결과를 보였다. Green algae is a frequently occurring natural phenomenon, and it causes a great deal of damage to aquatic life and human beings. Therefore, it is important to accurately detect and monitor green algae. Most of the methods are based on satellite imagery, which causes time and cost constraints. In this paper, we propose a new green algae detection method based on single image. First, we present a water body extraction algorithm using the local binary pattern, and propose a new green algae detection approach based on a vegetation index, hue and saturation for the extracted water area. We suggest the degree of green algae as a probability value so that anyone can easily determine the presence of green alge. Experimental results show that the detection rate of water body is over 98% and the green algae detection results are superior to those of existing methods.

한국 해산 남조류 (II)

유순애,채승문,이기완,Yu, Sun-Ae,Chae, Seung-Mun,Lee, Gi-Wan 배재대학교 자연과학연구소 1993 自然科學論文集 Vol.6 No.1

한국 해산 남조류(Cyanophyta) 의 목록을 작성하고 분류학적 위치를 확인하기 위하여 우리나라 전해역에서 채집된 남조류를 대상으로 형태분류학적 연구를 시도하였다. 그 결과 동정된 한국 해산 남조류는 총 3목 6과 20속 36종이며, 이 중 14종이 우리나라에서 그 생육이 처음으로 확인된 미기록종 (Chroococcus minutus ($K\"{u}$tzing) $N\"{a}$geli, Merismopedia punctata Meyen, Microcystis ichtyoblabe $K\"u$zing, Dermocarpa leibleiniae (Reinsch) Born. et Thur., Hydrocoleum confluens (Setchell et Gardner) Drouet, Lyngbya sordida (Zanard.) Gomont, Phormidium forveolarum (Mont.) Gomont, Phormidium hansgieri Schmidle, Skujaella hildebrandtii (Gomont.) de Toni, Sphaeronema lithophila (Ercegovic) Umezaki, Spirulina tenerrima $K\"u$tzing, Hormothamnion enteromorphoides Grunow, Michrochaete aeruginea Batters, Michrochaete grisea Thuret ex Born. et flah.)이었다. 본 연구에서는 간섭현미경과 위상차현미경을 이용하여 체형이 미소한 남조류의 현미사진을 작성하였다. 형태학적으로 분류된 각 종을 대상으로 세포내 함유물을 관찰하여 그 중 PHB ($poly-\SS$-hydroxybutyrate) granule의 존재 유무를 조사하였으며, Lyngbya confervoides, Lyngbya semiplena, Phormidium corium, Sirocoleum kurzii, Hormothanmnion enteromorphoides, Calothrix crustacea들은 PHB를 함유하고 있음이 확인되었다. 이 결과는 생리생화학적 특성을 기초로한 남조류의 분류체계를 정립하기 위한 자료로 활용될 수 있을 것이다. The Blue-green algae collected from whole coasts of Korea were investigated morphotaxonomically in order to list up Korean marine Cyanophyta and clarify their taxnomic position. As a result, 36 species, 20 genus, 6 families belonging to 3 orders were identified. Among these, 14 species were recorded for the first time in Korea. They are Chroococcus minutus (K$\"{u}$tzing) N$\"{a}$geli, Merismopedia punctata Meyen, Microcystis ichtyoblabe K$\"{u}$zing, Dermocarpa leibleiniae (Reinsch) Born. et Thur., Hydrocoleum confluens (Setchell et Gardner) Drouet, Lyngbya sordida (Zanard.) Gomont, Phormidium forveolarum (Mont.) Gomont, Phormidium hansgieri Schmidle, Skujaella hildebrandtii (Gomont.) de Toni, Sphaeronema lithophila (Ercegovic) Umezaki, Spirulina tenerrima K$\"{u}$tzing, Hormothamnion enteromorphoides Grunow, Michrochaete aeruginea Batters, Michrochaete grisea Thuret ex Born. et flah.. Using the phase contrast microscope and the Nomarski interference micrope, we made photomicrographs of minute blue green algae. The cellular inclusions especially PHB(poly-$\SS$-hydroxy-butyrate) granules of the blue-green algae identified were investigated. The species clearly characteriged to have PHB granule were Lyngbya confervoides, L. semiplena, Phormidium corium, Sirocoleum kurzii, Hormothamnion enteromorphoides and Calothrix crustacea. These result would be fundamental data for estabilishing phylogenetic system of blue-green algae based on physio-biochemical characteristics in future.