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미생물이야기 토양 방선균
2013-08-14 11:40:08
이엠생명과학연구원

토양 방선균

방선균은 세균과 같은 원핵생물이다.  방선균은 실모양의 균사상태로 자라면서 포자를 형성한다는 점에서 사상균과 비슷하지만 사상균과 방선균의 차이점은, 사상균은 진핵생물이지만 방선균은 세포핵이 없기 때문에 원핵생물이고 사상균은 균사 폭이 3~8㎛이지만 방선균은 0.5~1.0㎛로 매우 작다는 점이다.  방선균은 5℃이하에서는 거의 자라지 않는다.  방선균의 최적생육온도는 28℃에서 37℃이지만, 일부 방선균은 55℃에서 65℃에 이르는 퇴비더미에서 자란다.

방선균은 토양 전체 미생물 개체군의 10~50%를 구성하고 있다.  대부분의 방선균은 유기물을 분해하며 생육하는 부생성 생물이다.  정원이나 들판의 흙에서 나는 냄새는 방선균이 분비하는 물질인 지오스민 geosmins에 의한 것이다.  방선균은 부숙퇴비에서도 발견되지만 대부분은 토양에 서식하고 있다.  방선균은 토양 1그람당 105~108 의 개체군을 이루어 토양에서 세균 다음으로 많은 수로 분포하고 있다.  방선균은 산소를 요구하는 호기성이므로 습한 곳에서는 잘 자라지 않는다.  방선균은 한발에 내성을 가지고 있지 않지만, 방선균이 만드는 포자는 한발에 견딜 수 있다.  그래서 한발 후에 회복되는 방선균은 전체 미생물 개체의 30%에서 90%에 이르기도 한다.

방선균은 알카리조건에 내성이 있다.  토양에서 발견되는 방선균의 일부 중요한 속은 Nocardia, StreptomycesThermoactinomyces속 등이다.  결핵균인 Mycobacterium tuberculosis와 감자 더뎅이병균인 Streptomyces scabie처럼 일부 방선균은 동식물에 병원성이지만, 대부분의 방선균은 일반적으로 무해한 토양 생물이다.  Frankia속에 속하는 방선균은 목본 관목 및 나무와 군집을 형성하여 질소를 고정하기도 한다.  토양 방선균의 90%는 Streptomyces이다.  방선균에서 동정되는 항생물질 중 약 76%가 Streptomyces속에서 나온다.

토양 세균

원핵생물인 세균은 생명체로서 가장 원시적이고 성공적인 형태다.  세균은 거의 지구적으로 분포하며, 환경에서 핵심적인 역할을 수행하고 있다.  세균은 매우 다양한 대사작용을 하고 있다.  세균은 많은 종류의 유기물과 무기물을 분해한다.  세균은 철 및 황과 같은 원소의 순환에도 간여하고 질소를 고정하기도 한다.  한편 세균은 포식자이면서 먹이가 되기도 하며, 병원균이기도 하고 기생자 이기도 하다.

세균에는 극한 환경에 서식하는 원시세균이 있다.  원시세균에는 소금광산과 같은 고농도의 염류환경에 생육하는 극호염성균, 퇴적물, 진흙, 곤충소화관, 동물 내장 그리고 동물 반추위와 같이 산소가 없는 장소에서 이산화탄소를 메탄으로 전환하며 생육하는 메탄생성균, 뜨거운 온천에 서식하는 SulfolobusThermoproteales와 같은 극호열성균이 있다.  이러한 극한 환경에 서식하는 원시세균도 일반적인 환경에 존재하며 형태적으로도 일반 세균과 큰 차이가 없어 보통 세균에 포함시키고 있다.

전형적인 세균은 직경이 0.15~4.0㎛이고, 길이는 0.2~50㎛ 이며 부피는 0.1~5.0㎛3 이지만, 세균의 크기는 세포의 생육상에 따라 달라진다.  세균은 많은 형태를 가지고 있으나, 기본형태는 구형, 막대형 그리고 나선형이다.  세균 세포는 구조적 혹은 화학적인 방법으로 연결되어 있는데 이는 단일 세포로 있는 것보다는 무리 지어 있는 것이 보다 좋은 생존성을 확보 할 수 있기 때문이다.

토양1그람에는 108에서 1010 의 세균이 있음이 직접 관찰된다.  세균은 목초지나 휴경지 보다는 경작지에, 차가운 토양보다는 따뜻한 토양에, 건조한 토양보다는 습윤한 토양에 일반적으로 많다.  세포의 평균 무게는 1×10-12g (0.01ng)으로 수가 많음에도 불구하고 세균의 양은 전체토양 생물체량의 10%이하로, 환경에 따라 대략 헥타르당 300~3,000㎏이다.  토양에 서식하는 세균은 주어진 환경에서 실제로 영구한 서식자라고 생각할 수 있는 고유세균(자생적 세균)과 침입자 혹은 일시적 서식자라 할 수 있는 외래세균(외생적세균)으로 분류할 수 있다.  외래세균은 강우, 이병조직, 두엄 혹은 슬러지에 의해 유입되며, 토양에 존속하고 생육하지만 중요한 생화학적 활성에는 거의 기여하지 않는다.  자생적 세균은 주로 지연생육 세균이지만, 먹이가 존재할 때 속성으로 증식하는 발효적 세균도 자생적 세균이라 한다.  미생물제로 이용되는 세균은 주로 발효적 세균에 속한 것이 많다.

토양에서 가장 보편적으로 분리되는 것은 Bacillus속과 Pseudomonas속이다.  Bacillus속은 토양 분리균주의 7~67%를 나타낸다.  방선균처럼 Bacillus속은 포자를 형성한다.  Bacillus속은 pH 2에서 8의 범위에서 생육하고 온도는 -5℃에서 75℃의 범위에 걸친다.  일부 Bacillus속은 질소를 고정한다.  Pseudomonas속은 토양 분리균주의 3%에서 15%를 나타낸다.  일부 Pseudomonas속은 병원성이지만, 다양한 대사작용, 특히 농약과 같은 유기화합물을 분해하는 능력을 가지고 있어 생물공학에서 널리 주목받고 있다.




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