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미생물이야기 미생물제 생산과 활용미생물
2013-08-14 11:42:54
이엠생명과학연구원

미생물제 생산과 활용미생물

 

농업적으로 많이 이용되고 있는 유용미생물의 종류는 표 1과 같으며 어떤 목   적에 따라서 분리 미생물, 예를 들면 인돌초산(IAA)유사물질을 분비하여 작물 생육을 촉진시키거나 토양병원균에 길항력을 갖는 미생물들은 실험실 조건에서 그 미생물의 생육에 적합한 각종 영양원과 환경조건을 조사하여 배양한후 실험에 이용된다. 배양시간이 경과함에 따라 미생물의 생육량은 미생물의 종류에 따라 상이하지만 배양초기에 급격히 증가한 후 일정 시간이 지나면 사멸하게 되고 이때 배지에 함유된 영양원이나 균의 활력이 그림 1과 같이 변화된다.

대수증식기를 지나 이때 균의 활성은 최대이지만 이후에는 생균수의 증감이 없는 정상기에는 양분은 거의 없어지고 활성도 저하하고 있다. 더욱이 기질이 거의 없어지면 균은 세포외로부터 에너지가 되는 양분은 얻지 않고 자신의 체내에 저장한 글리코겐이나 지질, 폴리인산등을 이용하며, 그것도 없게되면 자체의 세포구성성분인 단백질이나 핵산을 이용한다. 그래서 내구생존을 위한 에너지  확보가 되지 않을때 세포는 죽게 된다. 이 시기에는 미생물 자체가 분비한  유해성분 에 의해 거꾸로 자체 발육이 제어되는 사례도 알려지고 있다.

미생물제제를 제조할 목적으로 미생물을 증식하기 위해서는 앞서 설명한 순수배양제법의 경우에는 이러한 방법이 그대로 성립하지만, 대부분의 경우는 혼합균을 다양한 기질(영양원의 일종이라도 쌀겨, 계분 등은 여러 종류의 기질을 포함)로 배양하기 때문에 어떤 균이 분해한 산물을 다른 균이 계속하여 이용할 수 있으므로 단순하게 설명되기 어렵다.  이로부터 목적하는 균의 활성을 유지하기 위해서는 균의 사멸기 전에 어떤 수단을 강구할 필요성이 있기 때문에 미생물제제를 만드는 배경이 된다.

액체배양 할 때는 아직 기질이 남아있는 단계에서 미생물과 기질을 분리하는 것이 가능하지만 고체영양원을 이용하는 경우는 그렇게 되지 못한다. 흡착제는 균체를 이온적으로 흡착하여 화학적인 활성을 저하시켜 "여분의 체력을 소모시키지 않는다"라고 생각된다.

 

 

표 1. 작물생육에 유익한 주요 미생물의 속명

종        류

속       명

광합성세균(그람음성)

Rhodospirillum, Rhodopseudomonas, Chromatium, Chlorobium

그람음성, 호기성간균과 구균

Pseudomonas, Gluconobacter, Acetobacter, Azotobacter

Rhizobium, Methylomonas 

그람 양성구균

Micrococcus, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus

내생포자형성 간균과 구균

Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum

그람양성, 포자형성을 않는 간균

Lactobacillus

그람양성, 방선균과 관련 세균

Corynebacterium, Arthrobacter, Propionibacterium, Frankia

Streptomyces

 

 

표 2. 미생물의 농업적 활용분야

주요기능

활용 및 대표적인 미생물

생물질소고정
불용양분 가용화
작물생육촉진
유기물 분해촉진
토양환경 정화
생물학적 방제

두과, 수도재배시 질소 비료 시용절감 - 근류균, Azolla,Azotobacter,Azospirillum,Bacillus
불용성 인산, 아연, 철 등의 작물 이용성 향상 - VA-mycorrhizae, Penicillium, Aspergillus속등 사상균
IAA유사 물질, 비타민 공급 - Bacillus, Pseudomonas, 효모
유기물 시용효과 증진 - 섬유소 분해효소 생성균
유해중금속, 잔류농약, 유류, 폐비닐등 오염원분해 - Pseudomonas, Mycobacterium, Tricothecium 들
병원성 미생물, 선충 생육억제 및 사멸 - 항생물질 생성균 : 방선균, 사상균, 세균등 다양

 

그러나 이것에도 고체배양원을 이용하는 경우는 균체와 흡착제에 접촉하는 기회를 많게 할 필요가 있다.

체력을 소모시키지 않는 기술로서는 저온건조도 알려지고 있다. 미생물제제에는 건조된 제품이 많으며 이는 취급하기 용이하다는 면에서 고안된 것이다. 더욱 이 미생물을 저온건조 조건에 방치하면 내구체를 만드는 능력을 갖는 미생물들은 내구체를 형성하기 쉽게 되는 것으로 알려지고 있다.

미생물 자재의 원료는 주효과를 담당하는 미생물 균체 또는 효소 이외에 물리적으로 균체나 효소를 흡착시킨 담체, 미생물 증식시에 이용한 각종 유기질자재, 비료성분(삼요소 및 미량요소), 고분자물질, 기타 내용불명의 계면활성제 등 이다. 주효과를 나타내는 균체 또는 효소를 살펴보면 분류학적으로는 세균, 방선균, 사상균(불완전균, 담자균), 클로렐라, 녹조류 등 다양한 종류가 있다. 산소요구성으로 분류하면 호기성균과 혐기성균이 있으며 특정 기능별로는 셀룰로스, 펙틴, 지질, 리그닌 등을 분해하는 미생물이나 길산생성균, 탈질균, 아조토박터와 같은 질소고정균과 젖산균, 유황세균, 광합성세균이 이용되는 경우가 많다.

또한 안정한 효과를 보증하기 위해서는 미생물 수나 균체량을 보증하는 경우도 있다. 효소제로서는 수가 적으나 부숙촉진 효과를 높이기 위해 효소와 함께 균체를 혼합시키는 것으로 생각된다.

담체(흡착제)를 보면 미생물 또는 효소만을 그 상태로 토양에 시용한 것은 토양 중에 다량으로 서식하는 미생물에 의해 급속히 분해되어 소실된다. 따라서 토양 중에 안정화하기 위해서 뿐만 아니라 상품화하여 보존하는 기간 안정화를 위해서는 흡착제가 필수적이다. 흡착제의 대부분은 무기계로서 버미큐라이트나 제오라이트 규조토 등이 비교적 많이 이용되고 있으며 탄산칼슘, 석회암 등의 알카리 자재도 적지 않다. 또한 화산회나 적색토양을 이용하는 경우도 있으며 특수한 것으로서는 금속산화물이나 다공질광물, 세라믹도 이용되고 있다. 유기질 흡착제로서는 토탄(peat moss)이나 동물질석회 등이 사용되고 있다.

 

미생물을 배양할 때는 유기영양원에 균체를 혼합시켜 배양시키며 가장 많이 사용하는 자재는 쌀기울(미강), 계분이고 이외에 폐당밀이나 각종 식품폐기물류가 이용되는 예가 많고 부식산이나 퇴비, 왕겨, 제지박등도 이용되고 있다. 유기물 함량은 반드시 자재의 좋고 나쁨을 나타내는 것은 아니지만 앞서 설명한, 흡착제의 관계에서 그 특성을 나타내는 지표의 하나가 되는 것으로 생각된다.

 

 비료성분이 첨가되는 예도 있다. 삼요소가 첨가되는 예는 적으나 목적하는 미생물을 배양시킬 때 앞서 말한 유기영양원의 탄소율이 높을 때는 질소를 첨가할 필요가 있고, 흡착제가 화산회 토양과 같은 경우는 인산첨가 효과가 있을 것이다.

미량요소가 들어있는 자재도 많다. 구리는 tircoderma생육에 필요시 되고 있다. 알카리 자재가 들어있는 것은 흡착제로서의 효과도 있으나 이용하는 균이 세균이나 방선균인 경우는 중성부근이 가장 활성이 높으므로 균 증식할때 중화제로서의 효과를 고려한 것이다. 기타 미량요소는 특수한 미생물의 몇 가지 필수 양분으로 되어있으나 작물에 대한 미량요소 보급효과도 기대할 수 있을 것이다.

다른 자재로서 식물기름이 이용되는 예가 있으나 그 실체가 잘 알려지지 않고 역할도 잘 알려지지 않았다. 비타민을 첨가한 예도 있다. 특수한 예로서는 수결합 polymer를 넣은 것도 있다. 이것은 건조조건에서 토양에 시용되는 경우 적은 수분에도 이 폴리머가 토양수분을 흡수하여 균이 생육할 수 있는 장소를 확보하는데 유효할 것이다.




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