스크랩 광합성 미생물 이야기

[설산]

서귀포농업기술원에서 공급받은 광합성미생물 1말     ⓒ 2012 제주태양농원

내용 출처 : 두리농장 http://isubak.com/bbs/view.php?id=subak5&no=350

광합성 미생물이란     

어린시절 논에서 잡초를 뽑고 그늘에 쉬는 시간에 쪽대로 미꾸라지를 잡아서 그릇에 담아 햇볕에 놓아두었더니 다음날 이상하게도 그릇 속의 물이 붉게 물들어 있었고, 물에서 이상한 냄새가 났다.

  군 훈련병 시절에 어느 훈련병이 양동이에 물을 붓고 또랑 물을 약간 혼합하여 창가에 두어 2~3일 후 불게 물들인 물을 같은 훈련병들에게 나누어 먹였더니 배고픔 없이 훈련을 잘 마쳤다는 이야기가 있다. 바로 그 붉게 물들인 물이 바로 광합성(광영양)미생물을 증식시킨 균체 보양탕임에 틀림없을 것 같다.

광합성(광영양)미생물은 효모나 클로렐라보다 영양가치가 더 높은 훌륭한 영양소라고 알려져 있다. 광합성(광영양)미생물은 지구상의 탄소, 질소, 유황의 순환에 큰 역할을 하고, 그 작용은 식량증산과 에너지 생산, 악화된 환경, 공해를 해결하는 데 크게 공헌하고 있다.

선진국에서는 이미 광합성 미생물의 생리 생화학적, 생태학적 기능에 관한 기초연구를 기반으로 하여 광합성미생물을 이용한 폐수처리 시설, 축사의 축분 정화 및 악취 제거, 농업에 이용한 식량 증산 및 품질향상 등 다양한 개발이 진행되고 있으며 최근 우리나라에서도 빠른 증가 추세에 있다.

광합성미생물의 적용

광합성미생물의 농업에의 이용가치는 수량이 증가되고, 과실에서는 맛(당도), 색깔, 향기 등의 품질이 향상되고 저장 및 수송이 용이하며, 시설하우스의 연작 장해 해소, 토양의 개량, 식물 병원균과 병원성 바이러스에 대한 항균 및 억균작용이 강하다는 것이 연구 결과에 의해 밝혀졌다.

특히 벼농사에서는 다수확 및 품질 향상, 태풍에 대한 도복방지, 쌀의 저장성이 좋아 오랫동안 밥맛을 좋게 하고, 생육기 중  벼뿌리 부근에 발생한 황화수소에 의해 뿌리가 급격히 약화되는데, 광합성 세균은 이러한 물질을 제거하여 착립수를 증대하고 수량을 늘려 농가 소득의 향상에 기여하고 있다.

그 외에 광합성(광영양)미생물은 양식업에서 어패류의 발병 억제에도 많이 이용되고, 축사의 축분의 분해와 악취제거 및 가축의 사료화에도 커다란 효과가 있다는 것이 입증되고 있다. 광합성미생물을 물에 희석하여 뿌린 축사나 음식물 쓰레기 처리장 및 퇴비 공장에서는 처리후 수분만에 냄새가 없어진다는 사실은 괄목할 만한 것이다.

광합성미생물의 일반 성질

   고등식물이나 조류는 광합성 작용을 할 때 물을 광분해하여 산소를 방출하는데, 광합성미생물은 모두 산소를 방출하는 것이 아니고 일부는 수소 가스를 발생한다. 광합성(광영양)미생물의 분포는 논, 하천, 하수 처리장, 축사 등 담수상태인 곳에는 대부분 존재하고 수온 0℃ 라는 남극의 빙하 아래도 생존하고 있으며, 90。C의 온천에서도 잘 생육하고 있는 균주가 있다. 또한 2,000m 깊이의 바닷물에서도 생존이 확인되었다.

   마치 표고버섯 종균이 저온에서만 생육이 가능한 균과 고온에서만 생육이 좋은 종균이 있듯이, 광합성(광영양) 미생물 또한 지구상의 어디라도 생존이 가능하다. 광합성미생물은 내염성이 강하여, 10% 이하의 식염수에도 생육이 잘된다. 연작지의 하우스, 축사, 쓰레기 처리장, 담수 어장 등 여러곳에서 부지런한 청소부 역할을 확실히 해 줄 수 있으리라 기대된다. 광합성미생물은 적은 수에서는 육안으로 보이지 않지만, 황화수소의 양이 ℓ당 20~100㎎에서는 육안으로 붉게 보인다

광합성미생물의 종류

    광합성미생물은 홍색유황세균, 홍색비유황세균, 녹색유황세균의 세가지로 분류한다. 광합성미생물의 광합성은 고등식물의 광합성과는 다르다는 점에서 광영양미생물로 명명하는 학자도 있다. 황색유황세균은 수면 아래서 황화수소를 먹이로 하는 절대 혐기성 세균이며 홍색비유황세균은 담수호나 연못의 수면 아래서 유기물을 먹이로 이용하는 세균으로 혐기성이나 호기성 조건까지 다양한 범위에서 증식할 수 있다.

농업용에서는 녹색유황세균, 홍색유황세균과 홍색비유황세균을 이용하고 있으며 저급지방산, 아미노산, 당류등을 이용하여 호기적 조건 및 혐기적 조건과 광의 조건과 무광의 조건에서도 잘 생육하며, 혐기성 조건 아래서 빛 에너지를 이용하여 수소 또는 유기물을 수소 공여체로 하여 탄소를 고정하지만, 저급지방산과 같은 유기물을 탄소원으로 이용할 수도 있다.

광합성미생물의 영양생리

    광합성미생물이 광합성에 의해 생육하는 경우는 산소가 없는 혐기적 조건에서 황화수소나 티오황산염 등의 유황 화합물의 산화, 수소가스의 산화, 유기 화합물의 산화에 의해, 환원력을 얻어 생육한다.

홍색비유황세균은 유기물을 산화하여 탄소원으로서 이용하며, 홍색유황세균은 유황 화합물도 산화하고 유기물도 동시에 산화하여 생육이 강하다.

    유기물질을 이용하여 호기적으로 유기영양형으로 생육할 수 있는 것이다. 물론 혐기적 유기영양형이라도 생육할 수 있고, 균주에 따라서는 질산 호흡이나 암모니아를 직접 탈질할 수도 있다. 홍색유황세균은 생육에 혐기적 조건을 필요로하고 황화수소 또는 수소가스를 전자 공여체로하여 CO2를 고정하여 생육한다.

    Ch. Vinosum은 CO2 가 존재하지 않는 조건에서도 초산 등의 일부 유기물을 단일 탄소원으로 생육할 수 있고, CO2 존재하에서는 저급지방산, 피루빈산, 알코올, 아미노산, 당 등 상당히 폭넓은 유기물을 자화하여 생육한다. 홍색비유황세균은 완전한 TCA 사이클이 존재하며, 다양한 유기물을 이용하여 호기 암조건에서 호흡에 의해, 혐기 명조건에서는 광합성에 의해 생육한다.

    녹색유황세균은 초산, 프로피온산, 피루빈산 등을 세포물질로 일부 동화하는데, 이들 물질은 단독으로 생육할 수 없고, CO2를 고정할 수 있는 조건이 생육에는 필요하다. 프로피온산은 글루코스, 배지에서의 생육은 저해하나 초산이나 탄산수소나트륨 배지에 공존하면 균은 생육이 활성되고 프로피온산도 급속히 소비해 버린다. 피루빈산, DL-사과산은 홍색비유황세균에 이용된다. 많은 광합성미생물은 구연산은 이용할 수 없지만 혐기명 조건에서 급속히 구연산을 이용하여 생육한다. 대부분 광합성미생물은 글루코스나 프락토스를 이용하여 잘 생육한다.  많은 비홍색유황세균은 혐기명 조건에서 에탄올을 이용하여 생육한다.

    또한 에탄올 외에 프로판올, 부탄올, 펜타놀, 헥사놀을 이용한다. 홍색비유황세균, 홍색유황세균은 혐기명, 호기암, 어느 조건에서도 글리세롤을 이용하여 생육한다. 광합성 배지에 이용되는 아미노산으로는 글루타민산, 글루타민, 아스파라긴산을 질소원으로 이용되고 있다. 또한 질소원으로는 염화암모늄, 팹톤을 사용한다. 광합성미생물은 내염성이 강하여 10% 이하의 식염수에도 생육이 잘 된다. 염기가 강한 탄산수소나트륨, 염화나트륨, 프로피온산나트륨, 초산나트륨(무수)을 사용하기도 한다. 인산의 급원으로는 폴리인산 및 인산수소 2칼륨을 이용하며, 칼슘의 급원으로는 구연산 칼슘을 이용하며, 마그네슘의 급원으로는 유산마그네슘(7수화물)을 사용하고 당의 급원으로는 루틴을 이용하며 효모이스트를 이용하여 당을 알코올로 분해하여 이용하기도 한다.

광합성미생물에 의한 식량생산

    광합성미생물에 의한 질소고정으로 식사료생산을 꾀할 수도 있다. 담수조건에서 증식시켜 확보한 대량균체는 앞의 조성성분표와 같이 양질의 단백질을 함유하고 있으므로, 직접. 간접적으로 가공하여 식량 단백질로서 이용한다면 지구규모에서의 식량부족은 완화될 것이다. 우리인류는 현시점에서 식량생산의 약 50%는 큰 비료공장의 공업적 질소고정에 의존하고 있다.

그러나 전술했던 것과 같이 화석에너지 부족사태가 도래한다면, 이와같은 생산성은 극단적으로 저하되어 인류는 식량부족의 위기에 처해질 위험성이 있다. 한편, 현시점에서 그와는 반대로 암모니아성 화학질소비료를 다량 시용하여, 일부에서는 질산화균작용에 의해 암모니아는 산화되어 NO2 , NO3로 되어 용출되어서 환경오염을 일으키는 오류를 범하고 있다.

호수, 늪, 바다 등 담수상태인 곳에서는 태양에너지를 이용하여 광합성과 질소고정의 양작용을 동시에 행하는 조류나 광합성미생물이 존재하고 있으므로 이들을 활용하여 직접가공 식품화하든지, 혹은 식물 연쇄기(조류, 혹은 광합성미생물 → 플랑크톤 → 어패류)를 통하여 인류의 식량 생산계로의 궤도에 올려놓는 일이 가능하다면 육지의 농작물생산성 의존도가 감소해도 인류는 기아상태에서 벗어날 수 있을 것이다.

광합성미생물의 자가배양

    광합성미생물은 혐기적 조건에서 최고의 생육을 보이므로, 최근에는 이 조건을 이용하여 누구든지 쉽고 값싸게 배양할 수 있는 광합성미생물 자가배양기가 개발되어 시판되고 있다.

  .광합성 미생물의 농업에의 이용

  1.광합성미생물에 의한 질소고정

     공기 중에는 79%의 질소와 21%의 산소, 0.03%의 탄산가스가 존재한다.

식물은 탄산가스를 흡수하여 광합성에 의해 유기물을 합성하며 살아가고 있으며, 산소를 배출하는 능력을 갖고 있다.

식물은 질소를 직접 흡수할 수 없다.

만약 공기 중의 질소를 우리 인간이나 동 식물이 바로 흡수한다면 이 지구상의 질소는 어떻게 될 것인가?

이 지구상은 엄청난 혼란이 야기될 것이다.

광합성미생물은 산소가 없는 혐기적 조건하에서 최고의 질소고정을 하며, 호기성 유기영양세균과 공존하면 질소고정 및 활성이 급격히 상승되고 광합성미생물의 생육력은 현저히 활성화된다.

따라서 호기적 영양세균인 아조토박터, 바실러스, 효모균이나 유산균 등 혐기성 미생물과 함께 혼합배양하면, 생리활성과 함께 핵산 등 다양한 영양소가 많이 생성된다.

이들 호기적 영양세균은 단독으로는 질소고정을 할 수 없지만 광합성미생물이 공존하면 질소고정을 할 수 있다.

2. 광합성미생물의 광합성 능력  

* 어두운곳 에서도 광합성이 가능

   --->일조부족문제 해결하므로 특히, 하우스재배에 효과 큼

   식물의 광합성은 가시광선(400~700나노미터) 이하에서는 하지 못하지만, 광합성미생물은 박테리오클로로필을 함유하고 있어, 근 적외선을 흡수하여 50나노미터 이하의 어두운 곳에서도 광합성이 가능하다. 일조 부족시 광합성미생물을 이용하면 식물의 광합성을 보조하여 정상적인 생육을 할 수 있다.

3. 근류균과 광합성(광영양)미생물에 의한 토양의 비옥화

* 다른 유익균의 활성화를 높이는 역할수행

* 연작장해경감 및 토양산성화개선

* 근권환경개선 및 생리활성물질로 인한 뿌리발육 향상

처음 재배한 땅은 항상 기름지고 비옥하며 뿌리가 잘 자라고 무엇이든지 주면 잘 받아들이고 식물이 왕성한 생육을 한다.   하지만 계속된 연작으로 염류가 집적되고 토양이 산성화되고 병충해의 다발에 의한 농약의 과잉 사용으로, 농지는 사막화 현상을 초래하고 말았다. 그리하여 주면 줄수록 반응이 없고 농가의 근심은 한층 쌓여만 가고 있다.

광합성(광영양)미생물은 그러한 토양의 악화 방지 및 척박한 토양을 비옥화시키는 데 큰 공헌을 하고 있다.  근류균은 공기 중의 질소를 고정하는 역할을 한다. 척박한 토양에는 근류균을 접종하여 토양을 비옥화시키는 작업이 진행되는데, 근류균은 건조에 약하여 보관이 어려운 결점이 있는데 광합성미생물과 혼합배양하면 오래 보관되고 광합성미생물과 공존하여 활성이 된다.

   그 이유는 혼합배양 중 균체 외에 다량의 점질물이 생산되고 그 점질물이 근류균의 생명력, 착립효과를 높이기 때문이다.

4. 벼농사에서의 광합성미생물 

  * 줄기가 굵고 출수가 빠르다

   *  도복 방지

   *  수확량 증가

   *  고품질의 양질미

    벼농사에서는 축분이나 화학비료의 과잉으로 쌀의 수량은 향상되었지만,  반대로 태풍에 대한 도복과 도열병 등 병충해에 대한 농약의 과잉을 부인할 수 없다. 단도직입적으로 말한다면 벼 재배에서는 질소질만 적게주면 농약을 한번도 주질 않아도 농사를 지을 수 있다. 『남의 밥 콩이 굵다』 라는 말같이 항상 남의 논의 벼를 비교하여 비료 바가지를 몸에 차고 다니다가, 태풍이 불면 논에서 헤매는 사람을 많이 보는 것은 “부지런한 사람은 농사를 망친다”라는 말에 대한 실증인것이다.

논 토양에서는 태양에너지를 이용하여 질소를 고정하는 광합성(광영양)미생물이 질소고정 유기영양 미생물과 공존하여, 대기중의 질소가스를 고정하고 식물 뿌리가 이용할 수 있는 질소 화합물의 형태로 바꾸어 벼에 공급하고 있기 때문에, 벼의 생육은 강하고 병충해로부터의 항력과 바람으로부터 도복을 방지할 수 있는 것이다.

벼는 영양 생장기 이후 생식 생장기에 황화수소가스가 대량 생성되어 벼 뿌리를 약화시켜 도장이나 연약한 생육을 하는데, 이때 광합성미생물은 황화수소를 즐겨 이용하기 때문에 대량 증식된다. 이때 인공 배양된 광합성미생물을  벼논에 투여하면 커다란 효과가 있다는 것이 입증되었다. 또한 광합성(광영양)미생물은 벼의 화아형성을 돕는다.

벼농사에서는 출 수 3주간 전에 추비로 수용성 인산가리를 10a당 15㎏를 광합성미생물과 함께 투여시키면, 최상의 증수와 함께 고품질의 양질미를 얻을 수 있는 것이다. 광합성미생물을 시용한 벼는 줄기가 굵고 출 수가 빠르고 이삭이 크므로 중량이 무겁다는 시험 결과도 있다.

5. 밭농사(하우스 포함) 및 과수 에서의 광합성미생물  

* 꽃눈의 분화촉진, 착과촉진

* 수확량 증가, 과실의 비대화

* 당도상승 및 장기간 보존가능

* 색택 및 특유의 향기

    광합성(광영양)미생물은 꽃눈 분화의 촉진 및 착과 촉진 등 식물의 생식생장에 큰 효과가 있다는 것이 입증된 바, 벼에서는 광합성미생물의 이용으로 화아형성 착립기에 아미노산 중 프롤린이 다른 아미노산에 비해 많이 축적되며, 가지, 토마토, 오이, 고추와 같이 영양생장과 생식생장을 동시에 하는 식물에서는 꽃눈 부위에 프롤린의 축적이 많다는 것이 확인되었다.

    토마토, 가지, 피망, 딸기, 오이 등 여러 작물에서 생식생장기 직전에 우라실(핵산), 프롤린(아미노산)을 시용한 바 현저한 증수와 품질향상 효과가 있다는 것이 시험에서 입증되었는 바, 이들 작물에서 광합성미생물의 사용은 품질의 향상과 증수는 물론 높은 수익성이 보장될 수 있다는 것이다.

이것은 광합성미생물의 균체나 그 분비물에 프롤린과 우라실이 많이 분비되어 뿌리로부터 흡수되어 생식생장이 촉진되기 때문이다.

광합성미생물에서 분비되는 아미노산의 종류는 글루타민산, 글리신, 알라닌, 바린, 로이신, 프롤린, 리신, 메티오닌, 아르기닌등을 포함한다. 더욱이 광합성미생물의 분비물 중에는 고에너지 인산 화합물인 ATP, ADP. GDP가 포함되어 있다. 우라실(핵산), 프롤린(아미노산), 시토신(핵산)의 사용은 매실, 감 등 격년 결과를 일으키는 과수에도 효과가 있으며, 고등식물의 화아형성 및 착과, 과실비대에 큰 효과가 있다. 실험에 의하면 우라실, 시토신은 수정에 효과가 있고, 프롤린은 착과 후의 과실비대에 효과가 있다는 것도 밝혀졌다.

따라서 시에서 판매되고 잇는 고단가의 수입 영양제에는 프롤린, 시토신, 우라실이 혼용된 제품이 중많이 있음을 볼 수 있다.

6.밭 토양에서의 병해 억제와 품질향상 효과

  * 흰가루병, 탄저병, 각종곰팡이병, 후자리움병 등의 발병억제 

       ---> 농약사용절감 ---> 친환경농산물 생산

하우스 내에는 항상 관수를 실시하기 때문에 광합성미생물은 늘 습한 곳에서 생육할 수 있고, 하우스 토양은 비옥화된다.

   광합성미생물을 밭 토양, 즉 하우스 내에 사용하면 놀라운 효과가 있다는 것이 판명되었다. 토마토, 가지, 오이, 멜론, 딸기, 피망 등은 기지현상을 나타내며, 연작을 하면 수량이 감소된다. 연작하면 흰가루병, 탄저병, 위조병, 회색곰팡이병 등의 발생이 많고 특히 푸자리움 병원균이 많이 발생된다.

광합성미생물의 세포막은 키틴질로 되어 있기 때문에 밭 토양, 즉 하우스 토양에 사용하면 토양 방선균이 활성화되어 푸자리움 병원균의 발병을 억제시킨다. 광합성미생물의 균체 내에는 카로틴계 색소가 많아 밀감에 이용하면 카로틴 함량이 증가되어 과일의 색깔이 좋아진다.

이것은 토마토, 딸기, 멜론, 사과, 배, 감, 복숭아 등 모든 과채류에서도 같은 결과를 얻었다. 또한 모든 과채류, 엽채류의 저장기간이나 신선도 유지에서도 탁월한 효과가 있다. 밀감재배에서 7,8,9월 세 번에 걸쳐 광합성미생물을 살포한 바 품질향상은 물론 이듬해 4월까지 장기 저장성에서 일반재배에 비해 부패율이 상당히 감소되었다.

이것은 사과와 배에서도 그와 같은 결과를 얻을 수 있으며, 특히 색택과 당도의 증가, 특유의 향은 소비자들로부터 큰 호응을 불러일으킬 수 있다는 확신을 갖게 하였다. 광합성미생물은 과실의 비타민 B군, 비타민 C의 함유량을 증가시킬 뿐만아니라 증수와 함께 품질의 향상을 가져올 것이다. 

다음은 작년에 제가 직접 배지를 섞어서 광합성미생물을 확대 배양한 내용입니다.

내용 출처 : 제주태양농원 http://blog.daum.net/jeju-sun/26

월간잡지 '친환경'2011년 3월호 66페이지에 광합성미생물을 배양하는 법이 나와 있어서 한번 도전해 보았습니다. 

광합성미생물은 친환경농업에서 바실러스균과 함께 매우 중요하고 많이 사용되고 있는 미생물로 서귀포농업기술센터에서 배정순서가 잘 아시는 바와 같이 150명이 밀려 있을 정도로 그 수요가 대단히 높습니다.

저도 서귀포농업기술센터에서 겨우 겨우 배정받아 사용하려니 달랑 한말 가지고는 하나마나라서 예전에 친환경잡지에서 보았던 방법을 해보기로 도전했습니다.

우선 약품의 구입이 예상외로 쉽게 풀렸습니다.

미생물을 배양하는 회사에 있는 지인으로 부터 구입처를 물었더니 서귀포 시내에 있는 '태양과학사'에 있을거라고 해서 가보니 전부 다 있더군요

가격은 총 60,000원

염화암모늄 9,000원

탄산수소나트륨 10,000원

초산나트륨 10,000원

염화나트륨 7,000원

인산수소칼륨 14,000원

유산마그네슘 10,000원

그런데 소량씩은 팔지 않고 500g 병으로 팔더군요

ⓒ 2012 제주태양농원

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

 

 

마지막으로 효모액기스는 많이 고민 했는데 빵에 넣는 이스트를 넣기로 했습니다.

이스트는 예전에 유기농 해바라기에서 구입했었는데 9,000원 선인걸로 알고 있습니다.

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

 이렇게 준비한 약품을 배합량에 맞게 정량한 후 

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

우선 통에 이스트와 약품을 물에 넣고 잘 섞은 후

 

ⓒ 2012 제주태양농원

  

농업기술센터에서 가져온 광합성미생물을 넣고 

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

완성

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

두껑을 닫고 하우스에 해가 잘드는 곳에 옮겨 놓고

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

6일후

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

ⓒ 2012 제주태양농원

 

색상으로 보아선 아주 좋아 보임니다.

 

이렇게 빨리 색상이 변한는게 신기해 보였습니다.

 

그렇다고 재대로 확대 배양이 됐는지는 모르기 때문에 제주특별자치도 농업기술원 친환경연구과에 분석을 의뢰한 결과 정상적으로 확대배양은 되었으나 잡균도 일부 확인이 되었다고 합니다.

 

용기를 살균처리하는 과정이 없었기 때문이 아닌가 생각되어 짐니다. 

 

확대 배양한 광합성미생물(50배희석)과 역시 배양한 바실러스종합균(30cc/말)을 넣고 옆면시비를 했습니다.

 

ⓒ 2012 제주태양농원

  

ⓒ 2012 제주태양농원

http://www.msgg.co.kr (주) 명성기기
위 주소로 들어가시면 광합성균과 배지를 구입하실 수 있습니다.