미생물과 자연의 질소 순환 사이의 관계.

미생물은 자연물질순환에서 작용한다: 미생물의 종류가 많고 번식이 빠르고 환경 적응성이 강하며 분포가 넓기 때문에 자연물질순환에서 중요한 역할을 한다. 자연계의 물질순환은 합성과 분해의 두 대립과정의 통일이다. 주로 C, N, S, P 의 네 가지 원소의 순환을 포함한다. 미생물은 생물권의 중요한 생산자이자 유기물의 주요 분해자이며, 그들의 활동은 자연물질의 정상적인 순환의 기초이다. 탄소 순환에서 미생물의 역할은 주로 동화와 CO2 생산에 나타난다. 자양미생물은 CO2 를 이용하여 유기물을 합성할 수 있고, 이양미생물은 유기물을 분해하여 CO2 를 생산할 수 있다. 자연계의 질소는 대부분 N2 형태로 존재하며 대부분의 생물에 의해 직접 이용될 수 없다. 미생물은 질소의 전환과 합성에서 중요한 역할을 한다. 자연계의 NH3 는 대부분 미생물에 의해 합성된 것이다. 서로 다른 질소 간의 상호 전환에도 미생물의 참여가 필요하다. 미생물만이 유기물의 질소를 분해할 수 있다. 미생물은 자연질소순환의 주요 형태로는 질소 고정, 암모니아, 질화, 반질화, 동화가 있다. 자연계에 있는 대부분의 황은 대부분의 생물에 의해 직접 이용될 수 없고, 미생물의 전환을 통해서만 다른 생물에 의해 흡수될 수 있다. 유기물 중 황의 분해도 미생물과 불가분의 관계에 있다. 미생물이 황을 이용하고 전환하는 경로는 주로 탈황, 동화, 황화, 반황화이다. 자연계에는 용해하기 어려운 무기인화물이 많이 있는데, 일반 식물은 이용할 수 없다. 미생물의 활동은 생물권에서 인의 효과적인 이용을 촉진할 수 있다. 많은 미생물들은 핵산, 레시틴, 피틴산 등 유기 인 화합물을 분해하는 능력이 강하며, 석방된 인산을 다른 생물에 의해 흡수되어 이용될 수 있다. 미생물 천연물질순환 0 소개 천연물질순환은 주로 무기물의 유기화, 즉 생합성이라는 두 가지 측면을 포함한다. 다른 하나는 유기질의 무기질, 즉 광화나 분해이다. 이 두 과정은 서로 보완하여 자연계의 물질순환을 형성한다. 미생물은 생물권의 세 가지 주요 구성원 중 하나입니다. 그것들은 종류가 많고, 대사 경로가 다양하며, 효소 활성이 높고, 번식이 빠르고, 환경에 적응하는 능력이 강하다. 그들은 땅, 물, 공기, 동식물, 인체 외부와 내부의 일부 기관, 심지어 극단적인 환경 등 자연계에 광범위하게 분포되어 있다. 결론적으로, 미생물은 생물권의 중요한 구성원이며, 자연계의 물질순환에서 중요한 역할을 한다. 요약하면 다음과 같은 두 가지 효과가 있습니다. 첫째, 미생물은 생물 먹이 사슬의 생산자 중 하나입니다. 둘째, 유기물의 주요 분해자 (황수려함, 1998) 입니다. 미생물 (예: 광자양조류, 녹조류, 광합세균 등) 은 공기 중의 CO2 를 직접 이용할 수 있으며 광합성을 통해 유기물을 합성해 무기물의 유기화 과정에서 중요한 역할을 한다. 분해자는 주로 이양미생물로 유기질 광화에서 주요 역할을 한다. 특히 자연물질순환에서 미생물의 역할은 다음 네 가지 측면 (서소화, 199 1) 에 나타난다. 1 미생물이 탄소순환에서 작용하는 탄소는 각종 생물의 가장 기본적인 원소로 유기물과 생물세포의 구조골격이다. 탄소가 없으면 생명이 없다. 탄소 순환에는 이산화탄소 고정과 이산화탄소 재생이 포함됩니다. 1. 1 CO2 고정에서 미생물의 역할 해조류, 광합세균, 녹조류 등과 같은 일부 광자양미생물은 자연계의 CO2 를 직접 이용하여 광합성을 통해 유기탄화물을 합성한 다음 각종 유기물로 변환할 수 있다. 케모카인 자양세균은 화학에너지를 통해 이산화탄소를 동화시킬 수 있다. 미생물이 합성한 유기물은 양과 규모면에서 녹색식물보다 훨씬 못하지만, 식물이 생존하기 어려운 수역과 같은 특수한 환경에서 중요한 역할을 한다 (왕가령 등 1988). 1.2 CO2 재생에서 미생물의 역할 이양미생물은 동물, 식물, 미생물 시체의 유기질을 이용할 수 있으며, 높은 활성효소를 분비하여 다른 생물에서 분해하기 어려운 목재섬유소와 키틴 (양소빙 등, 2001; 황복진, 1996), 세균은 알갱이 유기물을 생분해성 용해성 유기물 (송, 2000) 로 분해할 수 있다. 박테리아는 DOM 의 주요 사용자입니다. 이들 유기물을 활용하면서 성장에 필요한 에너지를 얻기 위해 끊임없이 분해하면서 대량의 CO2(Munster, 1993) 를 생산한다. 자연계 유기물의 분해는 미생물을 위주로 하고, 수생세균은 DOM 의 2 차 생산을 이용하여 1 차 생산의 30 ~ 60% (콜라, 1998) 를 소모할 수 있다. 2 질소 순환에서 미생물의 역할 질소는 핵산과 단백질의 주성분이며 생물체에 필요한 원소이다. 대기부피의 78% 를 차지하는 가스는 N2 이지만 모든 동식물과 대부분의 미생물은 N2 를 직접 이용할 수 없다. 식물은 자연계에서 가장 중요한 초급 생산자로서 암모늄염 질산염 등 무기질화물에 대한 수요가 매우 적다. 대기 중 N2 를 변환하고 회수함으로써 식물에 대한 질소 수요를 충족시킬 수 있다. 질소순환에는 질소 고정, 암모니아, 질산화, 반질화, 동화가 포함되며, 각 과정은 미생물의 참여와 불가분의 관계에 있다. 2. 1 질소 고정 분자 질소가 암모니아 또는 기타 질화물로 복원되는 과정을 질소 고정이라고 한다. 자연에는 질소를 고정하는 두 가지 방법이 있다. 비 생물학적 질소 고정, 즉 번개, 화산 폭발 및 전리 방사선, 인공 암모니아 합성을 통한 질소 고정. 비생물 질소 고정에 의해 형성된 질소량은 자연계 생물의 성장 요구를 훨씬 충족시키지 못한다. 두 번째는 생물학적 질소 고정, 즉 미생물의 작용을 통해 질소를 고정시키는 것인데, 자연에서 생물이 자라는 데 필요한 대부분의 질소는 이 작용을 통해 제공된다. 생물학적 질소 고정은 경제적일 뿐만 아니라 환경도 파괴하지 않고 N2 의 개조에 중요한 역할을 한다. 호수 퇴적물에는 대량의 고질소균 (Peptea, 1993) 이 함유되어 있으며, 질소를 고정할 수 있는 미생물은 모두 원핵 생물이며, 주로 세균, 방선균, 녹조 (서소화,199/KLOC-0) 이다. 2.2 암모니아작용 미생물이 질소 함유 유기물을 분해하여 암모니아를 생성하는 과정을 암모니아화작용이라고 한다. 암모니아화는 농업 생산에서 매우 중요하다. 각종 동식물 잔해와 유기질 비료, 녹비, 퇴비, 분뇨를 포함한 각종 동식물 찌꺼기는 모두 질소 유기질이 풍부하다. 이 유기물들은 각종 미생물의 암모니아 작용을 거쳐야 식물에 흡수되어 이용될 수 있다. 물 속의 암모니아 세균은 수중 질소의 순환과 물의 청결에 도움이 되며, 호수 퇴적물의 암모니아 세균은 상당히 활발하다 (Genovese, 1994). 2.3 질산화작용 미생물이 암모니아를 질산염으로 산화시키는 과정을 질산화작용이라고 한다. 질산화작용은 자연계의 질소순환에서 없어서는 안 될 부분이다. 질산화는 두 단계로 진행되며, 각 단계는 미생물의 작용과 불가분의 관계에 있다. 1 단계에서 암모니아는 아질화 세균에 의해 아질산염으로 산화되었다. 2 단계에서는 아질산염이 질산화 세균의 작용으로 질산염으로 산화된다. 토양 중 질소고정균의 수가 질산화 세균 (금, 199 1) 보다 많다. 2.4 동화작용 암모늄염과 질산염은 식물과 미생물이 좋은 무기질소 영양물질로 식물과 미생물에 흡수되어 아미노산 단백질 핵산 등 질소 유기물을 합성한다. 호수에 세균을 동화시키면 민물고기가 단백질을 이용하는 데 도움이 된다 (Shivokene, 1996). 2.5 반질화작용 미생물이 질산염을 복원하고 분자 질소 및/또는 N2O 를 방출하는 과정을 반질화작용 또는 반질화작용이라고 한다. 탈질 작용은 토양 질소 손실의 중요한 원인 중 하나이다. 반질화작용은 일반적으로 습산소 조건 하에서만 진행되며, 농업생산에서는 중경송토를 자주 사용하여 반질화작용을 억제한다. 탈질 작용은 전체 질소 순환에 유리하다. 수중의 반질화 세균이 탄소순환에 기여한 공헌 (송, 2000). 호수 퇴적물에는 대량의 탈질 세균이 함유되어 있다. 탈질 작용이 없으면 자연질소순환이 중단되고 질산염이 물에 축적되어 인체 건강과 수생생물의 생존에 큰 위협이 된다 (Peptea, 1998). 3 유황 순환에서 미생물의 작용인 황은 생명물질의 필수 요소 중 하나이며, 일부 필수 아미노산, 일부 비타민, 코엔자임의 성분이기도 합니다. 자연계의 황과 H2S 는 미생물산화에 의해 황산근이온을 만들어 식물과 미생물에 동화되어 세포 성분 중 하나인 유기황화물로 환원된다. 생명이 사망한 후, 시체 속의 유기 황화물은 미생물의 분해를 통해 H2S 와 S 의 형태로 자연으로 돌아온다. 또한 산소 부족 환경에서 황산근이온은 미생물에 의해 H2S 로 복원될 수 있다. 결론적으로 황이 자연계에서 순환하는 형태는 주로 탈황, 동화, 황화, 반황화 (서소화, 199 1) 이다. 3. 1 탈황은 동물, 식물, 미생물의 시체에서 유황 함유 유기물을 H2S 로 분해하는 과정을 탈황이라고 한다. 황 함유 유기 화합물의 대부분은 질소를 함유하고 있다. 미생물 분해 과정에서 H2S 와 NH3 이 모두 생성되기 때문에 H2S 의 탈메르기 과정과 NH3 의 탈암모니아 과정이 동시에 진행되는 경우가 많다. 일반적으로 암모니아화 미생물은 모두 이런 작용을 한다. 3.2 황화는 H2S, 황 또는 FeS 가 미생물의 작용으로 H2SO4 로 산화되는 과정이다. 농업 생산에서 미생물 황화로 형성된 H2SO4 는 식물 유황 영양의 원천이 될 뿐만 아니라 토양 중 광질 원소의 용해에도 도움이 되며 농업 생산을 촉진할 수 있다. 자연계에서 무기황화물을 산화시킬 수 있는 미생물은 주로 황세균과 황화세균 (황수려함, 1998) 이다. 3.2. 1 유황 세균은 H2S 를 S 로 산화시켜 세균에 저장할 수 있다. 환경에 H2S 가 부족할 때 세포에 저장된 황 입자는 계속해서 H2SO4 로 산화될 수 있으며, 주요 유형은 1) 무색 유황 세균으로 광합 색소가 함유되어 있지 않다. 2) 광자양황세균, 세균소 등 카로티노이드를 함유하고 있어 혐기성 조건 하에서 광합성작용 (주덕청, 1993) 을 한다. 3.2.2 황화 세균은 S 또는 환원성 황화물을 H2SO4 로 산화시킬 수 있으며, 세포 내 무황 알갱이는 전문성이나 겸성 자양세균을 위해 주로 황균의 어떤 종류 (하숙핀, 장자요, 1988) 를 주로 한다. 3.3 동화 식물과 미생물은 황산염을 환원 상태의 황화물로 전환한 다음 단백질 및 기타 성분에 메르 캅토 형태로 고정할 수 있다. 3.4 탈황 혐기성 조건 하에서 황산염이 미생물에 의해 H2S 로 환원되는 과정을 반탈황이라고 한다. 통풍이 잘 되지 않는 토양에서 탈황하면 토양 중 H2S 의 함량이 증가하여 식물의 뿌리에 해롭다. 해저 퇴적물에는 대량의 항황화물 세균 (송, 2000) 이 자라고 있다. 이 과정에 참여하는 미생물은 황산염 환원균이다. 미생물이 인 순환에서 작용하는 인 역시 생물체의 중요한 요소 중 하나이다. 자연계에는 용해하기 어려운 무기인화물이 많이 있는데, 일반 식물은 이용할 수 없다. 미생물 활동은 생물권에서 인의 효과적인 이용을 촉진할 수 있다. 인주기는 주로 인산염의 효과적인 전환과 무효전환 과정에서 나타난다. 바위와 토양에 함유된 불용성 인산염 광물은 많은 미생물이 생산하는 유기산과 무기산의 작용으로 용해성 인산염으로 변할 수 있다. 미생물은 유기물을 분해하는 과정에서 그 안에 들어 있는 유기 인 화합물도 분해한다. 많은 미생물들은 핵산, 레시틴, 피틴산 등 유기 인 화합물을 분해하는 능력이 강하며, 이들 미생물은 석방된 인산을 다른 생물에 의해 흡수되어 이용될 수 있다 (