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| 이성근 충북대학교 교수.[충북대학교 제공] |
[헤럴드경제=구본혁 기자] 비로 인해 싱거워진 흙과 물이 질소 순환의 핵심 열쇠임이 밝혀졌다.
한국연구재단은 충북대학교 이성근 교수 연구팀이 낮은 염분 환경, 즉 저삼투압 조건이 토양과 담수에서 암모니아를 산화하는 미생물 군집 구조와 질산화 활성을 결정하는 핵심 환경 요인임을 규명했다고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 대학중점연구소사업 및 세종과학펠로우십의 지원으로 수행된 이번 연구는 미생물 생태학 분야 국제학술지 ‘이즈미제이(ISME Journal)’에 3월 6일 게재됐다.
토양과 담수 생태계에서 질소 순환의 첫 단계인 암모니아 산화는 미생물에 의해 수행된다. 암모니아 산화 과정은 토양 비옥도와 수질, 나아가 온실가스 배출과도 밀접하게 연결되어 있어 그 중요성이 지속적으로 강조되고 있다.
암모니아 산화를 발생시키는 미생물의 분포와 활성은 다양한 환경 요인의 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이 중에서도 염분(salinity)은 미생물의 삼투압 균형과 세포 생리에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요인이지만, 기존 연구는 주로 고염분 조건에 맞춰져 있어 저염분 조건에서의 연구는 매우 제한적이었다.
연구팀은 자연 토양과 담수에서 관찰되는 염분 수준을 반영하기 위해 실제 환경과 유사한 저염분 조건(약 120μS/cm)과 고염분(약 795μS/cm) 조건을 함께 적용해 순수 배양 실험을 수행했다.
그 결과 염분 수준에 따라 암모니아 산화 미생물 군집이 뚜렷하게 달라지는 양상이 확인됐다. 저염분 조건에서는 암모니아 산화 세균(AOB)이 우점한 반면, 고염분 조건에서는 암모니아 산화 고균(AOA)의 활성이 상대적으로 높게 나타났다.
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| 저염화에 따른 담수·육상 암모니아 산화 미생물 군집 및 질소 순환 변화 모델.[충북대학교 제공] |
순수 배양 실험에서도 유사한 경향이 확인됐는데, 그중에서도 해양 기원 고균의 경우 저염분 조건에서 성장률이 최대 약 90% 이상 감소하는 것으로 나타났다. 반면 암모니아 산화 세균은 동일 조건에서도 성장 저해가 거의 나타나지 않았다.
유전체 및 전사체 분석을 수행한 결과, 이러한 차이는 세포 구조와 삼투압 조절 능력의 차이에 따른 것으로 나타났다. 암모니아 산화 세균은 다양한 이온 조절 시스템을 통해 염분 변화에 대응하는 반면, 암모니아 산화 고균은 상대적으로 제한된 조절 능력으로 인해 저염분 환경에 더 민감하게 반응하는 것으로 확인됐다.
이성근 교수는 “이번 연구는 자연 토양과 담수 생태계에서 질소 순환을 이해하는 데 새로운 관점을 제공한다”며 “특히 기후변화로 강수량 증가와 홍수 발생이 잦아지면서 환경의 염분이 낮아지는 경향을 고려할 때, 향후 생태계 기능 변화를 예측하는 데 기초 자료로 활용될 수 있다”고 말했다.
