세균 컨소시움과 Azospira sp. HJ23의 아산화질소 환원 특성

Abstract

아산화질소(N2O)는 이산화탄소(CO2)보다 약 298 배에 달하는 지구온난화지수를 갖는 주요 온실가스이다. 본 연구에서는 N2O 를 N2 로 환원시킬 수 있는 세균 컨소시움을 농화배양하였고, 이 컨소시움으로부터 Azospira sp. HJ23 을 분리 동정하였다. 컨소시움과 Azospira sp. HJ23 의 N2O 환원 특성을 조사하고, 탈질 관련 기능성유전자를 정량 분석하였다. 컨소시움의 경우, C/N2O-N ratio 6.26 조건으로 아세테이트를 탄소원으로 공급하였을 때 가장 높은 N2O 환원 속도(39.30 μg·VSS-1·h-1)을 보였다. 또한, N2O 농도가 3000 ppm 이하인 조건에서 N2O 농도가 높아질수록 컨소시움에 의한 N2O 환원속도도 증가하였다. Azospira sp. HJ23 의 경우, C/N2O-N ratio 62, 아세테이트와 포도당의 혼합 탄소원, pH 7 및 40oC 조건에서 가장 높은 N2O 환원속도(12.58 mg·g-1 dry cell·h-1)를 보였다. 속도론적 해석 결과, 컨소시움과 Azospira sp. HJ23 의 최대 N2O 환원 속도는 각각 163.9 μg-N·g VSS-1·h-1 과 125.0 mg-N·g dry cell-1·h-1 이었다. 컨소시움과 Azospira sp. HJ23 의 배양액에서 질산염, 아질산염, 산화질소 및 아산화질소의 환원에 관여하는 기능성 유전자인 narG, nirK, norB, nosZ 가 검출되었다. 이 결과는 컨소시움과 Azospira sp. HJ23 은 N2O 를 N2 로 환원할 뿐 아니라, 질산염도 N2 로 환원할 수 있음을 의미한다. 본 연구에서 확보한 N2O 환원 세균 컨소시움과 순수균 Azospira sp. HJ23 는 N2O 를 생물학적으로 저감하기 위한 기술개발에 활용 가능한 매우 유용한 신규 미생물 자원이다.;Nitrous oxide (N2O), which has 298 times global warming potential more than carbon dioxide (CO2), is the one of the major greenhouse gases (GHG) In this study, the bacterial consortia, having the reduction activity of N2O to N2, had been enriched, and Azospira sp. HJ23 was isolated from the consortia. The N2O reduction by the consortium and the strain HJ23 was characterized, and their denitrifying functional genes were analyzed. In case of the consortia, the highest N2O reducing activity (39.30 μg·VSS-1·h-1) was observed when acetate was supplied as a carbon source at C/N2O-N ratio 6. The N2O reduction rate in the consortium increased with increasing N2O concentration at the 3000 ppm N2O or less. In case of Azospira sp. HJ23, the highest N2O reducing activity (12.58 mg·g-1 dry cell·h-1) was observed in condition of C/N2O-N ration 62, supplying the mixed carbon source of acetate with glucose, pH 7 and 40oC. Based on kinetic analysis, the maximum N2O rate was 163.9 μg-N·g VSS-1·h-1 and 125.0 mg-N·g dry cell-1·h-1 for the consortium and Azosopira sp. HJ23, respectively. In the culture broths of the consortium and Azospira sp. HJ23, the denitrifying functional genes such as narG, nirK, norB and nosZ, which were associated with the reduction of nitrate, nitrite, nitric oxide and nitrous oxide, respectively, were detected. This result indicates that the consortium and Azospira sp. HJ23 have the reducing ability of nitrate to N2 as well as N2O-reducing activity. The N2O-reducing consortium and Azospira sp HJ23 could be used as promising bioresources to develope biotechnology for N2O mitigation.