개념 한 쪽
토양미생물은 유기물과 오염물질의 분해·변환에 관여하여 토양의 물리적·화학적 성질을 바꾸고 정화과정의 핵심 역할을 한다. 미생물의 호흡형태, pH 선호도, 특정분해능력 등이 오염물질 정화의 경로와 효율을 결정한다.
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출제기준 단원 「토양미생물과 오염물질 정화특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 질소 순환 미생물 매칭 | 1 | 질소 변환 단계와 담당 미생물을 올바르게 대응시키기 |
| 리그닌 분해자 판별 | 1 | 리그닌 분해에 관여하는 미생물 조합을 고르기 |
| 호기성·혐기성 특성 판단 | 1 | 호기성/혐기성 미생물의 전자수용체와 생육 조건 구분하기 |
토양 유기물이 분해되어 생성되는 부식질은 토양 입단을 형성하고 토양의 통기성과 수분 보유력을 개선하며 미생물의 에너지원 역할을 한다는 점이 중요하다. 그러나 식물의 질소 흡수는 식물의 생리적 과정이므로 부식질의 직접적 흡수 작용과는 구분해야 한다.
토양의 통기성은 미생물 군집 구성에 큰 영향을 미친다. 배수가 불량하여 무산소 상태가 되면 혐기성균이 우점하여 생육이 왕성해진다. 반대로 산소가 풍부한 환경에서는 호기성 미생물이 산소를 최종 전자수용체로 사용하여 호흡하고 에너지를 얻는다.
질소 순환에는 여러 미생물이 관여한다는 점을 정리해야 한다. 대기 질소를 고정하여 식물이 이용할 수 있게 하는 것은 질소고정세균의 역할이고, 유기질소의 암모니아화는 유기영양 미생물이 담당하며, 아질산화와 질산화, 탈질 등 각 단계에 해당하는 미생물의 역할을 구분하여 이해해야 한다. 특히 아질산균과 질산균의 산화 과정은 서로 다른 전환 단계를 담당함을 명확히 구분한다.
난분해성 물질인 리그닌은 분해가 어렵고, 토양에서는 주로 사상균과 방선균이 리그닌 분해에 참여한다는 점을 기억해야 한다. 또한 방선균은 형태상 곰팡이와 유사하지만 원핵생물이며, 호기성이고 중성~약알칼리성 환경에서 잘 자란다는 특성이 있다.
유기독성 물질의 미생물 분해는 물리·화학적 현상과 달리 효소에 의해 분자가 쪼개지거나 구조가 변형되는 생물학적 분할 과정으로 이해해야 한다. 공동대사작용에서는 미생물이 분해 가능한 1차 기질을 분해할 때 생성되는 효소가 비분해성 오염물질을 함께 변형시키므로 톨루엔이나 메탄 같은 1차 기질이 필요하다는 점을 연결하여 기억한다.
유기물 농도의 시간 경과 문제는 출제 의도에 따라 반응 차수 가정을 확인해야 한다. 제공된 예에서는 0차 반응을 가정하여 시간당 일정량이 감소한다고 보고 풀며, 초기 농도 50mg/kg에서 1시간 후 40mg/kg으로 감소했으면 시간당 10mg/kg씩 줄어 4시간 후 농도는 10mg/kg이 된다. 문제에 '시간당 감소량이 일정하다'는 전제가 있으면 0차 반응 방식으로 단순 감산을 적용한다.
공동대사 관련 문항에서는 TCE 같은 비분해성 오염물질이 분해되기 위해서는 톨루엔 등 1차 기질의 존재가 필요하다는 점을 근거로 선택지를 판단한다. 미생물이 직접 TCE를 에너지원으로 쓰지 못하므로 1차 기질에 의해 유도된 효소가 TCE를 변형시키는 메커니즘을 떠올려야 한다.
다음의 토양에서 질소의 형태변화와 관여하는 미생물의 관계가 잘못 된 것은?
정답 ③ · 문항은 질소 변환 단계와 담당 미생물의 대응을 옳게 연결했는지 판단하는 문제이다. 질소고정세균은 대기중 N2를 식물체내 질소화합물로 고정하고, 탈질균은 질산성분을 아질산 및 최종적으로 N2·N2O로 환원하며, 유기영양 미생물은 단백질을 분해하여 아미노산과 암모늄(NH4+)을 생성하는 것이 맞다.
질소고정, 질산화, 탈질, 암모니아화 등 미생물에 의한 질소 순환 과정과 해당 미생물의 역할을 정확히 매칭해야 한다.
토양에 존재하는 리그닌의 분해에 주로 참여하는 미생물 종류의 조합으로 가장 알맞는 것은?
정답 ④ · 문제는 리그닌 분해에 주로 관여하는 미생물 조합을 묻고 있다. 리그닌은 난분해성 방향족 고분자로서 주로 사상균과 방선균이 분해 효소를 통해 분해하는 역할을 수행한다.
리그닌은 난분해성 물질로, 주로 사상균과 방선균이 분해에 관여한다.
호기성 미생물이 필요로 하는 전자수용체는?
정답 ③ · 문항은 호기성 미생물의 최종 전자수용체가 무엇인지를 묻고 있다. 호기성 미생물은 산소를 최종 전자수용체로 사용하여 호흡을 통해 에너지를 얻는 것이 기본적인 특징이다.
호기성 미생물은 호흡 과정에서 산소를 최종 전자수용체로 사용하여 에너지를 얻는다.
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