스네데스모스

Scenedesmus
스네데스모스
Scenedesmus bijunga EPA.jpg
스네데스무스비중가
과학적 분류 e
(순위 미지정): 비리디플랜테아과
중분류: 엽록소과
클래스: 엽록소과
주문: 스페어로플라스
패밀리: 스네데스마과
속: 스네데스모스
메이옌(明,, 1829년)
모식종
오오바시카미
메이옌(明,, 1829년)
종.

Scenedesmus는 녹조류의 한 속이며, 엽록소목에 속한다.그들은 식민지와 비운동성입니다.

분류법

현재, 분류학적으로 인정된 74종의 Scenedesmus가 [1]있다.또한, 여러 아속들이 확인되었지만, 출처에 따라 다르다.헤게발트는 Acutodesmus, Desmodesmus, Scenedesmus를 3대 범주로 나타낸다.Acutodesmus는 급성 세포극을 갖는 것이 특징이며, Desmodesmus와 Scenedesmus는 둔부/절단 세포극을 가진다(각각 가시의 유무에 따라 구별된다).화석 기록은 Scenedesmus가 7천만년에서 1억년 전으로 거슬러 올라가며, Desmodesmus는 이 세 집단 [2]중 가장 어린 것으로 의심된다.

기초생물학

Scenedesmus는 가장 흔한 민물 조류 속 중 하나이지만, 종에서 발견되는 매우 다양한 형태학 때문에 식별이 어렵습니다.[3]대부분의 종이 전 세계에서 발견되는 반면,[3] 어떤 종은 뉴질랜드에서 발견되는 중간종과 세라투스 같은 지역 개체군에만 존재한다.

코에노비아와 세포 성장

Scenedesmus는 단세포로 존재할 수 있다; 그들은 또한 부모의 모벽 안에 있는 4개에서 8개의[3] 세포에 대한 공생 공포증에서 자주 발견된다.선형, 늑골, 불규칙, 교대 또는 닥틸로코이드 패턴을 포함한 다양한 코에노비아 아키텍처가 설명되었습니다(그림 1).[3]코에노비아의 형성은 많은 요인에 의해 좌우된다.단세포 유기체의 비율이 높은 것은 높은 빛 강도와 높은 온도에서 발견되었으며, 이는 유기체가 높은 성장률에서 비식민화를 [3]선호한다는 것을 암시한다.조류의 성공적인 성장과 분열은 (이상적인 빛과 영양 조건을 포함하고 있는) 유포틱 존에서의 부력 유지와 방목 [3]포식자의 회피 사이의 균형에 달려 있습니다.큰 군집은 표면 대 부피 비율이 작기 때문에 영양소 섭취와 가벼운 수확을 제한하고 큰 군집은 침하를 촉진합니다.하지만, 단세포 조류를 소비하겠다고 위협하는 다프니아와 같은 방목자들이 있는 곳에서는, 더 큰 군락이 상당한 [3]안전성을 제공합니다.이러한 위협은 방목의 취약성을 감소시키기 위해 또는 영양소가 고갈된 [3][4]상태에서도 세포가 이 8세포 군집으로 합쳐질 정도로 심각할 수 있다.

방어 메커니즘

그 세포들은 군집화 외에도 자기 방어를 위한 다른 메커니즘을 가지고 있다.스네데스무스는 두 가지 아속으로 나눌 수 있는데, 비가시 스네데스무스와 가시 데스모데스무스입니다.비록 가시가 없지만, Scenedesmus 아속 세포는 두꺼운 세포벽과 점액질을 가지고 있으며, 이것은 소화에 내성을 갖게 할 수 있습니다.Scenedesmus의 일부 화학성분들은 섭취 시 특정 유기체에 독성이 될 수도 있다.최대 100um의 강모는 가시가 있는 품종과 가시 없는 품종 모두에서 그물을 형성하여 포식성을 더욱 [3]억제할 수 있다.세포는 다프니아가 방출한 인포케미칼로몬이 검출되면 방어적으로 이 강모를 형성하는데, 이 인포케미칼은 Scenedesmus가 경고 [3][4]신호로 인식하도록 진화했다.

번식 및 군집 형성

복제하는 동안 모세포는 여러 분열 후에 확대되어 다핵이 된다.세포질은 핵이 없는 딸 세포로 쪼개지고, 보통 비운동성 자기 포자로 발달합니다.이 딸 세포들은 일반적으로 나중에 [5]방출될 부모 세포벽 안에서 군집을 형성하기 위해 다른 딸 세포들과 결합합니다.세포는 엽록소의 다른 구성원과 유사한 전형적인 유사분열 주기를 통해 진행되며, 딸 세포의 세포질은 매우 [5]조밀해진다.결국 모세포벽은 정상적인 세포 [5]외관을 가진 포자를 파괴하고 방출한다.코에노비움 양쪽 끝에 있는 세포들은 중앙에 [5]있는 세포들과 형태학적으로 다르다.세포들이 발달하는 동안 어떻게 서로 달라붙는지는 아직 불분명하지만, 알개난으로 구성된 삼층체(TLS)는 하나의 연속적인 [5]층으로 성장하기 전에 패치 형태로 발달하는 최초의 외부 구조 중 하나로 알려져 있다.장식된 층은 마지막으로 [5]발달하는 구성요소입니다.

셀 장식 및 외층

외부 장식은 Scenedesmus속 내에서 매우 가변적입니다.Staehelin et al.은 두 종을 자세히 특징지었다: S. pannonicus와 S. longus.S. pannonicus는 S. longus에서 [6]발견되는 느슨한 "망막" 층과 비교하여 딱 맞는 "와티" 층을 조립합니다.두 셀의 공통 기능은 인접 셀 간의 접합부에서 발견된 TLS로 셀을 [6]결합하는 데 도움이 됩니다.S. pannonicus에서 관찰된 추가 펙틱 층은 사마귀 [6]층에서 유래한 얇은 필라멘트의 두꺼운 망사를 형성한다.S. pannonicus의 외측 강골 표면의 또 다른 특징은 개별 스파이크(사마귀와 연결된 것처럼 보이는 것)와 작은 스파이크렛의 결합으로 [6]세포를 따라 지그재그하는 빗을 형성합니다.이러한 구조의 개요는 그림 2에서 확인할 수 있다.장식의 마지막 주요 범주는 많은 Scenedesmus [6]종들에게 흔한 로제트입니다.로제트는 세포 표면에 작은 둔덕을 둘러싸고 있는 고리 모양의 구조물이며, 보통 주변 [6]영역보다 두꺼운 세포벽 층에 놓여 있습니다.이러한 구조에 대한 잠재적 기능은 제안되지 않았다.S. longus는 S. pannonicus의 빗살 같은 구조에서는 관찰되지 않았지만, TLS와 망상층 사이에 두 개의 변형이 형성되어 있어 [6]둘을 분리할 수 있었다.

미토콘드리아 DNA

스네데스무스 오블리쿠스는 녹색 조류 [7]미토콘드리아 DNA의 진화에 있어 중간 형태를 나타낼 수 있는 미토콘드리아 DNA의 비표준 코딩으로 유명하다.이 코드는 NCBI 변환표 22, Scenedesmus obliquus 미토콘드리아 [8]코드로 나타납니다.

바이오 연료 생산

비록 Scenedesmus는 바이오 수소, 바이오디젤, 바이오 에탄올, 드롭인 연료와 같은 많은 종류의 바이오 연료를 생산할 수 있지만, 대부분의 광범위한 연구는 Scenedesmus를 바이오 디젤 생산에 사용하는 것에 대해 이루어졌다.모든 조류 시스템과 마찬가지로, 실험실 발견에서 얻은 Scenedesmus의 통합 바이오 연료 생산 구현은 대규모 생산에서 어려움을 겪고 있다.주요 과제로는 영양소 공급 및 재활용, 가스 이송 및 교환, PAR(광합성 활성 방사선) 전달, 문화적 무결성, 환경 제어, 토지 및 물의 가용성, 수확, 유전자 및 대사 공학[9] 등이 있다.

바이오수소(H2) 생산

참고 항목: 생물학적 수소 생산

1942년, Gaffron과 Rubin은 Scenedesmus [10]obliquus를 이용하여 녹조의 H 생산 연구를 촉발시킨2 실험을 수행했다고 인정받을 수 있다.조류는 광합성을 [11]통해 물 분자의 분열을 통해 유도되는 수소이온과 함께 수소화효소를 공급함으로써 혐기성 조건에서 H가스를 생성한다2.그러나, 효소 활성은 광합성을 통한 O 생성2 억제 때문에 일시적인 것으로, H [12]생산을 계속2 괴롭히는 문제이다.S. 오블리쿠스는 전통적으로 니켈-철 수소화효소를 이용하는 것으로 알려져 있지만, H 생산에 다른2 철 수소화효소의 사용도 보고되었다.[13]Scenedesmus종의 하이드로게나아제 효소 활성은 Chlamydomonas reinhardtii보다 [14]낮은 것으로 보고되었다.Scenedesmus에서 Photosystem II와 무관한 H 생성은 또한 암 혐기성 [10][15]배양 하에서 발효 대사의 산화 환원 당량을 사용하여 수행되었다2.연구 결과에 따르면 황이 부족한 환경은 광합성 및 호흡 관계의 불균형을 유발하여 O의 순수2 소비량을 유발하고 혐기성 생물을 발생시키며 [12]수소 생산으로 전환한다.초음파 전처리는 Scenedesmus oliquus [16]YSW15에서 발효 바이오 에너지 생산을 증가시키는데 효과적이었다. Scenedesmus를 이용한 바이오 수소 생산 연구는 폐수 처리에 대한 응용에 의해 활발하게 촉진되고 있다.(Scenedesmus의 폐기물 관리에 관한 후속 섹션 참조).

바이오 디젤 생산

참고 항목: 바이오디젤 생산

스네데스무스는 녹조 중에서도 바이오매스 생산성이 높은 것으로 알려져 바이오 디젤 생산에 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.최적 조건에서의 바이오매스와 지질 헤테로 영양 생산은 자가 영양 [17][18][19][20]생산보다 효율이 높은 것으로 보고되었다.보충 영양소의 다양한 농도를 통해 바이오매스 생산성과 지질 함량의 최적화가 수많은 연구에서 이루어졌습니다. 현재 Scenedesmus 지질은 최적화 [18][21]후 건조 세포 중량이 60%에 달하며 다른 조류보다 낮습니다.하지만, Scenedesmus는 다른 [20]조류보다 CO를2 더 효과적으로 포착합니다.많은 해조류 종들처럼, Scenedesmus는 지질 [22]생산량을 크게 증가시키기 위해 질산염이 부족한 조건을 필요로 했다.12시간 포토 오퍼레이오드 아래에서 다양한 농도의 에탄올을 [22]첨가하여 공급 원료 수율을 크게 개선(최대 6배)했습니다.정지상 배양물이 질산염이 결핍된 배지에 7일간, 인산염이 3일간 각각 [18]전달되었을 때 지질 생산의 가장 큰 향상을 얻었다.Scenedesmus에서 메탄올 또는 에탄올을 사용한 오일을 추출하는 것은 여전히 어려운 과제이며, 낮은 지질 함량은 [18]생산 비용을 증가시킨다.최근 연구에서,[23] 스네데스무스 알비아산은 카슈미르 달 호수에서 분리되었고 바이오디젤 생산에 적합한 원료임이 입증되었습니다.질소 농도 0.32g/L로 바이오매스와 지질 함량이 크게 증가했다.2단계 에스테르 변환은 에스테르 변환에 가장 적합한 것으로 확인되었으며, Folch 추출은 [23]지질 추출에 가장 적합한 것으로 나타났습니다.

바이오에탄올

다음 항목도 참조하십시오.에탄올 연료

클로렐라, 두날리엘라, 클라미도모나스, 스피루리나 등의 미세조류는 탄수화물(건조량의 50% 이상)을 다량 함유하고 있어 바이오에탄올 [24]생산에 적합한 것으로 평가된다.한 연구에서,[25] Scenedesmus는 높은 바이오매스 생산성을 생산하기 위해 사용되었으며, 그 후 탄수화물이 풍부한 바이오매스를 2% 황산으로 가수분해하여 에탄올 발효 후 4시간 이내에 8.55 G의 에탄올과 0.213 g의 최대−1 수율을 생성하는 SHF(분리 가수분해 및 발효) 과정을 거쳤습니다.

드롭인 연료

이소프레노이드는 드롭인 연료로, 종종 알칸 사슬처럼 사용될 수 있는 중요한 대사물로 여겨집니다.Scenedesmus는 피루브산/글리알데히드 3-인산 비메발론산 경로를 통해 이소프레노이드를 합성한다.그러나 이소프레노이드 수율은 너무 낮아서(세포가 0.5~0.6g−1 L에 이르렀을 때 Scenedesmus 배양액 10l당 1.5~15mg) 향후 드롭인 연료 [26]생산에 적합하다고 보기 어렵다.

폐수 관리

Clorella vulistis와 Scenedesmus dimorphus에 의한 농업 산업 폐수에서의 암모니아와 인 제거의 효율성을 비교한 연구에서 Scenedesmus는 두 조류 모두 폐수에서 인을 동일한 [27]정도로 제거하면서 원통형 생물반응기에서 암모니아를 제거하는 더 나은 효율성을 보였다.ATS(Algal Turf Scruber)는 다양한 폐기물과 산업적으로 오염된 [28]물을 처리하기 위해 조류를 이용하는 많은 기술 중 하나입니다.예를 들어, 플로리다의 한 녹조잔디세척기는 kg당 24달러의 비용으로 인을 제거한 반면, 공학적 습지 공정은 kg당 77달러의 비용으로 인을 제거했다.유기 기질뿐만 아니라 금속성 폐기물을 제거하는 한편, 성장한 Scenedesmus 바이오매스는 소 사료, 유기 비료, 종이, 건설용지, 바이오디젤 생산에 [9]활용될 수 있다.

이미지 갤러리

  • Scenedesmus quadricauda under a light microscope

    스네데스무스 쿼드리코다

  • Scenedesmus brasiliensis under a light microscope

    스네데스무스 브라실리엔시스

  • Scenedesmaceae under a light microscope
  • Scenedesmaceae under a light microscope
  • Scenedesmaceae under a light microscope
  • Scenedesmaceae under a light microscope

레퍼런스

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