핵심 해설
이 문제는 세균의 생장 곡선(Growth Curve)에서
정체기(Stationary Phase)의 특성을 이해하는지 묻는 전형적인 국시 빈출 문제예요. 생장 곡선은 지체기(Lag Phase) -> 대수기(Log Phase) -> 정체기(Stationary Phase) -> 사멸기(Death Phase) 순서로 진행됩니다. 정체기에 들어서면 더 이상 세균 수가 기하급수적으로 늘어나지 않고 일정하게 유지되는데, 그 이유는 환경 조건이 악화되기 때문이에요.
1.
핵심 개념 분석 (Key Concept): 문제는 세균 생장 곡선의 정체기에서 균 수가 일정하게 유지되는 메커니즘을 묻고 있어요.
정체기는 배지 내 영양분이 고갈되고, 세균이 분비한 독성 대사산물(예: 유기산, 알코올)이 축적되며, pH가 저하되는 등 환경이 불리해져 세균의 증식 속도와 사멸 속도가 동적으로 평형을 이루는 시기입니다.
2.
정답 근거 (Answer Rationale):
핵심! 보기 5번이 정답입니다.
영양분 고갈과 독성 대사산물의 축적으로 인해 새로운 세포 분열 속도가 감소하고 동시에 죽어가는 세포의 수도 증가하여, 두 속도가 같아지면서 총 생균 수(Total Viable Cell Count)가 일정하게 유지됩니다. 이 시기에는 생장 속도 상수(Growth Rate Constant, k)가 0에 가까워집니다.
3.
오답 분석 (Distractor Analysis):
혼동 주의!
①번: 배지의 pH는 정체기에서는 오히려 독성 대사산물(예: 젖산, 초산) 축적으로 인해 산성으로 떨어져 세균 증식을 억제하는 방향으로 작용합니다. "최적 범위로 유지"는 대수기(Log Phase)의 특징이에요.
②번: 내생포자(Endospore) 형성은 영양분 고갈 같은 극한 환경에서 일부 세균(예: Bacillus, Clostridium 속)이 취하는 생존 전략이지만,
모든 세균이 정체기에서 포자를 형성하는 것은 아니며, 포자 형성 자체가 균 수를 일정하게 유지하는 주된 이유는 아닙니다. 포자는 증식을 완전히 중단하는 휴면 상태(대사 활성 거의 없음)이지만, 정체기 전체를 설명하지는 못해요.
③번: 새로운 효소 합성은 지체기(Lag Phase)의 주요 특징입니다. 세균이 새로운 환경에 적응하기 위해 필요한 효소와 대사 경로를 준비하는 시기예요.
④번: 접합(Conjugation)은 유전자 전달 방식 중 하나로, 정체기보다는 주로 대수기(Log Phase)에 활발히 일어납니다. 접합 자체가 균 수를 조절하는 주된 기전은 아닙니다.
4.
연관 개념 정리 (Related Concepts): 정체기와 관련된 중요한 개념으로
2차 대사산물(Secondary Metabolite) 생산이 있어요. 항생제(Antibiotics), 알칼로이드(Alkaloids), 색소(Pigments) 등은 주로 정체기에서 생성되며, 이는 영양분이 부족한 환경에서 경쟁 종을 억제하기 위한 생존 전략의 일환입니다. 또한 정체기 이후에는 사멸기(Death Phase)가 이어지며, 세포 자가분해(Autolysis)가 일어납니다.
개념 정리:
세균 생장 곡선의 4단계
| 단계 | 주요 특징 | 균 수 변화 |
|---|
| 지체기(Lag) | 효소 합성, 환경 적응 | 변화 거의 없음 |
| 대수기(Log) | 지수적 증식, 대사 활성 최대 | 급격히 증가 |
| 정체기(Stationary) | 영양분 고갈, 독성 대사산물 축적, 증식속도=사멸속도 | 일정하게 유지 |
| 사멸기(Death) | 사멸 속도 증식 속도 초과 | 급격히 감소 |
국시 빈출 포인트: 정체기와 관련하여 "2차 대사산물 생산 시기"와 "내생포자 형성의 시작 시점"이 자주 함께 출제됩니다. 정체기 이후 내생포자가 형성되기 시작하여 사멸기에는 완전한 포자만 남는다는 점을 기억하세요.
기출 변형 주의!: "다음 중 정체기의 특징이 아닌 것은?"이라는 질문으로 바뀌거나, "정체기에 주로 생산되는 물질은?"과 같이 2차 대사산물(페니실린 등 항생제)을 직접 묻는 형태로 변형될 수 있습니다.