• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제31권1호
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• pp.54-62
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• 2018

Objective: Due to the threat of global warming, the livestock industry is increasingly interested in exploring how feed additives may reduce anthropogenic greenhouse gas emissions, especially from ruminants. This study investigated the effect of Rhodophyta supplemented bovine diets on in vitro rumen fermentation and rumen microbial diversity. Methods: Cannulated Holstein cows were used as rumen fluid donors. Rumen fluid:buffer (1:2; 15 mL) solution was incubated for up to 72 h in six treatments: a control (timothy hay only), along with substrates containing 5% extracts from five Rhodophyta species (Grateloupia lanceolata [Okamura] Kawaguchi, Hypnea japonica Tanaka, Pterocladia capillacea [Gmelin] Bornet, Chondria crassicaulis Harvey, or Gelidium amansii [Lam.] Lamouroux). Results: Compared with control, Rhodophyta extracts increased cumulative gas production after 24 and 72 h (p = 0.0297 and p = 0.0047). The extracts reduced methane emission at 12 and 24 h (p<0.05). In particular, real-time polymerase chain reaction analysis indicated that at 24 h, ciliate-associated methanogens, Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens decreased at 24 h (p = 0.0002, p<0.0001, and p<0.0001), while Fibrobacter succinogenes (F. succinogenes) increased (p = 0.0004). Additionally, Rhodophyta extracts improved acetate concentration at 12 and 24 h (p = 0.0766 and p = 0.0132), as well as acetate/propionate (A/P) ratio at 6 and 12 h (p = 0.0106 and p = 0.0278). Conclusion: Rhodophyta extracts are a viable additive that can improve ruminant growth performance (higher total gas production, lower A/P ratio) and methane abatement (less ciliateassociated methanogens, Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens and more F. succinogenes.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권3호
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• pp.382-389
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• 2013

Propionate is an important intermediate product during the methane fermentation of organic matter, and its degradation is crucial for maintaining the performance of an anaerobic digester. In order to understand the effect of temperature on propionate degradation, an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor with synthetic wastewater containing propionate as a sole carbon source was introduced. Under the hydraulic retention time (HRT) of 10 h and influent propionate of 2,000 mg/l condition, propionate removal was above 94% at 30-$35^{\circ}C$, whereas propionate conversion was inhibited when temperature was suddenly decreased stepwise from $30^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$, to $20^{\circ}C$, and then to $18^{\circ}C$. After a long-term operation, the propionate removal at $25^{\circ}C$ resumed to the value at 30- $35^{\circ}C$, whereas that at $20^{\circ}C$ and $18^{\circ}C$ was still lower than the value at $35^{\circ}C$ by 8.1% and 20.7%, respectively. Microbial community composition analysis showed that Syntrophobacter and Pelotomaculum were the major propionate-oxidizing bacteria (POB), and most POB had not changed with temperature decrease in the UASB. However, two POB were enriched at $18^{\circ}C$, indicating they were low temperature tolerant. Methanosaeta and Methanospirillum were the dominant methanogens in this UASB and remained constant during temperature decrease. Although the POB and methanogenic composition hardly changed with temperature decrease, the specific $COD_{Pro}$ removal rate of anaerobic sludge (SCRR) was reduced by 21.4%-46.4% compared with the control ($35^{\circ}C$) in this system.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제32권2호
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• pp.241-248
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• 2019

Objective: To isolate and identify new methanogens from the rumen of Holstein steers in Korea. Methods: Representative rumen contents were obtained from three ruminally cannulated Holstein steers ($793{\pm}8kg$). Pre-reduced media were used for the growth and isolation of methanogens. Optimum growth temperature, pH, and sodium chloride (NaCl) concentration as well as substrate utilization and antibiotic tolerance were investigated to determine the physiological characteristics of the isolated strain. Furthermore, the isolate was microscopically studied for its morphology. Polymerase chain reaction of 16S rRNA and mcrA gene-based amplicons was used for identification. Results: One strain designated as KOR-2 was isolated and found to be a non-motile irregular coccus with a diameter of 0.2 to $0.5{\mu}m$. KOR-2 utilized $H_2+CO_2$ and formate but was unable to metabolize acetate, methanol, trimethylamine, 2-propanol, and isobutanol for growth and methane production. The optimum temperature and pH for the growth of KOR-2 were $38^{\circ}C$ and 6.8 to 7.0, respectively, while the optimum NaCl concentration essential for KOR-2 growth was 1.0% (w/v). KOR-2 tolerated ampicillin, penicillin G, kanamycin, spectromycin, and tetracycline. In contrast, the cell growth was inhibited by chloramphenicol. Phylogenetic analysis of 16S rRNA and mcrA genes revealed the relatedness between KOR-2 and Methanoculleus bourgensis. Conclusion: Based on the physiological and phylogenetic characteristics, KOR-2 was thought to be a new strain within the genus Methanoculleus and named Methanoculleus bourgensis KOR-2.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.515-523
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• 2012

본 연구는 메탄생성에 직접적으로 관여하는 혼합 메탄균과 셀롤로스 등의 고분자 물질의 가수분해 반응에 활성이 뛰어난 반추위 내 혐기성 섬유소분해균 중에서 대표적인 Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus flavefaciens 및 Ruminococcus albus를 biochemical methane potential (BMP) 시험에 첨가하였을 때 메탄 발생에 미치는 영향을 조사하고자 수행되었다. BMP시험은 멸균증류수를 첨가한 control과 각각의 미생물 배양액을 첨가한 혼합 메탄균 첨가구 (M), F. succinogenes 첨가구 (FS) R. flavefaciens 첨가구 (RF), R. albus 첨가구 (RA) 및 RA+FS 혼합첨가구와 M+RA+FS 혼합 첨가구로 총 7개 처리구로 각 처리구별 3반복으로 진행되었다. 미생물 배양액의 첨가량은 식종액과 기초혐기배지 (anaerobic basic medium) 혼합액 50 mL에 1% (0.5 mL), 3% (1.5 mL) 및 5% (2.5 mL) 씩 첨가 하였고 배양을 위한 기질로는 cellulose ($2.0g\;VS\;L^{-1}$)이 이용되었다. BMP 시험을 위해 40일간 배양이 지속되었고 중온소화를 위해 $38^{\circ}C$의 배양기에서 수행되었다. 실험의 결과 총 바이오가스 및 메탄 발생량은 5% FS에서 다른 처리구와 비교하여 각각 10.4~22.7% 및 17.4~27.5% 높았다 (p<0.05). 총고형물 (TS) 분해율도 가스발생 결과와 유사하였는데, 전반적으로 FS가 높게 나타났으며, 5% FS에서 64.2%로 가장 높았다. 휘발성 고형물 (VS) 분해율은 5% FS와 5% RF가 각각 68.4 및 71.0%로 가장 높았다. BMP 종료시 배양액내 pH는 모든 처리구가 6.4이상으로 메탄발효에 큰 영향을 주지 않았음을 알 수 있었다. 결론적으로 본 실험의 결과 혐기소화에 대한 회분식 배양에서는 메탄생성단계보다는 가수분해단계에서 특히, F. succinogenes 배양액의 첨가량이 증가할수록 메탄의 생성량을 증가시킴을 알 수 있었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권6호
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• pp.1049-1057
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• 2012

본 연구는 메탄생성에 직접적으로 관여하는 혼합 메탄균과 셀롤로스 등의 고분자 물질의 가수분해 반응에 활성이 뛰어난 반추위 내 혐기성 섬유소분해균 중에서 대표적인 Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus flavefaciens 및 Ruminococcus albus를 biochemical methane potential (BMP) 시험에 첨가하였을 때 메탄 발생에 미치는 영향을 조사하고자 수행되었다. BMP시험은 멸균증류수를 첨가한 control과 각각의 미생물 배양액을 첨가한 혼합 메탄균 첨가구 (M), F. succinogenes 첨가구 (FS) R. flavefaciens 첨가구 (RF), R. albus 첨가구 (RA) 및 RA+FS 혼합첨가구와 M+RA+FS 혼합 첨가구로 총 7개 처리구로 각 처리구별 3반복으로 진행되었다. 미생물 배양액의 첨가량은 식종액과 양돈슬러리에 1% (0.5 mL), 3% (1.5 mL) 및 5% (2.5 mL) 씩 첨가 하였다. BMP 시험을 위해 60일간 배양이 지속되었고 중온소화를 위해 $38^{\circ}C$의 배양기에서 수행되었다. 실험의 결과 총 바이오가스 발생량은 5% RF와 RA+FS가 대조구에 비하여 8.1 및 8.4%로 가스발생량이 유의적으로 높았다(p<0.05). 메탄발생량은 3% 미생물 배양액 첨가구 중 M+RA+FS를 제외하고 대조구에 비하여 증가시키는 경향을 보였으며, 5% 배양액을 첨가하였을 때는 대조구에 대하여 5%의 M, FS, RF, RA, RA+FS, 및 M+RA+FS RF가 각각 12.1, 12.6, 17.3, 13.7, 17.9 및 14.7%로 메탄가스발생량을 증가시켰다 (p<0.05). TS 및 VS 분해율은 가스발생량과는 관계없이 모든 처리구에서 미생물 배양액의 첨가량이 증가하더라도 차이가 없었다. BMP 종료시 배양액내 pH는 모든 처리구가 7.527~7.657의 범위로 메탄발효에 큰 영향을 주지 않았다. 결론적으로, 본 실험에서는 양돈 슬러리의 성분특성으로 인해 가수분해단계와 메탄생성단계 모두에 첨가한 미생물 배양액이 효과가 있었으나, 5% 첨가수준을 제외하고 낮은 첨가수준에서는 첨가효과가 나타나지는 않았다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권12호
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• pp.2197-2204
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• 2000

리그닌은 펄프나 제지공장에서 나무의 화학적 처리를 하는 과정에서 생성되는 주요한 부산물이다. 이런 리그닌은 난분해성 물질로서 제지폐수의 생물학적 처리에 어려움을 초래하며, 특히 함량이 높을 경우 혐기성 소화에서 억제(inhibition) 물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 회분실험을 통하여 혐기성 소화에서 온도와 혐기성 소화 슬러지의 양에 따른 고분자 활엽수 리그닌(lignosulfonate, MW $\geq$ 20,000)의 영향을 관찰하였다. 고분자 활엽수 리그닌은 혐기성 소화 초기에는 메탄생성에 강한 억제작용을 하였으나 일정한 시간이 지난 후에는 이런 억제작용은 사라지고 메탄생성이 정상적으로 이루어졌다. 즉, 고분자 활엽수 리그닌은 aceticlastic methanogen에 대해 bacteriocidal 작용보다는 bacteriostatic 물질로서 작용하였다. 리그닌이 첨가되지 않은 대조군의 경우에는 메탄생성이 10일간 이루어지는데 반하여 1.3%, 2.6%와 3.9%의 리그닌이 첨가된 경우에는 같은 양의 메탄올 생성하는데 각각 14.5일, 17.8일 과 21.1일이 소요되었다. 2.6%의 리그닌을 첨가한 경우 초기 8일간은 $30^{\circ}C$ 조건에서의 메탄생성속도가 가장 컸으나 12일째부터 $40^{\circ}C$에서의 메탄생성속도가 급속히 증가하여 14일 후에는 총 메탄생성량이 $30^{\circ}C$를 초과하였다. 그러나 $50^{\circ}C$에서는 줄곧 메탄생성이 거의 이루어지지 않았다. 즉, aceticlastic methanogen에 대한 리그닌의 억제작용을 중온 (mesophilic)보다 고온(thermophilic)에서 더 컸다. 리그닌에 의한 이런 억제작용은 또 리그닌의 양(L)과 초기 혐기성 소화슬러지의 농도(AnS)의 비와 중요한 관계가 있었다. L/AnS의 비가 작으면 작을수록 이런 억제작용은 감소되는 것으로 나타났다. 그리고 본 실험에서 고분자 활엽수 리그닌의 분해와 탈색은 이루어지지 않았다.

• 한국환경농학회지
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• 제15권3호
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• pp.362-371
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• 1996

농축산(農畜産) 폐기물(廢棄物)의 혐기적(嫌氣的) 처리공정(處理工程)에 적용하기 위하여 아한대(亞寒帶) 지역으로부터 분리(分離)한 Methanogen의 생화학적(生化學的) 특성(特性)을 조사한 결과는 다음과 같다. 저온(低溫)에서도 메탄생성량(生成量)이 많았던 늪지 퇴적물(堆積物)(Canada, $56.9^{\circ}$ N)에서 분리(分離)된 균(菌)은 Methanobacterium M-251, Methanobacterium M-253, 호수(湖水) 퇴적물(堆積物) IV(Canada, $55.0^{\circ}$ N)에서 분리(分離)된 균(菌)은 Methanosarcina mazei M-372, 갯벌흙 II(Korea, $37.0^{\circ}$ N)에서 분리(分離)된 균(菌)은 Methanobacterium formicicum M-375로 각각 동정되었다. 분리(分離)된 4종의 메탄균은 당분해능은 없으며 적정 pH는 M-251, M-375는 6.8, M-253은 6.5, 그리고 M-372는 7.0이었다. 최적(最適) 생육온도(生育溫度)는 M-251과 M-253은 $30^{\circ}C$이었고 M-272와 M-375는 $37^{\circ}C$이었다. 최저(最低) 생육온도(生育溫度)는 M-251, M-253은 $8^{\circ}C$이었고, M-372, M-375는 $13^{\circ}C$이었다. 분리균주(分離菌株)의 생육량(生育量)은 $30^{\circ}C$에 비하여 $17.5^{\circ}C$에서 배양(培養)할 때 $32{\sim}50%$ 정도 낮았다. M-251, M-253, M-375의 균체(菌體) 생산량(生産量)은 $0.38{\sim}1.21$ g/1M $CH_4$ 범위 이었으며 M-372는 $1.14{\sim}1.51$ $g/CH_4$범위이었다.

• 한국환경보건학회지
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• 제27권1호
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• pp.100-105
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• 2001

Microstructural examinations were performed on the anaerobic biofilm from reactor filled with PE support media. Optical microscope, SEM and fluorescent microscope were used for qualitative and morphological studies on the attached microorganism under anaerobic condition. Microorganisms were attached in crevices where protection from shear forces of surfaces where easy to contact with support media surface. A hypothesis for biofilm accumulation occurs on a surface such as polymer support media is presented schematically : 1st step ; cell-support media attachment, 2nd step ; cell-support media attachment and cell-cell attachment, 3rd step ; attached biofilm from neighboring crevices joins together and growing, 4th step ; mature and irregualar biofilm was formed. In SEM photographs, shape and structures of biofilm were observed, but microorganism species and methanogens were not identified. A large number of methanogenic bacteria were identified on the surface of PE substratum by fluorescence under 480nm of radiation and it was estimated that methanogenic bacteria was related to initial attachment of bacteria under anaerobic condition.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2000년도 추계학술발표대회 및 bio-venture fair
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• pp.532-535
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• 2000

고분자 담채 PE에 대한 미생물의 초기부착 현상과 그 형태를 광학현미경, SEM, 형광현미경을 이용하여 관찰하였는데 광학현미경 관찰에 의한 관찰에서 미생물의 초기부착은 거친 표면의 홈에서 시작한다는 것을 알 수 있었고 SEM 사진에 의해서는 미생물 형태를 정확히 파악할 수 없고 특히 메탄 형성 미생물의 존재를 규명하기 어려워 형광현미경을 이용하였다. 형광현미경에 의한 혐기성 부유슬러지와 담체에 부착된 미생물의 관찰 결과 메탄생성균을 확인할 수 있었고 초기 부착에 메탄생성균이 관여함을 알 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권4호
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• pp.457-461
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• 2012

Members of candidate division OP3 were detected in 16S rRNA gene clone libraries from methanogenic enrichment cultures that utilized limonene as a carbon and energy source. We developed probes for the visualization of OP3 cells. In situ hybridization experiments with newly designed OP3-specific probes [OP3-565 and Eub-338(VI)] revealed abundant small OP3 cocci attached to larger cells. Syntrophic Deltaproteobacteria, OP3 cells, and methanogens affiliating with Methanoculleus and Methanosaeta formed the limonene-degrading community.