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Kafe 바로가기주관연구기관 | 국립농업과학원 National Institute of Agricultural Sciences |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2015-02 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 | TRKO201500010351 |
과제고유번호 | 1395035414 |
사업명 | 농업기초기반연구 |
DB 구축일자 | 2015-07-11 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201500010351 |
Ⅳ. 연구개발결과
1. 농축산 환경개선용 미생물 탐색 및 개발
국내 분리 미생물 등 4,845 균주로부터 amylase, cellulase, lipase, protease, xylanase 등 5종의 유기물 가수분해 효소 활성을 검정하여 152 균주를 선발하였다. 목질계 바이오매스 분해 미생물을 탐색하기 위하여 목질계 바이오매스 부후능이 우수한 것으로 알려진 느티만가닥버섯균 52 균주와 헌구두솔버섯균 2 균주 등 버섯균 54 균주의 ligninase, cellulase, xylanase 활성을 검정하여 24 균주 선발하였
Ⅳ. 연구개발결과
1. 농축산 환경개선용 미생물 탐색 및 개발
국내 분리 미생물 등 4,845 균주로부터 amylase, cellulase, lipase, protease, xylanase 등 5종의 유기물 가수분해 효소 활성을 검정하여 152 균주를 선발하였다. 목질계 바이오매스 분해 미생물을 탐색하기 위하여 목질계 바이오매스 부후능이 우수한 것으로 알려진 느티만가닥버섯균 52 균주와 헌구두솔버섯균 2 균주 등 버섯균 54 균주의 ligninase, cellulase, xylanase 활성을 검정하여 24 균주 선발하였다.
분리 균주의 amylase, cellulase, xylanase 및 lipase 활성을 정량 분석하여 활성이 우수한 33 균주를 선발함. 이 중 Bacillus pumilus EW-312와 B. aerophilus GS-1-167는 amylase, cellulase, xylanase 활성을 나타내었으며, 세균 Acinetobacter johnsonii EW-028와 효모 Cryptococcus podzolicus Y1149는 xylanase와 lipase를 생성하였고 B. amyloliquefaciens EW-306 등 4 종의 세균은 amylase와 cellulase 활성을 나타내었다.
Filter paper 분해력을 나타낸 13 균주에 대한 볏짚, 미송, 참나무, 포플러 등의 바이오매스 분해력 검정 시험에서는 고상배양 4 개월 후 방선균 Streptomyces coelicolor HN-3-52 균주가 볏짚을 분해하였으며 진균류 중에서는 느티만가닥버섯균 MR-5, MR-10, MR-11, MR-36, MR-49와 헌구두솔버섯균 MR-53, MR-54 균주가 볏짚 분해력을 보였으며. MR-49 균주가 분해력이 가장 우수하였다. Amylase 활성이 우수한 15 균주의 쌀 전분 분해력은 Bacillus amyloliquefaciens EW-306, Paenibacillus sp. GS-1-63, Bacillus weihenstephanensis BD-3-8 균주가 우수하였다.
분리 균주 중 신종 후보 세균을 발굴하였다. Cellulase와 amylase 활성을 나타내는 Flavobacterium sp. BD-2-24 균주로 16S rDNA 염기서열 상동성 분석 결과 Flavobacterium chungbukense, F. limicola와 97.1%의 상동성을 나타내었으며 질산환원력, 당 동화력 및 효소 활성 등 생화학적 특성이 차이가 있었다. 이 균주는 지방산 조성 및 생리적 특성 비교 분석 중이며 신종으로 확인되면 학술지에 보고할 예정이다.
2. 난용성 염류의 가용화 미생물을 이용한 토양환경 복원 기술 개발
지렁이 분변토, 인삼재배토양, 미생물 생태실 분양, 발효식품 등에서 세균 879균주, 효모 1,768균주 분리 후 Pikovskaya 배지에서 투명대를 형성하는 인산가용화 세균 16균주와 효모 5균주 1차 선발하였다. 선발 균주들은 난용성 인산이 포함된 액체 배지 내에서 인산을 가용화하였고 유효 인산이 증가할수록 pH는 감소하면서 역의 상관관계를 보였다.
선발 균주들은 난용성 인산이 포함된 토양 내에서 인산을 가용화하였고 Enterobacter sp. 04-P-1 균주는 805 ug/ml, Pantoea sp. 36-H-3 균주는 770 ug/ml의 높은 인산 가용화 활성을 보였다. 난용성인산염이 집적된 시설재배지 토양에 인산가용화 미생물 Enterobacter sp. 04-P-1 처리 결과 토마토 과실 수량 34.0%, 과중 14.8 %, 초장 17.1%가 증가하였다.
3. 축사에서 발생하는 악취성분 감소기능 미생물 탐색 및 개발
장류와 양돈장 토양으로부터 H2S gas를 90% 이상 감소시키는 균주 2종, Pichia farinosa NAAS-2와 Bacillus subtilis를 선발하였다. 이 들 균주의 대량배양 조건을 확립하였고 잣송이 폐기물를 혼합한 복합 악취 감소제를 개발하여 특허 출원하였다. 개발된 미생물제는 산업체에 기술이전 하여 축산환경 개선용 미생물제로 제품하였으며 양돈 농가 실증시험 결과 양돈 농장 축사의 악취 감소뿐만 아니라 사료절감 효과가 있었다.
4. 논토양으로부터 바이오 연료전지 관련 미생물 탐색 및 이용연구
논토양을 이용한 바이오 연료전지를 벼 재배기간(약 5개월) 동안 운전한 결과 바이오 연료전지의 전기 생산은 벼 식재 시 벼를 식재하지 않은 경우에 비해 약 3배 증가하였으며 온도가 증가할수록, 산화전극부와 환원전극부의 pH 차이가 감소할수록, 전기전도도가 증가할수록 전기생산이 증가하는 것으로 나타났다. 시험에 사용된 전극에 붙어있는 생물막의 세균군집 구조를 파이로시퀀싱 방법으로 분석한 결과, 산화전극에는 Rhizobiales 목, Geobacter 속, Myxococcus 속, Deferrisoma 속, Desulfobulbus 속에 속하는 세균의 활성이 특이적으로 증가하였으며, 환원전극에서는 Acidiferrobacter thiooxydans와 근연관계에 있는 세균의 활성이 회로 연결 시에만 특이적으로 나타났다.
논토양을 이용한 바이오 연료전지의 산화전극으로부터 64 균주를 순수 분리하였으며, 이 중 Bacillus 속, Cellulomonas 속, Bacteroides 속으로 분류된 균주들이 상대적으로 높은 전기 생산을 보였다. 반면 바이오 연료전지의 환원전극으로부터 69 균주를 순수 분리하였으며, 이 균주들 중 Acinetobacter 속과 Bacillus 속으로 분류된 균주들의 비율이 높았다. 파이로시퀀싱 분석 결과 전극에서 우점균으로 나타난 세균들은 순수 분리되지 못했으며, 산화전극에서 분리된 순수 분리된 세균들은 비교 균주인 Geobacter sulfurreducens에 비해 낮은 전기생산을 보였다. 그러나 바이오 연료전지 실험에 사용된 산화전극을 전기생산 시험에 적용 시 G. sulfurreducens에 비해 2배 이상 높은 전기를 생산하여 실험에 사용된 전극의 생물막은 G. sulfurreducens 이상의 전기 생산 능력을 가지고 있음을 나타내었다.
5. 돈분 악취저감 미생물 복합제의 현장 실증
미생물복합제 처리에 따른 돼지 증체량 조사에서 이유자돈부터 처리한 이천 및 논산의 경우 증체효과는 없었으나, 120일령 비육돈부터 처리한 영천의 실증농가 경우 대조구에 비해 평균 10여일 조기출하가 가능하였다. 이유자돈에 미생물복합제를 급여처리 후 돈방내 악취가스 조사결과 이천과 논산의 경우 황화수소는 전혀 검출되지 않았으며, 이천은 9주째부터 암모니아가 검출되었다. 아민가스는 처리 3~4주째부터 저감효과가 나타나기 시작하였다.
미생물복합제를 120일령 비육돈에 급이처리 후 악취가스를 조사한 결과 황화수소는 검출되지 않았으나, 암모니아 가스는 처리구에서 4주째부터 낮아지기 시작하여 출하 시기에는 대조구에 비해 약 29.4% 수준까지 낮아졌다. 미생물복합제를 돈분에 살포 후 발생하는 악취가스 조사에서 이천과 논산 및 영천 모두 암모니아와 황화수소 가스는 전혀 발생이 없었으나, 아민가스는 2~3주째부터 감소하기 시작하여 6~8주째는 대조구에 비해 10분의 1 정도로 크게 감소하였다.
The agricultural crop residues and byproducts are renewable natural biological resources. The proper management of their biodegradation and utilization can serve to improve the quality of the environment. Biodegrading enzymes of crop residues such as amylase, cellulase, xylanase, protease, and lipas
The agricultural crop residues and byproducts are renewable natural biological resources. The proper management of their biodegradation and utilization can serve to improve the quality of the environment. Biodegrading enzymes of crop residues such as amylase, cellulase, xylanase, protease, and lipase producing strains were screened by agar media containing substrates. Of 1,878 microbial strains which were isolated from earthworm cast, cultivated field or forest soils, and rice straw, screened for activities of biodegrading enzymes, 95 strains showed activities of those enzymes. Also 33 strains were screened from 2,913 strains which were preserved in our laboratory. Lignocellulytic enzyme production strains were screened from 54 fungal strains, which were preserved in Korean Agricultural Culture Collection (KACC). The 24 strains were shown ligninase, cellulase or xylanase activities. In quantitative analysis of enzymes, 33 strains including 21 bacteria and 12 yeast showed high level of enzyme activities. Among them Bacillus pumilus EW-312 and Bacillus aerophilus GS-1-167 were produced amylase, cellulase, and xylanase, Acinetobacter johnsonii EW-028 and Cryptococcus podzolicus Y1149 were produced xylanase and lipase, Bacillus amyloliquefaciens EW-306 was produced amylase and cellulase, simultaneously. These strains are expected to be able to effectively degrade agricultural byproducts or waste. The Streptomyces coelicolor HN-3-52 and 7 fungal strains (MR-5, MR-10, MR-11, MR-36, MR-49, MR-53, and MR-54) were able to degrade rice straw after 3 months in solid culture. The strain Hypsizygus ulmarius MR-49 was shown highest degradation activity. In rice starch degradation test of 15 amylase producing strains, Bacillus amyloliquefaciens EW-306, B. weihenstephanensis BD-3-8, and Paenibacillus sp. GS-1-63 were able to degrade rice starch in liquid culture.
Phosphate accumulation is a common phenomenon in greenhouse soil where rain is controlled and soil moisture is evaporated. To remove the phosphate and solve the problem, we selected phosphate solubilizing microorganisms to develop bioferilizer that based on environment-friendly agriculture in comparison to chemical fertilizers. Bacteria which were collected from earthworm casts, ginseng field soil, forest soils selected phosphate solubilizing bacteria (PSB) from PVK agar plates. These isolates were identified as Buttiauxella gaviniae (EW11), Raoultella ornithinolyica (EW25), and Pseudomonas koreensis (EW110), Enterobacter sp. 04-P-1, Pichia anomala Y524 and so on by 16S rDNA sequence analysis. The P-solubilizing activity of the isolate was confirmed, as the tri-calcium phosphate medium became more acidic and available phosphate was increased. In sterilized soil, available P increased when the isolate was inoculated compared to the non-inoculated control. In addition, the isolate showed antimicrobial activity against phytopathogenic fungi such as Botrytis cinerea which causes gray mold. In this study, filed experiments were conducted in greenhouse tomato grown in soil that had a high electrical conductivity. The field data has been shown that number of tomatoes produced per plant increased 34.0%, fruit weight increased 14.8%, plant height increased 17.1%. Phosphate solubilizing microorganism strains were seen plant growth effect.
The screening and assessment of microorganism to reduce NH3, and H2S gas was performed from pig excreta. The strain NAAS-1,2 which produced an decrease odor material, was isolated among soil samples collected in the farm located in Gyeonggi-do. The isolated strain was identified as Pichia farinosa NAAS-2 and Bacillus subtilis NAAS-1 with respect to its physiological characteristics and partial 28S rDNA and 16S rDNA sequencing. The extracellular materials produced by the cell were found to have good and stable deodorizing activity. Culture conditions for the maximum production of the materials were optimized. This study focussed to assay the characteristics and utilization of environment friendly agricultural materials at laboratory and greenhouse.
Identification, isolation and characterization of bacteria involved in the electricity generation in a plant-microbial fuel cell (P-MFC) using rice plant were performed together with the identification of the main physicochemical factors limiting the performance of P-MFCs. The presence of rice plant, higher temperature, reduced difference in pH between the cathodic and anodic compartments, and higher electrical conductivity were advantageous to the performance of the P-MFC. A 16S rRNA pyrosequencing analysis showed that the operational taxonomic units (OTUs, clustered at a 97% cutoff) related to Rhizobiales, Geobacter , Myxococcus, Deferrisoma, and Desulfobulbus were enriched on the anodes, while an OTU related to Acidiferrobacter thiooxydans occupied the highest proportion on the cathodes and occurred only when the circuit was connected. Among the isolates, those belonging to the genus Bacillus, Cellulomonas, and Bacteroides produced relatively high currents which, however, were considerably lower than that produced by Geobacter sulfurreducens, one of the most electrically active bacteria ever known. When the anode used in the P-MFC experiment was tested for electricity generation, about two-fold higher electricity was produced compared to that by G. sulfurreducens, which indicated that the anode biofilm, as a whole, has a high electrogenic potential.
Present farmhouse-approving experiment using patent technique developed by Rural Development Administration (RDA) was conducted at 3 different sites to find out effective method and adaptable solution decreasing the stenches of swine excretion. There were no differences of microbial composite treatment in weight increasing of piglet as compared to the control, while it made 10 days earlier forwarding by feeding of composite for 120 days-aged swine at Youngcheon. It showed no detection of H2S gas at Icheon and Nonsan experimental pigpen after feeding of microbial composite, while NH3 was detected 9 weeks after treatment of it at Icheon. Microbial composite decreased Amine gas after 3 weeks in that pigpen, and fluctuation of it was surveyed according to the swine’s growth phase and sites. 120 days-aged swine fed microbial composite appeared no H2S gas, while it showed clear decreasing of NH3 4 weeks after feeding as compared to the control by 29.4 % finally. Amine gas was detected highly at both treated and/or control plot showing no relation of growth stage. In microbial composite fed swine’s excretion, no NH3 and H2S gases were detected during experimented period at all sites. While amine gas decreased 2~ 3 weeks after feeding, and appeared very low concentration after 6~8 weeks by 10 per cent as affected by feeding of microbial composite to the control.
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