농업직 공무원 농촌지도사 방송통신대학교 - 농학과 - 가축영양학 핵심 요약정리 - 12 반추위 미생물

■  주요용어

통성혐기성
: 산소의  존재  유무에  상관없이  생존할  수  있는 미생물로,  산소의  존재유무에  따라  대사가  변화한다.
절대혐기성
: 산소가  존재할  경우  생존할  수  없는  미생물
공생(symbiosis)
: 다른  생명체가  서로의  이익을  위해  함게  생존하는 현상으로  반추동물과  반추위  미생물과의  관계

1. 반추위 미생물

1) 반추위 미생물의 종류

 

 

 

2) 박테리아의 종류

- 문(Phylum) 
Acidobacteria
Actinobacteria 
Bacteroidetes
Chloroflexi
Cyanobacteria
Deferribacteres
Fibrobacteres 
Firmicutes
Fusobacteria
Lentisphaerae
Planctomycetes
Spirochaetes 
Tenericutes
Verrucomicrobia
OP10
SR1 
TM7

 

대사물의 특징에 따른 분류

 

3) fungi의 종류

 

fungi의 생활사

 

4) 프로토조아 protozoa의 종류

 

 

 

 

 

2. 반추동물과 미생물

1) 반추동물의 Symbiosis

Symbiosis(공생): 다른 생명체가 같이 살면서 서로에게 이익을 제공하는 것 
Host-Microbes
- 반추동물: 미생물의 서식에 적당한 환경 및 영양소 제공  
- 미생물: 반추동물이 필요한 영양소 제공

2) 반추위 미생물의 발달

생후 0 – 10읷에 성립되기 시작 
접종원: 어미의 침, 분뇨, 생식기
성장함에 따라 변화

3) 반추위 미생물과 생산성

특정 미생물의 개체수와 반추동물의 생산성과는 직접 혹은 간접적으로 연계되어 있음

반추위 섬유소 소화율 ↑ 
- 반추위내 섬유소의 체류시간 ↑ 
- 섬유소 분해 미생물의 활력↑
사료 이용성 ↑   
- 메탄(CH4) 발생량 ↓
- 미생물 단백질 합성: 비단백태 질소화합물
- 사료단백질: 소장에서 분해

4) 반추위 미생물과 사료

농후사료(Concentrate)  
- 영양소의 농도가 높은 사료 
- 가용성탄수화물(전분), 단백질 및 기타
- 반추위 미생물의 증식에 필요한 영양소 공급 
- 반추위에서 쉽게 분해됨
- 반추회수 감소로 인한 침 분비량 감소
- 급격한 미생물 발효로 산 생성량 급증
- 산중독(acidosis), 간농양, 제엽염의 위험

조사료(Forage)  
- 영양소의 농도가 낮은 사료 
- 불용성탄수화물(섬유질) 위주의 사료
- 미생물 발효에 의해서만 분해됨 
- 반추 횟수 증가로 침 분비량 증가
- 반추위 미생물의 서식에 적합핚 환경 제공

동기화(Synchronization)  
- 농후사료: 미생물의 증식에 필요한 영양소 제공 
- 미생물 개체수 증가: 섬유소의 소화에 필요한 효소 분비 
- 조사료: 미생물의 서식에 필요한 환경 제공 
- 농후사료 + 조사료 ⇒ 반추위 미생물의 개체수 증가
⇒ 반추위 섬유소 분해율 증가 ⇒ 미생물 단백질 합성량
증가 / 휘발성 지방산 생성량 증가 

 

 

 

■  연습문제
1.  반추위에  존재하는  미생물  중  발생  초기에  유주자에  존재하는  편모를  이용한  운동
성이  있으나,  기질에  가근을  이용하여  정착하고  포자낭을  형성하게  되면  운동성을 
상실하는  미생물은?
①  곰팡이
②  세균
③  고세균
④  프로토조아
정답  :  ①
해설  :  반추위에  존재하는  혐기성곰팡이는  발생초기에는  유주자에  존재하는  편모를 
이용하여  기질로  이동하고,  기질을  만나면  가근을  이용하여  기질에  부착한  후 
포자낭을  형성한다.

2.  반추동물과  반추위  미생물의  공생관계에  대하여  바르게  기술한  것을  모두  고르시
오.
가.  반추동물은  반추위  미생물의  생육에  필요한  환경을  제공한다.
나.  반추동물은  반추위  미생물에게  영양소를  공급한다.
다.  반추위  미생물은  반추동물이  필요한  영양소를  제공한다.
라.  반추위  미생물은  반추동물의  질병을  유발한다.
①  가,  나,  다
②  가,  나,  라
③  가,  다,  라
④  나,  다,  라
정답  :  ①
해설  :  반추위  미생물은  반추동물의  질병을  유발하지  않고,  도리어  프로토조아의  경우 
유입된  질병균의  식균작용을  한다.

3.  반추동물의  사료이용성에  대하여  바르게  기술한  것을  모두  고르시오.
가.  반추위내  섬유소의  체류시간이  길수록  섬유소의  소화율이  높다.
나.  메탄가스는  사료에너지의  이용성을  감소시킨다.
다.  미생물체  단백질은  가능한  비단백태  질소화합물을  이용하는  것이  유리하다.
라.  사료단백질은  반추위에서  가능한  낮게  분해되고,  소장에서  아미노산으로  분해  
되는  것이  유리하다.
①  가
②  가,  나
③  가,  나,  다
④  가,  나,  다,  라
정답  :  ④
해설  :  보기는  반추동물의  사료이용성에  대하여  기술한  것이다.

4.  농후사료의  특징에  대하여  바르게  기술한  것을  모두  고르시오.
가.  영양소의  농도가  높은  사료이다.
나.  반추위  미생물에  의해서  쉽게  분해된다.
다.  반추  횟수가  감소되어  침의  분비량이  감소된다.
라.  급격한  미생물  발효로  산  생성량이  급증할  수  있다.
①  가
②  가,  나
③  가,  나,  다
④  가,  나,  다,  라
정답  :  ④
해설  :  보기는  농후사료의  특징에  대하여  기술한  것이다.

 

 

■ 핵심요약 정리 
▪  동물의  장관에는  다양한  종류의  미생물이  존재하며,  이  중  사료의  소화에  영향을 미치는  미생물은  단위동물의  맹장과  대장에  존재하는  미생물과  반추동물의  반추위에  존재하는  미생물이다.  산소의  공급이  용이하지  않은  동물의  장관에  서식하는 장내미생물은  대부분이  낮은  산소분압의  조건에서  서식할  수  있는  통성혐기성
(facultative  anaerobic)  혹은  절대혐기성(strict  anaerobic)의  미생물이다.  통성 혐기성  미생물은  산소의  존재유무에  따라  미생물의  대사가  변화하는  미생물이고, 절대혐기성은  산소가  존재할  경우  생존할  수  없는  미생물이다.
▪  반추동물의  반추위에는  고세균(archea),  세균(bacteria),  곰팡이(fungi),  프로토조아(protozoa),  바이러스(virus)  등의  미생물이  존재하며,  사료의  소화에  중요한  역할을  하는  것은  세균,  곰팡이,  프로토조아다.  반추위에  존재하는  미생물  중  진핵생물은  곰팡이와  프로토조아이다.  미생물은  다양한  종류의  소화효소를  분비하여  동물이  섭취한  사료를  분해하여  생활하고  있다.  반추위의  발효과정에서  생성된  휘발성지방산과  같은  대사물질은  흡수되어  동물의  영양소로  이용될  뿐  아니라  미생물 균체가  하부장기로  유입되어  동물의  단백질원으로  이용된다.  따라서  반추동물은 미생물이  서식할  수  있는  공간과  생존에  필요한  사료를  제공하고,  미생물은 동물이  섭취한  사료를  분해하여  동물에게  제공할  뿐  아니라  미생물  개체가  동물의  단백질원으로  이용되는  공생관계에  있다.
▪  세균은  반추위  단위중량(g)  당  1010  –  1012  개체가  존재하며,  크기는  0.3  –  50  μm  로  현재까지  17문(phylum),  6214종의  유전자가  보고되었다.  박테리아를  이용하는  기질과  대사산물의  특징에  따라  섬유소분해균,  전분분해균,  유기산이용균,  메탄생성균,  단배질분해균,  지방분해균  등이  존재하며,  이  외에도  그  기능이  정확히 밝혀지지  않은  많은  세균이  반추위에  존재하는  것으로  알려져  있다.
▪  곰팡이는  반추위  단위  중량(g)당  103  –  105개체가  존재하며,  크기는  25  –  250  μm로  현재까지  8속이  분류되었다.  혐기곰팡이는  포자를  발육시키고  보관하는  포자낭(sporangium),  식물의  뿌리와  같이  기질의  표면에  부착된  후  기질의  내부에  침투하여  효소를  분비함으로써  섬유소를  분해하는  가근(shizoid)와  편모를  이용하여 
기질까지  이동할  수  있는  유주자(포자,  zoospore)로  구성되어  있으며,  이러한 형태적  특징에  의해  혐기곰팡이를  분류하고  있다.  혐기성곰팡이는  섬유가근형 (filamentous  rhizoid)과  구가근형(bulous  rhizoid)로  구분되며,  이들은  다시  가근에  존재하는  포자낭의  개수에  따라  단일포자낭형(monocentric  thallus)과  다포자낭형(polycentric  thallus)로  구분한다.  이들은  다시  유주자에  존재하는  편모의 개수에  따라  단일편모형(uniflagellate)과  다편모형(polyflagellate)로  분류된다.
▪  원생동물인  protozoa는  Trichomonas,  Momocermonas,  Chilomosti  등의 편모충류와  Holotrichs와  Entodiniomorphs와  같은  섬모충류로  구분할  수  있다. 
Protozoa는  반추위에서  자신보다  작은  미생물을  잡아먹는  식균작용과  가용성탄수화물의  분해기능을  수행한다.  또한  protozoa의  표면에는  메탄생성균이  기생하기에  protozoa를  제거하는  defaunation을  실시하면  메탄의  발생량이  감소한다. 
Protozoa는  가용성  탄수화물인  전분을  섭취하기  때문에  탄수화물의  발효속도를 조절함으로써  산중독의  발생빈도를  낮추는  기능을  한다.  전체  반추동물에게  공급되는  미생물  단백질의  25%  정도가  protozoa로부터  공급된다.
▪  공생(symbiosis)이란  다른  생명체가  같이  살면서  서로에게  이익을  제공하는  것으로,  반추동물과  반추위  미생물과의  관계도  대표적인  공생관계에  있다.  반추동물은 미생물의  서식에  적당한  환경  및  영양소를  제공하고,  반추위  미생물은  섬유소와 같은  사료성분을  분해한  대사산물인  휘발성지방산을  반추동물에게  제공한다.  또한 
반추위에  서식한  미생물은  하부장기에서  아미노산으로  소화되어  소장에서  흡수된다.
▪  반추위  및  기타의  장관에  존재하는  미생물이  어디에서  유래되었는지  정확하게  알려져  있지는  않다.  그러나  이들  미생물은  어미의  생식기,  어미의  타액,  분변,  사료,  음수  등을  통하여  어린동물에  전달되었을  것으로  추정하고  있다.  장내  미생물은  생후  0–10일  사이에  유입되어  정착되나,  성장함에  따라  미생물의  균총이  점차 변화한다.
▪  반추위에  존재하는  특정  미생물은  반추동물의  생산성과  직접  혹은  간접적으로  연계되어  있다.  일당증체량의  경우  일당증체량이  높은  개체의  경우  Lactobacillus, 
Acidaminococcus,  Lachnospiraceae,  Veillonellaceae,  Victivallaceae  계열의 
미생물의  개체수가  높은  것으로  보고되었다.
▪  섬유소의  반추위내  체류시간이  길  경우  반추위  미생물이  분비한  섬유소분해효소에 노출되는  시간이  증가하기  때문에  반추위의  섬유소  소화율이  증가하게  된다.  섬유질사료의  경우  사료의  길이가  길면  반추위  체류시간이  증가하게  되어  섬유소의  소화율이  증가하는  장점은  있으나,  포만감으로  인하여  전체  사료섭취량이  감소하는  문제점이  발생할  수  있다.  반추위  미생물의  활력이  높을  경우,  미생물의  개체수가 증가하고  대사가  활발하여  섬유소  분해효소의  분비량이  증가하여  섬유소의  소화율이  증가한다.
▪  반추동물의  사료이용성을  증진시키기  위해서는  메탄가스의  발생에  따른 에너지의 손실을  최소화하여야  한다.  미생물의  대사과정에서  발생하는  이산화탄소는  반추위액의  pH를  산성화하여  반추위  미생물의  생육에  영향을  미치기  때문에  반추위에서는  미생물의  대사과정에서  발생하는  수소와  이산화탄소를  결합하여  메탄의  형태로 전환시켜  체외로  배설시키는  현상이  벌어진다.  그러나  인간의  관점에서는  이러한 현상의  사료의  에너지가  손실과  함께  온실가스의  발생에  따른  지구온난화의  문제가  발생하기에  메탄가스의  생성은  바람직하지  않다.  섭취된  사료단백질은  미생물에  의해  암모니아의  형태로  분해된  후  다시  미생물단백질을  합성에  이용된다.  즉 
미생물  단백질의  합성을  위해서는  고가의  사료단백질  대신  암모니아의  농도가  높아  상대적으로  가격이  저렴한  비단백태  질소화합물(NPN,  non  protein  nitrogen)을  이용하고,  고가의  사료단백질은  반추위를  통과하여  소장에서  아미노산으로  분해되어  흡수될  경우  훨씬  효율적으로  이용될  수  있다.  따라서  반추동물의  경우  단
백질의  이용효율을  증진시키기  위해서는  미생물단백질은  비단백태질소화합물의 형태로  공급하고,  사료단백질은  반추위통과단백질(rumen  by-pass  protein, Rumen  Undegradable  Protein)의  형태로  공급한다.
▪  농후사료(Concentrate)란  영양소의  농도가  높은  사료로,  전분과  같은  가용성탄수화물의  함량이  높은  곡물과  단백질의  함량이  높은  유박류로  구성되어  있어서  반추위  미생물에  의해  쉽게  분해되는  특징이  있다.  농후사료는  반추위  미생물의  증식에  필요한  영양소를  공급하지만,  입자가  작아  식괴의  형성이  어려워  반추  횟수가 
감소되고  그  결과  침의  분비량이  감소한다.  침의  분비량  감소는  반추위  pH의  저하를  초래하게  되어  섬유소분해미생물의  생육은  억제되고  젖산생성균의  개체수가 증가하여  반추위  pH는  계속적으로  감소하는  문제가  발생한다.  반추위내  pH가  저하되면  산중독,  간농양,  제엽염과  같은  대사성질환이  발생하여  가축의  폐사까지 
발생할  수  있다.
▪  조사료(forage)는  섬유질의  함량이  높아  영양소의  농도가  낮은  사료로,  미생물이 분비한  섬유소  분해효소에  의해서만  분해되는  사료이다.  식괴의  형성이  용이하여 반추  횟수가  증가하며,  그에따른  침의  분비량이  증가하여  반추위  미생물의  생육에 적합한  pH를  유지할  수  있다.
▪  동기화(synchronization)이란  반추위  내에서  섬유소의  분해에  필요한  미생물의  개체  수  증가와  섬유소의  공급이  동시에  이루어짐으로써  섬유소의  소화율을  최대로 증가시키는  것을  의미한다.  조사료는  섬유소분해  미생물이  필요로  하는  기질을  공급함과  동시에  침의  분비를  유도하여  반추위  pH를  조절하여  미생물의  서식에  필
요한  환경을  제공한다.  농후사료는  미생물의  증식에  필요한  영양소를  제공한다. 따라서  반추위에서  섬유소의  분해율을  증가시키기  위해서는  농후사료를  이용하여  미생물단백질의  합성에  필요한  영양소를  공급하고,  미생물에  의해  섬유소의  소화가 활발하여  휘발성지방산이  생성되도록  유도하는  것이다.  이러한  조건을  충족시켜주
는  사료의  형태가  섬유질배합사료(Total  Mixed  Ration,  TMR)이다.