全 文 ：第27卷 第7期
2015年7月
Vol. 27, No. 7
Jul., 2015
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2015)07-0837-10
DOI: 10.13376/j.cbls/2015116
收稿日期：2014-12-31
基金项目：国家杰出青年科学基金项目(31025019)
*通信作者：E-mail: hepingdd@vip.sina.com; Tel: 0471-4319940
自然发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性
张和平
(内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，呼和浩特 010010)
摘　要：近年来，关于自然发酵乳制品中乳酸菌生物多样性的研究备受关注。结合内蒙古农业大学乳品生
物技术与工程教育部重点实验室的研究工作，对自然发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性进行综述，从基于
传统纯培养方法和宏基因组技术研究的角度，讨论了不同自然发酵乳制品中乳酸菌的物种多样性和遗传多
样性。
关键词：自然发酵乳制品；乳酸菌；生物多样性
中图分类号：Q939.11+8 文献标志码：A
Biodiversity of lactic acid bacteria in naturally fermented dairy products
ZHANG He-Ping
(Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering, Ministry of Education,
Inner Mongolia Agriculture University, Huhhot 010018, China)
Abstract: In recent years, the study on biodiversity of lactic acid bacteria (LAB) in naturally fermented dairy
products has become a hot topic. In this paper, the biodiversity of LAB in the naturally fermented dairy products
was reviewed based on research results by the Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering, Ministry
of Education, at Inner Mongolia Agriculture University. Meanwhile, species diversity and genetic diversity of LAB
in the naturally fermented dairy products were discussed based on traditional culture method and metagenomic
techniques.
Key words: naturally fermented dairy products; lactic acid bacteria; biodiversity
张和平，博士，教授，博士研究生导师。现任内蒙古农业大学乳品生
物技术与工程教育部重点实验室主任，国家奶牛产业技术体系乳制品加工
功能研究室主任，农业部东北区域农业微生物资源利用科学观测实验站站长，
乳酸菌与乳品发酵剂内蒙古自治区工程实验室主任。国家杰出青年科学基金
获得者，长江学者奖励计划特聘教授，国家百千万人才工程，并获“有突
出贡献中青年专家”称号。以第一作者或通讯作者在 The ISME Journal
(IF=9.267)、Molecular and Cellular Proteomics (IF=8.79)等 SCI收录期刊发表
论文 109篇；主编 Lactic Acid Bacteria: Fundamentals and Practice (Springer出
版社，2014)和《现代乳品工业手册》等论著 19部。
生命科学 第27卷838
自然发酵乳制品是指以乳为原料，经微生物自
然发酵主要产物为乳酸的产品。我国发酵乳制品的
制作历史悠久，据记载，北方游牧民族早在 2000
多年前就有制作和食用自然发酵乳制品的习俗 [1]。
乳制品的发酵最初是作为一种保存鲜乳、防止变质
的手段，游牧民族将鲜乳装在羊皮袋里经依附在器
具和环境中的细菌自然发酵形成酸乳，之后在长期
的生产实践中，逐渐摸索出了生产各种发酵乳制品
的方法 [2]。主要包括酸牛乳、酸马乳、酸牦牛乳、
酸驼乳、酸山羊乳、曲拉、乳饼以及乳扇等。
自然发酵乳制品的制作和食用历经数千年的传
承，加之不同的气候环境、地理因素以及不同的制
作工艺，使得其中蕴藏的乳酸菌生物多样性极为丰
富。这些乳酸菌经过长期的的自然选择和驯化，不
乏具有优良益生特性和生产特性的菌株，如益生菌
Lactobacillus casei Zhang[3]和 L. helveticus H9[4]、酸
乳发酵剂菌株 L. delbrueckii subsp. bulgaricus ND02[5]
和 Streptococcus thermophilus ND03[6]等均分离自我
国内蒙古自然发酵乳制品。尽管自然发酵乳制品中
的乳酸菌资源珍贵且物种丰富，但关于其中乳酸菌
的生物多样性直到近年来才得到较为充分的研究。
本文以内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部
重点实验室的研究结果为基础，结合国内外研究学
者的报道，从物种多样性和遗传多样性角度对自然
发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性进行综述。
1　基于纯培养技术的乳酸菌多样性分析
目前，在我国内蒙古、新疆、西藏、青海、四
川、甘肃、云南省的少数民族聚居地区以及蒙古国
和俄罗斯仍沿用着从欧亚大陆游牧民族流传下来的
传统方法来制作各种乳制品，这使得传统发酵乳制
品中珍贵的乳酸菌资源得以传承。近年来，随着乳
酸菌应用的不断升温，国内外研究人员对自然发酵
乳中的乳酸菌生物多样性进行了大量的研究。
酸马乳 (Koumiss)是以新鲜马乳为原料，经乳
酸菌和酵母菌等微生物共同自然发酵形成的酸性、
低酒精含量乳饮料，主要在东欧和中亚地区，即俄
罗斯东南、蒙古国以及中国的内蒙古、新疆等地区
制作和饮用 [1]。其中乳酸菌的多样性极为丰富，早
在 1997年，Ishii等 [7]就对我国内蒙古地区酸马乳
样品中的乳酸菌多样性进行了研究。作者对分离自
蒙古国酸马乳中的 43株乳酸菌进行了鉴定，指出
在这些样品中乳酸菌组成以鼠李糖乳杆菌 (L.
rhamnosus)和干酪乳杆菌副干酪亚种 (L. casei subsp.
paracasei)为优势菌群。Burentegusi等 [8]从内蒙古
地区 10份酸马乳中分离鉴定出 258株乳酸菌，归
属于 6个属 11个种，其中屎肠球菌 (Enterococcus
faecium)、肠膜明串珠菌葡聚糖亚种 (Leuconostoc
mesenteroides subsp. dextranicum)和植物乳杆菌 (L.
plantarum)为优势乳酸菌。2004年，An等 [9]也从
内蒙古地区采集 6份酸马乳，分离鉴定出 117株乳
酸菌，分析发现植物乳杆菌 (L. plantarum)、戊糖乳
杆菌 (L. pentosus)和乳酸乳球菌乳脂亚种 (Lc. lactis
subsp. cremoris)为优势菌群。其中戊糖乳杆菌 (L.
pentosus)首次高频率地从酸马乳中分离到。2009年，
Wu等 [10]对内蒙古地区自然发酵酸马乳中乳酸菌多
样性的研究指出，干酪乳杆菌 (L. casei)、瑞士乳杆
菌 (L. helveticus)和植物乳杆菌 (L. plantarum)为该
地区酸马乳中的优势乳酸菌。从以上研究结果可以
看出自然发酵马乳中蕴藏着丰富的乳酸菌资源和复
杂的菌群结构。
2008年，Watanabe等 [11]对蒙古国中央省、乌
兰巴托、东戈壁等 6个地区的自然发酵乳制品中乳
酸菌多样性进行了较为系统的研究。他们采集了自
然发酵马乳、驼乳、牦牛乳、山羊乳、牛乳等样品
53份，运用纯培养和分子生物学方法对其中乳酸菌
多样性和群落结构进行了分析，指出瑞士乳杆菌 (L.
helveticus)为蒙古国中央省酸马乳中的优势乳酸菌，
而德氏乳杆菌保加利亚亚种 (L. delbrueckii subsp.
bulgaricus)、发酵乳杆菌 (L. fermentum)和嗜热链球
菌 (S. thermophilus)在其他乳源乳制品中的分离频
率要显著高于酸马乳。Takeda等 [12]关于蒙古国中
央省、库苏古尔和东戈壁等地区自然发酵马乳、牛
乳中乳酸菌多样性的研究也指出，瑞士乳杆菌 (L.
helveticus)和德氏乳杆菌乳酸亚种 (L. delbrueckii
subsp. lactis)是优势菌群，同时发现德氏乳杆菌保
加利亚亚种 (L. delbrueckii subsp. bulgaricus)、瑞士
乳杆菌 (L. helveticus)、发酵乳杆菌 (L. fermentum)
和嗜热链球菌 (S. thermophilus)为自然发酵牛乳的
优势菌群。这些研究与 Uchida等 [13]研究结果一致，
均认为瑞士乳杆菌 (L. helveticus)是蒙古国酸马乳中
的优势菌群。2014年，Ring等 [14]采用传统纯培养、
16S rRNA克隆建库和 DGGE相结合的方法分析蒙
古国乌兰巴托地区酸马乳中乳酸菌的多样性，不仅
再一次验证了瑞士乳杆菌 (L. helveticus)是蒙古国地
区酸马乳中优势菌群的结论，同时发现了少量不动
杆菌属 (Acinetobacter)、芽孢杆菌属 (Bacillus)、嗜
冷杆菌属 (Psychrobacter)、拉乌尔菌属 (Pseudomonas)
张和平：自然发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性第7期 839
和瘤胃球菌属 (Ruminococcus)等细菌曾在发酵马乳
中存在过。
2010年，Sun等 [15]从我国内蒙古、新疆、青
海等地区采集酸马乳样品 48份，系统分析了我国
不同地区自然发酵马乳中乳酸菌多样性。该研究
共分离到 171 株乳杆菌，发现瑞士乳杆菌 (L.
helveticus)为新疆地区优势菌群，干酪乳杆菌 (L.
casei)、瑞士乳杆菌 (L. helveticus)和植物乳杆菌 (L.
plantarum)等 3种乳杆菌在内蒙古地区的酸马奶中
出现频率较高，而青海地区酸马奶的优势菌群为植
物 乳 杆 菌 (L. plantarum)。 这 与 Hao 等 [16] 采 用
DGGE和种属特异性引物 PCR的方法对新疆地区
酸马乳中乳酸菌多样性研究结果吻合，认为瑞士乳
杆菌 (L. helveticus)为新疆地区酸马乳中的优势乳酸
菌。
比较不同地区自然发酵马乳中乳酸菌组成 (表
1)，其中瑞士乳杆菌 (L. helveticus)为主要的优势乳
酸菌，不同地域的乳酸菌组成有着丰富的多样性，
如我国新疆地区酸马乳中发酵乳杆菌 (L. fermentum)
和马乳酒样乳杆菌 (L. kefiranofaciens)分离频率相
对较高，而内蒙古地区屎肠球菌 (E. faecium)、肠
膜明串珠菌葡聚糖亚种 (Leuc. mesenteroides subsp.
dextranicum)分离频率相对较高；蒙古国地区中干
酪乳杆菌 (L. casei)、马酒样乳杆菌 (L. kefiranofaciens)
和肠膜明串珠球菌 (Leuconostoc mesenteroides)也是
主要的乳酸菌。
表1　不同自然发酵乳制品中的优势乳酸菌
地区 酸牛乳 酸马乳 酸牦牛乳 乳扇
Tarag Koumiss Kurut Qula Dairy Fan
内蒙古 L. helveticus L. helveticus - - -
Lc. lactis L. casei
L. casei L. plantarum
L. rhamnosus
E. faecium
Leuc. mesenteroides
中国 新疆 L. fermentarum L. helveticus - - -
L. helveticus
L. delbrueckii
青海 - L. plantarum S. thermophilus - -
L. delbrueckii
L. plantarum
Lc. lactis
西藏 L. casei - L. fermentum Leuc. mesenteroides -
L. fermentarum L. helveticus
L. helveticus -
L. delbrueckii
甘肃 - - S. thermophilus L. helveticus -
Leuc. mesenteroides Leuc. mesenteroides
L. helveticus
四川 - - S. thermophilus L. helveticu
Leuc. mesenteroides
E. durans
L. fermentum
L. parecasei -
云南 - - - - L. helveticus
蒙古国 L. fermentum L. helveticus
L. helveticus L. delbrueckii - - -
S. thermophilus
L. delbrueckii
俄罗斯 L. helveticus - - - -
生命科学 第27卷840
2010年，Airidengcaicike等 [17]从西藏藏南和
藏北地区采集的 44份自然发酵酸牛乳 (Tarag)中分
离乳酸菌 171株，并鉴定为 4个属，12个种和亚种。
分析表明在寒冷的藏北那曲、拉萨地区以发酵乳杆
菌 (L. fermentum)和干酪乳杆菌 (L. casei)为优势菌
群，在相对温暖的藏南日喀则地区以干酪乳杆菌 (L.
casei)和植物乳杆菌 (L. plantarum)为主。Shuangquan
等 [18]的报道则指出，内蒙古地区自然发酵牛乳中
植物乳杆菌 (L. plantarum)、干酪乳杆菌 (L. casei)
和棉籽糖乳球菌 (Lactococcus raffinolactis)为优势菌
群。2012年，Liu等 [19]对我国内蒙古东部地区 198
份自然发酵牛乳中乳酸菌的多样性进行了系统的研
究，发现瑞士乳杆菌 (L. helveticus)、乳酸乳球菌乳
酸亚种 (Lc. lactis subsp. lactis) 和干酪乳杆菌 (L.
casei)是内蒙古东部地区自然发酵酸牛乳中的优势
乳酸菌。为了更系统全面地探知自然发酵牛乳中乳
酸菌的多样性，2012~2013年内蒙古农业大学乳品
生物技术与工程教育部重点实验室从我国西藏、新
疆以及俄罗斯布里亚特、图瓦、卡尔梅克等地区采
集自然发酵牛乳制品 301份，分离鉴定乳酸菌 1 537
株 (数据未发表 )，其中西藏、新疆地区的优势乳
酸菌为发酵乳杆菌 (L. fermentum)、瑞士乳杆菌 (L.
helveticus)和德氏乳杆菌保加利亚亚种 (L. delbrueckii
subsp. bulgaricus)，而俄罗斯地区优势乳酸菌仅为
瑞士乳杆菌 (L. helveticus)。这些研究结果表明了不
同地区自然发酵牛乳中存在着复杂的乳酸菌群落结
构，且具有特定的优势菌群，这可能是由于不同地
区的海拔、温度等气候特征因素导致的。
2010年，Sun等 [20]从蒙古国戈壁阿拉泰、东
戈壁等地区采集自然发酵牛乳样品 20份，从中分离
鉴定出 74株乳酸菌，其中发酵乳杆菌 (L. fermentum)
和瑞士乳杆菌 (L. helveticus)为该地区自然发酵牛乳
的优势乳酸菌。2011年，Yu等 [21]对蒙古国 18个
省市采集 189份自然发酵乳 (其中 173份自然发酵
牛乳制品 )的乳酸菌多样性研究指出，嗜热链球菌 (S.
thermophilus)、瑞士乳杆菌 (L. helveticus)和德氏乳
杆菌保加利亚亚种 (L. delbrueckii subsp. bulgaricus)
为优势菌群。与Watanabe等 [11]和 Takeda等 [12]的
研究结果一致的是，都认为德氏乳杆菌保加利亚亚
种 (L. delbrueckii subsp. bulgaricus)是蒙古国自然发
酵牛乳的优势乳酸菌菌群。区别在于Watanabe等 [11]
的研究中马酒样乳杆菌 (L. kefiranofaciens)和瑞士
乳杆菌 (L. helveticus)分离频率较高，Takeda等 [12]
则认为瑞士乳杆菌 (L. helveticus)、发酵乳杆菌 (L.
fermentum)和嗜热链球菌 (S. thermophilus)是优势菌
群。这也进一步表明不同地区的自然发酵牛乳，因
其地理位置、气候因素等差异，形成多样的乳酸菌
菌相。
酸牦牛乳 (Kurut)是青藏高原地区少数民族，
特别是藏族人民最常食用的乳制品，还可制作为奶
豆腐、奶皮子、曲拉等自然发酵乳制品。2009年，
Yu等 [22]采用 16S rRNA-RFLP技术对分离自西藏地
区酸牦牛乳的乳酸菌多样性进行研究，不仅提供了
一种快速的乳酸菌分类鉴定技术，同时揭示了西藏
地区自然发酵牦牛乳中存在着丰富的乳酸菌，指出
发酵乳杆菌 (L. fermentum)和瑞士乳杆菌 (L. helveticus)
为优势菌群。2012年，Liu等 [23]采用 16S rRNA克
隆建库的方法从非培养的角度也发现瑞士乳杆菌 (L.
helveticus)为西藏地区酸牦牛乳中的优势乳酸菌，
但发酵乳杆菌 (L. fermentum)检出频率较低，而
德氏乳杆菌保加利亚亚种 (L. delbrueckii subsp.
bulgaricus)出现频率较高，同时有近 1/3的克隆被
认定为未知细菌，表明在这些传统发酵乳中仍有大
量的未知细菌存在。
2010年，Sun等 [24]从青海海南州、海西州和
海北州等地区采集自然发酵牦牛乳 43份，通过生
理生化和 16S rRNA序列分析的方法将 148株乳酸
菌归属为 5个属、13个种和亚种。发现嗜热链球菌
(S. thermophilus)、德氏乳杆菌保加利亚亚种 (L.
delbrueckii subsp. bulgaricus)、 植 物 乳 杆 菌 (L.
plantarum)和乳酸乳球菌乳酸亚种 (Lc. lactis subsp.
lactis)为优势菌群，该结果与之前西藏地区自然发
酵牦牛乳中乳酸菌的多样性存在着较大的差异。
为了进一步研究自然发酵牦牛乳中乳酸菌的多
样性，内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部
重点实验室研究人员从甘肃省甘南地区和四川省红
原草原的牧民居住区采集自然发酵牦牛乳和曲拉等
样品，对其中的乳酸菌多样性进行系统分析。2012
年，Bao等 [25]对采集自甘肃省甘南藏族居住地区
的 39份酸牦牛乳样品和 31份曲拉样品中的乳酸菌
多样性进行分析，分离鉴定出 252株乳酸菌。指出
嗜热链球菌 (S. thermophilus)、肠膜明串珠菌肠膜亚
种 (Leuc. mesenteroides subsp. mesenteroides)和瑞士
乳杆菌 (L. helveticus)为甘南地区酸牦牛乳的优势菌
群，而曲拉样品中的优势菌群仅为瑞士乳杆菌 (L.
helveticus)。同年，Bao等 [26]报道了四川红原草原
20份酸牦牛乳和 28份曲拉 (其中 10份为制作曲拉
的酸乳清 )样品的乳酸菌多样性，认为嗜热链球菌 (S.
张和平：自然发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性第7期 841
thermophilus)是酸牦牛乳中的优势菌群，瑞士乳杆
菌 (L. helveticus)和肠膜明串珠菌肠膜亚种 (Leuc.
mesenteroides subsp. mesenteroides)为曲拉样品中的
优势菌群。但与 Ao等 [27]对四川红原草原酸牦牛乳
中乳酸菌多样性研究结果不同，后者发现耐久肠球
菌 (E. durans)、发酵乳杆菌 (L. fermentum)和副干酪
乳杆菌 (L. parecasei)为主要的乳酸菌，显示出同一
地区不同家庭制作的自然发酵牦牛乳也具有不同的
乳酸菌生物多样性，且乳酸菌的群落结构差异较大。
2010年，Tan等 [28]对青海、甘肃和西藏地区的
曲拉样品的乳酸菌多样性进行分析，指出曲拉样品
中优势乳酸菌是肠膜明串珠菌 (Leuc. mesenteroides)。
比较这几个地区的自然发酵牦牛乳中乳酸菌多样性
(表 1)，其中嗜热链球菌 (S. thermophilus)是青海、
甘肃、四川等地区酸牦牛乳的优势菌群，并且德
氏乳杆菌保加利亚亚种 (L. delbrueckii subsp. bul­
garicus)、瑞士乳杆菌 (L. helveticus)以及肠膜明串
珠球菌 (Leuc. mesenteroides)的分离频率也较高，可
能为自然发酵牦牛乳的主要乳酸菌。而曲拉中主要
的乳酸菌以瑞士乳杆菌 (L. helveticus)和肠膜明串珠
菌 (Leuc. mesenteroides)为优势菌群，这些研究结果
进一步表明了自然发酵乳因地域、环境以及加工工
艺等因素产生了丰富的乳酸菌多样性。
乳扇是云南省大理市白族地区的一种自然发酵
乳制品，也称邓川乳扇，有着 500多年的悠久历史。
乳扇的传统制作方法主要是利用酸乳清凝乳，然后
经揉搓、拉伸等工艺制作。2009年，Liu等 [29]对
云南省大理市白族地区 20份乳扇 (酸乳清 )样品的
乳酸菌多样性进行研究，共分离鉴定出 85株乳杆
菌和 9株球菌，其中瑞士乳杆菌 (L. helveticus)56株，
为乳扇制品的优势乳酸菌。由于乳扇制作过程有加
热、蛋白质变性的工艺，酸乳清中残留的乳酸菌偏
向于高温型的瑞士乳酸菌 (L. helveticus)。该研究表
明不同的加工工艺也是影响自然发酵乳中乳酸菌多
样性的一个主要原因。因此不难看出，不同地域、
种类繁多的自然发酵乳因其多样的环境、加工差别
以及不同乳源等因素，势必造就了极为丰富的乳酸
菌多样性。
2　基于焦磷酸测序技术的乳酸菌多样性分析
基于传统纯培养技术虽然可以从样品中培养出
活体微生物，但由于传统纯培养技术研究方法的局
限性和片面性，很难全面了解样品中微生物真实的
多样性，包括在样品中曾经存活但难以分离的部分
微生物更是检测不到 [23]。为了系统深入地了解自然
发酵乳制品中未知乳酸菌的分布、乳酸菌的真实多
样性以及细菌的存活史，内蒙古农业大学乳品生物
技术与工程教育部重点实验室研究团队采用宏基因
组策略，以采集自中国、蒙古国和俄罗斯等国家不
同乳源的 86个自然发酵乳制品为研究对象，从非
培养的角度系统揭示了自然发酵乳制品的乳酸菌多
样性。
早在 2012年，孙志宏等 [30]采用 454高通量测
序技术从宏基因组角度对西藏地区自然发酵牦牛乳
中微生物多样性进行探索性研究，以细菌 16S rRNA
的V3区为扩增、测序靶点，分别获得 2 058和 1 030
条高质量序列，结果表明在门的水平上，细菌主要
由硬壁菌门 (Firmicutes)组成，同时还检测到变形菌
门 (Proteobacteria)和拟杆菌门 (Bacteroidetes)的存
在，在属的水平上细菌的优势菌主要为乳杆菌属
(Lactobacillus)，与传统纯培养方法得出的结论一
致。2014年，Sun等 [31]采用同样的方法对采集自
中国内蒙古、甘肃、四川以及蒙古国的 17个自然
发酵乳样品进行分析，共获得 54 986条有效序列，
平均每个样品 3 234条，分别归属于 47个细菌的属，
其中乳杆菌为绝对的优势菌群 (图 1)。所有样品中
都共同存在乳球菌属 (Lactococcus)、链球菌属
(Streptococcus)等 14个常见的细菌属，同时在个别
样品中检测到埃希氏菌属 (Escherichia)、沙门氏菌
属 (Salmonella)等细菌存活过。
2015年，Xu等 [32]以细菌 16S rRNA的 V3区
为扩增、测序靶点，采用焦磷酸测序技术对采集自
中国新疆的 22个自然发酵乳样品进行多样性研究，
共获得 245 423条有效序列，归属于 6个门、69个
细菌属。除了常见的硬壁菌门 (Firmicutes)、变形菌
门 (Proteobacteria)、拟杆菌门 (Bacteroidetes)和放线
菌门 (Actinobacteria)，还检测到疣微菌门 (Verruco-
microbia)和 TM7。69个属中不仅存在着大量的乳
酸菌，乳杆菌属为绝对的优势菌群，同时也检测到
部分稀有细菌，如醋酸菌属 (Acetobacter)、克吕沃
尔氏菌属 (Kluyvera)等，大大丰富了自然发酵乳的
细菌多样性。同年，Liu等 [33]采用同样的方法，对
采集自中国西藏的 16个自然发酵牦牛乳样品进行
分析，共获得 112 173条有效序列，归属为 11个门，
其中硬壁菌门 (Firmicutes)、变形菌门 (Proteobacteria)、
拟杆菌门 (Bacteroidetes)和放线菌门 (Actinobacteria)
占总数的 99%以上。与新疆、内蒙古等地区自然
发酵乳样品研究相似，乳杆菌属 (Lactobacillus)为
生命科学 第27卷842
优势菌群。
2014 年，Oki 等 [34] 以 16S rRNA 基因 V1-V2
区为靶点的焦磷酸测序技术，分析了蒙古国中央省、
乌兰巴托、东戈壁等 6个地区 53份自然发酵乳中
细菌多样性，共获得 192 888条有效序列，归属于
3个门 21个属。其中乳杆菌属为核心组成，瑞士乳
杆菌 (L. helveticus)为酸马乳的优势菌群，而马酒样
乳杆菌 (L. kefiranofaciens)是酸牛乳中主要菌群。
总之，中国、蒙古国自然发酵乳制品中细菌组
成基本相似 (图 2)，主要菌群依次为乳杆菌 (Lacto­
bacillus)、乳球菌 (Lactococcus)、链球菌 (Strepto­
coccus)和醋酸杆菌 (Acetobacter)，主要区别在于中
国发酵乳制品中醋酸杆菌 (Acetobacter)的含量显著
高于蒙古国样品，不动杆菌 (Acinetobacter)显著少
于蒙古国样品。俄罗斯自然发酵乳中主要菌群依次
为乳杆菌 (Lactobacillus)、链球菌 (Streptococcus)、
乳球菌 (Lactococcus)和醋酸杆菌 (Acetobacter)，且
乳杆菌 (Lactobacillus)的含量显著低于中国和蒙古
国自然发酵乳，乳球菌 (Lactococcus)和链球菌
(Streptococcus)含量显著高于中国和蒙古国样品。
通过 Chao1指数和 Observed species分析发现，
俄罗斯自然发酵乳中细菌的丰度最高，而中国样品
中细菌丰度最低。从不同乳源角度分析发现自然发
酵乳酪样品中细菌的丰度最高，发酵牛乳、发酵牦
图2　自然发酵乳制品中乳酸菌相对含量
图1　自然发酵乳制品中细菌相对含量[31]
张和平：自然发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性第7期 843
牛乳次之，发酵马乳样品中细菌丰度最低。同样地，
通过 Shannon和 Simpsons分析也发现，俄罗斯自
然发酵乳中的细菌多样性最高。从不同乳源角度也
分析发现自然发酵酸马乳样品细菌多样性最低，乳
酪样品中细菌多样性最高。
3　自然发酵乳中乳酸菌的遗传多样性
乳酸菌和其他细菌一样，为了快速适应新环境，
通过基因水平转移、基因漂移等手段从环境中交换
遗传物质以获得某些特性而生存。在乳酸菌基因组
中可以看到基因水平转移 (HGT)是个普遍的进化事
件 [35]，如乳球菌为了适应牛乳的生长环境，其基因
组获得了具有特定功能的质粒 DNA片段，使得增
加或增强了乳糖代谢、水解蛋白、产生表面多糖、
噬菌体抗性等能力 [36]。因此，自然发酵乳制品中的
乳酸菌经历数千年的自然选择和驯化，势必会保留
丰富的遗传多样性。随着分子生物学的不断发展，
遗传学家已经发展了很多技术用于细菌种群结构的
研究，其中多位点序列分型技术 (Multi-locus Sequence
Typing, MLST)[37]以其高通量、重复性强和易于交
流、比较的特点 [38]，在乳酸菌的遗传多样性和微进
化研究中也得到了广泛地应用。
2015年，Chen等 [39]采用 groEL、clpX、recA、
rpoB和 pepC等 5个持家基因为靶点的MLST技术，
对分离自我国内蒙古、青海和西藏自然发酵乳中的
39株屎肠球菌 (E. faecalis)进行微进化研究，共识
别出 23个序列型 (STs)，形成 4个克隆复合体以及
12个单体的序列型。通过重组预测和连锁不平衡分
析表明，这些屎肠球菌 (E. faecalis)存在着高度的
种内基因重组；系统发育分析发现相同分离源的菌
株呈明显的聚类关系 (图 3)，且这种聚类关系不受
分离的影响。他们提出不同乳源的自然发酵乳中
的屎肠球菌，为适应特异的生境而发生相应进化
事件的假说。
2015 年，Xu 等 [40] 采用 carB、clpX、dnaA、
groEL、murC、murE、pepN、pepX、pyrG、recA、
rpoB和 pheS等 12个持家基因为靶点的MLST技术，
对分离自我国内蒙古、青海、云南、西藏和甘肃等
地区自然发酵乳中 197株乳酸乳球菌乳酸亚种 (Lc.
lactis subsp. lactis)的遗传多样性进行分析。共识别
出 72个序列型，形成 14个克隆复合体，显示出极
为丰富的遗传多样性。进一步分析发现所选持家基
因正处于负向选择，且伴随大量的种内同源重组事
件。系统发育分析也表明大部分乳酸乳球菌乳酸亚
种 (Lc. lactis subsp. lactis)分离株的序列型与其分离
地有着直接的关系 (图 3)，表明相同生境的分离株
为适应特殊生境发生了相似的进化历程。2015年，
Dan等 [41]和 Zhang等 [42]对乳酸明串珠球菌 (Leuc.
lactis)和肠膜明串株菌 (Leuc. mesenteroides)遗传多
样性研究也显示出分离株有着丰富的遗传多样性，
且亲缘关系与菌株分离源有直接的关系。
2015年，Yu等 [43]采用 10个持家基因的MLST
方法对分离自中国内蒙古、青海、西藏、云南、新
疆及蒙古国、俄罗斯等地区的传统发酵奶制品中的
239株嗜热链球菌 (S. thermophilus)进行了遗传多样
性研究，共识别出 117个不同的序列型，形成 16
个亚群和 32个单一的序列型，指出所选基因经历
负选择的进化。结合分离地等信息构建 117个 ST
型的最小生成树 (图 3)，显示出分离地与菌株亲缘
关系有着显著的相关性，表明相同分离地的菌株经
历了相同的进化历程。
2015 年，Song 等 [44] 采用 8 个持家基因的
MLST策略，对 298株分离自中国、蒙古国及俄罗
斯等地的传统发酵乳制品中的德氏乳杆菌保加利亚
亚种 (L. delbrueckii subsp. bulgaricus)菌株进行微进
化分析。研究发现 119个 ST型，其中包括 13个克
隆复合体以及 64个单独序列型，显示出自然发酵
乳中不同分离株具有较高的遗传多样性。最小生成
树分析 (图 3)也显示出不同分离地的菌株 ST型亲
缘关系较近，也就是说不同的 ST型之间具有较好
的地域相关性。为了进一步分析这些菌株之间的种
群结构和系统发育关系，研究人员基于联合序列进
行了 Structure分析，119个 ST型共形成 7个谱系
(Lineage)，其中绝大多数的 ST型来自于单一祖先，
且每个地区都有自己独特的基因型，证实了乳酸菌
分离株适应环境而发生特定进化的假说。但不同地
区间的菌株存在不同程度的基因交流传播，这很有
可能是由于基因重组事件而导致的，ClonalFrame
分析也印证了这一推测。
2015 年，Sun 等 [45] 采用 MLST 技术分析了
245株分离自我国不同少数民族地区以及蒙古国地
区瑞士乳杆菌 (L. helveticus)的遗传多样性，也指出
分离株的聚类与分离乳源有关，即分离自酸牦牛乳、
酸牛乳菌株和酸马乳均形成单独的类群，且分别有
对应的祖先群体，显示出这些分离株为适应特定生
境而发生的进化历程。为了系统分析自然发酵乳中
乳酸菌分离株的遗传多样性，完成了 240株干酪乳
杆菌 (L. casei)[46]、209株发酵乳杆菌 (L. fermentium)[47]
生命科学 第27卷844
和 192株植物乳杆菌 (L. plantarum)[48]的 MLST分
型研究，结果表明大部分乳酸菌分离株的序列型与
其分离源、分离地有着直接的关系，即相同生境的
分离株为适应特殊生境发生了相似的进化历程。
通过分析乳酸菌分离株的遗传多样性，不仅从
分子水平上认识了菌种基因水平上的进化过程，同
时揭示了不同分离地、分离源乳酸菌的系统发育关
系，演化其为适应不同环境而发生的进化过程，从
而为后续的研究、开发和利用奠定坚实的遗传学
基础。
4　展望
自然发酵乳制品中蕴藏着生物多样性极为丰富
的乳酸菌资源，遗憾的是，随着现代经济和工业文
明的发展，自然发酵乳制品的制作在少数民族日常
生活中的地位越来越显得不重要。伴随着自然发酵
乳制品的日渐式微，其中珍贵的乳酸菌资源也必将
会减少，甚至最终消失。内蒙古农业大学乳品生物
技术与工程教育部重点实验室多年来一直从事乳酸
菌的物种多样性以及遗传多样性研究，从中国、蒙
古国、俄罗斯、巴拉圭等国家不同地区采集自然发
酵乳制品等样品 2 048份，系统揭示自然发酵乳制
品中乳酸菌的物种多样性，从中分离乳酸菌 6 447
株，包括乳酸菌的 8个属，68个种及亚种，建成中
国最大的乳酸菌菌种资源库。但相对于其中蕴藏的
乳酸菌资源，目前的研究工作远远不够，因此，建
立可行的研究方法，以期真实地再现乳酸菌的生物
多样性，最大程度地挖掘、收集和保藏这些已知和
未知乳酸菌，对今后乳酸菌资源可持续利用及乳品
工业的核心技术的提升有着重要的意义。
图3　乳酸菌分离株MLST最小生成树分析
张和平：自然发酵乳制品中乳酸菌的生物多样性第7期 845
[参　考　文　献]
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