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Isolation and characterization of rumen yeast and an evaluation of its effect on ruminal fermentation with different types of substrate

瘤胃源酵母的分离筛选及对不同底物发酵能力影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015348 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
王晓成,刘军花,朱伟云,毛胜勇.瘤胃源酵母的分离筛选及对不同底物发酵能力影响.草业学报,2016,25(5):141148.
WANGXiaoCheng,LIUJunHua,ZHU WeiYun,MAOShengYong.Isolationandcharacterizationofrumenyeastandanevaluationofitseffect
onruminalfermentationwithdifferenttypesofsubstrate.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(5):141148.
瘤胃源酵母的分离筛选及对不同底物发酵能力影响
王晓成,刘军花,朱伟云,毛胜勇
(南京农业大学动物科技学院,江苏 南京210095)
摘要:本实验旨在分离筛选瘤胃源酵母,研究其对不同饲料底物的发酵特性。实验以山羊及奶牛瘤胃液为菌源,利
用酵母选择性培养基,通过分离筛选、生长曲线测定和26SrDNA鉴定,获得1株生长速度较快的 犕犲狔犲狉狅狕狔犿犪属
酵母菌株。在此基础上,采用体外发酵技术,分别以羊草与精料混合物、马铃薯淀粉和玉米淀粉为底物,以奶牛瘤
胃液为接种物,研究该酵母菌株对瘤胃微生物体外发酵参数的影响。结果表明,在以羊草和精料混合物为底物时,
添加瘤胃源酵母显著降低了发酵液pH和乳酸浓度(犘<0.001),显著提高了丙酸浓度和干物质消失率(犘<0.05);
以玉米淀粉为底物时,添加该酵母菌显著降低了发酵液pH和乳酸浓度(犘<0.001);以马铃薯淀粉为底物时,显著
降低了pH(犘<0.05),提高了丙酸浓度(犘<0.05);但在上述3种底物条件下,添加酵母菌对发酵液中总产气量、
氨态氮、乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度无显著影响(犘>0.05)。采用RealtimePCR测定结果表明,添加
该酵母菌可显著提高以羊草和马铃薯淀粉为底物时发酵液中总菌16SrDNA的挎贝数(犘<0.05)。结果说明,本
研究分离获取的瘤胃源酵母可提高瘤胃微生物对羊草精料混合物的降解能力,降低羊草精料混合物组和玉米淀粉
组发酵液中乳酸浓度,提示该菌株可能具有提高日粮消化利用效率、促进丙酸生成和瘤胃细菌生长的作用。
关键词:酵母;瘤胃;分离;体外发酵  
犐狊狅犾犪狋犻狅狀犪狀犱犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狕犪狋犻狅狀狅犳狉狌犿犲狀狔犲犪狊狋犪狀犱犪狀犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀狅犳犻狋狊犲犳犳犲犮狋狅狀狉狌犿犻
狀犪犾犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狔狆犲狊狅犳狊狌犫狊狋狉犪狋犲
WANGXiaoCheng,LIUJunHua,ZHU WeiYun,MAOShengYong
犜犺犲犆狅犾犾犲犵犲狅犳犃狀犻犿犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,犖犪狀犼犻狀犵犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犖犪狀犼犻狀犵210095,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thisstudywasconductedtoisolaterumenyeastandevaluateitspossibleroleinchangingfermenta
tioncharacteristicsbyusing犻狀狏犻狋狉狅fermentationwiththreedifferentsubstrates.Ayeaststrainwithafast
growthratebelongingtothe犕犲狔犲狉狅狕狔犿犪genuswasisolatedthroughscreening,growthcurvedetermination
andidentificationof26SrDNAusingaselectivemediumofyeastcomposedofgoatanddairycowruminalfluid.
Theeffectofthisisolatedcultureonruminalfermentationwasevaluatedwiththreesubstrates:Chinesewildrye
plusconcentratemixture,potatostarchandcornstarch.Ruminalfluidfromdairycattlewasusedasaninocu
lant.TheresultsshowedthatwiththeChinesewildryeplusconcentratemixtureassubstrate,yeastaddition
decreasedruminalpHandtheconcentrationoflacticacid(犘<0.001),whileitincreasedtheconcentrationof
propionicacidandthedigestibilityofdrymatter(犘<0.05).TheadditionofyeastdecreasedruminalpHand
lacticconcentration(犘<0.001)inthecornstarchsubstrate.Moreover,theadditionofyeastculturedecreased
第25卷 第5期
Vol.25,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
141-148
2016年5月
收稿日期:20150715;改回日期:20151012
基金项目:奶业“973”项目子课题(2011CB100801)资助。
作者简介:王晓成(1991),男,江苏南京人,在读硕士。Email:2013105055@njau.edu.cn
通信作者Correspondingauthor.Email:maoshengyong@163.com
ruminalpH (犘<0.05)andincreasedtheconcentrationofpropionicacid(犘<0.05).However,totalgaspro
ductionandconcentrationsofammoniaN,aceticacid,butyricacid,isobutyricacid,valericacidandisovaleric
acidwerenotaffected(犘>0.05)byyeastadditioninthethreesubstrategroups.TherealtimePCRdata
showedthatisolateadditionincreasedthenumberoftotalbacteriaintheChinesewildryeplusconcentrateand
potatostarchsubstrates.Resultsindicatethattherumenyeastisolatescanimprovetherumen’sdietarydegra
dationcapabilityandreducelacticacidlevelsfortheChinesewildryeplusconcentrateandcornstarchsub
strates.Thissuggeststhattheyeastisolatescouldimprovedigestibilityefficiencyinwaysthatenhancethepro
pionateproductionandthegrowthofruminalbacteria.
犓犲狔狑狅狉犱狊:yeast;rumen;isolation;fermentation犻狀狏犻狋狉狅
在当前反刍动物生产中,为提高奶牛的产奶量,养殖者常在奶牛日粮中使用高比例精料,但这种饲喂方式常
导致奶牛瘤胃中乳酸浓度增加,瘤胃微生物功能紊乱。研究表明,相对于瘤胃中挥发性脂肪酸而言,乳酸的电离
度更大,因此,其更容易引发瘤胃pH降低[1]。为防止瘤胃中乳酸累积和瘤胃微生物功能失衡,人们常采用添加
酵母培养物或乳酸利用菌等方式来降低瘤胃乳酸浓度,使瘤胃微生物功能恢复正常。一些研究表明,添加活性酵
母菌可提高干物质和中性洗涤纤维的降解率[23],提高奶产量[2];Chaucheyras等[4]发现,酵母培养物可促进瘤胃
乙酸菌对氢的利用;促进瘤胃总细菌和纤维降解菌数量的增长,加强反刍兽新月单胞菌对乳酸的利用,显著提高
丙酸含量[57]。但也有一些报道显示,添加酵母对奶牛瘤胃发酵无显著影响。如那日苏等[8]报道,添加酵母培养
物对育肥羊体重、瘤胃pH和挥发性脂肪酸(volatilefattyacid,VFA)含量没有显著影响;Newbold等[5]发现,体
外发酵中添加酵母对pH、丙酸、乙酸和总挥发性脂肪酸浓度均无显著影响。由此,这些研究提示,酵母菌对奶牛
瘤胃发酵的影响结果并不一致。分析其原因,我们发现当前养殖生产中所用酵母培养物或活酵母生产菌株主要
分离自外界环境。实际上,源自消化道外的酵母菌的最适生存环境可能与瘤胃环境并不一致,这种生存环境的不
一致可能直接影响其在动物消化道内的生长速度与作用效果,这也许是当前生产中所用活酵母或酵母培养物在
奶牛等反刍动物生产中的应用效果不稳定的主要原因之一。相对而言,利用源于动物消化道内的微生物,可能避
免以上应用效果不稳定的问题。由此,本论文拟分离筛选瘤胃源性酵母,并通过体外发酵技术,研究其对瘤胃微
生物发酵参数的影响。
1 材料与方法
1.1 动物饲养及瘤胃液的获取
本实验于2013年12月至2014年6月进行。分离酵母的瘤胃液采自于3头装有永久性瘤胃瘘管的干奶期
奶牛(体重为590±48kg,干物质采食量为12kg/d,日粮精粗比为2∶8)及4头装有永久性瘤胃瘘管的波杂山羊
(平均体重27±3kg,干物质采食量为850g,全粗料)的瘤胃液为菌源。体外研究瘤胃源酵母对瘤胃发酵参数的
影响的实验中所用接种瘤胃液采自上述奶牛。奶牛与山羊皆单栏饲喂,自由饮水。
1.2 培养基成分及其配制
酵母浸出物3g(购自奥博星公司),麦芽提取物3g(购自奥博星公司),蛋白胨5g(购自奥博星公司),葡萄糖
10g(购自奥博星公司),琼脂20g(购自奥博星公司),链霉素0.1g(购自Sigma公司),加蒸馏水至1L,115℃ 高
温灭菌15min,待培养基温度降至60℃后,制备平板备用[9]。酵母浸出物麦芽糖液体培养基组成:酵母浸出物3
g,麦芽浸出物3g,蛋白胨5g,葡萄糖10g,链霉素0.1g,加蒸馏水至1L,115℃高温灭菌15min。乳酸液体培
养基:酵母抽取物3g,麦芽抽取物3g,蛋白胨5g,乳酸7.5g(购自国药集团),链霉素0.1g,加蒸馏水至1L,
115℃高温灭菌15min。
1.3 瘤胃源酵母菌的分离纯化
实验当日,于饲喂前分别从奶牛或山羊瘤胃腹囊下部抽取瘤胃液,将瘤胃液经3层纱布过滤。取1mL过滤
所得的瘤胃液进行梯度稀释,将稀释至10,100和1000倍的瘤胃液进行平板涂布,将培养基放入39℃培养箱中
241 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.5
培养,72h后取出培养基,挑取形态、颜色等不同单菌落进行反复纯化,至所获菌株的形态完全一致后保存备
用[9]。
1.4 酵母菌的筛选
将分离出的酵母菌株置于含一定浓度乳酸的培养基中,39℃培养24h后,通过测定培养基中乳酸含量,计算
酵母对乳酸的利用能力,将乳酸利用率较高的菌株放入液体培养基中39℃培养24h,在波长为600nm下测定其
生长曲线,最终筛选出生长较快的疑似酵母菌株[9]。
1.5 酵母菌的鉴定
将分离到的疑似菌经体外培养24h后,收集菌体用于DNA提取,DNA提取参照 Murray等[10]的方法。所
用引物序列如下:上游引物 NL1(5′GCATATCAATAAGCGGAGGAAAAG3′),下游引物 NL4(5′GGTC
CGTGTTTCAAGACGG3′)。PCR扩增体系为:94℃预变性4min,94℃变性45s,55℃退火45s,72℃延伸1
min,30个循环,72℃修复延伸10min。通过1%琼脂糖电泳,150V、100mA下20min电泳观察,PCR产物电泳
条带切割所需 DNA目的条带,PCR产物送至上海生工有限公司测序。测序结果通过BLAST数据库进行比对,
再用 MAGA(6.0)软件构建系统进化树。
1.6 体外法测定瘤胃源菌株对瘤胃发酵参数的影响
1.6.1 厌氧培养基制备  培养基成分:292mg/LK2HPO4,240mg/LKH2PO4,480mg/L(NH4)2SO4,
480mg/LNaCl,100mg/LMgSO4·7H2O,64mg/LCaCl2·H2O,4000mg/LNa2CO3,600mg/L半胱氨酸
盐酸盐。将上述组分溶于1L去离子水中,混合后通入饱和二氧化碳至完全厌氧[1112]。
1.6.2 实验分组与瘤胃液接种  实验分别以羊草精料混合物、玉米淀粉和马铃薯淀粉为底物,在各底物条件
下,分别按酵母添加量为0,0.625×107,1.250×107和2.500×107CFU/mL设为4组,每组设4个重复。试验另
设16个添加羊草精料混合物的发酵瓶,用于底物干物质消化率的测定。
试验开始前,准确称取266mg羊草精料混合物(羊草∶精料=6∶4,精料由玉米与豆粕组成,比例为7∶3,
羊草、玉米与豆粕均经粉碎、过筛和烘干处理)、玉米淀粉和马铃薯淀粉于100mL发酵瓶中。于晨饲前经瘤胃瘘
管分别从奶牛腹囊下部抽取瘤胃内容物,经3层纱布过滤。将所得瘤胃液与厌氧培养基按1∶2混合,取混合厌
氧培养基40mL厌氧条件下分装至上述已装入底物的并提前预热至39℃的发酵瓶中后,各发酵瓶经橡胶塞密
封、铝盖封口和平衡气压后,迅速放入39℃培养箱静置培养24h。培养期间,分别于接种后2,4,6,8,12,24h采
用气压转换仪测定各发酵瓶中的总产气量。发酵结束后立即测定各发酵瓶中发酵液的pH值,同时冰浴终止发
酵,随后取样备测氨态氮和乳酸等指标。另将16个添加羊草精料混合物的发酵瓶转移至离心管中,4℃下10000
r/min离心15min,105℃烘干测定干物质消失率。
1.6.3 发酵液DNA提取  取发酵结束后发酵液1mL,采用珠磨法,参照 Murray等[10]的方法提取瘤胃微生
物总DNA。
1.6.4 RealtimePCR法定量总菌数量  参照Konstantinov等[13]的方法,利用iCyclerIQrealtime检测系
统及配套软件(iCycleropticalsysteminterfacesoftwareversion2.3)进行RealtimePCR分析。PCR反应体系
为20μL:SYBRGreenSupermix(BioRad,美国)10.4μL,上、下游引物(25μmol/L)各0.4μL、DNA样品2μL、
超纯水6.8μL。引物为1369F(5′CGGTGAATACGTTCYCGG3′)和1492R(5′GGWTACCTTGTTACGA
CTT3′),反应条件参照Su等[14]的方法。
1.7 指标测定
pH的测定采用手持型pH计;产气量测定参照Theodorou等[15]的方法;氨态氮测定参照冯宗慈和高民[16]
的方法;挥发性脂肪酸测定参照秦为琳[17]的方法。
乳酸的测定采用试剂盒法(购自南京建成生物工程研究所),按照试剂盒说明书,分别向空白管、标准管、测定
管中相对应地加入0.02mL蒸馏水、3mmol/L标准液和待测样品,然后均加入1mL酶工作液和0.2mL显色
剂,混匀后置于37℃水浴锅中准确反应10min,再分别加入2mL终止液,混匀,用空白管调零,在530nm波长、
1cm光径下分别测各管吸光度值。乳酸的计算公式如下:
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瘤胃液中乳酸含量(mmol/L)=(测定OD值-空白 OD值)/(标准 OD值-空白 OD值)×标准品浓度(3
mmol/L)×样品测试前稀释倍数
1.8 数据统计
数据经Excel(2010)初步处理后,采用SPSS(20.0)统计软件中的OnewayANOVA分析,显著性水平置于
0.05。
2 结果与分析
2.1 瘤胃源酵母的富集与分离纯化
采用涂板划线分离法,大量挑取形态与颜色不同的菌落,经连续分离纯化,最终从奶牛瘤胃液中分离出30株
疑似酵母菌株,从山羊瘤胃液中分离出64株疑似酵母菌株,共计94株。如图1所示,对分离菌株进行乳酸利用
率试验,结果共获得14株乳酸利用率相对较高的疑似酵母菌株。对上述14株菌进行生长速率测定,结果发现其
中6株菌生长速率较低,另外9株生长速率相对较快 (图2)。结合生长速率与乳酸利用率数据结果,最终筛选到
1株乳酸利用率较高及生长速度较快的疑似酵母菌株,编号为Y09。
图1 分离酵母对乳酸的利用率
犉犻犵.1 犜犺犲狌狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狉犪狋犲狅犳犾犪犮狋犪狋犲狅犳犻狊狅犾犪狋犲狊
 
图2 分离酵母的生长曲线
犉犻犵.2 犌狉狅狑狋犺犮狌狉狏犲狅犳犻狊狅犾犪狋犲狊
 
2.2 菌株鉴定
图3 犢09号酵母菌形态(×400)
犉犻犵.3 犕狅狉狆犺狅犾狅犵犻犮犪犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狕犪狋犻狅狀狅犳犻狊狅犾犪狋犲狊犢09
 
2.2.1 菌落及菌体形态的观察  将Y09号菌在麦
芽糖琼脂培养基上培养72h后,菌落呈乳白色,棋子
状突起,边缘整齐,表面无光泽,菌落松软湿润,发酵产
物呈酒香味;在麦芽汁液体培养基中静止培养时,有菌
环,沉淀,液体澄清。400倍光学显微镜下显示该菌为
椭圆状,细胞多为单个或成对出现,出芽生殖(图3)。
2.2.2 Y09号酵母菌的系统发育学分析  采用
BLAST软件,将该菌扩增序列与GenBank中的序列
进行同源性比较(图4)。结果发现,Y09号菌与犕犲狔
犲狉狅狕狔犿犪属的相似性达100%,故将该菌归属于 犕犲狔犲狉狅狕狔犿犪属酵母菌。该菌序列已提交GenBank,序列号为
KP797883.1。
2.3 体外法评定添加Y09号瘤胃源酵母对3种不同底物发酵参数的影响
2.3.1 添加Y09号酵母菌对羊草精料混合物为底物时瘤胃微生物体外发酵参数的影响  与对照组相比,当
以羊草精料混合物为底物时,添加活酵母显著降低了发酵液pH和乳酸含量(犘<0.001)(表1),显著提高了(犘<
0.05)丙酸浓度、总菌数和干物质消失率,其中酵母添加量为0.625×107CFU/mL组的pH降低了2%,酵母菌
添加量为2.500×107CFU/mL组的乳酸浓度降低了25%,丙酸浓度提高了6%,总菌数提高了31%,干物质消
441 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.5
失率提高了17%;但添加酵母对氨态氮浓度、总产气量、乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸和总挥发性脂肪酸浓度
与乙丙比无显著影响(犘>0.05)。随酵母添加量的逐渐增加,添加酵母对pH的影响呈线性和二次方效应(犘<
0.001),但对乳酸、丙酸浓度和底物干物质消失率仅呈线性效应(犘<0.05)。
图4 筛选酵母26犛狉犇犖犃系统进化树的构建
犉犻犵.4 犘犺狔犾狅犵犲狀犲狋犻犮狋狉犲犲狅犳26犛狉犇犖犃狊犲狇狌犲狀犮犲狅犳犻狊狅犾犪狋犲
 节点上的数字为该分支的置信度水平Numbersaboveeachnodeareconfidencelevel(%)generatedfrom1000bootstraptrees.
 
表1 以羊草精料混合物为底物时添加瘤胃源酵母对瘤胃微生物体外发酵参数的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳犾犻狏犲狔犲犪狊狋犪犱犱犻狋犻狅狀狅狀犻狀狏犻狋狉狅犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狑犻狋犺犿犻狓狋狌狉犲狅犳犮犺犻狀犲狊犲狑犻犾犱狉狔犲犪狀犱犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犲犪狊狊狌犫狊狋狉犪狋犲
指标
Index
酵母Yeast(×107CFU/mL)
0 0.625 1.250 2.500
标准误
SEM
显著性Significance(犘值犘value)
线性Linear 二次方Quadratic
pH 6.31 6.13 6.18 6.17 0.025 <0.001 <0.001
氨态氮 NH3N(mg/dL) 17.79 17.38 17.79 17.95 0.234 0.242 0.109
总产气量 Totalgasproduction(mL) 42.38 45.00 45.25 43.38 2.945 0.731 0.301
乳酸Lactate(mmol/L) 0.28 0.27 0.23 0.21 0.011 <0.001 0.830
乙酸 Acetate(mmol/L) 33.96 34.88 35.36 35.32 1.647 0.406 0.689
丙酸Propionate(mmol/L) 7.10 7.31 7.67 7.55 0.233 0.049 0.352
异丁酸Isobutyrate(mmol/L) 0.52 0.52 0.44 0.62 0.060 0.300 0.076
丁酸Butyrate(mmol/L) 1.99 2.11 2.13 2.13 0.089 0.151 0.370
异戊酸Isovalerate(mmol/L) 0.41 0.41 0.43 0.43 0.024 0.424 0.902
戊酸 Valerate(mmol/L) 0.33 0.33 0.36 0.35 0.032 0.420 0.825
总挥发性脂肪酸 Totalvolatilefattyacid(mmol/L) 44.30 45.55 46.39 46.38 1.738 0.234 0.626
乙丙比 Rationofacetatetopropionate 4.78 4.78 4.61 4.68 0.172 0.392 0.775
总菌数 Totalbacteria(×1010copies/mL) 7.77 8.28 9.92 10.23 0.838 0.009 0.870
干物质消失率犻狀狏犻狋狉狅drymatterdigestibility(%) 32.79 35.79 37.32 38.43 1.594 0.022 0.846
2.3.2 添加Y09号酵母菌对以玉米淀粉为底物时瘤胃微生物体外发酵参数的影响  与对照组相比,当以玉
米淀粉为底物时,添加活酵母显著降低了发酵液pH和乳酸含量(犘<0.001)(表2),其中2.500×107CFU/mL
组的发酵液pH值降低了3%,乳酸浓度降低了76%;但对总产气量、氨态氮、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异
戊酸和总挥发性脂肪酸浓度、总菌数和乙丙比无显著影响(犘>0.05)。随酵母添加量的逐渐增加,添加酵母对发
541第25卷第5期 草业学报2016年
酵液pH和乳酸浓度的影响呈线性效应(犘<0.001)。
2.3.3 添加Y09号酵母菌对以马铃薯淀粉为底物时瘤胃微生物体外发酵参数的影响  以马铃薯淀粉为底物
时,与对照组相比,添加活酵母显著降低了发酵液pH(犘<0.05)(表3),提高了丙酸浓度和总菌数量(犘<0.05),
其中,酵母添加量为2.500×107CFU/mL组的发酵液pH降低了1%,丙酸提高了9%,总菌数提高了19%;但
添加酵母未显著影响总产气量、氨态氮、乳酸、乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸和总挥发性脂肪酸浓度(犘>
0.05)。随酵母添加量的逐渐增加,添加酵母对发酵液pH和丙酸浓度的影响呈线性效应(犘<0.05)。
表2 以玉米淀粉为底物时添加酵母对瘤胃微生物体外发酵参数的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳犾犻狏犲狔犲犪狊狋犪犱犱犻狋犻狅狀狅狀犻狀狏犻狋狉狅犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狑犻狋犺犮狅狉狀狊狋犪狉犮犺犪狊狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊
指标
Index
酵母Yeast(×107CFU/mL)
0 0.625 1.250 2.500
标准误
SEM
显著性Significance(犘值犘value)
线性Linear 二次方Quadratic
pH 5.68 5.63 5.52 5.51 0.031 <0.001 0.510
氨态氮 NH3N(mg/dL) 2.95 3.48 3.07 3.23 0.437 0.759 0.563
总产气量 Totalgasproduction(mL) 88.75 89.50 89.63 90.88 3.241 0.538 0.915
乳酸Lactate(mmol/L) 0.21 0.16 0.08 0.05 0.029 <0.001 0.584
乙酸 Acetate(mmol/L) 38.13 39.40 39.35 39.01 0.894 0.379 0.227
丙酸Propionate(mmol/L) 19.06 19.82 20.04 19.59 0.535 0.305 0.137
异丁酸Isobutyrate(mmol/L) 0.21 0.20 0.22 0.22 0.047 0.760 0.971
丁酸Butyrate(mmol/L) 5.24 4.98 5.24 5.17 0.062 0.814 0.055
异戊酸Isovalerate(mmol/L) 0.57 0.54 0.55 0.56 0.026 0.959 0.298
戊酸 Valerate(mmol/L) 0.32 0.32 0.31 0.31 0.009 0.116 0.953
总挥发性脂肪酸 Totalvolatilefattyacid(mmol/L) 63.55 65.28 65.74 64.88 1.329 0.312 0.193
乙丙比 Rationofacetatetopropionate 2.00 1.98 1.96 1.99 0.045 0.701 0.546
总菌数 Totalbacteria(×1010copies/mL) 7.92 9.08 9.07 10.10 0.924 0.056 0.921
表3 以马铃薯淀粉为底物时添加酵母对瘤胃微生物体外发酵参数的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳狔犲犪狊狋犪犱犱犻狋犻狅狀狅狀犻狀狏犻狋狉狅犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狑犻狋犺狆狅狋犪狋狅狊狋犪狉犮犺犪狊狊狌犫狊狋狉犪狋犲
指标
Index
酵母Yeast(×107CFU/mL)
0 0.625 1.250 2.500
标准误
SEM
显著性Significance(犘值犘value)
线性Linear 二次方Quadratic
pH 5.59 5.61 5.56 5.54 0.029 0.047 0.365
氨态氮 NH3N(mg/dL) 3.08 2.87 3.03 3.18 0.396 0.716 0.525
总产气量 Totalgasproduction(mL) 85.63 86.38 84.88 86.38 2.312 0.920 0.822
乳酸Lacticacid(mmol/L) 0.09 0.06 0.07 0.07 0.025 0.495 0.393
乙酸 Acetate(mmol/L) 36.41 35.24 36.24 37.29 1.204 0.387 0.222
丙酸Propionatemmol/L) 17.48 18.04 18.50 19.39 0.798 0.043 0.779
异丁酸Isobutyrate(mmol/L) 0.28 0.18 0.19 0.19 0.046 0.100 0.157
丁酸Butyrate(mmol/L) 6.63 6.18 6.65 5.96 0.462 0.348 0.721
异戊酸Isovalerate(mmol/L) 0.59 0.58 0.62 0.58 0.029 0.878 0.550
戊酸 Valerate(mmol/L) 0.30 0.29 0.31 0.27 0.020 0.257 0.460
总挥发性脂肪酸 Totalvolatilefattyacid(mmol/L) 61.70 60.51 62.50 63.67 1.811 0.220 0.377
乙丙比 Rationofacetatetopropionate 2.08 1.96 1.96 1.93 0.097 0.189 0.523
总菌数 Totalbacteria(×1010copies/mL) 7.70 8.67 8.53 9.13 0.569 0.049 0.661
641 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.5
3 讨论
研究表明,在反刍动物饲料中添加活酵母或酵母培养物可改善瘤胃内环境、调整菌群结构以及提高日粮纤维
消化率[18];同时,一些报道显示,添加酵母还可显著提高瘤胃内乳酸的利用速度,降低瘤胃乳酸浓度[11]。本研究
从山羊及奶牛瘤胃中分离获得了14株酵母菌,通过乳酸利用和生长速度比较实验,筛选到一株乳酸利用率较高
且生长速度较快的酵母菌株。该酵母菌对乳酸的利用率可达69.92%,说明其对乳酸具有较强的代谢能力。同
时体外试验也表明,添加所分离的酵母菌显著降低了羊草精料组和玉米淀粉组发酵液中的乳酸浓度,该结果进一
步说明,所分离酵母具有利用乳酸的能力。我们在以前的研究中发现,瘤胃中的一些乳酸利用菌具有利用乳酸生
成丙酸的能力[19]。结合本实验的报道结果,我们认为,在瘤胃微生物区系中,除瘤胃细菌具有利用乳酸的能力
外,瘤胃内的酵母等部分微生物也具有代谢乳酸的能力,这些结果显示,瘤胃微生物可能通过多类微生物代谢利
用乳酸。
瘤胃pH是衡量瘤胃发酵程度的一项重要参数,本实验结果表明,添加瘤胃源酵母显著降低了3种底物下发
酵液的pH值,由于pH值是反映瘤胃酸度的一个重要指标,pH值降低暗示瘤胃微生物发酵产物尤其是挥发性
脂肪酸产量增加,但本试验发现,添加酵母并未显著影响挥发性脂肪酸浓度,仅在数字上提高了总挥发性脂肪酸
的产量。该结果与Chung等[20]报道基本一致,其在研究中也发现,添加酵母可影响奶牛瘤胃pH值,但并未显著
影响瘤胃液中挥发性脂肪酸浓度。本研究显示,添加酵母对羊草、玉米淀粉和马铃薯淀粉3种底物下乳酸浓度的
影响并不一致。其中对以玉米淀粉组影响最大、羊草精料混合组次之,而对马铃薯淀粉组无显著影响。该结果说
明,酵母对瘤胃微生物发酵参数的影响具有底物特异性。Tomankova和Homolka[21]报道,较其他谷物类饲料比
较,玉米淀粉的瘤胃降解速率相对较低,其原因与玉米淀粉相对较低的溶解度及较低比例的支链淀粉有关。本试
验中,玉米淀粉处理组中未添加酵母组的发酵液pH值相对高于马铃薯组,其原因可能与玉米淀粉的较低发酵速
率有关。由于相对较高的pH值及较低的底物发酵速率有利于瘤胃微生物菌群结构稳定及功能发挥,因此,玉米
淀粉组发酵液中乳酸浓度显著下降可能该底物下乳酸利用菌群的活力较高有关。另一方面,较玉米淀粉与马铃
薯淀粉等单一原料为底物时比较,羊草与精料混合物组发酵液pH值更高,而高pH值有利于瘤胃乳酸利用菌生
长并发挥作用,这也可能是该底物条件下乳酸浓度较低的主要原因之一。
在瘤胃中,丙酸主要通过两条途径生成,一为乳酸经琥珀酸途径生成丙酸,另一方面是经丙烯酸途径生成。
本研究发现,添加活酵母显著提高了羊草精料混合组发酵液中丙酸浓度,该结果与乳酸浓度降低相对应,结果说
明,在以羊草精料混合物为底物时,添加9号酵母可能有利于瘤胃微生物发酵乳酸生成丙酸。但本研究发现,添
加酵母虽未显著影响马铃薯淀粉组发酵液中乳酸浓度,但显著提高了丙酸浓度。我们推测,以马铃薯淀粉为底物
时,发酵液中丙酸浓度显著升高可能与添加酵母影响了丙烯酸途径相关菌群的组成有关。本实验中,添加酵母对
3种不同底物条件下发酵液中总菌数均有不同程度的提高,其中对以羊草和精料混合物为底物时的作用效果更
明显。此外,本实验结果还显示,添加瘤胃源酵母菌显著促进了羊草精料混合物组的瘤胃降解率,该结果也与
Lila等[11]的报道一致。这些结果也进一步证实,添加酵母可影响瘤胃微生物的生长与功能。
4 结论
本实验从奶牛和山羊瘤胃液中分离到94株疑似酵母菌,基于乳酸利用率和生长参数,筛选获得1株乳酸利
用率较高及生长速率较快的酵母菌,基因比对表明,该酵母菌属于犕犲狔犲狉狅狕狔犿犪属。体外试验表明,添加酵母可
显著提高羊草精料混合物的底物降解率,降低羊草精料混合物组和玉米淀粉组中的乳酸浓度,提高羊草精料混合
物组和马铃薯淀粉组发酵液中丙酸含量以及发酵液中总菌数。结果说明,所筛选的瘤胃酵母菌具有影响瘤胃微
生物发酵的作用,但影响程度和作用效果与底物类型相关。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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