082 研究快报 | 产细菌素植物乳杆菌对全株玉米青贮的细菌群落、发酵特性及其体外瘤胃发酵、微生物区系和甲烷排放的影响

文摘 2024-11-10 14:30 北京

研究背景

全株玉米青贮（WPCS）是一种优质的青绿饲料，因其营养价值高、适口性好、价格实惠等优点得到了广泛的应用。

在青贮压实过程中，任何轻微的氧气渗透都会使酵母和梭菌繁殖，导致严重的干物质流失。肠内甲烷（CH4）是反刍动物产生的温室气体主要来源之一，所以减少WPCS的干物质损失和降低甲烷排放具有重要意义。

此前已有乳酸菌（LAB）益生菌青贮添加剂被开发利用，用以提高青贮发酵质量和动物生产力。细菌素是一种由细菌释放的菌株特异性抗菌肽，因其无耐药性、无残留、对环境有益的特性以及在畜牧业中作为抗生素替代品的潜力而受到广泛关注。研究发现，应用产细菌素LAB不仅可以改善苜蓿的青贮发酵质量，还能减少瘤胃CH4的排放。

目前对不同产细菌素LAB对WPCS的微生物转化过程和瘤胃发酵的影响研究有限，因此，该研究旨在用不同产细菌素植物乳杆菌处理WPCS，研究对其细菌群落、发酵参数、体外瘤胃发酵特性、微生物区系以及CH4排放的影响。

图示：全株玉米

材料与方法

以甘肃定西一农场中随机四块田地中的全株玉米作为试验原料，全株玉米铡短至2 cm左右，分为5组，分别进行不同时长的发酵（3、7、14、60和90天），对四块田地的全株玉米分别做以下处理后，使用真空塑封袋密封：

对照组：等量蒸馏水处理；

MTD/1组：施加1×105 CFU/g FW菌株MTD/1；

ATCC14917组：施加1×105 CFU/g FW菌株ATCC14917；

CICC24194组：施加1×105 CFU/g FW菌株CICC24194；

此外，将每块田地中约500克的全株玉米切碎作为新鲜样品储存在-20°C下，以供后续分析。

在每个青贮期取出20 g新鲜的青贮样品，使用180 ml蒸馏水均质化，并通过4层纱布过滤，立即使用酸度计测量滤液的pH。使用H2SO4将一部分滤液酸化后过滤，用于后续分析。使用高效液相色谱法测定有机酸，另一部分未酸化滤液用于测定非蛋白氮（NPN）、氨态氮（NH3-N）和水溶性碳水化合物（WSC）浓度。使用烘箱65 ℃干燥青贮样品72 h，1 mm过筛以测定总氮（TN）、粗蛋白（CP）等成分。

将青贮90天的样品用于体外瘤胃发酵试验。选取3只体重相近的湖羊作为瘤胃液供体。每天两次（06:00和18:00）给绵羊喂食含有58%玉米、19%麦麸、18%豆粕、1%小苏打和4%维生素和矿物质添加剂的全混合日粮（TMR）。在早晨进食前收集新鲜瘤胃液。收集的瘤胃液通过4层纱布过滤，并等体积混合。将混合的瘤胃液倒入装有二氧化碳的1500 ml恒温（39°C）无菌瓶中。

进行厌氧缓冲溶液的制备和体外发酵，测定总产气量、CH4产量，分析计算体外干物质消化率（IVDMD）、挥发性脂肪酸、氨(NH3-H)浓度等。

提取青贮饲料和体外培养液中的细菌总DNA，使用特异性引物进行16S rRNA扩增，对青贮滤液和瘤胃液的扩增子文库进行测序并分析。

试验结果

接种不同LAB菌株的全株玉米青贮发酵过程和化学特性

WPCS的发酵参数如图所示。发酵7天时，两种产细菌素菌株处理组都增加了青贮饲料中乳酸的浓度，而在发酵90天时，ATCC14917组观察到了最低的乳酸浓度(P < 0.05)。在发酵初期（3 d），对照组的pH值最低；然而，在发酵后期（90 d），与对照组和MTD/1组相比，产细菌素菌株处理组的pH值更高（P < 0.05）。

3种接种剂均能提高WPCS的DM含量，减少DM损失（P < 0.05）。CICC24194组DM含量最高（P < 0.05），两种产细菌素菌株处理组DM损失最低（P < 0.05）。

只有ATCC14917组提高了WSC含量（P < 0.05）。产细菌素菌株处理组都增加了CP含量，降低了NPN、NH3-N和aNDF含量，所有接种剂均降低了ADF的含量。

细菌群落参数

随着发酵时间的延长，各处理组Shannon指数均逐渐降低（P < 0.05）。ATCC14917组在第7天和第90天观察到最低的Shannon指数，而MTD/1组的Shannon指数在第60天最低。

在青贮的前14天，所有组别的优势物种都是Leuconostoc mesenteroides, L. plantarum,和Levilactobacillus brevis。然而，当发酵到60天时，所有组中的优势物种都是不可培养的Lactobacillus sp., Lentilactobacillus buchneri和L. brevis。在青贮发酵的第60天，与对照组相比，这两种产细菌素菌株处理组的L. buchneri相对丰度较低，L. brevis的相对丰度较高，而在MTD/1组中结果则相反。在产细菌素菌株处理组中，乳酸浓度与短乳杆菌的相对丰度呈正相关。

在基尼系数平均下降（MDG）和平均准确度下降（MDA）的情况下，不可培养的芽孢杆菌属（Bacillus sp.）和沙氏乳酪杆菌（Lacticaseibacillus sharpeae）JCM-1186是MTD/1组对照中排名前5位的变量。除了发酵3天处理组，ATCC14917组不可培养芽孢杆菌的相对丰度均显著降低（P < 0.05）。

体外瘤胃发酵特性和CH4产量

与对照组相比，两种产细菌素菌株的处理提高了体外DM消化率（IDVMD）、NH3-H、丙酸盐和异戊酸盐浓度（P < 0.05），而CICC24194组中总气体产量表现为显著降低，戊酸盐含量表现为显著增加（P < 0.05）。

体外瘤胃细菌群落

与其他组相比，两种产细菌素菌株处理组都降低了Succinivibrionaceae UCG-002的相对丰度，在CICC24194组中，Succinivibrionaceae UCM-002的相对丰度最低。

根据属水平聚类分析，MTD/1处理组的Ruminococacae UCG-010的相对丰度高于对照组，而Marvinbryantia的丰度低于对照组。与对照组相比，ATCC14917处理组中Bacillus的相对丰度增加，CICC24194组中 Ruminococcaceae UCG-005的相对丰度降低。

体外瘤胃微生物种群

与对照组和MTD/1组相比，两种产细菌素菌株处理组都降低了细菌和真菌的总数（P < 0.05），而CICC24194组的细菌和真菌总数最低（P < 0.05）。只有CICC24194处理组降低了产甲烷菌的数量（P < 0.05）。有3种菌株处理的青贮饲料中，原生动物种群都有所减少（P < 0.05），其中CICC24194处理的原生动物种群最低（P < 0.05）

结果与展望

两种产细菌素植物乳杆菌都通过调节青贮过程中的细菌群落组成提高了全株玉米青贮的发酵质量，其中CICC24194的效果最好。

此外，这两种菌株通过调节瘤胃中细菌、真菌、产甲烷菌和原生动物的总数以及纤维分解菌的组成，降低了CH4的产生并提高了青贮饲料的消化率。

了解更多请阅读原文献：

https://doi.org/10.1186/s40104-024-01065-w

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作者 | 张歆

编辑 | 原昊

草食幼畜in反刍动物饲料创新团队

中国农业科学院饲料研究所反刍动物营养与饲料创新团队，专注（幼龄）草食动物营养与健康研究。以此公众号传播团队和行业动态，搭建与同行们交流平台，推广牛羊兔鹅马驴鹿等健康饲养和营养技术。

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