瘤胃降解粗纤维产甲烷的厌氧真菌与甲烷菌共培养物的分离鉴定

【目的】本试验从瘤胃中分离鉴定降解粗纤维产甲烷的厌氧真菌与甲烷菌共培养物,为深入探究甲烷菌对厌氧真菌代谢途径的影响及相关调节机制奠定基础。【方法】利用厌氧滚管技术从荷斯坦奶牛瘤胃内容物中分离厌氧真菌与甲烷菌共培养物,通过形态学观察和DAPI染色以及甲烷菌16S rRNA基因序列分析方法分别对厌氧真菌及甲烷菌进行鉴定。【结果】从荷斯坦奶牛瘤胃中共分离到28株厌氧真菌与甲烷菌共培养物。共培养物中的厌氧真菌均为单中心菌株,分别属于Piromyces,Neocallimastix和Caeomyces属,所占百分比为53.57%,42.86%及3.57%。甲烷菌16S rRNA基因序列分析结果表明,共培养物中的甲烷菌均为甲烷短杆菌。本研究共获得四种不同的厌氧真菌与甲烷菌组合,分别为Piromyces/类Methanobrevibacter olleyae菌株,Neocallimastix/类Methanobrevibacter olleyae菌株,Neocallimastix/类Methanobrevibacter thaueri菌株及Caecomyces/类Methanobrevibacter olleyae菌株,分别占总数的53.57%,39.29%,3.57%及3.57%。【结论】分离得到的28株厌氧真菌和甲烷菌共培养物中,占优势的为具有丰富丝状假根的厌氧真菌Piromyces和Neocallimastix以及类Methanobrevibacter olleyae属的甲烷短杆菌。本研究为进一步研究瘤胃内厌氧真菌与甲烷菌相互代谢关系奠定基础。     

厌氧真菌纤维降解酶及其应用潜力的研究进展

反刍动物的瘤胃是已知的纤维降解能力最强的天然发酵罐,其发酵粗纤维的能力很大程度上依赖于其中栖息的各类微生物的功能。厌氧真菌作为瘤胃内的一类低丰度菌群,最先定殖到宿主动物摄入的纤维质饲料上,并通过分泌大量高效的碳水化合物活性酶降解粗纤维。然而,由于缺乏足够的基因组信息和有效的厌氧真菌遗传操作系统,目前国内外对厌氧真菌分泌的纤维降解酶及其降解机制的研究进展有限。本文对厌氧真菌的分类及已发表的基因组信息进行概述,介绍了各类纤维降解酶及纤维小体的组成结构和催化机制特点,并对纤维降解酶在生物质能、饲料处理、纺织造纸及食品加工等方面的应用进行总结。研究厌氧真菌纤维降解酶的作用特性,将有助于完善其在瘤胃环境中有效竞争资源并降解粗纤维的知识体系,也将进一步了解其生物技术应用潜力,为工业生产中应用酶制剂提供新思路。     

一种厌氧真菌共培养甲烷菌株的分离及其甲烷生产特性解析

【背景】开发生物甲烷资源是减轻化石燃料供求紧张的有效措施,而秸秆类原料的预处理及甲烷生产方法需要不断创新,从而进一步满足可持续发展。厌氧真菌与甲烷菌共培养能够通过假根侵入及纤维降解酶双重预处理秸秆并生产甲烷,但目前全世界被报道的骆驼胃肠道来源的厌氧真菌分离培养物仅有1株。【目的】从新疆准噶尔双峰驼瘤胃内容物中分离出新型厌氧真菌和甲烷菌共培养物,研究其在降解秸秆并联合生产生物甲烷方面的应用潜力。【方法】采用Hungate滚管纯化技术将从骆驼胃肠道中分离的厌氧真菌和甲烷菌共培养,对其进行形态学及分子学鉴定,随后厌氧发酵5种底物(稻秸、芦苇、构树叶、苜蓿秆和草木樨),研究产甲烷量、降解效果及主要代谢产物等方面的特性。【结果】筛选到的共培养物中的厌氧真菌为Oontomyces sp. CR1,甲烷菌为Methanobrevibacter sp. CR1。其在降解稻秸时表现出最高的木聚糖酶酶活力(21.64 IU/mL)及甲烷产量(143.39 mL/g-DM),甲烷生产特性较分离自其他动物宿主的厌氧真菌共培养物更优。【结论】共培养厌氧真菌与甲烷菌菌株CR1是一种新型高效降解菌株资源,其在利用木质纤维素生物质生产生物甲烷方面具有良好的应用前景。     

厌氧真菌和甲烷菌共培养的研究进展

厌氧真菌是自然界中降解植物纤维素类物质最高效的微生物之一。近年来,大量厌氧真菌和甲烷菌共培养菌株被分离。共培养中,甲烷菌通过对厌氧真菌代谢产物的利用显著提高厌氧真菌对木质纤维素的降解;厌氧真菌通过为甲烷菌提供能量和营养物质使甲烷菌快速生成大量甲烷。全面深入地了解共培养中两者的互作关系以及共培养降解木质纤维素产甲烷的特性,将有助于研究对木质纤维素降解以及甲烷生成的调控。因此,本文主要综述了共培养的分离鉴定、多样性、互作关系以及对木质纤维素的降解。     

日粮中添加不同比例微贮棉秆对湖羊瘤胃微生物区系的影响

【目的】本试验旨在利用16SrDNA高通量测序技术研究不同比例微贮棉秆的添加对断奶湖羊瘤胃微生物区系的影响。【方法】选择日龄相近、体重相似的湖羊30只,根据日粮中微贮棉秆的含量随机分为3组:对照组(S0)、50%微贮棉秆组(S50)和100%微贮棉秆组(S100),每组随机屠宰6只分析生长性能,并取瘤胃液进行瘤胃发酵参数和微生物区系分析。【结果】饲喂50%微贮棉秆能够显著提高湖羊日增重和屠宰率(P0.05)。Bacteroidetes和Firmicutes是湖羊瘤胃的优势菌门,Prevotella和Unclassified Bacteroidales是湖羊瘤胃的优势菌属。日粮中添加100%微贮棉秆可以显著降低湖羊瘤胃菌群的多样性(P0.05);显著降低Unclassified Bacteroidales和BF311的相对丰度(P0.05)。三条代谢通路甜菜素生物合成、吲哚生物碱生物合成和加压素调节水的重吸收随着微贮棉秆比例升高而显著增加(P0.05)。【结论】饲喂50%微贮棉秆在提高日增重的同时对湖羊瘤胃微生物菌群结构与功能影响较小。在生产实践中,微贮秸秆添加量应低于50%。     

共存甲烷短杆菌Methanobrevibacter thaueri F1提高梨囊鞭菌Piromyces sp. F1对硝呋烯腙的耐受性

【背景】硝呋烯腙能够抑制厌氧真菌。共存甲烷菌可以促进厌氧真菌的生长以及对木质纤维素的降解,然而关于共存甲烷菌对厌氧真菌抗逆性影响的研究较少。【目的】旨在研究甲烷菌共存对厌氧真菌耐受硝呋烯腙的影响。【方法】采用体外批次培养,以稻草为底物,添加不同浓度的硝呋烯腙(0、5、10、25 mg/L),分别接种厌氧真菌纯培养和厌氧真菌与甲烷菌共培养悬浮液,于39°C静置培养96 h。测定不同时间点的产气量和甲烷产量,结束后测定p H、干物质降解率(DMD)、中性洗涤纤维消失率(NDFD)、半纤维素消失率(ADSD)、酸性洗涤纤维消失率(ADFD)以及上清液中甲酸、乳酸和乙酸的浓度。【结果】添加5、10和25 mg/L硝呋烯腙皆显著降低了厌氧真菌纯培养的发酵活性(P0.05);添加5 mg/L硝呋烯腙没有显著降低厌氧真菌与甲烷菌共培养的发酵活性(P0.05),添加10和25 mg/L硝呋烯腙则显著降低了共培养发酵活性(P0.05);比较5、10 mg/L硝呋烯腙对纯培养和共培养发酵活性影响的结果表明,共培养发酵活性显著高于纯培养发酵活性(P0.05)。【结论】硝呋烯腙对厌氧真菌纯培养和厌氧真菌与甲烷菌共培养的抑制作用都存在剂量效应,在一定添加浓度范围内(25 mg/L),甲烷菌共存可以显著提高厌氧真菌对硝呋烯腙的耐受性。     

厌氧真菌生态作用及其分子生物学研究进展

厌氧真菌是瘤胃内重要的纤维降解菌,在瘤胃功能的发挥中起重要作用。目前对厌氧真菌纤维降解能力的研究较多,主要集中于对厌氧真菌纤维降解酶如纤维素酶、木聚糖酶等的研究。在瘤胃中,厌氧真菌对粗纤维的降解是其和瘤胃内其他微生物共同作用的结果,因此,瘤胃内厌氧真菌与他微生物之间相互关系的研究越来越受到重视。现代分子生物学技术的发展有利于更深入和透彻的研究厌氧真菌,利用18S rRNA、RFLPI、TS1等分子生物学方法对厌氧真菌进行系统学及进化研究成为热点。     

甲烷菌对厌氧真菌不同碳源代谢的影响

【目的】探讨碳源和甲烷菌对厌氧真菌碳代谢的影响。【方法】利用体外批次厌氧发酵法,比较厌氧真菌纯培养(Orpinomyces sp.和Neocallimastix sp.)及其与甲烷菌共培养(F1:Orpinomyces sp.+Methanobrevibacter sp.和N3:Neocallimastix sp.+Methanobrevibacter sp.)发酵不同类型碳水化合物代谢产物的差异。【结果】对厌氧真菌和甲烷菌共培养F1和N3的研究显示,F1发酵木薯粉[(26.44±0.22)mmol/L]的乳酸产量是发酵玉米芯[(1.31±0.04)mmol/L]的20.18倍,是N3发酵木薯粉[(1.59±0.03)mmol/L]的16.63倍,玉米芯[(0.79±0.08)mmol/L]的33.47倍。当F1和N3中的厌氧真菌纯培养时,各组乳酸产量均1.90 mmol/L。对F1进一步研究,结果显示发酵体系中木薯粉添加量在0.8%–2.0%之间时,乳酸产量随木薯粉添加量增加而增加。当含量在1.0%–2.4%之间时,随木薯粉添加量增加,甲烷和乙酸产量逐渐降低。比较F1发酵大米粉、木薯粉、玉米粉、小麦粉和土豆粉的发酵结果,发现乳酸产量与底物中支链淀粉的含量成正相关(R2=0.9554)。当F1发酵葡萄糖和麦芽糖时,乳酸产量5.00 mmol/L。当以麦芽糊精为底物时,乳酸产量高达(28.00±0.95)mmol/L。【结论】本文首次报道碳源和甲烷菌能够增强厌氧真菌的乳酸代谢途径并且这种增强存在种属特异性。     

三硝酸丙三酯对厌氧真菌和甲烷菌代谢产物、纤维水解酶活性及菌群丰度的影响

【背景】近年来硝酸酯化合物抑制瘤胃甲烷生成的能力受到广泛关注,但鲜有研究关注其对瘤胃内主要纤维降解菌——厌氧真菌的影响。【目的】研究三硝酸丙三酯(Nitroglycerin,NG)对厌氧真菌和甲烷菌活性和代谢的影响。【方法】利用厌氧真菌(Piromyces sp.F1)纯培养及与甲烷菌共培养(Piromyces sp.F1+Methanobrevibacter sp.),比较不同剂量NG(0.0、6.6、13.2和19.8μmol/L)对厌氧真菌和甲烷菌的代谢终产物、主要纤维水解酶活性及菌群丰度的影响。【结果】厌氧真菌共培养组中,6.6μmol/L NG完全抑制了甲烷的生成,积累了氢气和甲酸(P0.05),降低了乙酸浓度以及木聚糖酶和羧甲基纤维素酶活性(P0.05),但未显著影响厌氧真菌和甲烷菌的丰度(P0.05)。厌氧真菌纯培养组中,6.6μmol/L NG显著降低了甲酸、乙酸、乙醇、木聚糖酶和羧甲基纤维素酶活性(P0.05),但总产气量和氢气产量没有显著差异(P0.05)。在2个培养体系中,随着剂量的升高,NG对厌氧真菌和甲烷菌的抑制增强。【结论】NG能够抑制甲烷菌的活性,但对厌氧真菌也有抑制作用。     

瘤胃甲烷菌第七目的研究进展

随着测序技术和体外培养技术的进步,越来越多的未知甲烷菌被发现。近年来,第七个甲烷菌目"Methanomassiliicoccales"(简称Mmc)被发现并建立。这一目甲烷菌在进化关系上与热原体古菌相近,但又存在较远距离,独立成簇。Mmc分布广泛,遍布哺乳动物和昆虫的消化道以及稻田、湿地等环境,但不同来源菌株表现出生境偏好性。Mmc缺少将CO2还原为甲基辅酶M的完整代谢途径,导致它们严格利用氢气还原甲基底物生成甲烷。全面深入地了解Mmc在反刍动物瘤胃中发挥的功能,将有助于新型高效反刍动物甲烷减排策略的提出。因此,本文主要综述了Mmc菌株的分离培养、生理生化和基因组特性及其在瘤胃甲烷生成中的作用。