瘤胃中木质纤维素降解菌及降解酶基因的研究进展

摘要：反刍动物瘤胃是公认的木质纤维素高效降解的天然反应器,对瘤胃微生物的研究成为开发生物能源的热点领域之一。其研究手段已经从传统的依赖分离培养从瘤胃中获得木质纤维素降解菌,并对降解菌中的木质纤维素降解酶逐一分析,发展到通过基因组/元基因组技术,直接从瘤胃中发现获得大量新的木质纤维素降解酶基因/基因簇,进而探讨其降解的分子机理。已有的研究结果表明,瘤胃微生物降解木质纤维素的过程非常复杂,其中涉及到大量不同种类的微生物、酶及基因/基因簇,随着新分析技术的建立和完善,对这些微生物、酶和基因的研究已取得了诸多进展。本论文综述报道了近期有关该方向的研究进展。     

近10年瘤胃微生物分离培养研究进展

瘤胃微生物的研究一直是反刍动物营养研究的重点领域,自20世纪中期以来,大量参与营养代谢的微生物被从瘤胃中分离和认识.当代,尽管分子生物学方法越来越广泛的应用于瘤胃微生物的研究,但传统的分离纯培养的研究方法,因能够获得新的微生物菌种,便于微生物生理功能与代谢的研究,仍具有不可或缺的作用.本文综述了2001年至2011年间中国知网和PubMed数据库中通过纯培养方法从瘤胃中分离微生物菌株(包括新属、种或首次从瘤胃中分离)的相关文献,并展示了这些微生物的形态和发酵特征,同时总结了瘤胃微生物的全基因组信息,旨在为今后瘤胃微生物的研究提供参考菌种和信息.     

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。     

瘤胃木质纤维素降解菌及降解酶基因的研究进展

反刍动物瘤胃是公认的木质纤维素高效降解的天然反应器,对瘤胃微生物的研究已成为开发生物能源的热点领域之一。目前的研究手段已经从传统的依赖分离培养从瘤胃中获得木质纤维素降解菌,并对降解菌中的木质纤维素降解酶逐一分析,发展到通过基因组/元基因组学技术,直接从瘤胃中发现并获得大量新的木质纤维素降解酶基因/基因簇,进而探讨其降解的分子机理。已有的研究结果表明,瘤胃微生物降解木质纤维素的过程非常复杂,涉及大量不同种类的微生物及基因/基因簇,随着新分析技术的建立和完善,对这些微生物和基因的研究已取得了诸多进展。本论文综述了近期有关该方向的研究进展。     

现代分子生物学技术在瘤胃微生态系统研究中的应用

瘤胃中栖息着大量的微生物,由于这些微生物组成复杂且有些细菌在体外无法培养,目前对这些微生物的了解仍然很少。现代分子生物学技术的发展为研究瘤胃微生物提供了有效的方法,利用核酸探针、基因序列分析、遗传指纹技术、全细胞杂交和实时定量PCR等技术可以对瘤胃微生物的分类及进化关系、区系结构图、重要酶的表达以及目的微生物的准确定量进行更为深入和透彻的研究。发展和利用这些技术不仅可以研究微生物之间的关系以及微生物与饲料颗粒之间时间与空间的关系,还能直接在细菌自然生长的环境中对其各种特征进行研究。     

人工瘤胃发酵饲料的简易保温方法

利用牛胃液中的多种微生物,在体外接种于粗料而调制成的一种喂猪的饲料,就叫做“牛胃液”发酵饲料。因为它是模仿牛瘤胃环境条件对饲料进行发酵,所以也叫“人工瘤胃”发酵饲料。这种发酵饲料,经瘤胃微生物(特别是纤维分解菌)的作用,能把饲料中一部分不能被猪利用的粗纤维分解,变为可被消化吸收     

光合微生物混菌体系的应用和研究进展

光合微生物与其他异养微生物混菌共培养是近年来的研究热点,该体系弥补了光合微生物纯培养时易染菌、不稳定等缺陷,在污水处理、土壤改善、生物降解有害物质、生产高附加值产物方面拥有广阔的应用前景。文中通过系统总结天然和人工光合微生物混菌体系的研究进展,探究人工构建的光驱动混菌体系的基础理论和应用前景,为进一步利用合成生物学等前沿技术理性改造基于光合微生物的混菌培养系统提供科学依据。     

一株瘤胃源乳酸利用菌的分离鉴定及其体外代谢特性

【目的】从饲喂高精料的本地山羊瘤胃内分离到一株利用乳酸并能产生大量丙酸的菌株L9,并进一步研究了该菌在调控瘤胃微生物发酵中的作用。【方法】采用厌氧培养技术,结合形态、生理生化特性和16SrRNA基因序列分析结果。【结果】该菌株被鉴定为反刍兽新月形单胞菌（Selenomonas ruminantium）。该菌株体外代谢特性研究表明,L9可利用乳酸作为唯一碳源,该菌在24h内可对90mmol／L的乳酸完全降解。体外摸拟瘤胃急性酸中毒的发酵试验结果表明,以淀粉为底物时,与对照组相比,添加菌株L9可显著降低瘤胃微生物体外培养体系中乳酸浓度,提高pH值,提高总挥发性脂肪酸和丙酸浓度,并显著降低乙酸与丙酸的浓度比（P〈0．05）。【结论】结果显示,菌株L9是一株可代谢乳酸,促进丙酸生成,提高总挥发性脂肪酸浓度的有益瘤胃细菌。     

动物胃肠道微生物元基因组学研究进展

动物胃肠道中寄居着庞大复杂的微生物,它们对宿主营养、健康和生产有着重要的作用.随着分子生物学的发展,未培养微生物的研究越来越被重视,宏基因组学方法研究胃肠道微生物不仅能了解未培养微生物多样性,还能获得微生物的遗传、代谢和生理等方面的信息.探讨了元基因组文库的构建和分析方法,并重点介绍了元基因组学在动物胃肠道尤其是反刍动物瘤胃微生物研究中的应用.     

未培养技术在瘤胃产甲烷菌群研究中的应用

瘤胃中的产甲烷菌为严格厌氧微生物,很难通过分离培养的方法进行研究。现已经培养并公布的瘤胃产甲烷菌只有4种,成千上万种类的瘤胃产甲烷菌不能培养出来。未培养技术的发展与应用突破了传统分离培养检测方法的限制,使瘤胃产甲烷菌的研究有了较大的进展。综述了实时定量PCR、16S rDNA文库、DGGE和高通量测序技术等6项具有代表性的未培养技术及其在瘤胃产甲烷菌研究中的应用,为以后瘤胃产甲烷菌的研究提供方法上的参考。     

一种直接用于PCR扩增的山羊瘤胃微生物DNA提取方法的建立

目的建立提取高质量的瘤胃微生物DNA的方法,为采用免培养技术研究山羊瘤胃微生物奠定基础。方法采集山羊瘤胃内容物,用SDS高盐法提取微生物总DNA,以通用引物扩增细菌和古细菌的16SrDNA。结果提取到的瘤胃微生物总DNA片段大于23kb,PCR能够扩增出细菌和古细菌的16SrDNA片段。结论用该提取方法得到的山羊瘤胃微生物总DNA能够满足后续实验的需要。     

瘤胃微生物与宿主互作及其日粮调控研究进展

瘤胃微生物与宿主间存在互作关系,宿主动物遗传信息影响瘤胃微生物,而瘤胃微生物变化也同样受到日粮原料、营养水平以及外源添加物质的调控。近年来,通过多组学技术分析瘤胃微生物与宿主关系及其内在机制已成为研究热点。综述了瘤胃微生物与宿主关系及受日粮调控作用研究进展,具体介绍了瘤胃微生物与宿主基因组关系,瘤胃微生物与动物生产性能关系,以及在日粮配置、益生菌益生元和植物次生代谢物添加等条件下对瘤胃微生物的影响;并对瘤胃微生物研究的发展趋势和应用前景进行了展望。     

一株产丁酸羊源拜氏梭菌的筛选及其培养条件优化

【背景】人类和动物消化道内栖息着极其复杂和多样化的微生物群落,这些微生物群落分布在肠道的不同位置并执行着特定的功能。近年来,产丁酸菌逐渐成为微生物领域的研究热点,产丁酸菌主要为产芽孢革兰氏阳性厌氧菌,对肠道健康有重要意义。【目的】从反刍动物瘤胃中筛选出产丁酸菌株并研究其生长特性,进一步优化其培养条件,从而提高产丁酸菌的丁酸产量。【方法】以绵羊瘤胃内容物为样品,运用稀释涂布法进行产丁酸菌的筛选,通过形态学观察和16S rRNA基因序列分析等方法对菌株进行鉴定。通过单因素试验与Box-Behnken design试验相结合,对培养条件进行优化,确定筛选菌株在梭菌增殖培养基(reinforced clostridium medium,RCM)中的最佳产酸培养条件。【结果】经过筛选鉴定得到的菌株为梭菌属的拜氏梭菌(clostridium beijerinckii,CB),命名为拜氏梭菌R8(CB.R8)。对拜氏梭菌R8的培养条件进行优化,得出该菌株在接种量为1.22%、温度为38.45℃、pH6.08和培养时间为64.67h的条件下丁酸产量为2.48g/L。【结论】筛选到1株拜氏梭菌R8,该菌能够在RCM培养基中生长并代谢产生丁酸,具备较高的应用价值。     

利用元基因组学方法从瘤胃中筛选的功能酶及酶基因研究进展

瘤胃微生物群落是一个复杂、庞大的生物体系,其生物多样性极为丰富,蕴藏着巨大的基因和生态资源,是酶制剂开发的重要宝库。元基因组学方法避免了微生物培养条件的限制,通过直接对未培养微生物进行DNA提取、基因筛选与表达,从而不断扩大自然界中的基因数据库,为新型生物催化剂的开发及筛选提供了可能。对元基因组学技术及利用此技术从瘤胃中筛选的功能酶类及酶基因的研究进展进行了综述。     

荷斯坦奶牛瘤胃微生物元基因组Fosmid文库的构建与分析

采用包埋法提取荷斯坦奶牛瘤胃微生物大片段总DNA,纯化后脉冲场电泳回收大小为36～48 kb,与pcc2FOS vector连接,转染至大肠埃希菌EPI 300宿主细胞,构建瘤胃微生物Fosmid基因组文库.对文库进行鉴定,该文库平均插入片段大小约35 kb,共保存30 000个克隆,空载体率小于2%,库容达1 050 Mb.     

为动物类专业本科生讲授瘤胃微生物知识点的体会

瘤胃微生物与反刍动物的共生关系是动物类专业本科生必须掌握的重要知识。我们采取问题导向教学方法,使学生较好地掌握瘤胃微生物在反刍动物生长发育中的作用,积极培养学生在科学饲养反刍动物、正确防治瘤胃疾病以及未来开展反刍动物相关研究的素质和能力。     

2016年动物胃肠道微生物组研究十大亮点成果

动物胃肠道微生物对生产性能提高具有重要的作用,因此营养、微生物组与生产表型的互作研究已经成为国际研究热点。综述了2016年动物胃肠道微生物组学研究取得的十项重要成果,这些成果通过组学方法,研究了瘤胃纤维分解菌和尿素分解菌的功能基因多样性,揭示了微生物群落与日粮营养素、宿主基因型、环境的互作关系,阐明了反刍动物生产表型相关的瘤胃微生物种类和功能;首次构建猪肠道微生物组参考基因集,解析猪全肠道黏膜微生物组成,阐明了猪增重相关肠道微生物种类。这十大亮点成果将为国内动物营养学家开展动物胃肠道微生物组学研究提供参考。     

胜利油田单12高温油藏非培养和富集培养样品的细菌组成特性

[目的]通过比较分析油藏样品的微生物群落结构特点,认识油藏微生物的生态功能.[方法]利用3种油藏微生物研究中常用的富集培养方法,对胜利油田单12区块S12-4油井产出水样品进行了选择性富集培养,运用构建16S rRNA基因文库的方法分析了富集样品和非培养样品的细菌多样性.[结果]通过16S rRNA基因序列比对发现,非培养样品、异养菌富集样品、烃降解菌富集样品和硫酸盐还原菌富集样品中的优势菌分别为Pseudomonas属,Thermotoga属,Thermaerobacter属和Thermotoga属的成员.多样性分析结果表明,非培养样品的微生物多样性最丰富,同时非培养样品和富集样品的微生物群落结构存在很大的差异,富集样品中的微生物包括优势菌在油藏原位环境中含量很低.[结论]细菌组成差异的比较结果,对油藏微生物的生态功能研究和微生物驱油潜力评估具有重要意义.     

瘤胃微生物多样性及功能性研究方法概述

庞大的瘤胃微生物群系之间存在着共生关系,影响着宿主的代谢,是反刍动物营养学的研究热点之一.通过基于16S rRNA的分子生物学方法,如探针法、实时定量PCR法、DGGE/TGGE,RAPD和RFLP技术等研究瘤胃微生物多样性及组成结构,应用宏基因组学如建立YAC文库、BAC文库等研究方法对瘤胃微生物功能特征进行更深入的研究,实现改善反刍动物乳、肉产品品质的目的.     

体外法添加苹果酸与饱和脂肪酸对瘤胃功能菌群数量的影响

本试验在添加饱和脂肪酸即硬脂酸(Stearic acid, SA)的基础上添加不同水平的苹果酸(Malic acid, MA), 采用体外法对瘤胃微生物进行培养, 通过实时定量(Real-time)PCR方法检测在添加脂肪酸和苹果酸后, 对瘤胃功能微生物如纤毛虫、产甲烷菌, 纤维分解细菌、氢化细菌以及脂肪分解菌的数量的影响。实验结果表明, 添加硬脂酸后对脂解厌氧弧杆菌(Anaerovibrio lipolytica) 和产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogenes)数量产生了显著影响, 脂解厌氧弧杆菌数量减少了95.8%(P<0.001), 产琥珀酸丝状杆菌数量增加了52.5%(P<0.05)。添加苹果酸后, 添加5 mmol/L MA处理组的脂解厌氧弧杆菌数量减少了91.2%(P<0.001), 添加10 mmol/L MA处理组, 减少了94.8% (P<0.001), 而MA10组比MA5组的该菌数量减少了41.3%(P<0.05)。本研究结论是硬脂酸和苹果酸分别对瘤胃部分微生物产生了显著的影响。二者对瘤胃微生物的互作影响并不显著。