瘤胃微生物纤维素酶的研究与应用前景

瘤胃是反刍动物复胃（多室胃）的组成部分之一，而瘤胃微生物则是指栖息在瘤胃中的微生物，主要包括细菌，真菌和原生动物，其中，瘤胃细菌和瘤胃真菌能分泌纤维素酶，纤维素酶是多组分复合酶，主要为内切型葡聚糖酶，外切型葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，由于瘤胃纤维素酶对纤维素有较强的降解能力。故瘤胃微生物纤维素酶在降解纤维素，开发新饲料，作为新式酶源和处理有机垃圾等方面有广阔的应用前景。     

瘤胃微生物在木质纤维素生物质资源可再生生物转化中的应用研究进展

木质纤维素生物质是最丰富的可再生资源之一,将其高效转化为生物能源是缓解能源短缺和回收废弃物的有效途径。然而,因为木质纤维素复杂的网状结构,需要多种微生物和酶系的协同作用使其有效降解。反刍动物瘤胃作为一种天然的厌氧发酵体系,具有高效转化木质纤维素的功能,主要依赖于其复杂且协同的瘤胃微生物群落及分泌的酶。本文在总结瘤胃内与木质纤维素降解相关的微生物群落结构的基础上,重点综述了瘤胃微生物及其分泌的酶类在木质纤维素降解中的相关机理、人工瘤胃发酵系统的构建和提升降解效率的相关调控手段等方面的研究进展,旨在为利用瘤胃微生物实现木质纤维素生物质的价值化应用提供新的思路和方法。     

瘤胃微生物对木质纤维素降解的研究进展

木质纤维素是由纤维素、半纤维素和木质素经多种化学键复合形成的三维网状结构,因结构复杂,其降解需要多种微生物及酶类协同互作。而反刍动物的瘤胃生态系统作为一个天然发酵体系,在木质纤维素降解及利用方面发挥着重要作用。因此,本文在综述瘤胃内木质纤维素降解菌的基础上,重点论述瘤胃微生物对木质纤维素的降解和微生物在木质纤维素降解过程中的相互作用,同时对木质纤维素降解菌在组学上的研究进行阐述,旨在为瘤胃微生物协同降解木质纤维素机制的研究提供新的方法和思路。     

瘤胃厌氧真菌对木质纤维素降解的研究进展

瘤胃厌氧真菌在木质纤维素的降解中起着重要作用,它不仅能分泌降解含有微晶纤维素的天然木质纤维素的酶系,而且能组装成具有高效催化活性的纤维小体类似复合体。主要围绕瘤胃厌氧真菌在木质纤维素降解中的作用、瘤胃厌氧真菌的木质纤维素降解系统、瘤胃厌氧真菌的纤维小体类似复合体作一综述。     

白腐真菌对稻草木质纤维素的降解试验

农作物秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素是世界上最丰富的碳水化合物资源,其中纤维素和半纤维素能够被草食动物瘤胃微生物降解利用,但由于木质素与纤维素和半纤维素紧密结合,镶嵌形成酯键,从而阻碍了瘤胃微生物及单胃动物对秸秆中纤维素和半纤维素的利用,因此提高秸秆消化率的关键是对木质素的降解。如何利用微生物降解木质纤维素,生物学家进行了大量的研究,尤其在瘤胃微生物方面的研究,取得了重大进展。1971年Kirk.T.K发现某些真菌有降解木质素的能力,尤其是白腐真菌能彻底降解天然植物中的纤维素和木质素复合物,氧化成二氧化碳和水,这引起国际科学界和工业界的极大兴趣。     

反刍动物对纤维素的消化机制

反刍动物之所以能消化利用粗饲料中的纤维素等多糖类物质，是因为它们具有瘤胃这一独特的消化发酵罐，其内存在着大量的厌氧微生物．主要包括细菌、真菌和原生动物。其中．瘤胃细菌和瘤胃真菌能分泌纤维素酶，对纤维素有较强的降解能力。     

瘤胃厌氧真菌对粗饲料的降解机制研究进展

瘤胃厌氧真菌利用其特有的假根系统，优先附着于粗饲料的木质化组织，同时分泌大量的高活性纤维降解酶，裂解植物木质化组织，从而有利于瘤胃细菌对粗饲料的附着和降解。本文对厌氧真菌对粗饲料的附着和侵袭及其分泌的纤维降解酶进行了综述。     

直接饲喂微生物作乳牛饲料成分的研究近况

瘤胃微生物的主要功能是,直接或通过增强其他瘤胃微生物的消化能力,间接地消化纤维和纤维素。虽然瘤胃中有几百种不同的原生动物、细菌和真菌,但其中只有少数几种真正能产生纤维降解所需的酶。瘤胃原生动物可能提供母牛利用的营养物的1/5。即使如此,完全除掉瘤胃中的原生动物,对家畜的生长或纤维素的消化率也并无影响。这可能是,由于瘤胃中存在能降解纤维的大量细菌的缘故。     

纤维体及其在瘤胃微生物中的研究进展

纤维体是指某些厌氧细菌和真菌产生的降解纤维素的多酶复合体,它能够将纤维素和微生物细胞连接起来,进而实现对纤维素的高效降解。纤维体首先是在嗜热纤维梭菌上发现并被提出。目前,纤维体的研究已成为瘤胃微生物研究领域的热点问题。本文对纤维体概念的提出过程、纤维体存在的证据、纤维体作用的分子基础和功能以及瘤胃微生物纤维体类似物的研究进行了综述。     

反刍动物对纤维素的消化机制

反刍动物之所以能消化利用粗饲料中的纤维素等多糖类物质,是因为它们具有瘤胃这一独特的消化发酵罐,其内存在着大量的厌氧微生物,主要包括细菌、真菌和原生动物。其中,瘤胃细菌和瘤胃真菌能分泌纤维素酶,对纤维素有较强的降解能力。     

Prevention of leucaena toxicosis of cattle in Florida by ruminal inoculation with 3-hydroxy-4-(1H)-pyridone-degrading bacteria

Ruminal microorganisms in cattle at a Florida agriculture research station did not have the ability to detoxify leucaena by degradation of 3-hydroxy-4(1H)-pyridone (3,4,-DHP), but a DHP isomer (2,3-DHP) was degraded in some cattle. Cattle with microorganisms that degraded 2,3-DHP were mostly Senepol cattle imported from St. Croix, US Virgin Islands, where leucaena is an indigenous species. Hereford cattle at the research station in Florida generally did not degrade 3,4-DHP or 2,3-DHP. An experiment was conducted in which a pure culture of 3,4-DHP-degrading bacteria was inoculated into Hereford cattle (with ruminal fistula) grazing leucaena. The bacteria successfully colonized the rumen of recipient cattle and persisted through the following winter when there was no leucaena in the diet.     

芳香族和脂环族化合物在反刍家畜消化道中的释放代谢机制

芳香族和脂环族化合物(异生物素)在反刍动物体内的消化代谢水平主要取决于瘤胃的消化代谢能力,而这种能力是由瘤胃微生物决定的;瘤胃微生物在厌氧环境下具有降解芳香族异生物素的潜力,咀嚼有助于植物细胞壁脂化酚酸及其内容物的酚化合物的释放,释放后的代谢物大部分在瘤胃内被微生物代谢;瘤胃微生物糖酶的作用,使与细胞壁结合的酚酸以可溶性酯-糖单元的形式从牧草中释放出来,在肠道内微生物水解活动可引起植物中自然存在的结合态酚酸释放成游离态;细胞壁酯化的p-香豆酸含量与体内细胞壁消化率、体外干物质消化率和半体内瘤胃纤维降解率呈显著负相关,草本植物的木质素含量与细胞壁降解率也常为负相关;异生物素对动物和微生物具有毒害作用,但在瘤胃的厌氧微生物作用下,通过水解、还原、取代和脱羧等反应,异生物素发生生物转化和矿化,其还原代谢产物的毒性远低于其前体物.芳香族化合物在反刍家畜消化道中的释放代谢机制的研究,为其代谢物在尿液中的排泄含量作为反刍动物采食量的预测指标的可行性和机理从代谢水平上奠定基础.     

瘤胃纤维分解菌多纤维素酶体及其类似物的研究进展

反刍动物瘤胃微生物能够有效地降解粗饲料,瘤胃细菌特别是纤维分解菌在此过程发挥了特别重要的作用。近年来的研究表明,只有与饲料颗粒相黏附的细菌才直接负责纤维物质的降解,可见黏附是瘤胃细菌降解纤维物质的关键步骤。多纤维素酶体是某些厌氧细菌和真菌产生的、能使微生物细胞与纤维物质发生黏附并高效降解纤维物质的多酶复合体。本文综述了多纤维素酶体的分子结构、瘤胃中主要纤维分解菌的多纤维素酶体及其类似物等方面的研究进展。     

幼龄反刍动物瘤胃微生物定植及其营养调控研究进展

生命早期消化道中的微生物定植可影响动物机体，且具有长期健康效应，详细了解早期瘤胃微生物的定植状况对动物健康及生长发育有重要意义。反刍动物自出生后开始与外界微生物接触，其瘤胃微生物菌群结构发生剧烈变化，且易受动物日龄、品种以及饮食结构的影响。反刍动物瘤胃含有复杂的微生物菌群，主要由厌氧细菌、古生菌、真菌和原虫构成。本文综述了反刍动物幼龄阶段瘤胃细菌、古生菌、真菌和原虫的定植组成及其变化，同时阐述了饲粮组成和饲料添加剂对幼龄反刍动物瘤胃微生物菌群的影响，旨在为幼龄反刍动物实现分阶段的营养调控提供理论基础。     

Rumen digestive physiology and microbial ecology

The rumen is a dynamic, continuous fermentation compartment that provides a suitable environment for a variety of species of anaerobic bacteria, protozoa, and fungi. These microorganisms have a complex series of interactions with the feeds supplied to the host, with some using particulate matter as both sources of nutrients and sites of sequestration to avoid being washed from the rumen by the rapid flow of fluids. Because of the ability to use soluble nutrients and to reproduce rapidly, other microbes associate primarily with the liquid phase of the rumen contents. Due to the metabolic activity of all microbial populations, feeds are converted to microbial matter and fermentation end products, which serve as nutrients for the ruminant. Optimum feed utilization by ruminants is dependent on achieving maximum rumen fermentation and flow of microbial protein to the duodenum. At this time, it is clear that the major nutrients required by the microbial populations include both fibrous and nonfibrous sources of carbohydrates and nitrogen in the form of ammonia, amino acids, and peptides. In spite of five decades of research, the exact quantities and sources of these nutrients that will result in optimum rumen fermentation rates and microbial yields are only partially known.     

瘤胃产甲烷菌与其他微生物间的氢传递及其调控研究进展

在反刍动物瘤胃中产甲烷菌生成甲烷既造成能量的浪费又产生大量温室气体,因此减少瘤胃甲烷生成与排放是提升生产效率与维持可持续发展的要求。瘤胃内的产甲烷菌通过共生、黏附和伴生模式,分别从原虫、细菌和真菌中摄取氢,保证氢营养型甲烷生成途径的顺利进行。抑杀原虫和产氢细菌、竞争性结合氢和阻断氢生成甲烷是基于氢调控抑制甲烷生成的途径。由于瘤胃微生物的冗余和互作,降甲烷的同时,瘤胃中饲料消化可能受到抑制,且单一的氢调控往往会诱发瘤胃的适应,瘤胃的降甲烷效果仅能短时间维持。为此,需从瘤胃微生物整体出发,通过多种氢调控机制的添加剂联用及间歇饲喂、幼龄反刍动物瘤胃早期调控、甲烷生成途径关键酶调控等的综合应用,实现更优的甲烷减排。     

反刍动物瘤胃噬菌体的宏基因组学研究方法及进展

病毒(virus)存在于各种动物胃肠道中,反刍动物瘤胃也不例外.瘤胃是一个复杂且多样的微生态系统,包括细菌、真菌、原虫、古生菌和病毒等多种微生物.目前,多组学技术和生物信息学分析手段被广泛用于瘤胃细菌群落的研究.有研究表明,饲粮、环境及宿主基因型会对瘤胃细菌多样性和菌群结构产生影响;瘤胃细菌也会反过来影响宿主机体代谢、...     

瘤胃微生物对结构性碳水化合物的降解机制研究进展

反刍动物瘤胃内含有庞大的微生物种群,与瘤胃内结构性碳水化合物的降解有密切关系。参与结构性碳水化合物降解的瘤胃微生物主要包括细菌、真菌和原虫,尤以细菌和真菌的降解作用最大。瘤胃细菌和真菌通过与结构性碳水化合物的附着、粘连或穿透等一系列作用,使这些紧密连接的结构物质变得松散,再由它们分泌的各种酶类将这些松散的结构性碳水化合物逐步分解,转化成可以被反刍动物及其寄居的瘤胃微生物吸收利用的单糖。瘤胃微生物对结构性碳水化合物的降解也受到诸多因素的影响,主要包括植物的表皮、细胞壁的物理和化学结构特性、细胞壁的组成成分,以及瘤胃内环境和其他营养素等。     

Inclusion of novel bacteria in rumen microbiology: Need for basic and applied science

Rumen microbiology has made a significant contribution to the understanding of ruminant nutrition. However, further progress in research has been hindered by the incomplete analysis of the rumen microbiota comprised of bacteria, protozoa and fungi, most of which remain uncharacterized due to the difficulties in their isolation and cultivation. In order to maximize rumen fiber digestion, it is necessary to understand the community structure of rumen microbes, especially bacteria, and the factors that influence their composition. Recent advances in molecular biology techniques allow the analysis of such bacteria without cultivation, thereby identifying many functional, but uncultured, bacteria as new targets for basic and applied research. Specific uncultured bacterial groups are being considered as important members of a fibrolytic consortium in the rumen, judging by their ecologic distribution. The inclusion of such uncharacterized bacteria in analyses is crucial for understanding the rumen microbial community and its manipulation. In addition, these bacteria could potentially be candidates as probiotics and sources of enzymes for animal feed and other industrial uses.