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不同乳酸菌添加剂对青贮黑麦草和青贮玉米微生物群集的影响

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第23卷Vo1.23 第2期 No.2 草 地 学 报 ACTA AGRESTIA SINICA 2015年 Mar. 3月 2015 doi:10.11733/j.issn.1007—0435.2015.02.026 不同乳酸菌添加剂对青贮黑麦草和青贮 玉米微生物群集的影响 李雁冰 ,玉 柱 ,孙娟娟。 (1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院动物营养实验室,黑龙江大庆163319; 2.中国农业大学动物科技学院草业科学系,北京100193;3.中国农业科学院草原研究所,内蒙古呼和浩特010031) 摘要:在青贮黑麦草(Lolium perenne)和青贮玉米(Zeamays)中添加鼠李糖乳杆菌和布氏乳杆菌,研究其对微生物 群集的影响,青贮饲料贮藏时间为14,56,120 d。结果表明:添加布氏乳杆菌的青贮黑麦草组细菌与真菌群集都很 稳定,大肠菌中的Erwinia persicina,Pantoea agglomerans和Rahnella aquatilis在青贮黑麦草对照组中被发现, 鼠李糖乳杆菌组没有发现。Saccharomyces cerevisiae和Pichia anomala是对照组与鼠李糖乳杆菌组青贮黑麦草 中的主要真菌;P.anomala在布氏乳杆菌组未检测到。Candida magnolia,Cryptococcus flavus和Candida inter— media在青贮玉米原料与发酵过程中均检测到,Candida glabrata和Candida quercitrusa只在发酵过程检测到。 有氧发生时,青贮玉米真菌菌群发生明显变化,Saccharomyces exiguus,Saccharomyces martiniae,Pichia fermentans,Pichia deserticola和Pichia kudriavzevii可在的青贮玉米中检测到。这表明添加乳酸菌制剂可 以改变青贮黑麦草的菌群,但是对青贮玉米菌群影响较小,发生时真菌菌群与细菌菌群均发生变化。 关键词:细菌;真菌;DGGE;青贮 中图分类号:¥543.6 文献标识码:A 文章编号:1007—0435(20I5)02—0387—07 Microbial Communities of Whole Crop Corn and Wilted Italian Ryegrass Silage Inoculated with and without Different Lactic Acid Bacteria Inoculants LI Yan—bing 。YU Zhu弘。SUN J uan—j uan。 (1.College of Animal Science and Technology,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing,Heilongjiang Province 163319,China 2.College of Animal Science and Technology,China Agricultural University,Beijing 100193,China; 3.Institute of Grassland Research of Chinese Academy of Agriculture Sciences,Hohhot,Inner Mongolia 010010,China) Abstract:To understand the effects of lactic acid bacteria(LAB)inoculation on the fermentation products,aerobic stability and microbia1 communities of silage,wilted Italian ryegrass and whole crop corn were stored in laboratory silos with and without Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus buchneri inoculants.The silos were opened after l4,56 and 120 days and then subjected to aerobic deterioration for 7 days.Enterobacteria such as Erwinia persici一 抛,Pantoea agglomerans and Rahnella aquatilis were detected in untreated grass silage.whereas some of these bacteria disappeared or became faint with L.rhamnosus grass treatment.Both Saccharomyces cerevisiae and Pichia anomala were the main fungi in untreated and L.rhamnosus—inoculated grass silages;however,P.anomala was not visibly seen in L.buchneri inoculated grass silage either at silo opening or after exposure to air.Candida mag— nolia,Cryptococcus fZa ̄.s and Candida intermedia were detected in the pre-ensiled corn crop and the silage, whereas Candida glabrata and Candida quercitrusa were identified exclusively in the corn silage.The marked change of fungal community was seen after aerobic spoilage;Saccharomyces exiguus,Saccharomyces martiniae, Pichia fermentans,Pichia deserticola and Pichia kudriavzevii appeared in the spoiled corn silage.These results indicated that LAB inoculation induced the few change of bacterial and fungal communities in corn silage.and the substantial changes of fungal community and bacterial community occurred when the silage was spoiled. Key words:Bacteria;Fungi;Denaturing gradient geI eIectrophoresis;Silage 收稿日期:2014-O卜09;修回日期:2014—03—24 基金项目:公益性行业(农业)科研专项经费项目(201303061);黑龙江省应用技术研究与开发计划项目(WB13B111—2);黑龙江省教育厅海 外学人重点科研项目(1252HQ009);国家牧草业技术体系(CARS-35)资助 作者简介:李雁冰(1980一),女,吉林吉林人,博士,研究方向为饲料资源开发,E—mail:liyanbing929@163.corn;*通信作者Author for cor— respondence,E—mail:yuzhu3@sohu.corn 388 草 地 学 报 第23卷 青贮饲料作为家畜的常规饲料,其研究一直备受 人们的关注,对青贮饲料的营养价值和发酵品质的研 究现在仍旧是热门。乳酸菌添加剂(LAB)被广泛用于 改善青贮品质。在不使用乳酸菌添加剂的情况下,原 料上附生的微生物在发酵过程中主导着发酵的品质, 往往会导致青贮饲料干物质损失以及蛋白质水解【 。 理想的乳酸菌添加剂应该具有以下特点:快速生长并 同附生微生物竞争成功,迅速降低pH值,乳酸比乙酸 的值较高,低乙醇和氨态氮产生,提高1 ~3 干物质 回收率 ]。为了增加发酵饲料中乳酸菌的含量,同型 发酵乳酸菌接种剂被广泛使用,如植物乳杆菌(Lacto— bacillus plantarum)、粪链球菌(E terococcus faecium) 和片球菌(Pediococcus spp.)等。异型乳酸菌却一直被 认为是不利于发酵的乳酸菌。然而,同型乳酸菌的使 用会降低青贮饲料的有氧稳定性,因为饲料中产生的 大量乳酸可以被酵母菌以及其他需氧微生物利用_1]。 为了提高青贮饲料有氧稳定性能力,一种异型发酵乳 酸菌Lactobacillus buchneri 40788被用作青贮饲料添加 剂,它可以产生高剂量的乙酸抑制酵母和霉菌,从而使 青贮饲料在暴露于空气中时不易。。。]。Oude Elf— efink等_4 发现布氏乳杆菌(L.buchneri)可以厌氧分解 乳酸,l mol乳酸被降解为0.48 mol乙酸、0.48 otol 1,2一 丙二醇、0.04 tool乙醇和0.52 mol C02。 使用微生物添加剂并不总是能够取得成功,当 附生乳酸菌数量过高时,或者发酵环境更适合附生 乳酸菌时,这些附生乳酸菌会在发酵过程中占主导 地位 ]。在Parvin等_6]的研究中发现黑麦草(Loli— um perenne)、几内亚草(Panicum maximum)中添 加乳酸菌可以与附生乳酸菌有效竞争,在菌落分析 中几乎检测不到添加的乳酸菌以外的微生物,然而 在玉米(Zea,nays)青贮中使用的乳酸菌添加剂却 与附生微生物并存。一直以来,乳酸菌添加剂的添 加效果通常由发酵产物进行评定,然而,近期的研究 结果表明,在评价乳酸菌添加剂效果时不仅要考虑 发酵产物还要考虑对附生菌群的影响口]。本研究是 在青贮黑麦草和青贮玉米中添加鼠李糖乳杆菌(L. rhamnosus)和布氏乳杆菌,研究这2种乳酸菌对贮 藏期间与开封后青贮饲料微生物菌群的影响。 1材料与方法 I.I青贮的调制与贮存 选用开花期黑麦草以及选用乳熟期全株玉米分别 进行青贮,黑麦草青贮前预干4 h至干物质30%左右, 全株玉米直接青贮,原料均经铡草机切碎至1~2 cm。 冻干粉末的鼠李糖乳杆菌与布氏乳杆菌用自来水进行 溶解稀释,以2 mL・kg 的剂量均匀的喷洒在原材料 上,以保证每克原料上达到10。CFU的乳酸菌,对照组 使用的是自来水2 mL。设置对照组:自来水;LR组: 添加鼠李糖乳杆菌组;LB组:添加布氏乳杆菌组。将 切好的原料300 g,放人0.05 Iili"11厚的塑料袋(27 mmX 39 mm)中利用真空封口机抽气封口,置于恒温环境 (25℃)中发酵。保存在25℃恒温室内,贮存14,56,120 d。每个处理3个平行样本。鼠李糖乳杆菌源于一头 健康奶牛粪中培养。布氏乳杆菌分离于青贮玉米窖。 每次开封后进行有氧稳定试验。 1.2 DGGE分析 由于先前的试验已经证明平行样本呈现相同的 DGGE结果,所以本试验是选择3个平行样本中的 一个,所选样本供开封和有氧试验DNA抽取 之用。青贮饲料细菌DNA的抽取按照以下方法进 行。10 g样本加入9O mL的灭菌PBS(pH 7.4), 震荡10 min,并用4层灭菌纱布过滤。离心分离后 (8000 r・min ×15 min,4℃),去掉上清液,沉淀 物中加入Proteinase K和Lysozyme进行回收 DNA,利用试剂盒(DNeasy Tissue Kit;Qiagen, Germantown,MD,USA)进行DNA的精制。提取 细菌DNA应用PCR在16S rRNA的V3领域增 幅,引物为GC357f(5 一CGCCCGCCGCGCGCG GCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGGCCTAC GGGAGGCAGCAG一3 )和5 1 7 r(5 LATTACCGCG— GCTGCTGG一3 ),采用30次循环进行增幅 (TP650,TaKaRa公司,日本),产物为160 bp。扩 增反应在Bio—Rad仪器上进行,反应参数:预变性 95℃,10 min;变性93℃,3O S;退火65℃(前10个循 环),30 S;60℃(中问1O个循环),3O s;55℃(最后1O个 循环),30 s;延伸72℃,1 min;共3O个循环;延伸72℃, 5 min。TAKARA生物技术公司合成引物,扩增片段 为160 bp。提取的真菌DNA应用PCR在18S rRNA 领域增幅,引物为For the fungal 18S rRNA gene ampli— ifcation,向引物NS3(5'-C ̄AAGTCTGGTGCCAG CAC ̄2-3 )和反向引物YM951r(5'-TTGCA2AAAT— GCTTTCGC一3 )使用。扩增反应在Bio-Rad仪器上进 行,反应参数:预变性95℃,10 min;变性,93℃,1 min; 退火,55℃(前10个循环),1 min;50℃(中间1O个循 环),1 min;45℃(最后1O个循环),1 min;延伸72℃,3 miar共3O个循环;延伸72℃,5 min。TAKARA生物 392 草 地 学 报 第23卷 在对照组L.brevis和P.pentosaceus以及一些大 肠菌出现在有氧稳定试验以后的青贮饲料中。在鼠 李糖乳杆菌组B.pumilus出现在有氧稳定试验以 明大肠菌与的关系,因此将来我们可以在青贮 饲料中添加K.pneumoniae,A.pasteurianus,B. gibsonii和E.hormaechei,以了解与这些大肠 菌的关系。 后,且条带较亮。Inglis等口 也发现B.pumilus出 现在使用乳酸菌添加剂的青贮饲料开封后,开封后 青贮饲料pH的升高与芽胞杆菌关系更大。L. C.glabrata在青贮饲料的渗透液中分离过,可 能会导致犊牛拉稀。在青贮玉米发酵过程中,c. magnolia,C.flavus,C.intermedia,C.glabrata brevis在有的研究中也被认为是一种菌[1 ,然 而更多的情况是L.brevis可以起到一定的提高有 和C.quercitrusa组成真菌菌群。虽然Candida 氧稳定性的作用_1引。一般认为鼠李糖乳杆菌组的 真菌菌群应该与对照组不同,应该含有利用乳酸的 酵母菌,因为乳酸被认为是导致有氧的原因之 一。同样布氏乳杆菌组真菌菌群也应该发生转变, 应为布氏乳杆菌在发酵后期起作用口 。事实上,鼠 李糖乳杆菌组的真菌菌群并没有发生改变,布氏乳 杆菌组只是S.cerevisiae和P.anomala在贮藏过 程中发现,S.cerevisiae,P.anomala和Lolium multiflorum在DGGE中不容易区别,添加布氏乳 杆菌抑制了P.anomala,一种乳酸分解酵母。 3.2添加鼠李糖乳杆菌和布氏乳杆菌对青贮玉米 微生物群集和有氧稳定性的影响 本研究中鼠李糖乳杆菌的使用并没有改变青贮 玉米发酵产物的含量和组成。研究已经表明在青贮 玉米中接种乳酸菌的成功率小于青贮牧草口 。由 于青贮玉米原料中的附生乳酸菌含量往往与接种剂 数量一致(约10 cfu・g ),接种的乳酸菌不容易 竞争过附生菌群_1 。但是,在本研究中,青贮饲料 中细菌和真菌菌群与原料附生菌群不一致。如果附 生菌群数量足够,他们应该能够在发酵过程中处于 优势地位,至少在发酵初期这样。事实上,W.pa— ramesenteroides,L.plantarum和L.1actis在原料 中并没有检测到,在发酵过程中所有的样品中均检 测到。此外,虽然L.brevis,P.parvulus,W. confusa和K.pneumoniae在发酵前后均有发现, 但在发酵过程中并不占优势。其他学者的研究中也 提到过原料与发酵过程中微生物菌群的差异【6]。虽 然DGGE分析是不定量的测试,但它可以检测细菌 菌群中占1 以上的细菌L1 。在的的玉米青贮 饲料中,K.pneumoniae,A.pasteurianus,B.gib— sonii和E.hormaechei被检测到。醋酸菌一直被认 为是的起始菌,而芽孢杆菌被认为是后期pH 上升的主要菌。大肠菌在有氧中的作用并不清 楚,可能它也参与有氧或者在酵母等定植后为 大肠菌定植创造了机会。但是本试验并不能充分说 spp.和Cryptococcus spp.在一些发酵食物中也能 发现,C.magnolia,C.flavus,C.intermedia和 C.quercitrusa在青贮中还没有报到。本研究中C. glabrata在开封后检测不到,在的鼠李糖乳杆 菌组检测到另外两种真菌。C.magnolia在有氧和 厌氧条件下都可以生长,但是C.magnolia在开封 后消失。在对照组和鼠李糖乳杆菌组C.quercitru— sa开封后也未检测到。这证明C.magnolia,C. flavus,C.intermedia和C.quercitrusa可能与腐 败无关。P.kudriavzevii,S.exiguus和P. r— mentans在的青贮饲料中发现,这些真菌在青 贮玉米暴露于空气中时发现Ⅲ1 。而P.kudriavze— vii在发酵期间也发现,说明P.kudriavzevii与有 氧无关。有报道称C.milleri和P.anomala 青贮玉米有氧有关__1 ,但是在本研究DGGE 结果中没有发现。 4 结论 添加鼠李糖乳杆菌可以改变青贮黑麦草的细菌 菌群,添加布氏乳杆菌对青贮黑麦草细菌菌群影响 不大。发生时青贮黑麦草的细菌与真菌菌群发 生变化。添加鼠李糖乳杆菌与布氏乳杆菌对青贮玉 米的细菌菌群与真菌菌群影响较小,发生后青 贮玉米细菌菌群发生变化,真菌菌群的变化只存在 于开封前与后。 参考文献 [1]McDonald P,Henderson A R,Heron S J E.The biochemistry of silage[M].Welton,Lincoln,UK:Chalcombe Publica— tions.1991 [2]Weinberg Z G,Muck R E.New trends and opportunities in the development and use of inoculants for silage[J].FEMS Microbiology Reviews,1996,19(1):53—68 [3]Driehuis F,Oude S,Spoelstra S F.Anaerobic lactic acid deg— radation during ensilage of whole crop maize inoculated with Lactobacillus buchneri inhibits yeast growth and improves aer— 第2期 李雁冰等:不同乳酸菌添加剂对青贮黑麦草和青贮玉米微生物群集的影响 393 obic stability EJ3.Journal of Applied Microbiology,1999,87 (4):583—594 [43 Oude S,Krooneman J,Gottschal J C,et a1.Anaerobic con— version of lactic acid to acetic acid and 1.2-Pro panediol by Lacto bacillus buchneri[J].Applied and Environmental Mi— crobiology,2001,67(1):125—132 Is]Lin c,Bolsen K,Brent B E,eta1.Epiphytie lactic acid bacte— ria succession during the pre—。ensiling and ensiling periods of al—- falfa and maize[J].Journal of Applied Bacteriology,1992,73 (5):375-387 [63 Parvin S,Wang C,Li Y,et a1.Effects of inoculation with lactic acid bacteria on the bacteria1 communities of Italian ryegrass,whole crop maize,guinea grass and Rhodes grass si— lages[J].Animal Feed Science and Technology,2010,160 (3):16O一166 [73 Ostling C,Lindgren S.Influences of enterobacteria on the fer— mentation and aerobic stability of grass silages[J].Grass and Forage Science,1995,50(1):41-47 [8]Pascual L M,Daniele M B,Ruiz F,eta1.Lactobacillus rham— nOSU5 L60,a potential probiotic isolated from the human vagi— na[J3.The Journal of general and applied microbiology,2008, 54(3):141-148 [9]Nakamura L K.Bacillus amylolyticus sp.nov.,nora.rev., Bacillus lautus sp.nov.,nora.rev.,Bacillus pabuli sp. nov.,nora,rev.,and Bacillus validus sp.nov.,nora.rev [J].International Journal of Systematic Bacteriology,1984,34 (2):224-226 [1O]Middelhoven W J,Baalen A H M.Development of the yeast flora of whole—。crop maize during ensiling and during subse—- quent aerobiosis[J3.Journal of the Science of Food and Agri— culture,1988,42(3):199—207 [11]Auerbach H,Oldenburg E,Weissbach F.Incidence of Pe i— cillium roqueforti and roquefortin C in silages[J3.Journal of the Science of Food and Agriculture,1998,76(4):565—572 [123 Hacking A,Rosser W R.Patulin production by Paecilomyces species isolated from silage in the United Kingdom[J].Jour— nal of the Science of Food and Agriculture,1981,32(6):620— 623 [133 Inglis G D,Yanke L J,Kawchuk L M,eta1.The influence of bacterial inoculants on the microbial ecology of aerobic spoilage of barlery silage[J].Canadian Journal of Microbiology,1999, 45(1):77—87 [14]Waite J G,Jones J M,Yousef A E.Isolation and identification of spoilage microorganisms using food—based media combined with rDNA sequencing:Ranch dressing as 8 model food[J]. 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