牦牛瘤胃厭氧真菌與甲烷菌共培養(yǎng)物的多樣性及其纖維降解特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、青藏高原牦牛終年以放牧方式生活在海拔3000米以上的極端生態(tài)環(huán)境,棲息在瘤胃中的大量微生物使牦牛瘤胃成為高效降解木質纖維素的天然發(fā)酵罐。其中,厭氧真菌是一種重要的木質纖維素降解微生物。有研究認為,與瘤胃真菌共生的一些甲烷菌能夠提高厭氧真菌纖維素降解活性,并促進木質纖維素降解代謝轉化生成乙酸和甲烷。目前有關瘤胃厭氧真菌和甲烷菌之間的自然共存關系研究報道很少,為開發(fā)利用瘤胃內高效降解木質纖維素的優(yōu)質真菌資源,本文首次以甘肅省天祝放牧牦牛為研

2、究對象,利用亨氏厭氧滾管培養(yǎng)技術,分離獲得了大量瘤胃厭氧真菌及甲烷菌自然共培養(yǎng)物,分析探討了厭氧真菌和甲烷菌之間的自然共存關系,并開展了這些共培養(yǎng)物對農作物秸稈的木質纖維素降解功效和消化代謝研究,主要研究結果如下:
  1.牦牛瘤胃共培養(yǎng)物的多樣性:自天祝全放牧牦牛瘤胃食糜液中分離獲得生長穩(wěn)定的厭氧真菌及甲烷菌共培養(yǎng)物20個,通過形態(tài)學結合ITS1序列分析鑒定厭氧真菌的種屬,通過PCR-DGGE技術和16SrDNA序列分析與厭氧真

3、菌共生的甲烷菌的多樣性和種類。20個共培養(yǎng)物包括4種組合類型:8個Orpinomyces joyonii+Methanobrevibacter ruminantium,1個Orpinomyces joyonii+Methanobrevibacter millerae,8個 Neocallimastix frontalis+Methanobrevibacter ruminantium,3個Piromyces+Methanobrevibac

4、ter ruminantium。
  2.高效共培養(yǎng)物的篩選:以小麥秸稈為生長底物,通過檢測產氣量、多糖水解酶活性、酯酶活性、干物質降解率、酚酸釋放量、甲烷和乙酸產量,研究發(fā)現8個共培養(yǎng)Neocallimastix frontalis+Methanobrevibacter ruminantium和3個共培養(yǎng) Piromyces+Methanobrevibacter ruminantium比9個共培養(yǎng) Orpinomyces joy

5、onii+Methanobrevibacter ruminantium生長更加穩(wěn)定快速,表現出更強的秸稈纖維降解活性。自20個3屬真菌與甲烷菌共培養(yǎng)中,篩選出降解秸稈的3個高效共培養(yǎng)物分別為:O. joyonii Yak7+M. ruminantium。N. frontalis Yak16+M. ruminantium和Piromyces Yak18+M. ruminantium。
  3.高效共培養(yǎng)和相應的真菌純培養(yǎng)對秸稈的降解

6、能力比較:在上述2研究的基礎上,以小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈為底物,在7天培養(yǎng)期內,3個高效共培養(yǎng)物中N. frontalis Yak16+M. ruminantium表現出最強的降解秸稈木質纖維素功能,產生最高活性木聚糖酶、濾紙纖維素酶、阿魏酸酯酶、乙酰酯酶、香豆酸酯酶、最高干物質降解率、中性和酸性洗滌纖維降解率和最多的酚酸釋放量。甲烷菌M. ruminantium在不同程度上提高了3株厭氧真菌純培養(yǎng)降解秸稈的功能,尤其是真菌純培養(yǎng)

7、N. frontalis Yak16本身以3種秸稈為底物具有較高干物質降解率,而與甲烷菌M. ruminantium形成自然共培養(yǎng)后進一步顯著提高了真菌純培養(yǎng)N. frontalis Yak16的降解功能,使共培養(yǎng)物N. frontalis Yak16+M. ruminantium成為高效降解秸稈木質素纖維素的最佳優(yōu)勢組合,最高值分別達到:以麥秸為底物木聚糖酶12500 mU,以玉米秸為底物濾紙酶430.3 mU,阿魏酸酯酶11.0 m

8、U,乙酰酯酶199.3 mU,香豆酸酯酶5.0 mU,中性洗滌纖維降解率61.7%,酸性洗滌纖維降解率55.7%,阿魏酸釋放24.1 ug/mL和p-香豆酸釋放50.3μg/mL,以稻秸為底物的干物質降解率71.9%。
  4.高效共培養(yǎng)物和相應的真菌純培養(yǎng)降解秸稈所產代謝產物比較:在上述3研究的基礎上,以小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈為底物,在7天培養(yǎng)期內,3個高效共培養(yǎng)物相對應的3個純培養(yǎng)真菌產生乙酸、乳酸、乙醇和氫氣產量依次是

9、N. frontalis Yak16﹥Piromyces Yak18﹥O. joyonii Yak7,尤其是厭氧真菌純培養(yǎng)N. frontalis Yak16產生大量乙醇和乳酸,乙醇產量遠高于以前文獻報道。3個高效共培養(yǎng)產生乙酸、乳酸和甲烷產量依次是:N. frontalis Yak16+M. ruminantium﹥Piromyces Yak18+M. ruminantium﹥O. joyonii Yak7+M. ruminantiu

10、m,尤其是共培養(yǎng)N. frontalis Yak16+M. ruminantium產生大量乙酸和甲烷,歸因于甲烷菌M. ruminantium改變了厭氧真菌的代謝途徑。根據上述結果,無論是厭氧真菌純培養(yǎng) N. frontalis Yak16,還是厭氧真菌及甲烷菌共培養(yǎng) N. frontalis Yak16+M. ruminantium都可能在提高木質纖維素生物降解中具有重要的開發(fā)應用價值。
  綜上所述,本文系統(tǒng)揭示了天祝放牧牦牛

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