趙 波，何經(jīng)緯，馮 波，王小強(qiáng)

（四川省畜牧總站，四川 成都 610041）

反芻動物胃腸道微生物區(qū)系及作用

趙 波，何經(jīng)緯，馮 波，王小強(qiáng)

（四川省畜牧總站，四川 成都 610041）

反芻動物的瘤胃內(nèi)含有豐富的微生物，這些微生物利用宿主體內(nèi)適宜的溫度、濕度、酸堿度、滲透壓以及氧壓條件進(jìn)行生長繁殖，并幫助反芻動物消化和利用營養(yǎng)物質(zhì)。

反芻動物瘤胃內(nèi)微生物的作用：纖維的消化和糖原的生成、蛋白質(zhì)的分解與合成、維生素的合成等。糖原、蛋白質(zhì)、維生素等機(jī)體所需物質(zhì)的生產(chǎn)與合成主要依靠由瘤胃細(xì)菌、瘤胃甲烷菌、瘤胃真菌、瘤胃原蟲、瘤胃噬菌體等構(gòu)成的微生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作完成。

1 瘤胃細(xì)菌

反芻動物的胃包括瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃和皺胃，其中瘤胃是最大的隔間，又進(jìn)一步分為不同的囊。

反芻動物瘤胃微生物群落由不同類型的細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌以及纖毛原生動物等組成。這些微生物參與將飼料中的植物多聚合物降解為單體并最終生成揮發(fā)性脂肪酸（VFA），VFA是反芻動物碳和能量的來源。在瘤胃微生物區(qū)系中，數(shù)量最多、多樣性最廣的為瘤胃細(xì)菌（1011mL瘤胃液），這些瘤胃細(xì)菌有革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，它們大多為嚴(yán)格厭氧微生物，能夠產(chǎn)生不同的酶來降解木質(zhì)化纖維素。這些瘤胃細(xì)菌除纖維降解菌外，還有蛋白降解菌、淀粉降解菌、脂肪降解菌、尿素降解菌以及單寧降解菌等。產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌、黃色瘤胃球菌、白色瘤胃球菌是主要的纖維降解菌，它們能夠降解纖維素和半纖維素，但這些細(xì)菌卻只占瘤胃總菌的0.2%左右。

乙酸產(chǎn)生菌在瘤胃中的變化較大，從不可檢測到105mL瘤胃液，這些乙酸菌能夠利用氫氣產(chǎn)生乙酸，因此，乙酸菌被借助來減少瘤胃中甲烷的生成。

2 瘤胃甲烷菌

甲烷菌為嚴(yán)格厭氧菌，屬廣古菌門，瘤胃中的主要是甲烷古菌。

甲烷古菌的數(shù)量為107～109mL瘤胃液，其數(shù)量的變化很大程度上取決于日糧類型。這些甲烷菌都有一個共同的特征，那就是有輔酶F420，F(xiàn)420作為甲酸脫氫酶和甲酸氫化酶的輔酶參與甲烷的生成。甲烷古菌只能在嚴(yán)格厭氧的環(huán)境下，在以氫氣、甲酸、甲醇、甲胺以及乙酸等為底物的情況下存活。

產(chǎn)生甲烷的過程即是一個能量損失的過程，甲烷能占總能的4%～10%左右。

甲烷古菌分為甲烷球菌目、甲烷桿菌目、甲烷火菌目、甲烷八疊球菌目、甲烷微菌目，以及最近公認(rèn)的兩個目即Methanocellales和Methanomassiliicoccales，在這之前，Methanomassiliicoccales被命名為Methanoplasmatales，這7個目中甲烷桿菌目為優(yōu)勢菌群。迄今為止，只有7個甲烷菌種進(jìn)行過體外培養(yǎng)，他們分別是Methanobacterium formic icum，Methanobacterium bryanti，Methanobrevibacter ruminantium，Methanobrevibacter smithii，Methanomicrobium mobile，Meth anosarcina barkeri和Methanoculleus olentangii。

3 瘤胃真菌

厭氧真菌在反芻動物和非反芻草食動物的胃腸道內(nèi)存在，其產(chǎn)生的多種水解酶，在纖維降解過程中起著非常重要的作用。這些真菌是嚴(yán)格厭氧的，所以體外培養(yǎng)非常麻煩，因而目前對這些真菌功能的了解有限。

瘤胃真菌屬于 Neocallimastigomycota門，Neocallimastigomycetes綱 Neocallimastigales目，目前，共有6個種有相關(guān)報(bào)道，根據(jù)菌體的形態(tài)，其分為單中心（Neocallimastix，Piromyces和Caecomyces）和多中心（Orpinomyces，Anaeromyces，and Cyllamyces）。這些真菌的數(shù)量占到了瘤胃菌群總量的8%～20%，真菌的分類主要依靠形態(tài)學(xué)證據(jù)，但形態(tài)學(xué)證據(jù)通常不可靠，因?yàn)檎婢男螒B(tài)會隨著培養(yǎng)條件的改變而改變。

分子生物學(xué)手段被用來鑒定真菌，最開始采用的是18S rDNA技術(shù)，其被用來鑒定真菌以及對真菌分類，不久該技術(shù)被內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（ITS）所取代，但由于ITS區(qū)域中極高的AT區(qū)域以及內(nèi)部本身的變異，ITS用來鑒定真菌被認(rèn)為是不成熟的。有學(xué)者報(bào)道，D1/D2區(qū)域28S rDNA適用于鑒定Orpinomyces的分化，但這種技術(shù)還需進(jìn)一步成熟化。

4 瘤胃原蟲

纖毛蟲是瘤胃的常駐者，約占瘤胃內(nèi)50%的生物量（104～106細(xì)胞/mL瘤胃液）。迄今為止，有約42個屬的瘤胃原蟲被報(bào)道。

根據(jù)形態(tài)學(xué)，纖毛原蟲可分為兩大類，即全毛蟲和內(nèi)毛蟲。纖毛原蟲與產(chǎn)甲烷菌聯(lián)系緊密，通過消除纖毛原蟲可降低甲烷9%～40%的排放。此外，纖毛原蟲對瘤胃細(xì)菌和真菌均有利，其可清除氧氣，調(diào)節(jié)微生物區(qū)系，同時將微生物氮傳遞給宿主。

5 瘤胃噬菌體

噬菌體在瘤胃液中大量存在（109～1010細(xì)胞/mL瘤胃液），目前有26～40種形態(tài)學(xué)上不同的類型。

噬菌體在瘤胃中扮演著非常重要的角色，其可保持瘤胃內(nèi)細(xì)菌、甲烷菌等區(qū)系的平衡，降低甲烷排放。

目前對瘤胃微生物多樣性的理解和細(xì)菌間相互作用的了解有限。通過體外培養(yǎng)方法分離鑒定瘤胃微生物是費(fèi)時的，通過顯微鏡檢查鑒定瘤胃微生物需要高度的專業(yè)知識。體外培養(yǎng)方法所存在的缺陷導(dǎo)致不依賴于體外培養(yǎng)的鑒定方法，尤其是高通量測序方法越來越受重視。通過分子生物學(xué)手段可更加準(zhǔn)確地研究瘤胃微生物的組成、動態(tài)變化等。體外培養(yǎng)的方法仍不失為一種微生物研究方法，但需要將特異的微生物菌種加以培養(yǎng)保存。■

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2017-02-27