微生物多樣性測(cè)序助力發(fā)酵飼料品質(zhì)提升研究

喜    報(bào)
 2022年2~5月份，鄭州大學(xué)農(nóng)學(xué)院龐會(huì)利老師團(tuán)隊(duì)陸續(xù)在Microorganisms、Foods和Toxins期刊發(fā)表三篇文章，利用16S rDNA、ITS多樣性測(cè)序技術(shù)（中科新生命提供測(cè)序服務(wù)）分別對(duì)豆粕、玉米青貯飼料發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)糞腸球菌（Enterococcus faecalis）ZZUPF95、植物乳桿菌（Lactiplantibacillus plantarum）ZA3菌株、艾蒿的添加能提升豆粕、玉米青貯飼料在有氧暴露條件下發(fā)酵后產(chǎn)物的品質(zhì)，具體表現(xiàn)為降低發(fā)酵產(chǎn)物pH、增加有機(jī)酸含量、抑制病原菌繁殖。這些研究結(jié)果對(duì)改進(jìn)豆粕、玉米青貯飼料的發(fā)酵方式和貯藏具有一定的理論價(jià)值。

下面讓我們來(lái)回顧一下這3篇文章的主要內(nèi)容：

研究背景

豆粕（SBM）作為一種充足的植物蛋白原料，因其蛋白質(zhì)含量高、動(dòng)物必需氨基酸豐富，以及多種功能性營(yíng)養(yǎng)素而受到廣泛關(guān)注。然而，豆粕中的大分子蛋白、病原微生物、霉菌毒素和抗?fàn)I養(yǎng)因子（ANFs）卻會(huì)對(duì)食草動(dòng)物的生長(zhǎng)性能和腸道健康產(chǎn)生不良影響。全作物玉米青貯飼料（WCCS）營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，綜合經(jīng)濟(jì)效益高，是反芻動(dòng)物最常見(jiàn)的飼草飼料，但在收獲前、發(fā)酵過(guò)程中和青貯完成后可能會(huì)受到多種霉菌毒素的污染。包括E. faecalis、L. plantarum在內(nèi)的乳酸菌（LAB）作為廣泛應(yīng)用的飼料發(fā)酵添加劑，可以促進(jìn)發(fā)酵豆粕中乳酸和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累、降低發(fā)酵產(chǎn)物pH和ANFs的含量；并可以調(diào)節(jié)青貯飼料原料中的微生物群，使其營(yíng)養(yǎng)成分得以保存，以保證青貯飼料的發(fā)酵質(zhì)量和穩(wěn)定性。艾蒿（AA）含有多種活性化合物，并具有抑菌效用，是一種用于治療腹瀉、止血和炎癥等疾病的傳統(tǒng)中草藥。近年來(lái)，AA作為飼料添加劑可以提高飼料質(zhì)量，降低飼料成本，減少環(huán)境污染，在動(dòng)物生產(chǎn)中得到了積極的應(yīng)用。因此，探索飼料發(fā)酵過(guò)程中LAB、AA添加劑對(duì)豆粕、青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)、化學(xué)成分和微生物菌群的影響，有助于提升發(fā)酵飼料品質(zhì)和改善貯藏方式。
 
01 糞腸球菌處理豆粕發(fā)酵和好氧暴露過(guò)程中微生物種群演替、群落多樣性及其與發(fā)酵質(zhì)量的關(guān)系
技術(shù)路線：
主要結(jié)果：
1）2%葡萄糖、2%蛋白胨、1.47%無(wú)機(jī)鹽是E. faecalis ZZUPF95的最佳培養(yǎng)基配比，最佳發(fā)酵方案為發(fā)酵時(shí)間36 h、接種量10%、料水比1:1。
2）與發(fā)酵豆粕的CK和蛋白酶處理組相比，ZZUPF95添加組表現(xiàn)出pH降低、病原菌（尤其是大腸桿菌）抑制和粗纖維降解提升，蛋白酶的加入還促進(jìn)粗蛋白的降解。
3）隨著ZZUPF95的加入和發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵飼料微生物群落多樣性顯著降低，細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
4）ZZUPF95，尤其是ZZUPF95+蛋白酶可作為發(fā)酵豆粕質(zhì)量提升的潛在添加劑。 [1] Ma H, Wang W, Wang Z, et al. Microbial population succession and community diversity and its correlation with fermentation quality in soybean meal treated with Enterococcus faecalis during fermentation and aerobic exposure[J]. Microorganisms, 2022, 10(3): 530.

02 乳酸菌、艾蒿處理豆粕發(fā)酵和好氧暴露過(guò)程中微生物群落和發(fā)酵質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化
技術(shù)路線：
主要結(jié)果：
1）與發(fā)酵3 d相比，L. plantarum ZA3和艾蒿處理組在發(fā)酵30 d及后續(xù)有氧暴露后，其結(jié)構(gòu)較松散，外觀呈彌散大孔。
2）隨著ZA3和艾蒿的加入和發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵飼料pH值降低、有害微生物減少，有機(jī)酸含量增加，霉菌毒素含量顯著下降。
3）綜上所述，ZA3和艾蒿處理30 d發(fā)酵豆粕是最優(yōu)的。即使考慮到成本的原因，在大批量的實(shí)際生產(chǎn)中，30 d的發(fā)酵也可以作為保存發(fā)酵豆粕的一種手段。
4）本文研究結(jié)果為確定乳酸菌與艾蒿復(fù)合作為高效飼料添加劑的可能性提供了初步參考。  
不同處理?xiàng)l件下，豆粕發(fā)酵和有氧暴露過(guò)程中有害微生物相對(duì)豐度和霉菌毒素含量降低
[2] Wang W, Tan Z, Gu L, et al. Dynamics changes of microorganisms community and fermentation quality in soybean meal prepared with lactic acid bacteria and Artemisia argyi through fermentation and aerobic exposure processes[J]. Foods, 2022, 11(6): 795.

03 乳酸菌、艾蒿處理青貯玉米發(fā)酵和好氧暴露條件下微生物群落和發(fā)酵品質(zhì)的變化
技術(shù)路線：
主要結(jié)果：
1）L. plantarum ZA3和艾蒿（AA）處理可提升全作物玉米青貯飼料的發(fā)酵質(zhì)量、化學(xué)成分和微生物種群。2）發(fā)酵60 d后，ZA3和較高的AA（>6%）施用量均增加了乳酸桿菌的相對(duì)豐度，而AA降低了腸桿菌和醋桿菌含量。3）在有氧暴露期間，ZA3和AA降低了念珠菌的相對(duì)豐度，ZA3處理降低了醋桿菌相對(duì)豐度，AA處理降低了畢赤酵母和哈薩克斯坦酵母相對(duì)豐度。4）ZA3和AA處理組降低了發(fā)酵飼料中霉菌毒素水平，所有AA處理組的總黃酮含量均顯著升高。5）本研究結(jié)果為應(yīng)用AA（>6%）作為高效飼料添加劑抑制真菌衍生霉菌毒素、提高青貯飼料品質(zhì)的可能性提供了初步參考。 [1] Wang W, Tan Z, Gu L, et al. Variation of Microbial Community and Fermentation Quality in Corn Silage Treated with Lactic Acid Bacteria and Artemisia argyi during Aerobic Exposure[J]. Toxins, 2022, 14(5): 349.

小編小結(jié)
在發(fā)酵領(lǐng)域微生物組學(xué)相關(guān)研究中，上述文章實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路富有代表性，非常適合剛開(kāi)展微生物組學(xué)研究的老師們參考。3篇研究利用不同的發(fā)酵原材料（豆粕、玉米青貯飼料），設(shè)置不同的處理方式（發(fā)酵時(shí)間、有氧暴露、不同LAB菌株+蛋白酶/AA），對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)/有害物質(zhì)含量、微生物群落結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行探討，為提升發(fā)酵飼料品質(zhì)和優(yōu)化貯存方式提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)可以考慮增加宏基因組、代謝組層面的研究，進(jìn)一步探索發(fā)酵過(guò)程中潛在的微生物功能過(guò)程、代謝機(jī)理和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)掘飼料品質(zhì)提升中的關(guān)鍵功能微生物。