反刍动物胃肠道微生物区系及作用

赵 波，何经纬，冯 波，王小强

（四川省畜牧总站，四川 成都 610041）

反刍动物胃肠道微生物区系及作用

赵 波，何经纬，冯 波，王小强

（四川省畜牧总站，四川 成都 610041）

反刍动物的瘤胃内含有丰富的微生物，这些微生物利用宿主体内适宜的温度、湿度、酸碱度、渗透压以及氧压条件进行生长繁殖，并帮助反刍动物消化和利用营养物质。

反刍动物瘤胃内微生物的作用：纤维的消化和糖原的生成、蛋白质的分解与合成、维生素的合成等。糖原、蛋白质、维生素等机体所需物质的生产与合成主要依靠由瘤胃细菌、瘤胃甲烷菌、瘤胃真菌、瘤胃原虫、瘤胃噬菌体等构成的微生态系统协作完成。

1 瘤胃细菌

反刍动物的胃包括瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃，其中瘤胃是最大的隔间，又进一步分为不同的囊。

反刍动物瘤胃微生物群落由不同类型的细菌、古细菌、真菌以及纤毛原生动物等组成。这些微生物参与将饲料中的植物多聚合物降解为单体并最终生成挥发性脂肪酸（VFA），VFA是反刍动物碳和能量的来源。在瘤胃微生物区系中，数量最多、多样性最广的为瘤胃细菌（1011mL瘤胃液），这些瘤胃细菌有革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，它们大多为严格厌氧微生物，能够产生不同的酶来降解木质化纤维素。这些瘤胃细菌除纤维降解菌外，还有蛋白降解菌、淀粉降解菌、脂肪降解菌、尿素降解菌以及单宁降解菌等。产琥珀酸丝状杆菌、黄色瘤胃球菌、白色瘤胃球菌是主要的纤维降解菌，它们能够降解纤维素和半纤维素，但这些细菌却只占瘤胃总菌的0.2%左右。

乙酸产生菌在瘤胃中的变化较大，从不可检测到105mL瘤胃液，这些乙酸菌能够利用氢气产生乙酸，因此，乙酸菌被借助来减少瘤胃中甲烷的生成。

2 瘤胃甲烷菌

甲烷菌为严格厌氧菌，属广古菌门，瘤胃中的主要是甲烷古菌。

甲烷古菌的数量为107～109mL瘤胃液，其数量的变化很大程度上取决于日粮类型。这些甲烷菌都有一个共同的特征，那就是有辅酶F420，F420作为甲酸脱氢酶和甲酸氢化酶的辅酶参与甲烷的生成。甲烷古菌只能在严格厌氧的环境下，在以氢气、甲酸、甲醇、甲胺以及乙酸等为底物的情况下存活。

产生甲烷的过程即是一个能量损失的过程，甲烷能占总能的4%～10%左右。

甲烷古菌分为甲烷球菌目、甲烷杆菌目、甲烷火菌目、甲烷八叠球菌目、甲烷微菌目，以及最近公认的两个目即Methanocellales和Methanomassiliicoccales，在这之前，Methanomassiliicoccales被命名为Methanoplasmatales，这7个目中甲烷杆菌目为优势菌群。迄今为止，只有7个甲烷菌种进行过体外培养，他们分别是Methanobacterium formic icum，Methanobacterium bryanti，Methanobrevibacter ruminantium，Methanobrevibacter smithii，Methanomicrobium mobile，Meth anosarcina barkeri和Methanoculleus olentangii。

3 瘤胃真菌

厌氧真菌在反刍动物和非反刍草食动物的胃肠道内存在，其产生的多种水解酶，在纤维降解过程中起着非常重要的作用。这些真菌是严格厌氧的，所以体外培养非常麻烦，因而目前对这些真菌功能的了解有限。

瘤胃真菌属于 Neocallimastigomycota门，Neocallimastigomycetes纲 Neocallimastigales目，目前，共有6个种有相关报道，根据菌体的形态，其分为单中心（Neocallimastix，Piromyces和Caecomyces）和多中心（Orpinomyces，Anaeromyces，and Cyllamyces）。这些真菌的数量占到了瘤胃菌群总量的8%～20%，真菌的分类主要依靠形态学证据，但形态学证据通常不可靠，因为真菌的形态会随着培养条件的改变而改变。

分子生物学手段被用来鉴定真菌，最开始采用的是18S rDNA技术，其被用来鉴定真菌以及对真菌分类，不久该技术被内转录间隔区（ITS）所取代，但由于ITS区域中极高的AT区域以及内部本身的变异，ITS用来鉴定真菌被认为是不成熟的。有学者报道，D1/D2区域28S rDNA适用于鉴定Orpinomyces的分化，但这种技术还需进一步成熟化。

4 瘤胃原虫

纤毛虫是瘤胃的常驻者，约占瘤胃内50%的生物量（104～106细胞/mL瘤胃液）。迄今为止，有约42个属的瘤胃原虫被报道。

根据形态学，纤毛原虫可分为两大类，即全毛虫和内毛虫。纤毛原虫与产甲烷菌联系紧密，通过消除纤毛原虫可降低甲烷9%～40%的排放。此外，纤毛原虫对瘤胃细菌和真菌均有利，其可清除氧气，调节微生物区系，同时将微生物氮传递给宿主。

5 瘤胃噬菌体

噬菌体在瘤胃液中大量存在（109～1010细胞/mL瘤胃液），目前有26～40种形态学上不同的类型。

噬菌体在瘤胃中扮演着非常重要的角色，其可保持瘤胃内细菌、甲烷菌等区系的平衡，降低甲烷排放。

目前对瘤胃微生物多样性的理解和细菌间相互作用的了解有限。通过体外培养方法分离鉴定瘤胃微生物是费时的，通过显微镜检查鉴定瘤胃微生物需要高度的专业知识。体外培养方法所存在的缺陷导致不依赖于体外培养的鉴定方法，尤其是高通量测序方法越来越受重视。通过分子生物学手段可更加准确地研究瘤胃微生物的组成、动态变化等。体外培养的方法仍不失为一种微生物研究方法，但需要将特异的微生物菌种加以培养保存。■

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：1001-8964（2017）04-0055-02

2017-02-27