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酵母菌种的筛选及其对反刍动物的影响
作者:bsf 文章来源:本站原创 点击数:2239 更新时间:2016-3-29 9:05:52
 

近年来,活性酵母产品已经成为较为普遍的反刍动物饲料添加剂,国内外针对活性酵母产品对反刍动物瘤胃作用机理及效果做了许多的研究工作,无论在动物体内试验还是体外试验都表明,添加活性酵母对反刍动物的瘤胃发酵、生产性能、产品质量以及产品安全性等方面都有积极的影响。然而,这种作用与不同酵母菌菌种的结构及生物活性密切相关。目前,生态学、细菌生理学、生物化学以及分子生物学的迅速发展,为我们认识不同酵母菌种的生物学作用提供了便利条件,同时新型酵母菌种的筛选以及作用机理成为未来酵母研究的新热点。因此,筛选新型酵母菌种和研究其潜在的细胞生物学机制意义重大。

1、影响新型酵母菌筛选的因素

随着对酵母菌研究的深入,对研究对象~酵母菌的筛选无疑是至关重要的,一方面要保证所筛选的新型酵母菌种具有生物安全性,另一方面还要考虑到不同酵母菌品种对瘤胃菌群的抑制作用差异性很大,会导致不同酵母菌品种对反刍动物发酵性能和生产性能产生不同影响。因此,新型酵母品种的筛选工作应放在鉴定新品种对反刍动物瘤胃发酵性能的改善及其机理上,这需要从大量的不同酵母菌种中通过一系列筛选工作来完成。最初的筛选工作应集中研究添加活性酵母菌对动物生产性能以及对瘤胃特定微生物代谢活性的影响。适合的候选菌种可以在体外培养系统中对瘤胃发酵指标影响进行试验。

经过酵母菌种的筛选及其对反刍动物的影响试验,这样可以在体内试验进行之前,初步筛选出一部分可能对瘤胃发酵有益的酵母菌。新型酵母菌种的选择,不但要确定其对瘤胃发酵积极的影响,同时,还要考虑新型酵母在瘤胃中的稳定性。尽管酵母菌不能够在瘤胃中有效的扩增繁殖,但目前试验表明,部分酵母菌种在瘤胃液中保持活性的时间可以达到48h,日粮中添加的酵母菌在动物排出体外后仍能恢复活性。但是,如果一个新筛选出的对瘤胃发酵有积极的影响的酵母品种,由于其添加后的活力受到限制,其潜在的益处可能会被过高的估计,为了保持其生物活性,必须不断向瘤胃中添加此酵母菌以便保持较高水平的酵母菌含量。除此之外,由于酵母菌对后消化道的影响及随着酵母菌进入大肠活性变化还所知有限,因此,新型酵母菌的选择也应考虑到其对后消化道的影响。

2、如何利用分子生物学技术选择新型

过去十几年,随着分子生物学的技术的不断进步,人们对不同微生物生态系统的研究,特别是瘤胃系统,也取得了长足的进步。这些分子技术现阶段主要用于辅助和替代传统微生物和生物化学的分析方法,同时技术的发展有助于更好的理解日粮中营养素对微生物系统的作用机制。特别是定量PCR分子生物学技术的应用,取代了传统的细菌培养和苛刻的厌氧环境的需求。这项技术相对于传统方法测定不同,菌群由于日粮的改变和日粮中添加低剂量添加剂后的微小改变更加敏感,同时,该方法可以观测到通常被传统方法所忽视的微生物菌群组成的改变。目前所知,添加酵母能够引起纤维分解菌数量的增加,但传统方法不能测定纤维分解菌个别菌种在量上的变化,利用定量PCR技术,可以直观的观测到纤维分解菌个别菌种的改变量。利用荧光定量PCR技术可以对瘤胃总细菌,原虫和真菌进行定量,同时能够对特别菌群和菌种进行定性和定量分析。DNA指纹图谱技术例如DGGETRGE等,同样可以用来观测微生物菌群的改变。通过研究添加了酵母之后而引起的微生物菌群的改变,能够说明酵母与微生物之间的相互联系。抑制消减杂交技术(SSH)同样可以用来鉴定特殊菌群的组成,进而可以发现新的菌群组成以及酵母与其之间的联系。因此,了解微生物生态系统如何因不同外来刺激而改变以及酵母菌对微生态的影响有助于提高未来新型酵母菌种的筛选效率。

3、新型酵母菌对瘤胃微生物的作用

现阶段已知酵母的作用范围包括改善营养物质的消化率,稳定瘤胃pH,瘤胃中多余氧气的消耗以及促进瘤胃成熟。除此之外,酵母其他的生物学作用还有待于发现,这些范围应包括,添加酵母后是否能改善家畜对环境的影响,减少甲烷的环境污染和N的排放,在瘤胃发酵过程中对特殊微生物的作用,改善肉质和牛奶质量,减少瘤胃病原体的数量。

3.1、酵母菌对普雷沃菌的影响

如果瘤胃去胺化作用减少,必然会有更多的N产生并停留在动物体内,而氨的合成却减少。蛋白水解酶菌(如普雷沃菌)参与蛋白水解的许多步骤,该类菌种有减少瘤胃内N的作用,此类细菌在瘤胃中大量存在,它不仅是作用在蛋白水解的每一步,同时它们能够将瘤胃中寡肽降解成更小的三肽等物质。因此,这类细菌生物学活性被抑制必然可以使N在瘤胃中停留较长时间。普雷沃菌体外培养试验证明,添加酵母菌有减少普雷沃菌蛋白水解活性和分解肽活性的作用。

3.2、酵母菌对甲烷生成量的影响

到目前为止,日粮中添加活性酵母减少反刍动物甲烷生成的作用机制还并不清楚,然而,有报道表明,酵母菌能够增强产乙酸菌的竞争力,或者能够跟甲烷菌联合代谢产氢,以此来减少甲烷的生成。由于酵母菌具有更高的质子缓冲能力,因此,瘤胃中的酵母菌提供了比瘤胃甲烷菌更为有效的氢传递和合成的途径。由于丙酸盐的生成与甲烷菌竞争性利用氢,因此丙酸盐生成的增加意味着甲烷产生将减少。一些体外试验证实,日粮中添加酵母菌有利于丙酸盐的生成,同时有降低甲烷生成量的趋势。

3.3、酵母菌对瘤胃内病原微生物的影响

最近研究表明,一些蜂蜜酵母能够减少病原微生物的数量,这可能是由于酵母菌与病原微生物有竞争性抑制作用或酵母菌能结合并降解病原微生物产生的毒素。New bold等体外试验证实,日粮中添加酵母能够使瘤胃液中大肠杆菌和单核球增多性李斯特菌的菌体数量减少50%。日粮中添加酵母菌同样能够抑制犊牛皱胃沙门氏菌,此类菌种通常引起犊牛腹泻。在犊牛试验中证实,日粮中添加酵母菌后能够有效减少犊牛腹泻发病率,同时提高日增重。布拉氏酵母菌已经被证实,通过分泌一种细胞外蛋白酶,产生梭状芽胞杆菌分化诱导因子,以此来降解梭状芽胞杆菌产生的毒素。新型酵母品种的筛选可以根据其是否产生相似的细胞外蛋白酶进而减少由梭状芽胞杆菌引起的疾病。

4、新型酵母菌对奶牛的影响

4.1、酵母菌对肉质及牛奶质量的影响

奶牛日粮添加酵母菌有助于改善肉质及牛奶质量,同时酵母菌可增强对健康有益处的化合物(如共轭亚油酸)的合成,这可能是由于酵母菌影响瘤胃中具有生物氢化作用的细菌实现的。这类细菌(丁酸弧菌属)的主要作用之一是通过改变亚油酸的分子结构,使共轭亚油酸的含量增加。但这类细菌对瘤胃pH的改变非常敏感,因此,添加具有稳定瘤胃pH的酵母菌能够增加丁酸弧菌属细菌的数量,同时抵消为了生产要求而添加高精料带来的负面影响。通过增加丁酸弧菌属细菌的数量,会有更多的亚油酸被合成为共轭亚油酸,以增加肉中和奶中共轭亚油酸的含量。一些体内试验表明,添加活性酵母能够增加乳脂含量,这可能是由于酵母菌对一些具有生物氢化作用的细菌的影响所致。

4.2、酵母菌对围产期奶牛的影响

日粮中添加酵母能有效改善奶牛干物质采食量、纤维消化率以及减少瘤胃内乳酸的积累,因此在奶牛干物质采食量有所下降的时期添加酵母能起到最大效果,在围产期荷斯坦奶牛添加酵母菌的试验表明,奶牛干物质采食量和牛奶产量均有不同程度的提高。娟姗牛围产期添加酵母菌同样能够提高干物质采食量以及牛奶产量,这可能与添加酵母菌提高纤维消化率有关。展望目前的研究已表明,日粮中添加酵母菌能够改善动物生产性能和健康状况,同时对参与消化的微生物区系有积极影响。在奶牛生产的特殊时期,如泌乳盛期、围产期以及饲喂高精料日粮引起的瘤胃酸度较低时,添加酵母菌较为适宜,但瘤胃微生物对不同酵母菌有不同的反应,因此菌种的选择尤为重要。未来利用分子生物学技术,能够更好的了解酵母菌在瘤胃中的行为反应以及与瘤胃微生物的联系,进而更好的筛选出较为合适的酵母菌菌种。

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