分解纤维素功能乳酸菌（Cly-LAB）调控苜蓿青贮发酵的机制研究

Soluble sugar and lactic acid bacteria (LAB) that consume soluble sugar as the main fermentation substrate, are important factors to determine the quality of silage fermentation. To deal with the difficulty in alfalfa ensiling due to its low soluble sugar content, LAB strains that have good capabilities for cellulose degradation were screened out, and applied in alfalfa ensiling, which improved silage fermentation quality. Furthermore, cellulolytic activities of the screened strains were enhanced by N+ ion beam implantation, and more than 10 strains of cellulolytic lactobacillus (Cly-LAB ) were obtained after breeding. The principle of improved cellulolytic capability of Cly-LAB, and their effect and mechanism to improve the fermentation quality of alfalfa silage are not clear. We’ll study the effect of N+ ion beam implantation on the expression of cellulase related genes in LAB on transcriptional scale, and explore Cly-LAB’s regulation of structural sugar degradation, carbon and nitrogen source metabolism, and their effect on microbial diversity of alfalfa silage during ensiling. Their abilities of acidification of feed and interactions with epiphytic microbe will also be discussed. In all, we will give a theoretical explanation on the mechanisms of Cly-LAB’s regulation of alfalfa ensiling fermentation and effect on fermentation quality, which will provide a new direction for the innovation of lactobacillus germplasm resources, and lay a foundation for the creation of safe, effective, and inexpensive alfalfa lactic acid bacteria additives.

可溶性糖和以之为主要发酵基质的乳酸菌是影响青贮发酵品质的重要因素。针对苜蓿可溶性糖含量低难青贮的问题，项目组从多种植物的附生乳酸菌中筛选出纤维素分解能力较强的乳酸菌，将之应用于苜蓿青贮，改善了发酵品质。采用N+注入诱变技术成功提高了筛选乳酸菌分解纤维素的性能，选育得到分解纤维素功能乳酸菌（Cly-LAB）10余株。目前尚不清楚选育菌株分解纤维素性能提高的原因，及其改善苜蓿青贮发酵品质的效果和机理。项目组将在基因转录水平研究N+注入诱变对乳酸菌纤维素分解相关酶基因表达的影响；深入细致研究Cly-LAB在苜蓿青贮过程中对结构性糖降解及碳氮源代谢的调控作用，对饲料的酸化能力，与苜蓿附生微生物的互作机制，以及对青贮饲料微生物多样性的影响，探寻Cly-LAB对苜蓿青贮发酵的调控机制和对发酵品质的影响机理。为乳酸菌种质资源创新提供新方向，为创制安全有效、价格低廉的新型苜蓿乳酸菌添加剂奠定研究基础。

苜蓿是奶牛等草食动物的重要优质饲草，青贮是苜蓿加工较好的方式。苜蓿可溶性糖含量低，缓冲能高，自然附生乳酸菌数量少，致使自然青贮发酵进程慢，稳定性差，品质难以保证。添加乳酸菌是常用的方法，但是，通常使用的乳酸菌在苜蓿青贮中生长和产酸因发酵底物不足而受到限制，不能有效抑制有害菌生长，霉变或低品质青贮风险较大。因此，开发高效促进苜蓿青贮发酵的乳酸菌，并研究其在苜蓿青贮中的作用机制和效果，对于实现高品质、低成本和环境友好的苜蓿青贮具有重要意义。.本研究优选出4株（包括3株Cly-LAB和1株抑制真菌乳酸菌）高效促进苜蓿青贮发酵的乳酸菌，还筛选出15株在5℃、10℃、45℃、50℃条件下生长并产酸性能优良的乳酸菌。分别将优选出的4株菌（ZZU203、FZ2-2、ZZUA345及ZZUA493）应用于正常或高含水量苜蓿青贮中，揭示其调控苜蓿青贮发酵的机制是通过有效调控青贮微生物菌群，抑制腐败菌的生长，调控青贮发酵，包括碳氮源代谢，进而改善青贮品质。具体为：合适含水量（60%-70%）苜蓿青贮后自然青贮组的优势菌属一般是Pediococcus，而添加优选乳酸菌青贮的优势菌属为Lactobacillus。添加优选乳酸菌青贮效果非常好，品质有保障；高含水量（>70%）苜蓿青贮15d或30d，自然青贮的优势菌属常为Enterobacter、Hafnia、Weissella、Lactococcus、Garciella、Arthrobacter或Clostridium-XIVa，而添加优选乳酸菌青贮的优势菌属为Lactobacillus、 Enterobacter和Hafnia。青贮60d或90d，Garciella和Clostridium-XIVa成为自然青贮组的优势菌属，添加优选乳酸菌青贮虽然能够增加Lactobacillus比例，也会出现一定比例的Garciella。因此，只能在一定程度上减轻苜蓿腐败。其中菌株ZZUA345在苜蓿裹包青贮生产中使用效果良好，能够显著降低苜蓿pH值和氨态氮浓度。.本研究为乳酸菌种质资源创新提供了新的方向，为创制安全有效、价格低廉的新型苜蓿乳酸菌添加剂奠定了研究基础。共发表文章10篇，其中SCI文章6篇，中文核心期刊文章3篇，中文普通期刊文章1篇；申请专利2项；培养研究生6人。本研究按计划执行情况良好，在规定的时间内顺利完成了项目的各项指标。