瘤胃微生物厌氧消化农业固体有机废物技术与应用研究
瘤胃微生物的多样性及其研究技术
同时 又相 互 联 系 ， 同与 宿 主 之 间 构成 了复 杂 的 微 生 态 系统 。为 了探 明瘤 胃微 生 态 系统 ， 方 面要 完善 传 统 的微 生 共 一
物分 离技术 ， 另一方面要 大力发展 分子 生物 学技术 ， 将二者结合起 来进行研 究。
关键 词 ： 胃微 生物 ； 瘤 多样 性 ； 究技 术 研 Ｄ０ １ ．９ ９ Ｊ Ｉ ： ０３ ６ ／ ． １ ＳＳＮ．６ １ ６ ２ ．０１ ．２ ０ ５ １ ７ － ０ ７ ２ ０ ．０ ２
在反刍动物 的瘤 胃内存在 着复杂多样 的非致病性微 生 物， 主要包括瘤 胃原虫、 胃细菌和厌氧真菌 。 瘤
１１ 瘤 胃原 虫 ．
亨盖特厌 氧滚 管技术就是传统 的分离培养 中研究严格 、 专性厌氧菌的一种极 为有效 的技术 。其基本步骤为 ： 氏管 亨 中分装有 ４ ５ Ｌ融化 的琼脂培养基 ，冷却至 ４ 左右时接 ～ｍ ７
态 的研 究 。
其 中一些对氧气 十分敏感 ， 遇到氧气就会被杀死 。瘤 胃细菌 最佳生长 ｐ Ｈ范 围在 ６ｏ ６９ 瘤 胃最佳温度 为 ３ ％ ； 胃细 ． ．； ～ ９ 瘤
管和单菌落分 离后 即可得到纯的菌株 。 分离培养 技术 可以研究瘤 胃微生 物的多样性 ， 但存在很 大局限性 。瘤 胃微生物仅有少于 ２ ％的种类可 以培养 ， ０ 这样
约 占纤毛虫总数 的 ８％～ ８ ５ ９ ％。 原虫 与瘤 胃中其 它微生 物有着 复杂的联 系 ， 在蛋 白质和 碳水化合物的消化 过程 中具有重要 的作用 ， 但也有诸如降低
究表 明 ，饲 喂高粗饲料 日粮 的反刍家 畜瘤 胃细菌有 以下特 征： 大部分细菌属于革 兰氏阴性菌 ， 日粮中能量饲料 含量 当 增加时 ， 革兰氏 阳性菌数量增加 ； 大部分 细菌为绝对厌氧菌 ，
瘤胃厌氧真菌的生态和功能
瘤胃厌氧真菌的生态和功能瘤胃厌氧真菌是一种广泛存在于反刍动物的瘤胃（rumen）中的真菌。
它们在瘤胃环境中起着重要的生态和功能作用。
在本文中，将探讨瘤胃厌氧真菌的生态和功能以及其对反刍动物消化系统的影响。
瘤胃厌氧真菌的生态和功能主要表现在以下几个方面：1. 发酵能力：瘤胃厌氧真菌是反刍动物消化系统中重要的发酵微生物。
它们通过在瘤胃中进行发酵作用，分解植物纤维素和其他复杂的碳水化合物。
这种发酵作用使得动物能够利用植物纤维素等难以消化的碳源，从而获得额外的能量。
2. 瘤胃生态平衡：瘤胃厌氧真菌与其他共生微生物（如细菌和原生动物）一起组成了瘤胃微生物群落。
这些微生物之间相互作用，形成了一个复杂的生态系统。
这种生态系统能够维持一个相对稳定的微生物群落，对于反刍动物的健康和营养利用至关重要。
3. 水解纤维素：瘤胃厌氧真菌通过分泌纤维素酶等酶类，可以有效地降解植物细胞壁中的纤维素。
纤维素是植物组织中最丰富的多糖，但对于反刍动物来说，直接消化纤维素是一项困难的任务。
瘤胃厌氧真菌的存在，使得反刍动物得以通过共生关系间接利用纤维素作为碳源。
4. 维持瘤胃pH值平衡：瘤胃是一个强酸性环境，pH值通常在5.5左右。
瘤胃厌氧真菌通过消耗瘤胃中的氢离子，参与调节瘤胃的pH值。
这种调节作用对于维持瘤胃微生物群落的稳定和正常消化过程至关重要。
5. 营养供给：瘤胃厌氧真菌能够合成和积累一些有机物质，如细胞蛋白和维生素等。
这些有机物质可以为反刍动物提供额外的营养物质。
总的来说，瘤胃厌氧真菌在瘤胃生态系统中扮演着重要角色。
它们通过发酵作用、降解纤维素、调节瘤胃pH值等，为反刍动物提供能量和营养物质。
同时，瘤胃厌氧真菌与其他微生物共同构建了一个复杂的微生物群落，维持着瘤胃的健康和功能。
因此，研究瘤胃厌氧真菌的生态和功能对于理解反刍动物消化系统以及提高反刍动物的生产性能具有重要意义。
（精选）近10年瘤胃微生物分离培养研究进展
China）
【Abstract】 The research of rumen microbiology is the key of ruminant nutrition． A large number of microorganisms par-
ticipating in nutritional metabolism have been isolated from rumen since the middle of 20th century． Nowadays，although it is
more and more popular to use molecular biological methods in the study of rumen microorganisms，traditional methods still play
瘤胃内环境优化技术及其应用
瘤胃内环境优化技术及其应用摘要：瘤胃在反刍动物的在整个消化过程中起着非常重要的作用，瘤胃内环境的优劣是微生物生存与繁殖及营养物质吸收能否被很好地消化吸收的首要条件。
本文主要讨论了维持反刍动物瘤胃内环境（如瘤胃液PH 值，气体，微生物等方面）的重要性及其优化与调控技术，从而提高反刍动物的生产性能。
关键词：瘤胃；内环境；优化技术；应用瘤胃微生物生存与繁衍要求一个稳定的瘤胃内环境。
正常情况下，由于动物本身存在一套自我稳衡机制，反刍动物依靠它能不断实现瘤胃内环境的相对稳定。
这一自我稳衡机制主要包括唾液的分泌与反刍，瘤胃周期性收缩，内源营养物进入瘤胃，嗳气和有效的缓冲体系等。
如果瘤胃内环境的变动超过了动物自我稳衡控制能力的限度，就需要采取必要的人为调控措施；否则就会实现失控，导致瘤胃内环境紊乱，瘤胃功能下降等疾病[1] 。
因此，我们要采取相应手段来调节瘤胃内环境。
反刍动物瘤胃中生活着大量的微生物，可被看成一个供厌氧微生物繁殖的大发酵罐，饲料中的营养物质可以在瘤胃中经微生物降解为挥发性脂肪酸、肽类、氨基酸及氨等成分，并被微生物用来合成菌体蛋白及Ｂ族维生素等物质。
采用一定的手段对瘤胃内环境进行调控，可创造一个更加有利于瘤胃微生物生存和繁衍的稳定的条件。
如何维护良好且稳定的瘤胃环境，保持微生物的活性及其菌系的相对平衡，是反刍动物饲养过程中非常重要的环节。
1 瘤胃内环境的概述正常情况瘤胃内环境可看作是一个供厌氧微生物繁殖的发酵罐，具有微生物活动及繁殖的良好条件，主要包括以下几方面[2] ：1.1 瘤胃的营养供给与运动饲料进入瘤胃后，能供给微生物生长繁殖所需的营养物质；节律性瘤胃运动将内容物搅拌混合，并使未消化的食物残渣和微生物均匀地排入后段消化道。
1.2 瘤胃的渗透压，温度，PH 值瘤胃内容物的渗透压与血液相近，并维持相对恒定；瘤胃能维持适宜的温度，由于微生物的发酵活动，使瘤胃内的温度高达39 ～41℃；瘤胃理想的pH 值为6.4 ～6.8 ，呈中性至弱酸性，是瘤胃微生物存活的最佳条件，对纤维的降解和挥发性脂肪酸的形成有重要帮助，只有在此范围内，才能保证奶牛获得最高饲料采食量、最佳饲料消化率、正常的乳脂率和良好的健康状况[3] 。
生物学在农业废弃物处理中的应用
生物学在农业废弃物处理中的应用随着农业发展和人口增长，农业废弃物的处理成为一个紧迫的问题。
传统的处理方法往往存在着成本高、环境污染和资源浪费等问题。
然而，生物学作为一门研究生物体及其相互关系的科学，为解决农业废弃物处理问题提供了一种可持续且环保的解决方案。
1. 生物降解技术生物降解是生物学在农业废弃物处理中的一个重要应用领域。
生物降解技术通过使用微生物、酶和其他生物体来将有机废弃物转化为有价值的产物，如肥料、生物燃料和生物塑料等。
这种技术不仅可以减少废弃物的堆积，还可以转化废弃物为可利用的资源，实现资源的循环利用。
2. 厌氧消化技术厌氧消化技术是利用微生物在无氧条件下分解有机物质的过程来处理农业废弃物。
这种技术可以将废弃物转化为沼气，用于能源生产。
同时，厌氧消化技术还能减少温室气体的排放，降低对环境的负面影响。
3. 蚯蚓堆肥技术蚯蚓堆肥技术是利用蚯蚓的食物转化能力将有机废弃物转化为肥料的过程。
蚯蚓能够有效分解废弃物，并产生具有高养分含量的蚯蚓粪便，被广泛应用于农业生产。
这种技术不仅能够解决农业废弃物处理问题，还可以提高土壤质量，促进植物生长。
4. 生物田园综合系统生物田园综合系统是一种综合利用生物学和农业技术的系统，用于处理农业废弃物、提高农产品的产量和质量。
该系统通过将废弃物与农作物种植、土壤改良和水资源利用等相结合，实现资源的最大化利用和废弃物的最小化排放。
5. 生物防治技术生物防治技术是利用其他生物生命周期中的某些阶段，例如种群密度高的昆虫、寄生虫和捕食者等，来控制害虫的方法。
这种方法既能够降低害虫的数量，又能够减少对化学农药的依赖，从而减少对环境的危害和提高农作物的产量和品质。
综上所述，生物学在农业废弃物处理中的应用具有广泛的前景和重要的意义。
通过生物降解技术、厌氧消化技术、蚯蚓堆肥技术、生物田园综合系统和生物防治技术等方法，我们可以更加高效、环保地处理农业废弃物，促进农业的可持续发展。
瘤胃微生物在反刍动物消化系统中的生物学机制
瘤胃微生物在反刍动物消化系统中的生物学机制瘤胃微生物是指存在于反刍动物（包括牛、羊、鹿等）的瘤胃中的微生物。
它们是消化系统中物种多样性最高的微生物群落之一，在反刍动物的消化过程中发挥着重要的作用。
瘤胃微生物的生物学机制非常复杂，涉及到微生物的多样性、互作关系以及与宿主的协同共生关系。
本文将深入探讨瘤胃微生物在反刍动物中消化系统中的生物学机制，希望读者可以对这一生物学领域有更深刻的认识。
瘤胃微生物的多样性瘤胃微生物的多样性是非常高的，通常包括细菌、古菌、真菌以及原生动物等。
这些微生物存在于瘤胃的不同部位，在分布上具有一定的规律性。
通常情况下，瘤胃内分为四个部位：瘤胃前室、瘤胃套、瘤胃网和瘤胃蜂巢。
不同部位的微生物群落在数量和种类上存在着较大的差异。
例如，瘤胃前室主要存在着革兰氏阴性菌和真菌，而瘤胃网则主要存在着原生动物和真菌。
瘤胃微生物的互作关系瘤胃微生物之间存在着复杂的互作关系，这种关系通常包括竞争、协同和共生等。
竞争主要指的是微生物之间的资源竞争，例如营养物质和空间资源的争夺。
而协同和共生则是指微生物之间可以通过相互合作来提高整体的营养利用效率。
例如，某些细菌可以分泌纤维素酶和淀粉酶，帮助宿主分解食物中难以消化的纤维素和淀粉质。
这种协同和共生关系对宿主的生长和发育具有显著的促进作用。
瘤胃微生物与宿主的协同共生关系瘤胃微生物不仅对反刍动物的消化系统发挥着重要的作用，同时也与宿主之间形成了复杂的协同共生关系。
一方面，宿主可以为微生物提供适宜的生长环境，包括恒定的温度和酸碱度，以及足够的营养物质。
另一方面，微生物则可以为宿主提供能量和营养物质。
例如，瘤胃内的革兰氏阳性菌不仅可以分解蛋白质和杂酚，还可以通过产生丙酸等有机酸来提供宿主体内所需要的能量。
瘤胃微生物的作用瘤胃微生物对反刍动物的消化系统发挥着重要的作用。
具体而言，瘤胃微生物可以分解和转化食物中难以消化的纤维素、淀粉、蛋白质等，帮助宿主消化食物。
反刍动物瘤胃微生物培养组学研究进展
反刍动物瘤胃微生物培养组学研究进展
范定坤;张吉贤;付域泽;马涛;毕研亮;张乃锋
【期刊名称】《畜牧兽医学报》
【年(卷),期】2024(55)1
【摘要】瘤胃微生物被称为反刍动物的“隐藏器官”,与宿主营养物质的获取和生理健康的维持密切相关;目前宏基因组测序发现瘤胃中超过5800个基因组,然而超过90%的微生物尚未被培养,处于“生物信息黑箱”[1]中。
培养组学是一种采用多种培养条件,结合高通量测序技术鉴定菌种的培养方法。
高通量、并行化的培养组学技术在瘤胃微生物中的应用,为在菌株水平上研究重点菌株功能及其与宿主互作关系提供了新的视角。
然而,目前培养组学运用于瘤胃微生物的研究仍然较少,尚处于起步阶段。
本文从瘤胃微生物特点、培养组学技术及其在瘤胃微生物培养中的应用现状、面临挑战等方面进行综述,为不断优化、规范化培养组学研究方案、拓展瘤胃可培养菌株资源、加快瘤胃生物信息黑箱的破解提供思考。
【总页数】8页(P51-58)
【作者】范定坤;张吉贤;付域泽;马涛;毕研亮;张乃锋
【作者单位】中国农业科学院饲料研究所农业农村部饲料生物技术重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】Q938.15
【相关文献】
1.宏基因组学用于瘤胃微生物代谢的研究进展
2.宏基因组学及其在瘤胃微生物中的应用研究进展
3.基于组学技术研究反刍动物瘤胃微生物及其代谢功能的进展
4.基于宏基因组学的反刍动物瘤胃微生物研究进展
5.宏基因组学技术在瘤胃微生物研究中的应用研究进展
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瘤胃微生物调控技术研究进展
草 食家 畜 （ 季刊 ）
瘤 胃微 生物调控 技术研究进展
柳现风 ， 潍波 ， 王 陈凤 春 ， 海珠 蒋 （ 江苏 省 徐 州 市 铜 山区农 业 局 ， 苏 江 徐州 ２ １１ ） ２ １ ６
摘
要 ： 刍动 物 的 瘤 胃就 像 一 个 庞 大 密 闭 的 发 酵 罐 ， 整 个 消化 过 程 中起 着 重要 的 作 用 。 瘤 胃功 能 的健 反 在
争 作用 ，一 种微 生 物 的代 谢产 物 可 以被 其 它微 生 物利 用 ， 不 同 微 生 物 利 用 底 物 转 化 为 发 酵 产 物 的 代 谢 间 相 而 互依赖 ， 以 ， 所 它们 适应 环境 的能力 大大 加强 ， 从而 更好 地 维 持 瘤 胃的 内 环 境 。 胃 中 的 原 虫 和 细 菌 存 在 着 竞 争 瘤 和 寄 生 的 双 重 关 系 。冯 仰 廉 、 艳 艳 的 研 究 都 表 明 原 虫 霍 和真 菌存 在着 负 协 同效应 ； 高巍 、 庆翔 的 研究 表 明 而 孟 它 们之 间有 正协 同效应 。
康 与 否 直接 决 定 反 刍动 物 的 健 康 ， 因此 使 用 一 定 的 手 段 对 瘤 胃 中 降 解 与 合 成 过 程 进 行 调 控 是 可 能 的 ， 也
是 必要 的 。 本 文 对 瘤 胃微 生 物 调 控 技 术 进 行 了综 述 。
关 键 词 ： 胃微 生 物 ； 控 技 术 瘤 调
的， 也得有 １ ￣ ５ ０ １ ｄ的过渡 期为好 ， 让瘤 胃微 生 物有 适应 期， 先培 养微 生物 ， 后瘤 胃微生 物才 可 消化 饲料 ， 而 而 进 转化 为供奶 牛所 需 的营养 物质 。
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瘤胃微生物厌氧消化农业固体有机废物技术与应用研究
我国是农业大国,农业生产过程中产生的固体有机废物因产量大、难处理、污染严重近年被广泛关注,具有代表性的包括纤维素类生物质和禽畜养殖粪便。
厌氧消化技术是处理农业固体有机废物的主流技术之一,因环境友好、可持续发展被广泛研究。
纤维素类生物质受结构紧密、结晶纤维素等影响很难被普通微生物高效转化,常用的预处理方法存在操作复杂、成本高的问题。
因此,有必要研究一种经济有效的预处理方法和一种可以高效转化该类废物的微生物系统,研发适用于广大农村地区的农业固体有机废物处理新技术,具有重大而深远的意义。
本研究利用反刍动物瘤胃微生物高效降解纤维素类生物质原理,主要考察沼液对玉米秸秆预处理性能,小试、中试与工业化规模条件下体外模拟瘤胃微生物厌氧消化反应器高效降解玉米秸秆与禽畜养殖粪污产甲烷性能,主要研究内容包括:(1)采用正交实验方法,利用厌氧消化剩余沼液含有较高浓度氨的特性对玉米秸秆进行预处理。
结果表明:经过沼液预处理后的秸秆表层结构被显著破坏,内部酯键、醚键等连接结构化学键断裂,相对结晶度从800%降低至最低的36.2%;9天的预处理时间、25℃左右的环境温度和500%的沼液投加量秸秆预处理效果最好,影响因素排序为预处理时间>预处理温度>沼液投加量;预处理使瘤胃微生物厌氧发酵秸秆产酸达到稳定期时间缩短40%,干物质消化率提高18%左右,与传统氨化剂对比分析,沼液对秸秆表层及内部结构破坏程度更高,对瘤胃微生物厌氧发酵糖化与酸化过程促进作用更明显,可操作性更强。
(2)模拟反刍动物瘤胃环境,建立小试规模体外模拟瘤胃微生物连续厌氧消化反应器系统,初步探索瘤胃微生物体外驯化培养条件。
结果表明:控制pH为6.5
以上,39℃培养温度,120 rpm的搅拌速度,模拟反刍动物唾液成分配置缓冲溶液,成功在改良的厌氧消化反应器中实现瘤胃微生物体外培养,单独玉米秸秆底物消化系统30天左右系统即可启动成功。
干物质含量与停留时间是影响系统中间产物、酶活性和产气量的主要因素,9天停留时间,1g/(L·d)的干物质投加量条件下,系统产气量达到405mL/(g·VS),系统稳定后CH4、CO2和H2的含量约为600%,40%和0%。
(3)采用Box-Behnken 实验设计与响应曲面模型法,优化混合底物预处理及发酵条件,结果表明:预处理时间3天,混合比例1:1即C/N比为19.37:1条件下,预处理效果最好,混合物的相对结晶度从81.8%降低至54.74%,发酵水解酸化速率明显高于单独底物。
混合底物消化系统22天即可启动成功,共代谢对厌氧消化混合底物性能的提高优于混合预处理,9天停留时间,干物质浓度1gVS/(L·d)和2gVS/(L·d)条件下,系统产气率均达到430mL/(g·VS),系统稳定后CH4、CO2和H2的含量约为60%,40%和0%。
(4)在小试实验研究基础上,成功建立瘤胃微生物厌氧消化农业固体有机废物工业化试验基地。
沼液预处理后的玉米秸秆相对结晶度降低至50～60%,瘤胃菌厌氧发酵干物质消化率达到73.25%,中试规模预处理效果良好;温度和pH是影响厌氧消化系统稳定的主要因素,添加尿素后对单独秸秆消化系统并无明显促进作用。
瘤胃菌厌氧消化系统30天左右启动成功,单独秸秆厌氧消化最高含固率可达到3%,总产气量1550L/d左右并维持稳定,单位重量产气量达到395 L/(kg·DM);混合厌氧消化系统含固率10%,总产气量维持在5100～5300L/d左右,单位重量产气量维持在420L/(kg·DM)左右,NH4+-N浓度为3000 mg/L左右时对系统产气基本无影响;好氧堆肥系统控制C/N比为20:1左右时,采用分段逐级鼓风控制系统,有机肥产品
质量满足并优于NY525-2012《有机肥料》国家标准。
(5)采用Miseq高通量测序方法,对瘤胃微生物体外演替与协同代谢机理进行了初步探索。
结果表明,体外厌氧消化系统中微生物群落结构发生了较大变化,两个发酵系统中均保留了原始瘤胃微生物内核心纤维降解菌属,相对瘤胃细菌,真菌可以更好地适应新的系统,具备更为出色的纤维素类生物质降解能力。
单独玉米秸秆厌氧消化系统中,演替出包括以水解纤维素、降解丙酮酸和糖类物质的优势细菌菌群,以水解纤维素与半纤维素及果糖的优势真菌菌群,系统内甲烷菌仍以氢营养型为优势菌群,代谢底物中H2主要来源于产氢产乙酸菌和乙酸分解菌。
混合底物消化系统演替出与单独消化系统不同的纤维素水解及酸化细菌优势菌群,系统内甲烷生成包括了氢营养型与乙酸营养型两种途径。
瘤胃微生物在体外厌氧消化系统中演替主要受到3个因素诱导,包括:1)生存环境变化导致部分微生物不能适应而被淘汰,2)底物诱导效应如易降解物质增多、氨氮压力等,3)甲烷菌大量富集改变了系统全过程代谢途径,氢分压降低并诱导大量互营菌出现。
(6)在工业化试验基础上,建立农业固体有机废物综合治理与资源化示范工程,形成 IMFZ 关键技术(IMFZ,Integrated
Methanation,Fertilization and Zero Emission Technology)。
以存栏量十万头猪的规模化养殖场为例进行“区域农业固体有机废物处理与资源化中心”工艺设计,采用IMFZ技术协同处理秸秆与禽畜养殖粪污。
项目总投资约6500万,年处理猪粪4.86万吨,污水10.44万吨,消纳秸秆2.54万亩,年可减排CO21.37万吨。
项目年产天然气396万Nm3,有机肥10800吨,液态商品肥或叶面肥16.2万吨,直接经济效益2322万元,除去运行费用与折旧等,年利润约966.0万元,投资
回报期7年左右。
对纤维素类生物质收集半径进行分析,得到收购成本是影响纤维素类生物质原料收集半径的主要因素,项目规模越大装卸均摊成本越低,运输成本越高,在总成本中所占比例越大;在实验室小试、工业化中试与示范工程等基础上,建立了农业固体有机废物沼气化、肥料化、零排放集成技术与关键设备示范工程。