專利名稱:禾本科牧草附著植物乳桿菌和蒙氏腸球菌的發現及應用的制作方法
技術領域:
本發明涉及兩株在禾本科牧草青貯中發揮作用的乳酸菌,一株為植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)S2409,一株為蒙氏腸球菌(Enterococcus mundtii)S1518。準確的說,本發明描述了植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)S2409和蒙氏腸球菌(Enterococcusmundtii)S1518在禾本科牧草中的發現及在牧草青貯中的應用。
背景技術:
如今隨著牧草加工業的發展,反芻家畜的粗飼料已由青草或干草轉換為具有省力、生產性能高、費用低及通年可利用的青貯飼料生產體系。為此生產高品質青貯飼料的技術,越來越引起畜牧界的廣泛關注。在青貯調制過程中,由于青貯原料干物質含量、碳水化合物、緩沖能,及所攜帶的菌群數量和組成不同,同時建立和維持嚴格厭氧環境條件的困難,通常使植物中所含的糖類不可能最大程度的轉化為有機酸,從而并不能獲得理想的發酵效果。微生物添加劑作為有機添加劑,具有生態安全,應用方便、價格低廉等優點,目前正在被深入的研究。
青貯調制最基本的微生物原則是促進并維持廣泛而持久的乳酸發酵,通過厭氧狀態下pH值下降,抑制植物酶和有害微生物活力。因此在調制青貯過程中,接種適宜的乳酸菌添加劑是非常必要的。多年來人們利用所篩選的菌株改善青貯的品質。但是早期的菌株大多來自奶牛胃腸道及乳產品,而不是分離于自然界中植物上所附著的乳酸菌,有一些并不適合于青貯發酵的菌株被用作青貯添加劑。如今隨著分子生物學及各種技術手段的不斷改進,對乳酸菌青貯添加劑的研究不斷深入,市場上已出現了多種乳酸菌添加劑,但主要以玉米青貯和豆科牧草青貯為主,針對禾本科牧草青貯的添加劑品種非常少。一直以來,豆科牧草以較高的蛋白含量受到了廣大生產者的青睞。但有研究表明,從構成細胞壁物質的成分組成上分析,豆科牧草結晶體化程度高的纖維、木質素含量高于禾本科牧草,說明豆科牧草消化率要低于禾本科牧草。在這一點上,禾本科牧草有著豆科牧草所不可替代的優勢。
本發明的目的是提供一種為了減少牧草青貯發酵損失,提高青貯發酵品質而使用的乳酸菌添加劑。通過加入促進發酵的乳酸菌使牧草青貯的pH值迅速下降。pH值迅速下降可以使青貯飼料蛋白水解降低,乳酸產量增加,乙酸和丁酸含量下降,乙醇含量下降,同時還可以更好的抑制能量和蛋白的損失。乳酸的產生率加快是由于乳酸菌迅速增殖縮短了發酵滯后時間,降低了不同微生物同乳酸菌的抗性作用,并且由于迅速的酸化作用,使牧草中蛋白水解和脫氨基反應下降,由此抑制了丁酸菌的產生和蛋白水解酶的形成,從而使牧草的營養成分最大程度的保存下來,以滿足家畜的營養需要。
現有技術的描述 不同種類的乳酸菌,存活環境不同,其特征也不相同。人們發現植株表面與內部、乳中、肉中或動物體內存在的乳酸菌的特征均不相同。在分類學上將所有乳酸菌分為4個科,乳桿菌科,腸球菌科,明串珠菌科,鏈球菌科(Garrity,2001)。細胞形狀分為長或短桿形,球形或卵圓形,且均不產生孢子,大多菌株沒有運動性。通常情況下,它們都需要碳水化合物作為能源和碳源,對營養要求高,需要復雜的底物。乳酸菌的生長溫度范圍5-50℃,最適溫度25-40℃。乳酸菌生長的初始pH值為5-6,若青貯原料的初始pH值為7或高于7時,乳酸菌活動就會下降。
乳酸菌一般可以使糖類發酵成乳酸,因此經常被用于生產發酵食品,如發酵酸奶、干酪、制作泡菜等。此外還利用它們產生的生物活性物質來生產藥物及保健品。具有代表性的這些乳酸菌為嗜熱鏈球菌、乳酸球菌、嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、干酪乳桿菌以及植物乳桿菌。這些乳酸菌均可以在人和動物的消化道中附著,并且可以通過創造酸性環境以及產生乳酸和細菌素,來抑制腸道中有害微生物的生長,增強動物體的免疫機能,從而保持動物機體健康。
在我國地域遼闊的牧區,禾本科牧草是反芻家畜粗飼料的重要組成部分。如何進行合理調制將牧草的保藏損失降到最低,就目前來說青貯是最為理想的保藏方法。牧草上附著的乳酸菌是主導青貯發酵的重要菌群。但是通常情況下天然附著的乳酸菌數量非常少(<105cfug-1鮮物質)。市場上存在的乳酸菌添加劑,大多是從玉米或苜蓿青貯中分離而來。國內,對于禾本科牧草上所附著的乳酸菌的分離報道較少見。本發明所描述的這兩株由禾本科牧草分離的乳酸菌可以為調制高品質牧草青貯飼料提供有力的保證。
發明概述 青貯發酵是一個非常復雜的動態過程,受多種因素的影響。由于發酵過程的不可控性,并不能確保總是產出高質量的青貯,因此人們進行了大量的嘗試來完善青貯作物的發酵過程。如,通過加入青貯添加劑來提高發酵品質,抑制高水分青貯(<25-30gkg-1)中丁酸的產生。此外青貯添加劑也可以用于降低干物質的損失,減少發酵過程中及發酵完成后營養物質的損失。
通過加入乳酸菌添加劑,可以改善青貯發酵過程,但是并不是任何條件下乳酸菌添加劑都可以發揮作用,如加入的菌株在目標作物上不生長,水溶性碳水化合物濃度在鮮作物上含量過低或青貯作物的水分含量過低等情況下添加劑都是無效的。為了保證添加劑的有效活力,乳酸菌青貯添加劑應該對不同青貯原料具有針對性。這樣可以使發酵速率更快,并且可以縮短乳酸菌同青貯原料重新組合的滯后時間,因此就需要考慮多種因素,如青貯原料的化學組成、微生物組成等,根據不同的青貯原料篩選適宜的菌株就顯得尤為重要。
根據實驗證實,已分離到的乳酸菌S2409可以廣泛的利用各種糖源、并且可以在pH較低的環境下生長、在培養三天時活菌數可達到109-1010cfu/ml,可以使青貯pH值在短期內迅速降低。這株乳酸菌經中國科學院微生物研究所鑒定[(2006)微檢字第212號]為植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum);同時,已分離到的另一株乳酸菌S1518經鑒定為蒙氏腸球菌(Enterococcus mundtii),它也可以廣泛利用多種糖源,并且可以在45℃高溫條件下生長,這一特點在青貯初期至關重要。因為在青貯早期環境溫度通常較高,并且由于植物的呼吸作用,青貯窖內溫度常常會超過40℃,高溫往往會導致乳酸菌添加劑失效或使用效果下降,但是蒙氏腸球菌可以在這種高溫環境下生長,使青貯初期pH值迅速下降,為調制優良青貯奠定基礎。
該植物乳桿菌于2006年12月26日在中國普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC)保藏,同時收到保藏登記號CGMCC No.1899。其分類命名為植物乳桿菌,拉丁名為Lactobacillusplantarum;該蒙氏腸球菌于2006年12月26日在中國普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC)保藏,同時收到保藏登記號CGMCC No.1900。其分類命名為蒙氏腸球菌,拉丁名為Enterococcusmundtii 本發明的優點是,牧草上附著的植物乳桿菌和蒙氏腸球菌的開發應用,可以控制牧草青貯飼料發酵模式,減少青貯原料在貯藏過程中營養物質的損失,改善飼料的適口性,必將為飼料工業和畜牧業發展做出貢獻。
發明詳述 樣品的采集與處理取自然生長的開花期禾本科牧草披堿草全株、乳熟期老芒麥全株,剪成2cm左右的牧草段。取牧草段樣品30g,放入270ml無菌水中,浸泡60分鐘,放入攪拌機中(攪拌機的攪拌杯經滅菌處理),充分攪碎,四層紗布過濾,取濾液(濃度為10-1g/ml)10ml,做梯度稀釋。
梯度稀釋方法①從濾夜中吸取1ml加入滅菌試管中,后加入9ml無菌水,所得濃度為10-2g/ml。②從①中取1ml混合液加入9ml無菌水中,所得濃度為10-3g/ml。③依此類推,總共做到10-8g/ml。
乳酸菌的分離利用傾注培養法進行乳酸菌分離。將不同濃度的稀釋液,用移液器分別取1ml,加入預先編好號的培養皿中,再倒入45-50℃滅菌的MRS培養基,迅速搖勻。30℃倒置培養3天;后選取有溶鈣圈的菌落進行平板劃線純化菌株,平板劃線后,30℃倒置培養3天;后選取單菌落繼續平板劃線,直到得到純菌株為止。
對所分離到的菌株進行微生物學特性的檢測,檢測項目包括形態學觀察;革蘭氏染色;接觸酶試驗;氧化酶試驗;可否在空氣中生長試驗;產乳酸檢測;發酵葡萄糖、葡萄糖酸鹽產氣試驗;氧化/發酵(O/F)試驗;在45℃生長試驗;pH 4.5、pH 9.6時生長試驗;葡萄糖、葡萄糖酸鈉、纖維二糖、阿拉伯糖、蔗糖、海藻糖、果糖、核糖、甘露糖、甘露醇、乳糖、棉籽糖、山梨醇、麥芽糖、松三糖、水楊素、七葉靈、蜜二糖半乳糖產酸,木糖、鼠李糖發酵試驗;以及進行16Sr DNA序列的測定;此外對蒙氏腸球菌(Enterococcus mundtii)S1518還進行了6.5%氯化鈉生長試驗;檢測結果見附表(檢測鑒定報告)。
青貯的調制方法取禾本科牧草刈割、萎蔫24h(萎蔫時隔一定時間翻堆,保持含水率均勻),剪碎,均勻混合,將植物乳桿菌和蒙氏腸球菌GYP培養液分別用無菌水稀釋后,用噴壺均勻噴灑于青貯原料上,噴灑量為10ml/kg(1%的添加量),添加菌數約為每克鮮草中約5×106cfu,充分攪拌混合。裝入青貯容器中裝實、壓緊、密封,常溫發酵、貯藏。
下面結合實施例進一步驗證本發明 實施例I 蒙氏腸球菌S151845℃生長實驗 (1)所用培養基GYP碳酸鈣瓊脂培養基。
(2)接種接種針沾取GYP液體培養基生長好的待測定培養液,穿刺接種。
(3)培養條件及時間于45℃培養24h-72h觀察生長情況。
(4)結果觀察穿刺孔周圍生成透明帶。
這表明在45℃時蒙氏腸球菌S1518仍在生長。
實施例II 植物乳桿菌S2409產酸性實驗 (1)所用培養基GYP培養液。
(2)接種方式及培養時間將植物乳桿菌S2409一環接種于GYP液體培養基中,30℃培養,72h。
(3)結果檢測用便攜式酸度計檢測培養液的pH值為3.45。
這表明,在較高的酸性環境下植物乳桿菌S2409仍可以生長。
實施例III 將植物乳桿菌S2409培養液和蒙氏腸球菌S1518培養液各5ml,用水稀釋后用噴壺均勻噴灑于禾本科牧草青貯原料上,噴灑量為10ml/kg,添加菌數約為每克草中1×105cfu,充分攪拌混合;對照組噴灑等量的純水。通過對青貯不同時間取樣分析,pH值變化見下表pH值變化表
結論,從表中可以看出對照組和添加組的pH值有明顯的差異,添加植物乳桿菌S2409組、蒙氏腸球菌S1518組均能夠在青貯初期快速降低青貯的pH值;植物乳桿菌在青貯發酵的全過程均進行較穩定的乳酸發酵;蒙氏腸球菌在貯藏初期主導pH的迅速下降。迅速的酸化作用不僅可以抑制有害微生物的生長還可以降低營養物質和干物質的損失量。
序列表
植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)S2409
16S rDNA序列表
GGCGGCTGGTTCCTAAAAGGTTACCCCACCGACTTTGGGTGTTACAAACTCTCATGGTG
TGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCATGCTGATCCGCGAT
TACTAGCGATTCCGACTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAACTGAGAATGG
CTTTAAGAGATTAGCTTACTCTCGCGAGTTCGCAACTCGTTGTACCATCCATTGTAGCAC
GTGTGTAGCCCAGGTCATAAGGGGCATGATGATTTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGGT
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AGTTAGCCGTGGCTTTCTGGTTAAATACCGTCAATACCTGAACAGTTACTCTCAGATATG
TTCTTCTTTAACAACAGAGTTTTACGAGCCGAAACCCTTCTTCACTCACGCGGCGTTGCT
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TTTCCAGGTGTTATCCCCCGCTTCTGGGCAGGTTTCCCACGTGTTACTCACCAGTTCGCC
ACTCACTCAAATGTAAATCATGATGCAAGCACCAATCAATACCAGGAGTTCGTTCGAACT
TG
蒙氏腸球菌(Enterococcus mundtii)S1518
16S rDNA序列表
TCCACCTTAGGCGGCTGGCTCCAAAAAGGTTACCTCACCGACTTCGGGTGTTACAAACT
CTCGTGGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCGTGCT
GATCCGCGATTACTAGCGATTCCGGCTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAAC
TGAGAGAAGCTTTAAGAGATTAGCTTAGCCTCGCGACTTCGCGACTCGTTGTACTTCCCA
TTGTAGCACGTGTGTAGCCCAGGTCATAAGGGGCATGATGATTTGACGTCATCCCCACCT
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ACTCATCGTTTACGGCGTGGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTTTGCTCCCCACGCTTTC
GAGCCTCAGCGTCAGTTACAGACCAGAGAGCCGCCTTCGCCACTGGTGTTCCTCCATAT
ATCTACGCATTTCACCGCTACACATGGAATTCCACTCTCCTCTTCTGCACTCAAGTCTCCC
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TACTCTCACCCTTGTTCTTCTCTAACAACAGACTTTTACGATCCGAAAACCTTCTTCACT
CACGCGGCGTTGCTCGGTCAGACTTTCGTCCATTGCCGAAGATTCCCTACTGCTGCCTCC
CGTAGGAGTTTGGGCCGTGTCTCAGTCCCAATGTGGCCGATCACCCTCTCAGGTCGGCT
ATGCATCGTGGCCTTGGTGAGCCGTTACCTCACCAACTAGCTAATGCACCGCGGGTCCAT
CCATCAGCGGCACCGTAAAGCGCCTTTCAAA CGAAACCATGCGGTTTCGATTGTTATAC
GGTATTAGCACCTGTTTCCAAGTGTTATCCCCTTCTGATGGGCAGGTTACCCACGTGTTA
CTCACCCGTTCGCCACTCCTCTTTTCCCGGTGGAGCAAGCTCCGGTGGGAAAAGAAGC
GTTCGACTGCATGTATAGC
權利要求
1.一種分離于禾本科牧草——披堿草的乳酸菌,名稱為植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)。其特征在于細胞為桿形,革蘭氏染色陽性,接觸酶試驗陰性,氧化酶試驗陰性,可在空氣中生長,兼性厭氧菌,可產生乳酸,發酵葡萄糖、葡萄糖酸鹽不產氣,在45℃不生長,pH4.5可以生長,pH9.6時不生長,可發酵葡萄糖、葡萄糖酸鈉、纖維二糖、阿拉伯糖、蔗糖、海藻糖、果糖、核糖、甘露糖、甘露醇、乳糖、棉籽糖、山梨醇、麥芽糖、松三糖、水楊素、七葉靈、蜜二糖半乳糖產酸,不發酵木糖、鼠李糖。16S rDNA序列測定結果為
16S rDNA
GGCGGCTGGTTCCTAAAAGGTTACCCCACCGACTTTGGGTGTTACAAACTCTCATGGTG
TGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCATGCTGATCCGCGAT
TACTAGCGATTCCGACTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAACTGAGAATGG
CTTTAAGAGATTAGCTTACTCTCGCGAGTTCGCAACTCGTTGTACCATCCATTGTAGCAC
GTGTGTAGCCCAGGTCATAAGGGGCATGATGATTTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGGT
TTGTCACCGGCAGTCTCACCAGAGTGCCCAACTTAATGCTGGCAACTGATAATAAGGGT
TGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGACAACCATGCA
CCACCTGTATCCATGTCCCCGAAGGGAACGTCTAATCTCTTAGATTTGCATAGTATGTCAA
GACCTGGTAAGGTTCTTCGCGTAGCTTCGAATTAAACCACATGCTCCACCGCTTGTGCGG
GCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAGCCTTGCGGCCGTACTCCCCAGGCGGAATGCTTA
ATGCGTTAGCTGCAGCACTGAAGGGCGGAAACCCTCCAACACTTAGCATTCATCGTTTA
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CTTCTTCGGTTGAGCCGAAGGCTTTCACATCAGACTTAAAAAACCGCCTGCGCTCGCTT
TACGCCCAATAAATCCGGACAACGCTTGCCACCTACGTATTACCGCGGCTGCTGGCACGT
AGTTAGCCGTGGCTTTCTGGTTAAATACCGTCAATACCTGAACAGTTACTCTCAGATATG
TTCTTCTTTAACAACAGAGTTTTACGAGCCGAAACCCTTCTTCACTCACGCGGCGTTGCT
CCATCAGACTTTCGTCCATTGTGGAAGATTCCCTACTGCTGCCTCCCGTAGGAGTTTGGG
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ACTCACTCAAATGTAAATCATGATGCAAGCACCAATCAATACCAGGAGTTCGTTCGAACT
TG
2.一種分離于禾本科牧草——老芒麥的乳酸菌,名稱為蒙氏腸球菌(Enterococcusmundtii)。其特征在于細胞為球形或橢圓形,革蘭氏染色陽性,接觸酶試驗陰性,氧化酶試驗陰性,可在空氣中生長,兼性厭氧菌,可產生乳酸,發酵葡萄糖、葡萄糖酸鹽不產氣,在45℃生長,pH4.5可以生長,pH9.6時生長,可發酵葡萄糖、纖維二糖、阿拉伯糖、蔗糖、海藻糖、果糖、核糖、甘露糖、甘露醇、乳糖、木糖、山梨醇、麥芽糖、鼠李糖、水楊素、七葉靈、蜜二糖半乳糖產酸,不發酵棉子糖、松三糖、葡萄糖酸鈉。16S rDNA序列測定結果為
16S rDNA
TCCACCTTAGGCGGCTGGCTCCAAAAAGGTTACCTCACCGACTTCGGGTGTTACAAACT
CTCGTGGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCGTGCT
GATCCGCGATTACTAGCGATTCCGGCTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAAC
TGAGAGAAGCTTTAAGAGATTAGCTTAGCCTCGCGACTTCGCGACTCGTTGTACTTCCCA
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AATAAGGGTTGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGAC
AACCATGCACCACCTGTCACTTTGCCCCCGAAGGGGAAGCTCTATCTCTAGAGTGGTCA
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CCGCTTGTGCGGGCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAACCTTGCGGTCGTACTCCCCAG
GCGGAGTGCTTAATGCGTTAGCTGCAGCACTGAAGGGCGGAAACCCTCCAACACTTAGC
ACTCATCGTTTACGGCGTGGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTTTGCTCCCCACGCTTTC
GAGCCTCAGCGTCAGTTACAGACCAGAGAGCCGCCTTCGCCACTGGTGTTCCTCCATAT
ATCTACGCATTTCACCGCTACACATGGAATTCCACTCTCCTCTTCTGCACTCAAGTCTCCC
AGTTTCCAATGACCCTCCCCGGTTGAGCCGGGGGCTTTCACATCAGACTTAAGAAACCG
CCTGCGCTCGCTTTACGCCCAATAAATCCGGACAACGCTTGCCACCTACGTATTACCGCG
GCTGCTGGCACGTAGTTAGCCGTGGCTTTCTGGTTAGTTACCGTCAAGGGGTGAACAGT
TACTCTCACCCTTGTTCTTCTCTAACAACAGACTTTTACGATCCGAAAACCTTCTTCACT
CACGCGGCGTTGCTCGGTCAGACTTTCGTCCATTGCCGAAGATTCCCTACTGCTGCCTCC
CGTAGGAGTTTGGGCCGTGTCTCAGTCCCAATGTGGCCGATCACCCTCTCAGGTCGGCT
ATGCATCGTGGCCTTGGTGAGCCGTTACCTCACCAACTAGCTAATGCACCGCGGGTCCAT
CCATCAGCGGCACCGTAAAGCGCCTTTCAAAACGAAACCATGCGGTTTCGATTGTTATAC
GGTATTAGCACCTGTTTCCAAGTGTTATCCCCTTCTGATGGGCAGGTTACCCACGTGTTA
CTCACCCGTTCGCCACTCCTCTTTTCCCGGTGGAGCAAGCTCCGGTGGGAAAAGAAGC
GTTCGACTGCATGTATAGC
3.根據權利要求1、2所述的,植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)和蒙氏腸球菌(Enterococcus mundtii)在牧草青貯中的應用。全株牧草刈割、萎蔫(萎蔫時隔一定時間翻堆,保持含水率均勻),切碎約2cm左右,將植物乳桿菌和蒙氏腸球菌培養液分別用無菌水稀釋后,用噴壺均勻噴灑于青貯原料上,噴灑量為10ml/kg(1%的添加量),添加菌數約為每克鮮草中約5×106cfu,充分攪拌混合。將噴灑后的青貯混合原料裝入青貯容器中裝實、壓緊、密封,常溫發酵貯存。
全文摘要
本發明涉及兩株從禾本科牧草中分離到的乳酸菌,經鑒定一株為植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum),一株為蒙氏腸球菌(Enterococcus mundtii)。將這兩株乳酸菌加入牧草中進行青貯,可以使牧草青貯的pH值迅速下降,改善牧草的發酵品質,使牧草的營養成分得以更好的保存。
文檔編號C12N1/20GK101225364SQ20071000661
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月19日 優先權日2007年1月19日
發明者榮 桂, 劉晗璐, 娜 塔, 那日蘇 申請人:中國農業科學院草原研究所