1、酵母培养物与瘤胃功能发挥酵母培养物与瘤胃功能发挥 农农 业业 微微 生生 物学国家重点实验室物学国家重点实验室 华中农业大学生命科学技术学院华中农业大学生命科学技术学院 梁运祥梁运祥 燃烧的柴燃烧的柴 产出的热产出的热吃进去的是草吃进去的是草 挤出的是奶挤出的是奶牛能吃草，源自瘤胃牛能吃草，源自瘤胃网胃瘤胃皱胃小肠粪样大肠盲肠瓣胃食管7.6 X1083.1 X1062.5 X1061.3 X1053.1 X1066.7 X1066.0 X103网胃瘤胃皱胃小肠粪样大肠盲肠瓣胃食管7.6 X1083.1 X1062.5 X1061.3 X1053.1 X1066.7 X1066.0 X103猪消
2、化系统猪消化系统动物的消化系统相对容积动物的消化系统相对容积动物对饲料的消化动物对饲料的消化（一）物理性消化（一）物理性消化物理性消化的方式物理性消化的方式 牙齿的切（撕）碎牙齿的切（撕）碎 肌胃收缩的切搓（添加沙石）肌胃收缩的切搓（添加沙石）消化道管壁肌肉运动的磨烂、压扁消化道管壁肌肉运动的磨烂、压扁物理性消化的作用物理性消化的作用 改变饲料粒度，提高在消化道的外流速度改变饲料粒度，提高在消化道的外流速度 形成多水的食糜，有利于化学和微生物的消化形成多水的食糜，有利于化学和微生物的消化 通过消化道管壁肌肉运动，将食糜送入下一个通过消化道管壁肌肉运动，将食糜送入下一个 部位部位动物对饲料的消化
3、动物对饲料的消化（二）动物对饲料的化学性消化（二）动物对饲料的化学性消化动物对饲料的化学性消化主要是酶的消化，酶的消化是高等动物的主要消化方式。原生动物酶的消化主要是细胞内消化；随着动物的进化，逐渐分化为细胞外消化。细胞外消化的动物，消化道发生分化，口腔和肌胃以物理消化为主，嗉囊用来贮存食物，真胃和小肠分泌消化液进行酶的消化，小肠主要用来吸收。（二）动物对饲料的化学性消化（二）动物对饲料的化学性消化 碳水化合物的消化碳水化合物的消化 淀粉淀粉 乳糖乳糖 蔗糖蔗糖 神经性刺激神经性刺激 食糜进入十二指肠食糜进入十二指肠 pH下降下降 AA、脂肪酸、脂肪酸唾液淀粉酶唾液淀粉酶 胰泌素胰泌素 胰酶素
4、胰酶素 NaHCO3 胰酶胰酶 胰淀粉酶胰淀粉酶复合刺激复合刺激 -糊精糊精 麦芽糖麦芽糖 麦芽三糖麦芽三糖小肠粘膜小肠粘膜 糊精酶（麦芽糖酶糊精酶（麦芽糖酶 a）乳糖酶乳糖酶 蔗糖酶蔗糖酶 刷壮缘表面刷壮缘表面 麦芽糖酶（麦芽糖酶（II III）麦芽糖酶麦芽糖酶IIb 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖 果糖果糖（二）动物对饲料的化学性消化（二）动物对饲料的化学性消化 蛋白质的消化（循序快速进行）蛋白质的消化（循序快速进行）蛋白质蛋白质 神经刺激神经刺激 蛋白质消化产物蛋白质消化产物 胃酸胃酸 食糜食糜 G细胞细胞 胃泌素胃泌素 胃液胃液 蛋白质变性蛋白质变性 胃胃 胃扩
5、张胃扩张 胆碱能神经神经放射胆碱能神经神经放射 胃蛋白酶胃蛋白酶 （芳香族氨基酸苯丙、酪氨酸氨基端）（芳香族氨基酸苯丙、酪氨酸氨基端）胃蛋白酶原胃蛋白酶原 胰蛋白酶胰蛋白酶 盐酸、胃蛋白酶盐酸、胃蛋白酶 （碱性氨基酸（碱性氨基酸 组、赖氨酸羧基端）组、赖氨酸羧基端）多肽多肽 外切酶外切酶 氨肽酶氨肽酶 小肠肠腔小肠肠腔 （小肠液）（小肠液）羧肽酶羧肽酶 氨基酸氨基酸 小肽小肽 黏膜刷壮缘黏膜刷壮缘 小肠黏膜小肠黏膜 寡肽酶寡肽酶 寡肽寡肽 氨基酸氨基酸 吸收吸收 吸收吸收 吸收吸收 门静脉门静脉 （二）动物对饲料的化学性消化（二）动物对饲料的化学性消化 脂肪的消化脂肪的消化甘油三酯甘油三酯 胰
6、脂肪酶胰脂肪酶 甘油一酯甘油一酯磷磷 脂脂 乳化颗粒乳化颗粒 小乳化颗粒小乳化颗粒 脂肪酸脂肪酸 固醇及其酯固醇及其酯 甘油二酯甘油二酯 胆盐胆盐 氨基酸氨基酸 胰酶素胰酶素 胆碱胆碱 脂肪酸脂肪酸 （胆囊收缩素）（胆囊收缩素）胆囊胆囊 胆盐微胶粒胆盐微胶粒 V.胆固醇、磷脂胆固醇、磷脂 胆汁胆汁 甘油一酯甘油一酯 脂肪酸脂肪酸 肝肝 上皮细胞内上皮细胞内 吸收运转吸收运转瘤胃及瘤胃发酵瘤胃及瘤胃发酵瘤胃微生物瘤胃微生物瘤胃环境瘤胃环境饲料在瘤胃中的降解过程饲料在瘤胃中的降解过程瘤胃发酵的特点瘤胃发酵的特点瘤胃微生物瘤胃微生物 瘤胃细菌瘤胃细菌:200200多种多种,l09-l011个m1;占
7、45%左右瘤瘤 胃胃 产甲烷菌产甲烷菌:古细菌古细菌,占瘤胃微生物053 瘤胃原虫瘤胃原虫:便毛虫便毛虫和和纤毛虫，含量为104 106个m1，25个属微生物微生物 厌氧真菌厌氧真菌:游动孢子数为103105个m1，6个属;占8%噬菌体噬菌体 :微粒密度达l0 10个ml瘤胃细菌瘤胃细菌一纤维降解细菌一纤维降解细菌1.瘤胃球菌瘤胃球菌(Ruminococcus species)黄化瘤胃球菌（黄化瘤胃球菌（R.flavefaciens）白色瘤胃球菌（白色瘤胃球菌（R.albus）2.2.产琥珀酸丝状杆菌产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogenes)(Fibrobacter
8、succinogenes)3 3溶纤维丁酸弧菌（溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvensButyrivibrio fibrisolvens）4.4.梭菌属（梭菌属（Clostridium speciesClostridium species）纤维降解梭菌，如纤维降解梭菌，如C.cellobioparum,C.C.cellobioparum,C.longisporumlongisporum、C.lochheadiiC.lochheadii、C.aerotoleransC.aerotolerans和和C.chartatabidumC.chartatabidum；产气荚膜梭
9、菌（产气荚膜梭菌（C.perfingensC.perfingens）和丁酸梭菌）和丁酸梭菌(C.C.butyricumbutyricum)瘤胃细菌瘤胃细菌纤维分解菌的特点是：纤维分解菌的特点是：(1)对瘤胃对瘤胃PH最为敏感，最为敏感，PH 6.47.0最佳，最佳，PH 6.2 受影响，受影响，PH 6.0 完全停止；完全停止；(2)纤维分解菌为严格厌养菌；纤维分解菌为严格厌养菌；(3)纤维分解菌以主要氮源为饲料在瘤胃降解所产生的氨，但支纤维分解菌以主要氮源为饲料在瘤胃降解所产生的氨，但支链脂肪酸如异丁酸、异戊酸对生长速度也很重要。也即纤维链脂肪酸如异丁酸、异戊酸对生长速度也很重要。也即纤维分
10、解菌不能完全靠分解菌不能完全靠NPN作为其唯一的氮源，必须在日粮中有作为其唯一的氮源，必须在日粮中有一定的蛋白质或供给足够的支链脂肪酸才能达到其最大生长一定的蛋白质或供给足够的支链脂肪酸才能达到其最大生长速度；速度；(4)纤维分解菌对脂肪较为敏感，添加后会使采食量和消化率下纤维分解菌对脂肪较为敏感，添加后会使采食量和消化率下降。这可能是脂肪在纤维表面形成了一层薄膜阻碍了微生物降。这可能是脂肪在纤维表面形成了一层薄膜阻碍了微生物的作用。有的人认为，脂肪对微生物是有毒的。脂肪通过保的作用。有的人认为，脂肪对微生物是有毒的。脂肪通过保护处理，如皂化，可消除这一影响。护处理，如皂化，可消除这一影响。二
11、淀粉降解菌二淀粉降解菌 一些纤维降解菌，如一些纤维降解菌，如Clostridium lochheadiiClostridium lochheadii、产琥珀酸丝、产琥珀酸丝状拟杆菌的一些菌株以及溶纤维丁酸弧菌的大多数菌株，可状拟杆菌的一些菌株以及溶纤维丁酸弧菌的大多数菌株，可以降解淀粉。能降解淀粉的非纤维降解菌以降解淀粉。能降解淀粉的非纤维降解菌:1 1牛链球菌牛链球菌(Streptococcus bovis)(Streptococcus bovis)2.2.嗜淀粉瘤胃杆菌（嗜淀粉瘤胃杆菌（Ruminobacter amylophilusRuminobacter amylophilus）3.3
12、.普雷沃氏菌普雷沃氏菌(Prevotella species)(Prevotella species)短普雷沃氏菌（短普雷沃氏菌（Prevotella brevisPrevotella brevis）、布氏普雷沃氏菌）、布氏普雷沃氏菌（Prevotella bryantiiPrevotella bryantii）和）和Prevotella albensisPrevotella albensis。4 4溶淀粉琥珀酸单胞菌（溶淀粉琥珀酸单胞菌（Succinimonas amylolyticaSuccinimonas amylolytica）5 5反刍兽新月形单胞菌（反刍兽新月形单胞菌（Seleno
13、monas ruminantiumSelenomonas ruminantium）6 6双歧杆菌（双歧杆菌（Bifidobacterium speciesBifidobacterium species）瘤胃双歧杆菌瘤胃双歧杆菌B.ruminale,B.merycicum,B.ruminantium,B.ruminale,B.merycicum,B.ruminantium,伪长双歧杆菌伪长双歧杆菌B.pseudolongumB.pseudolongum，瘤胃细菌瘤胃细菌瘤胃细菌瘤胃细菌淀粉分解菌的特点是：淀粉分解菌的特点是：对对PH敏感性低，敏感性低，PH 5.67.0对淀粉消化速度没有什么影对
14、淀粉消化速度没有什么影响，对响，对VFA比例的影响也不大；比例的影响也不大；有充足氨存在，细菌便迅速繁殖；有充足氨存在，细菌便迅速繁殖；瘤胃中能利用乳酸的细菌并不多，但若乳酸超出瘤胃的缓瘤胃中能利用乳酸的细菌并不多，但若乳酸超出瘤胃的缓冲能力时，此类菌就会占优势。牛粪链球菌缓慢生长，其冲能力时，此类菌就会占优势。牛粪链球菌缓慢生长，其代谢产物是乙酸盐和乙醇，但若是快速生长则产生乳酸盐。代谢产物是乙酸盐和乙醇，但若是快速生长则产生乳酸盐。有的种类细菌能够利用糊精、麦芽糖，但有的不能利用大有的种类细菌能够利用糊精、麦芽糖，但有的不能利用大多数单糖和双糖，有的不能直接引发淀粉发酵；多数单糖和双糖，有
15、的不能直接引发淀粉发酵；从纤维性日粮转变成淀粉或蔗糖日粮，会发生瘤胃酸中毒从纤维性日粮转变成淀粉或蔗糖日粮，会发生瘤胃酸中毒（PH5.0）.这主要是将乳酸转变成乙戊酸所需微生物种这主要是将乳酸转变成乙戊酸所需微生物种群或浓度不够，或繁殖速度较慢，且随群或浓度不够，或繁殖速度较慢，且随PH下降越来越受到下降越来越受到抑制；抑制；(1)淀粉在瘤胃的消化速度取决于淀粉类型及其加工方法和温淀粉在瘤胃的消化速度取决于淀粉类型及其加工方法和温度。如大麦比玉米快度。如大麦比玉米快,烤玉米比碎玉米发酵更迅速。烤玉米比碎玉米发酵更迅速。瘤胃细菌瘤胃细菌三半纤维素降解菌三半纤维素降解菌所有纤维降解菌都具有降解半纤
16、维素的能力。能降解木聚糖的所有纤维降解菌都具有降解半纤维素的能力。能降解木聚糖的有：真细菌（有：真细菌（EubacteriumEubacterium）、栖瘤胃普雷沃氏菌、溶纤维丁）、栖瘤胃普雷沃氏菌、溶纤维丁酸弧菌、黄化瘤胃球菌和白色瘤胃球菌。能降解淀粉的有：多酸弧菌、黄化瘤胃球菌和白色瘤胃球菌。能降解淀粉的有：多毛毛螺菌、螺旋体、栖瘤胃普雷沃氏菌、溶纤维丁酸弧菌、溶毛毛螺菌、螺旋体、栖瘤胃普雷沃氏菌、溶纤维丁酸弧菌、溶糊精琥珀酸弧菌等。糊精琥珀酸弧菌等。1 1多毛毛螺菌（多毛毛螺菌（Lachospira multiparaLachospira multipara）(multiparus)(m
17、ultiparus)2 2螺旋体螺旋体(Spirochaetes)(Spirochaetes)密螺旋体（密螺旋体（TreponemaTreponema spp.spp.）布氏密螺旋体（）布氏密螺旋体（Treponema Treponema bryantiibryantii）糖密螺旋体（）糖密螺旋体（T.saccharophilumT.saccharophilum）3 3溶糊精琥珀酸弧菌溶糊精琥珀酸弧菌(Succinivibrio dextinosolvens)(Succinivibrio dextinosolvens)4.4.真细菌（真细菌（Eubacterium speciesEubacte
18、rium species）反刍兽真细菌（反刍兽真细菌（E.ruminantiumE.ruminantium）溶纤维真细菌（溶纤维真细菌（E.cellulosolvensE.cellulosolvens）。）。四蛋白降解细菌四蛋白降解细菌 除了主要的纤维降解菌外，大多数瘤胃细菌都具有某些蛋白除了主要的纤维降解菌外，大多数瘤胃细菌都具有某些蛋白酶活性。研究最多的是嗜淀粉瘤胃杆菌（酶活性。研究最多的是嗜淀粉瘤胃杆菌（R.R.amylophilusamylophilus），），溶纤维丁酸弧菌（溶纤维丁酸弧菌（B.fibrisolvensB.fibrisolvens）和栖瘤胃普雷沃氏菌）和栖瘤胃普雷沃氏
19、菌（P P.ruminicolaruminicola）。嗜淀粉瘤胃杆菌是目前已知的蛋白降解）。嗜淀粉瘤胃杆菌是目前已知的蛋白降解活性最高的菌株之一活性最高的菌株之一.ClostridiumClostridium 、FusobacteriumFusobacterium、Eubacterium,Lachnospira,Eubacterium,Lachnospira,SelenomonasSelenomonas和和SuccinivibrioSuccinivibrio等属的一些菌株也具有蛋白降等属的一些菌株也具有蛋白降解活性。解活性。过去的研究主要集中于革兰氏阳性蛋白降解球菌，但是近年过去的研究主要集
20、中于革兰氏阳性蛋白降解球菌，但是近年Attwood Attwood 和和 Reilly(2019)Reilly(2019)发现，牛链球菌也具有高活性的蛋发现，牛链球菌也具有高活性的蛋白降解酶。白降解酶。瘤胃细菌瘤胃细菌瘤胃细菌瘤胃细菌五脂肪降解菌五脂肪降解菌 目 前 能 降 解 脂 肪 的 瘤 胃 细 菌 只 有 脂 解 厌 氧 弧 杆 菌目 前 能 降 解 脂 肪 的 瘤 胃 细 菌 只 有 脂 解 厌 氧 弧 杆 菌（Anaerovibrio lipolyticaAnaerovibrio lipolytica）。该菌细胞呈弯曲的弧杆状，）。该菌细胞呈弯曲的弧杆状，长长1.5m1.5m4.0
21、m4.0m，直径，直径0.3 m0.3 m0.5m0.5m。单个、成对存在，。单个、成对存在，偶尔聚集成团块。两端生有单一鞭毛，能游动，是严格厌氧偶尔聚集成团块。两端生有单一鞭毛，能游动，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。型革兰氏阴性菌。脂解厌氧弧杆菌在瘤胃中的主要作用在于脂肪的分解和乳酸的脂解厌氧弧杆菌在瘤胃中的主要作用在于脂肪的分解和乳酸的利用。该菌生长必需一些氨基酸、叶酸、泛酸盐及盐酸维生利用。该菌生长必需一些氨基酸、叶酸、泛酸盐及盐酸维生素素B6(pyridoxal HCl)B6(pyridoxal HCl)，还可利用果糖、三酰甘油酯和磷脂。，还可利用果糖、三酰甘油酯和磷脂。该菌发酵产物随发酵
22、底物而异：发酵甘油时主要产物为丙酸该菌发酵产物随发酵底物而异：发酵甘油时主要产物为丙酸和琥珀酸，还有少量和琥珀酸，还有少量H H2 2和乳酸；发酵核糖和果糖时产生乙酸、和乳酸；发酵核糖和果糖时产生乙酸、丙酸和丙酸和COCO2 2，及少量的琥珀酸、，及少量的琥珀酸、H H2 2和乳酸；和乳酸；D D型和型和L L型乳酸被发型乳酸被发酵主要产生乙酸、丙酸和酵主要产生乙酸、丙酸和COCO2 2，及少量的琥珀酸和，及少量的琥珀酸和H H2 2。瘤胃细菌瘤胃细菌六酸利用菌六酸利用菌 1 1乳酸利用菌乳酸利用菌 可利用乳酸的细菌有：反刍兽新月型单胞菌、埃氏巨球型可利用乳酸的细菌有：反刍兽新月型单胞菌、埃氏
23、巨球型菌、脂解厌氧弧杆菌和向碱性韦荣氏球菌。菌、脂解厌氧弧杆菌和向碱性韦荣氏球菌。1.1 1.1 埃氏巨球型菌埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)(Megasphaera elsdenii)1.21.2向碱性韦荣氏球菌（向碱性韦荣氏球菌（Veillonella alcalescensVeillonella alcalescens）1.3 Propionibacterium acens 1.3 Propionibacterium acens 1.4 1.4 梭杆菌属梭杆菌属 （FusobacteriumFusobacterium）2.2.产琥珀酸弧菌（产琥珀酸弧菌（Vibri
24、o succinogenesVibrio succinogenes）3 3其它的酸利用菌其它的酸利用菌Succiniclasticum ruminisSucciniclasticum ruminisOxalobacter formigenesOxalobacter formigenes七乳酸产生菌七乳酸产生菌 乳酸是瘤胃中重要的中间产物，它可由很多细菌产生，但目前一乳酸是瘤胃中重要的中间产物，它可由很多细菌产生，但目前一般 认 为 瘤 胃 中 产 乳 酸 较 多 的 是 牛 链 球 菌 和 乳 酸 杆 菌般 认 为 瘤 胃 中 产 乳 酸 较 多 的 是 牛 链 球 菌 和 乳 酸 杆 菌（L
25、actobacillusLactobacillus species species），还有），还有Mitsuokella multiacidusMitsuokella multiacidus1 1乳酸杆菌（乳酸杆菌（Lactobacillus speciesLactobacillus species）嗜酸乳酸杆菌（嗜酸乳酸杆菌（L.acidophiluL.acidophilus s）、干酪乳酸杆菌）、干酪乳酸杆菌(L.caseiL.casei)、发酵乳酸杆菌发酵乳酸杆菌 (L.fermentumL.fermentum)、胚芽乳酸杆菌、胚芽乳酸杆菌(L.L.plantarumplantarum)
26、、布氏乳酸杆菌、布氏乳酸杆菌(L.buchneriL.buchneri)、短乳酸杆菌、短乳酸杆菌(L.L.brevisbrevis)、L.cellobiosusL.cellobiosus、L.helveticusL.helveticus、L.salivariusL.salivarius等。等。瘤胃乳酸杆菌（瘤胃乳酸杆菌（L.ruminisL.ruminis）和小牛乳酸杆菌）和小牛乳酸杆菌(L.vitulinusL.vitulinus)。2 2Mitsuokella multiacidusMitsuokella multiacidus 瘤胃细菌瘤胃细菌八其它瘤胃细菌八其它瘤胃细菌 1.1.脱硫弧
27、菌（脱硫弧菌（DesulfovibrioDesulfovibrio）2.2.瘤胃脱硫肠状菌（瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminisDesulfotomaculum ruminis）3.3.（Oscillspira guillermondiiOscillspira guillermondii）4.4.消化链球菌属（消化链球菌属（Peptostreptococcous speciesPeptostreptococcous species）瘤胃细菌瘤胃细菌 产甲烷菌过去一直被误认为是细菌（又俗称真细菌产甲烷菌过去一直被误认为是细菌（又俗称真细菌,EubacteriaEuba
28、cteria），但），但16S rRNA16S rRNA序列分析发现产甲烷菌是完全序列分析发现产甲烷菌是完全不同于细菌、系统进化独特的一类微生物不同于细菌、系统进化独特的一类微生物古菌或古细古菌或古细菌（菌（ArchaeaArchaea，或俗称，或俗称archaebacteriaarchaebacteria）甲烷短杆菌属（甲烷短杆菌属（MethanobrevibacterMethanobrevibacter）、甲烷细菌属）、甲烷细菌属（MethanobacteriumMethanobacterium）、甲烷微菌属（）、甲烷微菌属（MethanomicrobiumMethanomicrobium
29、）和（和（MethanosarcinaMethanosarcina）活动甲烷微菌（活动甲烷微菌（Methanomicrobium mobileMethanomicrobium mobile）反刍兽甲烷短杆菌（反刍兽甲烷短杆菌（Methanobrevibacter ruminantiumMethanobrevibacter ruminantium）甲烷细菌（甲烷细菌（Methanobacterium formicicumMethanobacterium formicicum）（Methanobacterium formicicumMethanobacterium formicicum）1.1.（
30、Methanosarcina barkeriMethanosarcina barkeri）瘤胃产甲烷菌（瘤胃产甲烷菌（Rumen methanogensRumen methanogens）产甲烷菌的底物及其发酵反应方程式产甲烷菌的底物及其发酵反应方程式 4H2+CO2 CH4+2H2O4HCO2H CH4+3CO2+2H2O4CH3OH 3CH4+CO2+2H2O CH3OH+H2 CH4+H2O4CH3NH2Cl+2H2O 3CH4+CO2+4NH4Cl2(CH3)2NHCl+2H2O 3CH4+CO2+4NH4Cl4(CH3)3NHCl+6 H2O 9CH4+3CO2+4 NH4ClCH3
31、CO2H CH4+CO2瘤胃原虫瘤胃原虫瘤胃中除了细菌外，还存在很多个体较大的微生物。瘤胃中除了细菌外，还存在很多个体较大的微生物。这些大生物过去都被认为是原虫。但后来发现有些这些大生物过去都被认为是原虫。但后来发现有些卵形体是大细菌，有部分带鞭毛的微生物是瘤胃真卵形体是大细菌，有部分带鞭毛的微生物是瘤胃真菌。瘤胃中确实存在带鞭毛的原虫，称瘤胃原虫鞭菌。瘤胃中确实存在带鞭毛的原虫，称瘤胃原虫鞭毛虫（毛虫（flagellate protozoa,简称简称flagellates）。瘤）。瘤胃中个体最大、数量最多、最重要的原虫是纤毛虫胃中个体最大、数量最多、最重要的原虫是纤毛虫(ciliate pr
32、otozoa,简称简称cilliates)。在反刍动物的瘤。在反刍动物的瘤胃内还栖息着五种瘤胃鞭毛虫，虽然种的数目很少，胃内还栖息着五种瘤胃鞭毛虫，虽然种的数目很少，但它们的密度是比较高的，虫体很小，其长度只有但它们的密度是比较高的，虫体很小，其长度只有4 415m15m 瘤胃瘤胃纤毛虫纤毛虫 瘤瘤胃胃鞭鞭毛毛虫虫 瘤胃原虫瘤胃原虫分离速度慢:1224小时主要依靠吞食细菌获得蛋白质1%细菌/h维持瘤胃稳定:吞食淀粉颗粒,吸收可溶性糖与瘤胃细菌协同提高纤维素分解瘤胃厌氧真菌瘤胃厌氧真菌 酵母和一些好氧真菌也能在厌氧条件下存活，从瘤胃中也能分酵母和一些好氧真菌也能在厌氧条件下存活，从瘤胃中也能分离
33、到这些真菌，但这些真菌是经日粮带入瘤胃的过路菌，因离到这些真菌，但这些真菌是经日粮带入瘤胃的过路菌，因此在瘤胃中不起作用。在相当长的一段时间内，微生物学家此在瘤胃中不起作用。在相当长的一段时间内，微生物学家一直认为，真菌是好氧微生物，自然界不存在严格厌氧的真一直认为，真菌是好氧微生物，自然界不存在严格厌氧的真菌。由此，人们一直将菌。由此，人们一直将Liebetanz(1910)Liebetanz(1910)和和Braune(1913)Braune(1913)在在2020世纪初发现的瘤胃中具有单鞭毛的游动孢子认为是瘤胃世纪初发现的瘤胃中具有单鞭毛的游动孢子认为是瘤胃鞭毛原虫，并将这三类游动孢子分
34、别命名为鞭毛原虫，并将这三类游动孢子分别命名为Sphaeromonas Sphaeromonas communiscommunis 、Callimastix frontalisCallimastix frontalis和和Piromonas communisPiromonas communis。直到直到19751975年，年，OrpinOrpin根据其在绵羊瘤胃内发现的游动孢子的根据其在绵羊瘤胃内发现的游动孢子的细胞壁含有几丁质，并且有活动阶段（孢子）和非活动阶段细胞壁含有几丁质，并且有活动阶段（孢子）和非活动阶段（营养体），首次证实这种带鞭毛的游动孢子为严格厌氧的（营养体），首次证实这种带鞭
35、毛的游动孢子为严格厌氧的真菌，而且证实这种菌的游动孢子与真菌，而且证实这种菌的游动孢子与Braune(1913)Braune(1913)描述的描述的Callimastix frontalisCallimastix frontalis相似，因此用同名命名该真菌。相似，因此用同名命名该真菌。瘤胃厌氧真菌瘤胃厌氧真菌网胃瘤胃皱胃小肠粪样大肠盲肠瓣胃食管7.6 X1083.1 X1062.5 X1061.3 X1053.1 X1066.7 X1066.0 X103网胃瘤胃皱胃小肠粪样大肠盲肠瓣胃食管7.6 X1083.1 X1062.5 X1061.3 X1053.1 X1066.7 X1066.0
36、X103牛瘤胃消化道各部位厌氧真菌菌体形成单位总数牛瘤胃消化道各部位厌氧真菌菌体形成单位总数(粪样中真菌为每克干重的菌体形成单位数粪样中真菌为每克干重的菌体形成单位数,Davies等，等，1993）瘤胃特征瘤胃特征瘤瘤 不同年龄各胃体积比例（）不同年龄各胃体积比例（）胃胃 动物动物 年龄年龄 网胃网胃 瘤胃瘤胃 瓣胃瓣胃 真胃真胃 发发 牛牛 初生初生 -38-13 49 育育 3个月个月 -54-14 32 成年成年 -84-12 4 初生初生 8 24 8 60 绵羊绵羊 3个月个月 11 61 6 22 成年成年 11 62 5 22 初生初生 6 23 5 65 白尾鹿白尾鹿 3个月个
37、月 8 71 4 17 成年成年 6 74 8 1 初生时：真胃初生时：真胃瘤胃瘤胃 成年：瘤胃为是真胃的成年：瘤胃为是真胃的10倍倍瘤胃特征瘤胃特征LyfordLyford（19881988）：）：瘤胃内容物体积瘤胃内容物体积 成年牛成年牛 56.9 L56.9 L 水牛水牛 59.6 L 59.6 L 16 16月龄绵羊月龄绵羊 3.96 L3.96 L 29 29月龄绵羊月龄绵羊 4.80 L4.80 L 水：水：85-90%原虫：原虫：105-106/ml细菌：细菌：109-1010/ml10-15%产甲烷菌产甲烷菌真菌：真菌：8%瘤胃特征1 1。瘤胃温度：。瘤胃温度：38384141
38、，平均为，平均为39 39 体温体温38.538.5 影响因素：影响因素：饲料种类饲料种类 、饮水温度饮水温度 2 2。瘤胃渗透压：瘤胃渗透压：260260340 mOsm/L340 mOsm/L，平均为，平均为280 mOsm/L280 mOsm/L。影响因素：影响因素：采食采食、饮水饮水 、精粗比精粗比 、添加剂添加剂 3 3。氧化还原电位氧化还原电位 ：-250-450mV-250-450mV，平均为，平均为-350mV-350mV 影响因素：空气影响因素：空气4 4。瘤胃。瘤胃PHPH：可为可为5 57.57.5，正常值为，正常值为6 67 7 纤维分解菌的最适纤维分解菌的最适pHpH
39、为为6.46.47.07.0 PH 6.2 PH 6.2活性降低活性降低 PH 6.0PH 6.0完全停止纤维分解菌生长完全停止纤维分解菌生长 原虫只有极少数能存活原虫只有极少数能存活 同时采食量下降。同时采食量下降。瘤胃微生物对饲料的降解瘤胃微生物对饲料的降解附着附着共生群落的形成共生群落的形成降解降解瘤瘤胃胃细细菌菌降降解解饲饲料料颗颗粒粒模模式式 细菌（细菌（A）附着于饲料颗粒表面（）附着于饲料颗粒表面（B），细菌不断增殖（），细菌不断增殖（C）逐渐）逐渐侵蚀饲料颗粒，降解释放出的产物吸引更多的细菌（侵蚀饲料颗粒，降解释放出的产物吸引更多的细菌（D），随后部），随后部分细菌离开底物进入瘤
40、胃液系（分细菌离开底物进入瘤胃液系（E），结合于底物的其它细菌流入），结合于底物的其它细菌流入后消化道（后消化道（F）。（自）。（自Cheng和和McAllister,2019）瘤胃真菌丰富的假根附着瘤胃真菌丰富的假根附着饲料颗粒饲料颗粒(TheodorouTheodorou个人交流个人交流)假根穿透植物细胞壁假根穿透植物细胞壁(Theodorou等等2019）(a)(b)Glu14Glu14 Glu14Glu14 Glu14 Glu14 Glu14 Glu1 (c)(d)Glu14Glu14 Glu14Glu Glu14Glu 纤维素降解过程中的酶。纤维素降解过程中的酶。Glu为葡萄糖分子；
41、为葡萄糖分子；（a）外切）外切1,4 葡聚糖酶；葡聚糖酶；（b）内切）内切1,4 葡聚糖酶；葡聚糖酶；（c）纤维糊精酶；）纤维糊精酶；（d）1,4 葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 X：木糖；：木糖；Af：阿拉伯呋喃糖；：阿拉伯呋喃糖；Fer：阿魏酸；：阿魏酸；Ac：乙酰基；：乙酰基；mGu：甲：甲基葡萄糖醛酸；基葡萄糖醛酸；Lignin:木质素。木质素。(1)木聚糖内切酶；木聚糖内切酶；(2)木糖苷酶；木糖苷酶；(3)阿拉伯呋喃糖苷酶；阿拉伯呋喃糖苷酶；(4)阿魏酸酯酶；阿魏酸酯酶；(5)乙酰木聚糖酯酶；乙酰木聚糖酯酶；(6)-葡萄糖苷酶；葡萄糖苷酶；木聚糖的降解细菌或细菌或真菌的真菌的纤维体纤维体结构
42、结构 Man，甘露聚糖酶；，甘露聚糖酶；Xyn，木聚糖酶；，木聚糖酶；CBH，纤维二糖水解酶；，纤维二糖水解酶；EG，内切葡聚糖酶；，内切葡聚糖酶；AXE，乙酰木聚糖酯酶；，乙酰木聚糖酯酶；Ar，阿拉伯糖呋喃糖苷酶。，阿拉伯糖呋喃糖苷酶。Cohesion domain，黏附结构域；，黏附结构域；Docherin domain，坞结构域；，坞结构域；CBD，纤维素结合结，纤维素结合结构域；构域；Catalytic domain，催化结构域；，催化结构域；Linker，连接体。（，连接体。（Forsberg等等,2000）各种酶催化结构域作各种酶催化结构域作用于植物细胞壁，纤用于植物细胞壁，纤维体
43、的另一端与细菌维体的另一端与细菌或真菌细胞表面结合。或真菌细胞表面结合。纤维素纤维素 淀粉淀粉 纤维二糖纤维二糖 麦芽糖麦芽糖异麦芽糖异麦芽糖 1磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 蔗糖蔗糖果胶果胶糖醛酸糖醛酸6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6磷酸果糖磷酸果糖 果糖果糖果聚糖果聚糖半纤维素半纤维素 戊糖戊糖 戊聚糖戊聚糖 1,6磷酸果糖磷酸果糖 丙酮酸丙酮酸 多糖降解产生丙酮酸多糖降解产生丙酮酸（McDonald等，等，2019）丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A草酰乙酸草酰乙酸 乳酸乳酸 乙酸乙酰辅酶乙酸乙酰辅酶A 甲酸甲酸苹果酸苹果酸 丙烯酸丙烯酸 CO2 H2 琥珀酸琥珀酸丁酰辅酶丁酰辅酶A 琥珀
44、酰辅酶琥珀酰辅酶A丙酰辅酶丙酰辅酶A 丁酸丁酸乙酸乙酸 甲烷甲烷 丙酸丙酸 瘤胃中碳水化合物代谢主要途径（瘤胃中碳水化合物代谢主要途径（Van Soest,1994）纤维素 CO2 产琥珀酸丝状杆菌纤维糊精 琥珀酸反刍兽新月型单胞菌 乙酸丙酸 甲酸 乙酸 CO2 产琥珀酸丝状杆菌和反刍兽新月型单胞菌的发酵关系产琥珀酸丝状杆菌和反刍兽新月型单胞菌的发酵关系 葡萄糖 NAD Fdox H2 CO2 NADH Fdred H+CH4 丙酮酸 CoASH CO2 Fdox 乙酰辅酶A 乙酸 NADH 辅酶A NAD 乙醇 单独培养条件下，白色瘤胃球菌发酵葡萄糖生成乙酸、乙醇、单独培养条件下，白色瘤胃球
45、菌发酵葡萄糖生成乙酸、乙醇、H2和和CO2，在与产甲烷菌共存养时，在与产甲烷菌共存养时，NADH被用于还原质子生成被用于还原质子生成H2，最终产物为乙，最终产物为乙酸和甲烷酸和甲烷(Fd,铁氧还原蛋白铁氧还原蛋白).淀粉和糖分的转移淀粉和糖分的转移氢的转移氢的转移缓冲作用降低乳酸产生缓冲作用降低乳酸产生提供生长因子提供生长因子稳定瘤胃稳定瘤胃pH提高纤维降解菌数及其活性提高纤维降解菌数及其活性提高微生物蛋白提高微生物蛋白提高粗纤维消化速度提高粗纤维消化速度降低甲烷产生降低甲烷产生提高养分吸收提高养分吸收 酵母菌在瘤胃中的可能作用模式（酵母菌在瘤胃中的可能作用模式（McDonald等，等，201
46、9）亚油酸（顺亚油酸（顺9顺顺12）异构化（异构化（A组和组和B组细菌）组细菌）共轭三烯酸（顺共轭三烯酸（顺9反反11顺顺15）亚油酸（顺）亚油酸（顺9反反11）氢化（氢化（A组和组和B组细菌）异构（组细菌）异构（A组菌）组菌）十八碳二烯酸十八碳二烯酸 共轭亚油酸（顺共轭亚油酸（顺9反反11）氢化（氢化（B组菌）氢化（组菌）氢化（A组菌）氢化（组菌）氢化（A组菌）组菌）十八碳一烯酸（反十八碳一烯酸（反15和顺和顺15）十八碳一烯酸（反）十八碳一烯酸（反11）十八碳一烯（反）十八碳一烯（反11）酸）酸氢化（氢化（B组菌）组菌）不能继续氢化硬脂酸硬脂酸不能继续氢化硬脂酸硬脂酸 亚麻酸和亚油酸氢化途
47、径（亚麻酸和亚油酸氢化途径（A组和组和B组菌分别指表组菌分别指表1的氢化细菌）的氢化细菌）（Harfoot和和 Hazlewood，2019）植物细胞壁多糖 葡萄糖 木糖 阿拉伯糖甲酸CO2 H2 琥珀酸 乙酸 乙醇 VFAVFA 甲烷甲烷 丙酸丙酸 乙酸乙酸瘤胃真菌发酵产物的再利用瘤胃真菌发酵产物的再利用产物被利用产生甲烷、丙酸和乙酸产物被利用产生甲烷、丙酸和乙酸蛋白质和碳水化合物在瘤胃中降解及微生物蛋白合成蛋白质和碳水化合物在瘤胃中降解及微生物蛋白合成 饲料饲料 蛋白质蛋白质 碳水化合物（纤维素、半纤维素、淀粉等）碳水化合物（纤维素、半纤维素、淀粉等）微生物微生物 多肽多肽 ADP 发酵热
48、（发酵热（6-7%）肽肽 氨基酸氨基酸 ATP 甲烷（甲烷（7-15%）嗳气嗳气 酮酸酮酸+氨氨 氨氨 （瘤胃（瘤胃肝循环）肝循环）未降解蛋白质未降解蛋白质 微生物蛋白微生物蛋白 VFA 吸收吸收 和碳水化合物和碳水化合物 分解分解 （乙酸、丙酸、丁酸）（乙酸、丙酸、丁酸）瘤胃瘤胃皱胃皱胃 消化酶消化酶 VFA 吸收吸收小肠小肠 氨基酸氨基酸 吸收吸收 氨基酸氨基酸+葡萄糖葡萄糖 吸收吸收 粪粪（未消化蛋白质、碳水化合物、代谢粪蛋白质等）（未消化蛋白质、碳水化合物、代谢粪蛋白质等）营养物质的代谢营养物质的代谢 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 糖原糖原 脂肪脂肪 VFA（乙酸、丁酸、丙酸）（乙酸、丁
49、酸、丙酸）葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸丙氨酸、丝氨酸丙氨酸、丝氨酸 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 甘油甘油 脂肪酸脂肪酸 NADP 5-磷酸戊糖磷酸戊糖甘氨酸、半胱氨酸甘氨酸、半胱氨酸羟辅氨酸羟辅氨酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NADPH 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖苏氨酸、色氨酸苏氨酸、色氨酸 -CO2赖氨酸赖氨酸 +CO2 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 天冬酰胺天冬酰胺 天冬氨酸天冬氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 -羟羟-甲基戊二酸单酰甲基戊二酸单酰CoA苯丙氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸酪氨酸 延胡索酸延胡索酸 柠檬酸柠檬酸 胆固醇胆固醇蛋氨酸、缬氨酸蛋氨酸、缬氨酸异亮氨酸异亮氨酸 琥珀酰琥珀酰CoA 琥珀酸琥珀酸
50、 酮体酮体组氨酸、辅氨酸组氨酸、辅氨酸 胆汁酸胆汁酸 固醇类激素固醇类激素精氨酸、谷氨酰氨精氨酸、谷氨酰氨 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸瓜氨酸、鸟氨酸瓜氨酸、鸟氨酸 （乙酰乙酸、乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮羟丁酸、丙酮）亮氨酸亮氨酸维持正常瘤胃功能的重要性正常的健康的瘤胃给乳牛提供正常的健康的瘤胃给乳牛提供50508080蛋白蛋白质需要；质需要；8080以上的能量需要。以上的能量需要。正常的健康的瘤胃是保证较高产乳效率的正常的健康的瘤胃是保证较高产乳效率的基础。瘤胃功能正常，则日粮消化率高；基础。瘤胃功能正常，则日粮消化率高；奶牛采食量也高，产奶量增高。奶牛采食量也高，产奶量增高。维持正常瘤胃
