第一章 瘤胃微生物.doc

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1、lact第一章 瘤胃微生物前言在反刍动物的瘤胃内栖息着复杂、多样、非致病的各种微生物，包括瘤胃原虫、瘤胃细菌和厌氧真菌，还有少数噬菌体。但幼畜出生前其消化道内并无微生物，出生后从母体和环境中接触各种微生物，但是经过适应和选择，只有少数微生物能在消化道定植、存活和繁殖，并随着幼畜的生长和发育，形成特定的微生物区系。因此，反刍动物瘤胃选择了其特定的微生物区系，这些微生物选择了瘤胃的环境，这种选择最典型的例子是只有反刍动物和单胃草食动物消化道才有厌氧真菌。经过长期的适应和选择，微生物和宿主之间、微生物与微生物之间处于一种相互依赖、相互制约的动态平衡系统中。一方面，宿主动物为微生物提供生长环境，瘤胃中

2、植物性饲料以及代谢物为微生物提供生长所需各种养分；另一方面，瘤胃微生物帮助消化宿主自身不能消化的植物物质，如纤维素、半纤维素等，为宿主提供能量和养分。因此，对瘤胃微生物的研究，在很大程度上对生产实践具有一定的经济意义。回顾瘤胃微生物的研究历程，从1843年Gubry 和Delaford 在反刍动物的瘤胃内发现微生物时起，一直延续到二十世纪初，由于受到研究条件和技术的局限性，许多研究工作者，主要从事形态、分类的研究工作（Hungate，1966）。我国学者熊大仕(Hsiung.T.S.)早在20世纪三十代，开始这方面的研究工作，尤其对瘤胃纤毛虫的形态和分类进行了很多的研究。1940年以后，瘤胃微

3、生物在宿主内的消化作用才被证实。1948年英国学者 Elsden和 Phillpson基于对动物生理的研究，阐明了在反刍动物营养中，微生物发酵产生挥发性脂肪酸的重要性。同期，Hungate 等人在瘤胃微生物的形态、生理以及区系划分等方面做出了很大贡献。70年代以来，电镜在微生物研究领域的应用，使人们更深入的了解到微生物的亚细胞结构与功能之间的关系，并使过去在微生物的系统分类方面存在的许多分歧，得到了很好的解决。研究瘤胃微生物的目的，不仅是为了了解它们的形态、生理、繁殖、地理分布，种群之间相互制约及与宿主之间的相互依赖关系，而且近年来通过反刍动物胃肠瘘管技术、瘤胃微生物的分离、培养和分子生物学研

4、究以及瘤胃生态的人工模拟等技术，希望更多地掌握瘤胃代谢和微生物相互之间的关系，为合理应用饲料、开辟新的饲料资源提供科学的依据。瘤胃中微生物种类很多、功能各异，本章介绍其中主要的微生物。第一节 瘤胃细菌和产甲烷菌在瘤胃微生物中细菌种类最多，同种细菌在瘤胃中又有多种作用，本节主要根据它们在瘤胃中的功能分类来介绍主要的瘤胃细菌和甲烷菌。一纤维降解细菌1. 瘤胃球菌(Ruminococcus species)黄化瘤胃球菌（R. flavefaciens）和白色瘤胃球菌（R. albus）均为严格厌氧型革兰氏阳性球菌，直径0.71.5mm。黄化瘤胃球菌细胞革兰氏染色反应常发生变异而出现革兰氏阴性反应，细

5、胞常排列成长链，产生黄色色素。白色瘤胃球菌革兰氏染色呈稳定的阳性反应，常以成双球菌存在，不产生黄色色素，但菌落常呈白色。白色瘤胃球菌和黄化瘤胃球菌广泛存在于草食动物胃肠道中，而前者在瘤胃中的数量常大于后者。除此两种瘤胃球菌外，在豚鼠肠道中还发现有其他瘤胃球菌，其中R. bromii在瘤胃淀粉降解过程中起很大作用。黄化瘤胃球菌和白色瘤胃球菌是瘤胃中主要的纤维降解菌，能产生大量的纤维素酶和半纤维素酶，其中主要的为木聚糖酶。黄化瘤胃球菌产生的木聚糖酶属于结构极其复杂的复合酶体，该菌还能产生多簇内切葡聚糖酶和一种外切葡聚糖酶。很多黄化瘤胃球菌菌株都能降解那些通常难降解的、坚韧的纤维，如棉花纤维，而白色

6、瘤胃球菌中有些不是纤维降解菌。这些瘤胃球菌都能利用纤维二糖，白色瘤胃球菌优先利用纤维二糖，然后利用葡萄糖，但是黄化瘤胃球菌通常不能利用葡萄糖。黄化瘤胃球菌和白色瘤胃球菌降解半纤维素和果胶的程度通常受生长底物的诱导。黄化瘤胃球菌的主要发酵产物为琥珀酸、乙酸和甲酸，还有少量的氢气、乙醇和乳酸。白色瘤胃球菌几乎不产生琥珀酸，但可产生大量的氢气和乙醇，有的菌株可产生乳酸。黄化瘤胃球菌和白色瘤胃球菌的生长都需要异戊酸、异丁酸和生物素。很多白色瘤胃球菌还需要2甲基丁酸。许多瘤胃球菌需要苯丙氨酸和吡哆胺，有的需要硫胺素、核黄素和叶酸。很多菌株需要氨，氨的利用优先于氨基酸。白色瘤胃球菌可产生细菌素，对黄化瘤胃

7、球菌具有抑制作用。瘤胃球菌属菌产生的一些代谢物还可抑制瘤胃真菌降解纤维。但是，瘤胃球菌对离子载体抗生素如莫能菌素很敏感。2. 产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogenes)过去称产琥珀酸拟杆菌（Bacteroides succinogenes），因种群发生关系上与拟杆菌相去较远，故被重新命名（Montgomery等1988）。第一次分离主要是杆状，继续培养变成球状、卵状，长度1.0m2.0m，直径0.3m0.4m，大多呈单体存在，也成对或短链状、玫瑰花团状排列，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。长时间培养，细胞易迅速死亡。产琥珀酸丝状杆菌在瘤胃中普遍存在，具有很强的降解纤维素的能

8、力，是瘤胃中主要的纤维降解细菌，但该菌不能降解木聚糖。产琥珀酸丝状杆菌产生大量的多糖酶（见第六节）。其纯培养菌具有很强的降解结构性的、坚韧物质如秸秆的能力，能够降解一些不被黄色瘤胃球菌降解的某些同质异晶体纤维素，发酵产物通常为乙酸和琥珀酸。该菌的生长必需戊酸和异丁酸，也常需要生物素和对氨基苯甲酸。脂肪酸主要用来合成磷脂，异丁酸用来合成脂肪醛和支链16碳及14碳脂肪酸，戊酸转化成脂肪醛和直链13碳及15碳脂肪酸。与其他的纤维降解细菌相比，如黄色瘤胃球菌和白色瘤胃球菌，产琥珀酸丝状杆菌对抗生素具有较强的耐受能力，当动物饲用抗生素时，该菌可成为瘤胃中占主导地位的纤维降解细菌。但是，近来研究表明，某些

9、植物次生代谢物，如酚类物质和黄芪的可溶性物质，可抑制产琥珀酸丝状杆菌。3溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens） 菌细胞呈典型的弧状杆菌，长2.0m5.0m；直径0.4m0.6m，单个或成对或呈链状排列，菌体一端生有一根鞭毛，因此可以运动，是一种严格厌氧型革兰氏阳性菌。溶纤维丁酸弧菌菌株间特性差异大。DNA杂交以及16S rDNA序列分析表明菌株在基因型上可分为几个组（Forster 等1996），Vander Toorn和Van Gyslwyk（1985）发现三种不同的生物型（乙酸利用型、乙酸产生型和丙酸产生型），因此，现在的溶纤维丁酸弧菌种将来很可能还需要重新分

10、类，但是生物型以及其他生理特性如何与基因型联系尚未清楚。溶纤维丁酸弧菌是一种代谢最丰富多样的瘤胃细菌，可发酵的底物范围广，但不同菌株表现出很大差异。大多数菌株可生长在单糖上，包括戊糖如木糖和阿拉伯糖，可生长在其它微生物产生的可溶性降解产物上，还可生长在淀粉、果胶多糖以及其它非纤维多糖上。该菌在完整细胞壁和纤维素上生长较差。但从瘤胃中能分离到具有纤维降解活性的菌株，菌细胞能迅速彻底地消化纤维素，但这种活性在实验室条件下不常见，可能因培养丢失的缘故。很多菌株具有降解木聚糖的能力，除产生胞外木聚糖酶活性外，还产生乙酰木聚糖酯酶。这些菌株还可利用木聚糖的降解产物，但其利用程度与不同植物木聚糖侧链的特性

11、和部位有关。有研究表明，糖醛酸以及带有酚酸的木寡糖可以被用于菌株的生长。溶纤维丁酸弧菌具有淀粉降解酶活性，可能在降解淀粉类日粮过程中起重要作用。溶纤维丁酸弧菌的发酵产物主要有CO2、氢气、乙醇、乙酸、丁酸、甲酸和乳酸。如果培养基中含有瘤胃液，该菌则不是产生乙酸而是吸收乙酸，可能转化成丁酸。溶纤维丁酸弧菌具有蛋白降解酶活性，是瘤胃中主要的蛋白降解细菌之一，而且当日粮含有抗性蛋白时动物瘤胃中这种酶的活性更高。体外培养时，蛋白降解酶还能在培养上清液中积累。因此，溶纤维丁酸弧菌可能在瘤胃中蛋白质降解过程中起一定作用。溶纤维丁酸弧菌还具有氢化作用，最早被认为是唯一能进行生物氢化的瘤胃细菌，它能使未饱和脂

12、肪酸还原，如使亚油酸还原成反11油酸（见第八节）。迄今，除溶纤维丁酸弧菌外，其他瘤胃细菌如白色瘤胃球菌、真细菌的一些菌株、密螺旋体等也具有生物氢化的作用。近年来，随着人们对肉品和乳品质量要求的提高，关于反刍动物日粮中亚油酸的生物氢化的研究日益受到重视。4. 梭菌属（Clostridium species）菌细胞呈杆状，长3.0m6.0m，直径约0.8m，具有周鞭毛，运动，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。发酵底物范围广，发酵产物主要为甲酸、丁酸和乙酸。梭菌常发现于瘤胃，虽然不是瘤胃中的主要细菌，但其在瘤胃中的种类多，有纤维降解梭菌，如C. cellobioparum, C. longisporum、C

13、. lochheadii、C. aerotolerans和C.chartatabidum；有的菌株可降解几丁质，有的菌株可降解含羞草素，有的可水解蛋白质。产气荚膜梭菌（C. perfingens）和丁酸梭菌(C. butyricum)可分离自饲喂高含量淀粉的反刍动物瘤胃。二淀粉降解菌 一些纤维降解菌，如Clostridium lochheadii、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，又可以降解淀粉。能降解淀粉的非纤维降解菌有：牛链球菌、嗜淀粉瘤胃杆菌、栖瘤胃普雷沃氏菌、溶淀粉琥珀酸单胞菌，以及反刍兽新月型单胞菌的很多菌株。1牛链球菌(Streptococcus bovi

14、s)牛链球菌呈圆形或卵圆形，直径约0.91.0mm，常排列成链状。革兰氏阳性，但老龄细胞也可呈革兰氏阴性。无鞭毛，不具游动性。多数菌株兼性厌氧，有的严格厌氧，也有的菌株可以耐氧。牛链球菌生长快，其群体对数期数量倍增时间（population doubling time）相当于大肠杆菌。牛链球菌在瘤胃中广泛存在，能降解淀粉，但不能降解纤维素，发酵产物为乳酸。该菌在瘤胃中的重要性在于它与瘤胃乳酸中毒密切相关。据报道，该菌是淀粉降解菌中最能降解谷类淀粉的一种（McAllister，1990等）。该菌产生的淀粉降解酶主要为作用于粗淀粉的一种胞外酶，也有作用于可溶性淀粉的胞内酶。该菌细胞内pH可以随细胞

15、外的pH降低而降低，因此瘤胃中脂肪酸积累引起的酸性环境不会影响牛链球菌的生长。在通常情况下，该菌常以葡萄糖被动转运机制利用葡萄糖，但当葡萄糖浓度很高时，过量部分可以通过扩散机制被利用，因此该菌常限制了其它糖降解菌对底物的利用。牛链球菌在瘤胃中的数量很少，只有在游离葡萄糖存在时才生长良好，近来报道表明，即使在高精料日粮条件下，该菌在瘤胃中的浓度仍很低（Owens等1998）。因此，牛链球菌是否是瘤胃中最主要的乳酸产生菌还值得研究。有些牛链球菌菌株可产生细菌素（bacteriocin），抑制其他链球菌或其他革兰氏阳性细菌。据报道，从瘤胃分离到的20%50%的牛链球菌具有抑制其他链球菌或细菌的作用，

16、其中牛链球菌菌株HC5产生的细菌素可抑制瘤胃细菌产生甲烷（Mantovani等2001; Lee等2002）。2嗜淀粉瘤胃杆菌（Ruminobacter amylophilus）嗜淀粉瘤胃杆菌原名嗜淀粉拟杆菌（Bacterorides amylophilus），1986年Stackebrandt和Hippe根据16S核糖体RNA序列重新命名。该菌形态多样，从卵球形到圆端长杆状，或不规则的弧形，长1.03.0m，直径1.0m。在酵母提取液+类胰蛋白酶+瘤胃液的液体培养基中培养，一般呈单体或成对存在，是严格厌氧的革兰氏阴性菌。一般情况下，嗜淀粉瘤胃杆菌在瘤胃中的数量较少，但当动物采食谷物类混合日粮

17、时该菌数量迅速增加。嗜淀粉瘤胃杆菌主要发酵淀粉，是瘤胃中主要淀粉降解菌之一。有研究报道，嗜淀粉瘤胃杆菌通过其胞内淀粉酶降解淀粉：淀粉颗粒首先与细胞表面受体结合，然后转运至细胞内进行水解。嗜淀粉瘤胃杆菌还可利用麦芽糖、糖原和糊精，但不能发酵和利用其他糖类。发酵产物为乙酸和琥珀酸。嗜淀粉瘤胃杆菌具有很强的降解蛋白质的能力，与栖瘤胃普雷沃氏菌和溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）一起是瘤胃中三种主要的蛋白降解菌。与后两者不同，嗜淀粉瘤胃杆菌的生长需要二氧化碳和氨，而无需肽或氨基酸，即使肽或氨基酸存在下该菌也主要利用氨。蛋白酶活性并不依赖于培养基中蛋白质或肽或氨基酸的存

18、在。3普雷沃氏菌(Prevotella species)这是广泛存在于瘤胃且数量最多的一类细菌。过去为拟杆菌属的栖瘤胃拟杆菌（Bacteroides ruminicola）。1990年Shah和Collins重新定义拟杆菌属，现在该属只包括存在于人后肠的几种拟杆菌，而栖瘤胃拟杆菌被划分为普雷沃氏菌属，称栖瘤胃普雷沃氏菌（Prevotella ruminicola）。栖瘤胃普雷沃氏菌属于真细菌（eubacteria）的拟杆菌/黄杆菌门，严格厌氧，革兰氏阴性，多型性杆状或球状，长0.8mm3.0mm，直径0.5mm1.0mm。栖瘤胃普雷沃氏菌的菌株间遗传差异大。过去只有栖瘤胃栖瘤胃亚种（Prevo

19、tella ruminicola subsp. ruminicola）和短栖瘤胃（Prevotella ruminicola subsp. brevis）亚种的区分。近年来，经过16S核糖体RNA序列分析以及鸟嘌呤+胞嘧啶（G+C）含量测定的研究，人们重新命名了栖瘤胃普雷沃氏菌种，并提出了三个新种，即短普雷沃氏菌（Prevotella brevis）、布氏普雷沃氏菌（Prevotella bryantii）和Prevotella albensis。普雷沃氏菌在瘤胃中可降解和利用淀粉和植物细胞壁多糖如木聚糖和果胶，但是不能降解纤维素。栖瘤胃普雷沃氏菌和布氏普雷沃氏菌可产生木聚糖酶和羧甲基纤维素酶

20、，但是由于缺少真正的纤维素酶，因此在纯培养时不能降解细胞壁，但与纤维降解菌共培养时能有效地利用木聚糖和果胶。某些栖瘤胃普雷沃氏菌株具有很强的降解燕麦木聚寡糖的能力，但短普雷沃氏菌（Prevotella brevis）几乎不产生木聚糖酶和羧甲基纤维素酶活性。普雷沃氏菌的发酵产物主要包括乙酸、琥珀酸和丙酸，其中丙酸主要通过丙烯酸途径合成。普雷沃氏菌在瘤胃中蛋白质的降解以及肽的吸收和发酵过程中起作用，其中栖瘤胃普雷沃氏菌是瘤胃中主要蛋白降解菌之一，而短普雷沃氏菌（Prevotella brevis）的蛋白酶活性为普雷沃氏菌中最高。具蛋白酶活性的普雷沃氏菌在瘤胃中普遍存在，而且，迄今发现的普雷沃氏菌菌

21、株都具有二肽酶活性，这是其他瘤胃细菌所没有的特性。在一些菌株中发现温和毒力形噬菌体。也发现质粒（如携带抗四环素基因质粒），对莫能霉素敏感，且出现抗莫能霉素的突变株。4溶淀粉琥珀酸单胞菌（Succinimonas amylolytica）最早分离自饲喂稻草和谷类的牛瘤胃。菌细胞呈圆头直杆状或卵圆形，长1.0m3.0m，直径1.0m1.5m，端生一个鞭毛、能运动，单体或成对排列，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。溶淀粉琥珀酸单胞菌也属于淀粉降解细菌，但其在瘤胃中的数量不及普雷沃氏菌和嗜淀粉瘤胃杆菌。该菌在动物中数量分布也无规律，有时在饲喂高谷物精料的动物中，一头动物瘤胃中很多而另一头动物瘤胃中很少，但一般

22、情况下，当动物饲喂青贮苜蓿、苜蓿干草或麦秸时该菌在瘤胃中的数量很少。溶淀粉琥珀酸单胞菌通常只发酵淀粉，水解一些淀粉产物。发酵产物主要为乙酸和琥珀酸，还有少量丙酸。该菌生长需要二氧化碳，乙酸能刺激它生长。5反刍兽新月形单胞菌（Selenomonas ruminantium）菌细胞似新月形或半月形，长3.0m6.0m，直径0.9m1.1m，在新月形的一侧面中央有一束多达16根的鞭毛，所以可以滚动，呈单体或成对排列，革兰氏阴性，一般是严格厌氧，但也有菌株能耐少量的氧气，其中有菌株具有还原型辅酶I（NADH）过氧化物酶，可以将氧气还原成水或二氧化碳。很多反刍兽新月形单胞菌菌株能发酵淀粉，有的菌株发酵乳

23、酸。所有菌株都能产生乙酸和丙酸，但丁酸、琥珀酸、乳酸和甲酸的产生因菌株而异。该菌不能发酵纤维素、木聚糖或果胶，但是可有效利用这些多糖的降解产物如纤维二糖，还可以利用麦芽糖以及各种单糖。该菌生长需要因菌株而异，但一般都需戊酸、CO2和B族维生素。乳酸利用菌株常需要氨基酸，尤其是天门冬氨酸，以及对氨基苯甲酸。该菌主要特征是多数菌株可从含半胱氨酸的培养基产生硫化氢，生长后培养液的最终pH很低（4.3），仅次于牛链球菌和一些乳酸杆菌(4.0)。反刍兽新月形单胞菌大多数菌株归属于两个亚种：反刍兽新月形单胞菌乳酸分解亚种（S. ruminantium subsp. lactilytica）可以发酵乳酸和甘

24、油；反刍兽新月形单胞菌栖瘤胃亚种（S. ruminantium subsp. ruminicola）不发酵乳酸和甘油。第三个亚种是反刍兽新月形单胞菌布氏亚种（S. ruminantium subsp. bryantii），包括大细胞菌株，其细胞长5m10m，直径2m3m，不能发酵阿拉伯糖、木糖、乳糖或半乳糖醇，也不能从半胱氨酸产生硫化氢。反刍兽新月形单胞菌纯培养只产生很少量的氢气，但是与产甲烷菌共培养时可产生大量甲烷。有的菌株还可以利用其他微生物产生的氢气。有的菌株在葡萄糖含量很高的条件下主要产生乳酸，在葡萄糖含量低时则由琥珀酸主要产生乙酸和丙酸。对于乳酸利用菌株，其在葡萄糖条件下，可利用累积

25、的乳酸形成乙酸和丙酸。有研究认为，乳酸的利用是通过一种不依赖辅因子型的乳酸脱氢酶起作用，而乳酸的形成则由依赖辅酶I型的乳酸脱氢酶介导作用（Gilmour等1994）。反刍兽新月形单胞菌还有脱羧基作用，能使琥珀酸脱羧基形成丙酸。反刍兽新月形单胞菌通常有质粒存在，但迄今均属隐性。反刍兽新月形单胞菌的乳酸利用特性可在菌株之间转移，虽然供体有大质粒存在，但是不能转给受体，转移机制尚不清楚。反刍兽新月形单胞菌通常对莫能菌素不敏感。6双歧杆菌（Bifidobacterium species）该类菌细胞杆状，常分枝，分叉呈Y或V型，是严格厌氧型革兰氏阳性菌。可发酵葡萄糖能产生乙酸和乳酸，两种酸的摩尔比例为3

26、：2。瘤胃内容物中经常分离到双歧杆菌，它们包括瘤胃双歧杆菌B. ruminale, B. merycicum, B. ruminantium, 伪长双歧杆菌B. pseudolongum，其中B. ruminale分离到的频率最高。瘤胃中双歧杆菌能水解淀粉，当犊牛采食淀粉类饲料时，其瘤胃中双歧杆菌数量增加。三半纤维素降解菌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（Eubacterium）、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。1多毛毛螺菌（Lachospir

27、a multipara）(multiparus)菌细胞呈杆状，有时出现螺旋状，排列成非常长的链状，具有侧生鞭毛，可运动。菌细胞长2.0m4.0m；直径0.4m0.6m，是严格厌氧型革兰氏阴性菌，但在培养基内培养的青年菌细胞则呈革兰氏阳性。该菌可利用果胶、蔗糖、纤维二糖、葡萄糖、果糖等，发酵产物主要有甲酸、乙酸和乳酸，还有氢气和CO2等。该菌生长对B族维生素的需要因菌株而异，乙酸可促进生长，氨、氨基酸或肽是生长所需的氮源。多毛毛螺菌是一种能降解果胶的瘤胃细菌，在饲喂豆科牧草的牛瘤胃中大量存在，瘤胃中大量的植物果胶物质有利于该菌的大量繁殖。在体外与三叶草草叶和青草叶培养时，该菌可侵袭三叶草叶片切口

28、，迅速并较彻底地破碎叶片组织，而对青草叶叶片的侵袭程度有限。该菌可产生果胶酯酶和果胶水解酶，水解酶既有内切酶活性又有外切酶活性。2螺旋体(Spirochaetes)螺旋体是一类菌体细长、柔软、弯曲呈螺旋状、能活泼运动的原核单细胞微生物，在瘤胃中大量存在，在牛瘤胃中其数量可占生物活体总计数的1%6%，常见于瘤胃纤维细菌的分离过程。密螺旋体（Treponema spp.）是瘤胃中最主要的螺旋体。布氏密螺旋体（Treponema bryantii）菌细胞呈螺旋杆状，通常长3m8m，各端生一根轴丝，革兰氏阴性。生长需要CO2、异丁酸、2甲基丁酸和B族维生素，而核黄素可促进生长。可发酵果胶、纤维二糖、蔗

29、糖以及单糖等，发酵产物主要为甲酸、乙酸和琥珀酸。糖密螺旋体（T. saccharophilum）菌体呈螺旋状，细胞大，长可达20m，具有一股达16根轴丝。生长底物范围广，包括多聚半乳糖醛酸，果胶，可溶性淀粉，糊精，蔗糖，麦芽糖，纤维二糖，葡萄糖醛酸，以及单糖等。生长需要异丁酸，戊酸可促进生长，但无需CO2。以葡萄糖为底物纯培养时，发酵产物主要为甲酸，乙酸和乙醇。以果聚糖为底物可分离到布氏螺旋体和糖螺旋体。其它类型大螺旋体（长12m25m）也可分离自饲喂干草和精料的奶牛瘤胃。这些菌只能发酵少数底物，如果胶，阿拉伯糖，菊粉和蔗糖，具有果胶甲基酯酶，内切多聚半乳糖醛酸水解酶活性。3六溶糊精琥珀酸弧菌

30、(Succinivibrio dextinosolvens)溶糊精琥珀酸弧菌最早发现于牛瘤胃，菌细胞呈螺旋杆状，长1.0m8.0m，直径0.3m0.8m。但在瘤胃液葡萄糖纤维二糖固体培养基上培养，菌细胞变成直杆状或稍微呈弧状。具有端生一根鞭毛、能运动，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。溶糊精琥珀酸弧菌主要发酵糊精，也能发酵牧草中的果聚糖，也有菌株具有植物细胞壁降解酶。发酵产物主要有乙酸和琥珀酸，但不产生气体。有的菌株生长时必需氨，有的菌株在氨缺乏时可利用某些氨基酸作为生长所需氮源。有研究表明，当氨浓度低时，氨主要通过高亲和力的谷氨酰氨合成酶途径被利用，当有过量的氨存在时，低亲和力的谷氨酰氨脱氢酶起作用

31、。4. 真细菌（Eubacterium species）瘤胃中的真细菌最早由Bryant和Burkey在1953年发现，此后已发现多种，有的可利用CO2和氢气产生乙酸，有的可降解木聚糖或没食子酸盐，其中研究较多的是反刍兽真细菌（E. ruminantium）和溶纤维真细菌（E. cellulosolvens）。反刍兽真细菌细胞呈短杆状，长0.7m2.0m，直径0.5m0.7m，一般单体、成对或短链排列，不运动，是严格厌氧，细胞革兰氏染色呈阳性，老龄细胞染色后易褪色。氨是该菌生长必需的氮源，生长还需一种或多种挥发性脂肪酸：n戊酸、异戊酸、2甲基丁酸或异丁酸。可发酵纤维二糖、葡萄糖和果糖，发酵产物

32、主要为丁酸、甲酸和乳酸。据报道，该菌可占分离自牛瘤胃的可培养细菌的5%。溶纤维真细菌形状与反刍兽真细菌，但有数根周鞭毛，可运动。该菌具有纤维降解能力，有研究估计（Prins等1972），该菌在饲喂青干草和精饲料的奶牛瘤胃中的数量可占总纤维降解细菌的50%。体外培养时，表现出较强的降解植物细胞壁的能力。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酶活性。研究最多的是嗜淀粉瘤胃杆菌（R. amylophilus），溶纤维丁酸弧菌（B. fibrisolvens）和栖瘤胃普雷沃氏菌（P.ruminicola）。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，因为它也有淀粉

33、分解能力，所以被认为在淀粉日粮中起重要的作用。溶纤维丁酸弧菌是分离自动物的最主要的蛋白分解菌，当日粮中存在许多不易被降解类型的蛋白时，该菌即会大量繁殖。数量最多的蛋白降解菌可能是栖瘤胃普雷沃氏菌。在不同比例的精粗日粮条件下反刍动物都会存在该属的蛋白降解菌株，但是，一般难以从动物中分离出P.ruminicola的蛋白降解菌株。Clostridium 、Fusobacterium、Eubacterium, Lachnospira, Selenomonas和Succinivibrio等属的一些菌株也具有蛋白降解活性。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Attwood 和 Reilly

34、(1995)发现，牛链球菌也具有高活性的蛋白降解酶。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（Anaerovibrio lipolytica）。该菌细胞呈弯曲的弧杆状，长1.5m4.0m，直径0.3 m0.5m。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利用。该菌生长必需一些氨基酸、叶酸、泛酸盐及盐酸维生素B6(pyridoxal HCl)，还可利用果糖、三酰甘油酯和磷脂。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H2和乳酸；发酵核糖和果糖时产生乙酸、丙酸和

35、CO2，及少量的琥珀酸、H2和乳酸；D型和L型乳酸被发酵主要产生乙酸、丙酸和CO2，及少量的琥珀酸和H2。六酸利用菌1 乳酸利用菌可利用乳酸的细菌有：反刍兽新月型单胞菌、埃氏巨球型菌、脂解厌氧弧杆菌和向碱性韦荣氏球菌。1.1 埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)这是巨球型菌属的一种瘤胃球菌，原名为埃氏消化链球菌（Peptostreptococcus elsdenii），菌细胞直径2.5m3.0m，一般单个、成对存在，但有时形成短链，是一种严格厌氧革兰氏阴性菌。该菌主要存在于幼畜动物和饲喂高含量谷物日粮的成年动物的瘤胃中。可利用葡萄糖、果糖和乳酸进行生长，还可利用麦芽糖和甘露

36、醇。乳酸发酵主要产生丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、CO2，还有少量H2和微量己酸。葡萄糖发酵时主要产生己酸和甲酸，少量的乙酸、丙酸、丁酸和戊酸。发酵产物中还有一些醇类化合物。乙酸可促进该菌的生长，氨基酸通常是该菌生长必需的，酵母浸膏通常起到有机生长因子的作用。该菌的主要磷脂为含有丝氨酸和氨基乙醇的磷酸甘油酯。该菌在瘤胃中的作用主要在于D型和L型乳酸的发酵。这种能力与日粮和动物有关。有研究表明，该菌的乳酸发酵作用不受葡萄糖或麦芽糖调节，因此该菌对乳酸的利用随可溶性糖的饲喂而增加（Counotte等1981，1983）。与埃氏巨球型菌不同，反刍兽新月形单胞菌及其他乳酸利用细菌发酵乳酸的能力因可溶性糖的

37、增加受到抑制。埃氏巨球型菌的不同菌株对底物的选择存在差异。Hino等（1994）报道了一株菌株，乳酸的利用先于葡萄糖，该菌株从乳酸发酵产生丙酸，但不能从葡萄糖生成丙酸。D型和L型乳酸可以诱导埃氏巨球型菌的乳酸消旋酶。埃氏巨球型菌还具有脱氨基和脱羧基作用，在瘤胃中产生支链挥发性脂肪酸。该菌对莫能菌素、拉斯洛德、来德洛霉素等离子载体抗生素不敏感。1.2向碱性韦荣氏球菌（Veillonella alcalescens）这是瘤胃中很小的一种球菌，直径只有0.3m0.5m，不运动，通常单个、成对存在，偶尔出现群聚现象，但很易散开，严格厌氧型革兰氏阴性菌。根据DNA杂交研究，该菌被重新命名为V. parv

38、ula。分离自瘤胃的向碱性韦荣氏球菌不能发酵糖类物质，但能发酵D和L型乳酸、丙酮酸、L-苹果酸、延胡索酸和D-酒石酸，能使琥珀酸脱羧基化产生丙酸和CO2。该菌能利用乳酸，发酵产物为乙酸、丙酸、CO2和氢气，对采食高淀粉精料动物避免瘤胃乳酸积累具有一定意义，但是该菌在瘤胃中的数量少，因此其在瘤胃中的作用不如埃氏巨球型菌。与埃氏巨球型菌相似，向碱性韦荣氏球菌细胞膜磷脂含有磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺和缩醛磷脂。1.3 Propionibacterium acens这是丙酸杆菌属的一种瘤胃菌，菌细胞呈多态现象，单体有时呈棍棒状，单个、成对或呈V和Y形。细胞长0.9m1.2m，直径0.4m0.5m，是厌

39、氧型革兰氏阳性菌。能发酵乳酸产生丙酸。1.4 梭杆菌属 （Fusobacterium）菌细胞似梭状，或弯曲和直杆状，长5.0m10.0m；直径1.0m3.0m，单个、成对存在，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。2. 产琥珀酸弧菌（Vibrio succinogenes）该菌最早由Wolin等人（1961）描述，也称Wolinella succinogenes。该菌菌体短小，弯曲成弧状或逗号状，直径0.6m，长3.0m，端生一根鞭毛，单体和成对存在，有时排列成螺旋形的链状，严格厌氧型革兰氏阴性菌。产琥珀酸弧菌在瘤胃中数量少，其主要意义在于它能利用中间发酵产物如H2、甲酸、延胡索酸和苹果酸进行氧化还原反应

40、。该菌通过氧化氢气或甲酸提供电子，还原延胡索酸和果酸，产生琥珀酸，将硝酸盐等还原成亚硝酸盐或氨，能将硒酸盐和亚硒酸盐还原成元素硒。该菌还能还原L-天冬氨酸、L-天冬酰氨、硫、阿魏酸等。虽然该菌的主要发酵产物为琥珀酸，而琥珀酸的产生可促进瘤胃中丙酸比例的提高，但是由于数量有限，因此该菌的意义尚待深入研究。瘤胃中苹果酸、延胡索酸或硝酸盐的浓度可能限制了该菌的生长。3其它的酸利用菌Succiniclasticum ruminis是Van Gylswyk于1995年从牛瘤胃中分离，菌细胞短杆状，直径0.30.5m，长达1.8m。该菌能使琥珀酸转化成丙酸，可能是瘤胃微生物区系的正常菌。Oxalobact

41、er formigenes（Allison等1985）菌细胞杆状，直径0.4m0.6m，长1.22.5m，利用草酰乙酸生成甲酸，在瘤胃中可能具有去除植物次生代谢物毒性的作用。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，但目前一般认为瘤胃中产乳酸较多的是牛链球菌（已在前面介绍）和乳酸杆菌（Lactobacillus species），还有Mitsuokella multiacidus。1乳酸杆菌（Lactobacillus species）乳酸杆菌通常存在于幼龄尤其是哺乳期反刍动物以及饲喂精饲料的成年动物。瘤胃中乳酸杆菌种类很多。常分离到的耐氧的乳酸杆菌有嗜酸乳酸杆菌（L. ac

42、idophilus）、干酪乳酸杆菌(L. casei)、发酵乳酸杆菌 (L. fermentum)、胚芽乳酸杆菌(L. plantarum)、布氏乳酸杆菌(L. buchneri)、短乳酸杆菌(L. brevis)、L. cellobiosus、L. helveticus、L. salivarius等。最早分离到的厌氧的乳酸杆菌是瘤胃乳酸杆菌（L.ruminis）和小牛乳酸杆菌(L. vitulinus)。瘤胃乳酸杆菌细胞长1.0m2.0m，直径0.5m0.7m，往往呈单体存在，具有稀疏的周鞭毛，因此可运动，革兰氏染色为阳性。可发酵麦芽糖、纤维二糖、蔗糖以及单糖，属同型发酵，发酵产物主要为L型

43、乳酸。小牛乳酸杆菌革兰氏阳性，细胞长0.8m3.0m，直径0.5m0.6m，单体或成对存在，无鞭毛，不运动，发酵底物范围除与瘤胃乳酸杆菌的相同外，还可利用乳糖，同型发酵，发酵产物为D型乳酸。乳酸杆菌一般是无害的共生菌，但在瘤胃中常由于产生大量乳酸，与瘤胃乳酸中毒有关。2Mitsuokella multiacidus该菌原名Bacteroides multiacidus（Mitsuoka等，1974），后被重新被命名为Mitsuokella multiacidus（Flint和Stewart，1987）。菌细胞无鞭毛，是革兰氏阴性菌杆菌。该菌利用的底物范围广，乳酸是其主要发酵产物（Mitsuok

44、a等，1974）。但该菌在瘤胃中的数量分布还不清楚。八其它瘤胃细菌1. 脱硫弧菌（Desulfovibrio）菌细胞呈弧杆状，有时呈S形，具有端生鞭毛，严格厌氧型革兰氏阴性菌。能还原硫酸盐和其他硫化物，在含铁盐乳酸硫酸琼脂培养基内培养，产生黑色菌落，能氧化乳酸、丙酮酸和苹果酸盐变成乙酸和CO2。2. 瘤胃脱硫肠状菌（Desulfotomaculum ruminis）菌细胞呈直杆状或弧杆状，长3.0m7.0m，直径0.3m0.5m。菌细胞的两端呈圆形，单独或成对存在，鞭毛分布在菌细胞体表的周围，内生孢子呈卵圆形或圆形，它通常位于菌细胞的一端，是严格厌氧型革兰氏阴性菌。当还原硫酸时氧化乳酸和丙酮酸

45、，亚硫酸盐和可还原硫化物可转变成硫化氢。3. （Oscillspira guillermondii）这是颤螺菌属的一种圆头大型杆菌，长达10.0m50.0m，直径2.0m8.0m，在细胞壁上有许多横向的空隙，使菌细胞体呈现横斑状。内生孢子一个或二个、位于菌细胞的中央，它的长度3.0m5.0m。在宿主动物放牧的草场上经常发现这种颤螺菌属的内生孢子。可能是厌氧的，因为菌细胞暴露到空气即停止了能动性，是革兰氏阴性菌。目前还没有培养这种颤螺菌的培养基，颤螺菌及其他大卵型菌在瘤胃中的生态作用及其生理特性尚不清楚。有研究表明，当瘤胃中引入纤毛虫后，颤螺菌和其他大卵型菌的数量则减少，当动物采食高含量糖分日粮

46、时瘤胃中大卵型菌Quinella ovalis则迅速繁殖。4. 消化链球菌属（Peptostreptococcous species）幼年反刍动物瘤胃内常有消化链球菌存在。原名为Peptostreptococcous elsdenii已归为巨球菌属，即埃氏巨球型菌(Megasphaera elsdenii)。消化链球菌属的其它菌株常与瘤胃中产氨有关。它们具有氨基酸脱氨基酶活性，可使苏氨酸、精氨酸脱氨基（Hungate，1966）。Chen等（1988）发现，消化链球菌属的一菌株不仅具有高活性的产氨活性，而且在以肽或氨基酸为唯一能量来源时能迅速生长，该菌株后被鉴定为P. anaerobius（P

47、aster等，1993）。表1-1 主要瘤胃细菌可利用的底物及其在液体培养基内发酵的产物瘤胃细菌种类发酵底物终产物革兰氏阳性球菌牛链球菌（Streptococcus bovis）淀粉、麦芽糖、纤维二糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、乳糖、（果胶、木糖、阿拉伯糖、甘露醇、甘油）乳酸、（乙酸、甲酸）、CO2黄化瘤胃球菌（Ruminococcus flavefaciens）纤维素、木聚糖、纤维二糖、（蔗糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、乳糖乙酸、琥珀酸、（甲酸、乳酸）、H2、CO2白色瘤胃球菌（Ruminococcus albus）纤维素、木聚糖、纤维二糖、（蔗糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、乳糖、甘露醇）乙酸、乙醇、（甲酸、乳酸）、H2、CO2革兰氏阴性球菌向碱性韦荣氏球菌（Veillonella alcalescens）丙酮酸、乳酸、苹果酸、延胡索酸、D-酒石酸丙酸、乙酸、H2、CO2埃氏巨球型菌（Megasphaera elsdenii）麦芽糖、葡萄糖、果糖、甘露醇、乳酸、（蔗糖、甘油）己酸、丁酸、异戊酸、戊酸、异丁酸、乙酸、琥珀酸、（甲酸、丙酸）、H2、CO2革兰氏阳性杆菌瘤胃乳酸杆菌（Lactobacillus ruminis）麦芽糖、纤维二糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、（乳糖）L乳酸、D乳酸、乙酸小牛乳酸杆菌（L