瘤胃来源的粪肠球菌菌株的特性及其对稻草青贮发酵质量和体外消化率的影响

《Animal Feed Science and Technology》：Characterization of rumen-derived Enterococcus faecium strains and their effects on fermentation quality and in vitro digestibility of rice straw silage

本研究旨在评估山羊瘤胃中分离的肠球菌LTF251和LTR253对稻草青贮发酵品质及体外消化率的影响。结果表明，接种菌株可显著提高乳酸含量（24.1-28.2 g/kg DM）、降低pH（4.14-4.41）和中性洗涤纤维（587-604 g/kg DM），同时提升体外48小时产气量（IVDMD达58.8%）和干物质消化率，其中LTF251在蛋白质保存和整体青贮品质上优于商业接种剂。

　　

Xuxiong Tao|Haitian Li|Xiong Li|Wei Deng|Xin He|Qianhui Zhang|Junfeng Li

中国南京农业大学农草科学学院青贮与加工研究所

摘要

本研究旨在从山羊瘤胃中分离并评估乳酸菌（LAB），以探究其作为青贮接种剂的潜力，从而提高稻草青贮的发酵质量和体外消化率。根据其快速酸化能力和高生长速率，选择了两种乳酸菌菌株：Enterococcus faecium LTF251和LTR253。这两种菌株在5-35°C、pH 3.0-7.0以及3.0-6.5%（w/v）NaCl条件下均能良好生长。稻草经过60天的青贮处理，共设置了四种处理方式：不添加任何添加剂（对照组，CON）、商业接种剂Lactiplantibacillus plantarum MTD/1（CL）、E. faecium LTF251（LTF251）或E. faecium LTR253（LTR253）。与对照组相比，所有含有乳酸菌的处理方式均显著增加了干物质（DM，333-347 g/kg vs 305 g/kg鲜重，FW）和乳酸含量（24.1-28.2 g/kg DM vs 14.7 g/kg DM），提高了乳酸/醋酸比例（1.63-1.96 vs 0.90），并降低了pH值（4.14-4.41 vs 4.77）、中性洗涤纤维（NDF，587-604 g/kg DM vs 701 g/kg DM）和半纤维素含量（142-159 g/kg DM）（P<0.05）。各处理组之间的酸洗涤纤维（ADF）、酸洗涤木质素（ADL）、纤维素、丁酸或乙醇含量没有显著差异（P>0.05）。与对照组相比，LTF251和LTR253处理组降低了水溶性碳水化合物（WSC）含量（P<0.05），其中LTF251处理组还降低了氨氮（NH?-N）含量（P<0.05）。LTF251处理的青贮料的V评分（84.7）显著高于对照组（75.5，P<0.05）。此外，所有乳酸菌接种剂均提高了48小时内的产气量和干物质消化率（IVDMD），其中LTF251的处理效果最佳（IVDMD为58.8%）。这些结果表明，从山羊瘤胃中分离出的E. faecium LTF251和LTR253是改善稻草青贮发酵和消化率的有希望的接种剂，尤其是LTF251在蛋白质保存和整体青贮质量方面表现更优。

引言

稻草是全球水稻种植的主要副产品，年产量超过11.4亿吨（Li等人，2022a）。在大多数水稻生产地区，它被广泛用作反刍动物的粗饲料（Oladosu等人，2016）。然而，稻草生产的季节性限制了需要有效的保存策略。青贮是一种成熟的饲料保存方法，依靠附生乳酸菌（LAB）的厌氧发酵产生有机酸（主要是乳酸），从而降低pH值并抑制腐败微生物（Zhang等人，2017）。然而，稻草是一种低质量的饲料，纤维含量高且水溶性碳水化合物（WSC）低，这限制了其自然发酵效率（Zhao等人，2019）。稻草的含水量（收获时通常为60-70% FW）也给青贮带来了独特挑战：过多的水分会促进梭菌发酵和干物质损失，而水分不足则会限制乳酸菌的活动。因此，通常使用外源乳酸菌接种剂来提高青贮质量，但其效果差异很大。

大多数商业乳酸菌接种剂是从植物材料中分离得到的（Ding等人，2019；Puntillo等人，2020；Wang等人，2018a），但它们对青贮发酵和动物后续表现的影响并不一致（Guo等人，2020）。例如，Santos等人（2017）报道从温带草类中分离出的Lactobacillus buchneri提高了甘蔗青贮的发酵质量，但对奶牛的采食量或泌乳性能没有积极影响。相比之下，从宿主动物肠道中分离出的乳酸菌可能对动物表现更有益（Timmerman等人，2006）。Li等人（2018）证明从牦牛瘤胃中分离出的Enterococcus菌株改善了Pennisetum sinese青贮的发酵质量并加速了结构性碳水化合物的降解，突显了瘤胃来源乳酸菌作为青贮接种剂的潜力。

反刍动物拥有复杂的瘤胃微生物群落，通过微生物介导的发酵帮助宿主消化植物性饲料（Mizrahi等人，2021）。作为瘤胃微生物组的关键组成部分，从这一环境中分离出的乳酸菌菌株可能具有增强饲料消化和青贮稳定性的特性。尽管具有这种潜力，但关于山羊瘤胃来源乳酸菌对稻草青贮影响的研究仍然有限，特别是它们在提高发酵质量和体外消化率方面的作用。因此，本研究旨在：（1）从山羊瘤胃中分离并鉴定乳酸菌菌株；（2）评估它们对稻草青贮发酵质量的影响；（3）评估它们对产气量和干物质消化率的影响，为开发低质量饲料的高性能青贮接种剂提供理论基础。

部分内容摘录

从山羊瘤胃中分离、鉴定和表征乳酸菌

在中国江西省萍乡市的萍乡畜牧研究所，从三只健康的赣西山羊（年龄：13-15个月，体重：25-30 kg）体内收集了瘤胃液。这些山羊以草干草和浓缩饲料（75:25，基于干物质）为基础日粮，并可自由饮水和食用矿物质块。在早晨喂食后2小时通过口腔插管收集每只山羊的500 mL瘤胃液，然后混合并通过四层纱布过滤以去除固体颗粒。接着，取1 mL滤液进行后续分析。

乳酸菌菌株的表征和鉴定

LTF251和LTR253均为革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性、同型发酵球菌，且不产生葡萄糖代谢产物（表1）。它们在5-35°C（而CL为15-35°C）和pH 3.0-7.0（而CL为pH 4.0-7.0）条件下生长，三种菌株都能耐受3.0%-6.5%的NaCl。菌株的碳水化合物发酵特性见表2。LTF251和LTR253都能利用木糖和葡萄糖酸（而CL不能），而LTF251还能利用鼠李糖，但不能利用α-甲基-D-甘露糖（这与LTR253相反）。

利用瘤胃来源的Enterococcus faecium作为青贮接种剂

Enterococcus faecium是反刍动物肠道中的常见共生菌，以其益生菌特性和对恶劣环境的耐受性而闻名（Laglaoui等人，2025）。在本研究中，LTF251和LTR253表现出广泛的环境耐受性，包括在5-35°C下的生长能力，使它们能够适应青贮过程中的温度波动，并能在pH 3.0的酸性条件下存活，表明它们能够抵抗青贮发酵后期的酸性环境。这些发现与Laglaoui的研究结果一致。

结论

从山羊瘤胃中分离出的两种Enterococcus faecium菌株（LTF251和LTR253）表现出广泛的环境耐受性、快速的酸生成能力、纤维降解酶活性以及多样的碳水化合物利用能力。将这些菌株接种到稻草青贮料中可改善发酵质量（降低pH值、NDF和半纤维素含量；增加干物质和乳酸含量），并提高体外消化率（增加总糖分和IVDMD）。LTF251在蛋白质保存和整体青贮质量方面优于商业接种剂。

CRediT作者贡献声明

Qianhui Zhang：研究工作。Xin He：研究工作。Junfeng Li：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理、研究设计、概念构思。Wei Deng：数据分析、数据管理。Xiong Li：数据分析。Haitian Li：软件应用、方法学研究、研究工作。Xuxiong Tao：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、研究工作、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本项目得到了中国国家自然科学基金（编号32171690）的支持。作者感谢陶绍教授（南京农业大学）在研究中的支持和贡献。