瘤胃微生物种类

三、瘤胃微生物种类、数量及作用

瘤胃中的生物化学反应很复杂，涉及非常多的微生物。多种多样的微生物种群使微生物适应反刍动物食料变化，有时是纤维素、半纤维素，有时是淀粉。瘤胃微生物都是异养的，大多数需在厌氧条件下才能生存。瘤胃内的微生物种类很多，主要为细菌和原生动物纤毛虫。微生物的体积约占瘤胃液的10%，其中细菌、纤毛虫约各占约50%。但就细菌的数量、代谢活动的强度而言，均远远超过纤毛虫。除细菌、纤毛虫外，还有多种酵母、螺旋体、放线菌等，亦参与分解饲料和重要有机化合物的合成过程，另外，瘤胃中的噬菌体，也是瘤胃微生物活动过程中不可忽视的组成部分。但这些微生物的数量很少，对它们的研究也不充分。瘤胃中微生物区系、数量受动物种类、年龄、饲料条件等多种因素的影响。

1.瘤胃中的细菌

细菌是瘤胃中数量最多的微生物，1克瘤胃内容物中，细菌数为10⁷～10¹²个。瘤胃内细菌的种类繁多，大多数是无芽孢的厌氧菌，也有一些兼性厌氧菌，如牛链球菌，以及乳杆菌属中的一些种类。细菌能降解纤维素、淀粉、半纤维素和其他未消化的营养物，将纤维素分解成糖，然后发酵成酸。根据微生物对底物的利用和发酵产生终产物的情况，可将瘤胃细菌进行分类(表6-2，表6-3)。

纤维素发酵是瘤胃细菌的一个重要功能。纤维素分解菌能产生纤维素酶。参与纤维素分解的细菌主要有:产琥珀酸类杆菌(Bateroides succinogenes)、黄色瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)、白色瘤胃球菌(R.albus)、小瘤胃杆菌(R.parvum)、溶纤维运动杆菌(Cillobacteriumcellulosolvens)和溶纤梭菌(Clostridiumcellulosolvens)等。在1毫升瘤胃液中含分解纤维素细菌总数为10⁶～10¹⁰个。与几种细菌同时存在时相比，纯培养细菌的消化纤维素能力明显降低。

水解纤维素的细菌通常能利用半纤维素，但许多能利用半纤维素的细菌却不能分解纤维素。分解半纤维素的细菌主要包括:丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、多对毛螺菌(Lachnospira multiparis)、瘤胃类杆菌(Bateroides ruminicola)和溶纤维丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)等。

淀粉的水解也是瘤胃微生物重要功能之一。淀粉分解菌产生的α淀粉酶和β淀粉酶，水解的最终产物主要是麦芽糖、葡萄糖等。许多纤维素分解菌也具有分解淀粉的能力。分解淀粉的细菌主要有:嗜淀粉类杆菌(Bateroides amylophilus)、反刍新月单胞菌(Selenomonas ruminantiun)、溶淀粉琥珀酸单胞菌(Succinimonas amylolytica)和牛链球菌(Streptococcus bovis)等。

瘤胃中分解蛋白质的细菌数量达10⁹个/ml，约占瘤胃微生物总数的38%。蛋白质在细菌蛋白酶的作用下，经过脱氨基作用，产生氨基酸、氨等物质，进一步被微生物合成菌体蛋白。参与分解蛋白质的细菌主要有:丁酸弧菌属、琥珀酸弧菌属(Succinovibrio)、反刍新月单胞菌及其变种、普通类杆菌(Bateroides vulgatus)、展开消化链球菌(Peptostreptococcus evolutus)和包柔氏螺旋体菌(Borrelia)等。

脂肪分解细菌(解脂细菌)在动物和人的消化道、水、土壤及动物源产品中均可发现。这些细菌有多种形态，为革兰氏阴性能运动的杆菌，严格厌氧，适宜生长温度为38℃。每毫升瘤胃液中含解脂细菌数为4.3×10⁷～6.7×10⁷个。参与分解脂肪的细菌主要有:解脂菌属中的梭形梭杆菌(Fusobateriumfusiforme)、多态梭杆菌(F.polymorphum)、具核梭杆菌(F.nucleatum)、小梭杆菌(F.vescum)、甚尖梭杆菌(F.praeacutum)和反刍新月单胞菌变种等。

瘤胃中的甲烷，主要由瘤胃中物质分解产生的二氧化碳或甲酸，与产生的氢发生反应而形成。产甲烷细菌对氧气极为敏感，培养困难，所知种群较少。从瘤胃中分离到的主要有:反刍甲烷菌(Methanobacterium ruminantium)、运动甲烷杆菌(M.mobile)、甲酸甲烷杆菌(M.formicicum)、索氏甲烷杆菌(M.soehngenii)、以及甲烷单胞菌(Methanomonas)等。

2.瘤胃中的原生动物和真菌

瘤胃中原生动物和真菌的数量比细菌少得多。原生动物约为10⁴～10⁵个/ml，而真菌只有4×10⁴个/ml。但原生动物比细菌大20～100倍，生物量可占总生物量的50%，且可吞食细菌、食物颗粒和其他原生动物等，故原生动物的作用不可低估。瘤胃中原生动物主要是纤毛虫，有时亦有少量鞭毛虫存在。目前所知，在反刍动物瘤胃中有120多种纤毛虫，其数量为每毫升含10⁵～10⁶个，有时每毫升达2百万个以上。瘤胃中常见的纤毛虫主要有毛口目(Trichostomatida)和内毛目(Entodiniomorphida)两大类群。毛口目以等毛虫(Isotricha)和厚毛虫(Dasytricha)为代表，细胞除胞口外，体表被有一致的纤毛。内毛目的纤毛仅限于身体一或两个区域，包括围绕口的口周纤毛和其他的离口纤毛，口周纤毛是取食结构又是运动结构，离口纤毛是附属性运动结构，只体型较大的种类有。

这两大类纤毛虫都食细菌，食物包括细菌、植物碎片、淀粉和糖等。细菌、颗粒由胞口吞食，可溶性糖等通过质膜进入。但毛口目利用溶解性糖类作为能量来源，内毛目则利用淀粉颗粒。

纤毛虫对食物的选择与个体大小有关，不同种纤毛虫对食物有偏爱现象:较小的内毛虫喜食淀粉粒，尖尾内毛虫(Entodiniumcaudatum)利用植物性淀粉粒、麦芽糖和葡萄糖作为合成储存性多糖的原料，体内多糖储存可达自身干重的6%～7%。体型较大的如前毛虫(Epidinium)、双毛虫(Diplodinium)等食植物碎片，但不清楚纤维素是虫体自身降解的还是由纤毛虫体内的细菌降解的，但已证实无尾前毛虫的无细胞提取液中有半纤维素酶，说明有的纤毛虫可降解纤维素。等毛虫胞口较大，能取食颗粒性食物，如植物淀粉粒，厚毛虫胞口较小，不能取食淀粉粒。

原生动物对瘤胃的功能并非必不可少，因为除去共生的原生动物后，动物仍很健康，或者说没有原生动物共生的动物也能健康成长，消化过程仍能进行。但原生动物对发酵作用仍有重要影响。原生动物对淀粉颗粒的吞食缓冲了瘤胃pH值，避免过酸，原生动物对细菌的捕食和原生动物的溶解lysis增加了瘤胃NH₃，并降低氨基酸供应。原生动物的作用可能是对细菌的吞食造成捕食压力，提高细菌的繁殖率和代谢活力。原生动物每分钟大约要吃掉1%的细菌。

纤毛类原生动物能进行厌氧生长，发酵植物的许多化合物产生能量。某些原生动物群体能消化纤维素和淀粉。另外一些能发酵可溶性的碳水化合物。有一些原生动物也可以降解纤维素。但是与细菌相比，作用不那么显著。瘤胃中的原生动物含有大量的蛋白质，并能储存大量的碳水化合物，当这些原生动物被反刍动物消化时，其中的碳水化合物和蛋白质便被反刍动物所分解利用。有些原生动物以瘤胃中的细菌为食物。瘤胃中的碳从细菌转移到原生动物，然后再转移到反刍动物，从而构成了一个短而有效的食物链。与细菌相比，原生动物更容易被反刍动物消化，因为细菌具有很难消化的细胞壁。

瘤胃真菌生长比细菌慢，生长量低，只占瘤胃中微生物量的6%。瘤胃中的真菌包括一些酵母菌，但分布最广的是厌氧性的、似壶菌(chytrid-like)的真菌，它们是真菌中最原始的类群，具有多鞭毛的游动孢子(zoospores)。早期的研究者发现瘤胃有大型的微生物，被归入原生动物。实际上，大多数这些鞭毛体是壶菌chytridomycetes的游动孢子(zoospores)。瘤胃真菌具有复杂生活史，游动孢子萌发成菌丝体(mycelium)，覆盖食物颗粒，孢子体(sporangia)释放出游动孢子(zoospores)。瘤胃真菌具有很高的纤维素酶活性。瘤胃真菌以发酵的方式存在，能将纤维素发酵成挥发性脂肪酸(VFAs)。瘤胃中的真菌除了可降解多糖和纤维素外，对于部分木质素、半纤维素和果胶的降解也起着一定的作用。