棉花秸秆微贮饲料复合菌系构建及发酵机理研究

发布时间：2020-11-15 15:15

　　 新疆具有丰富的棉花秸秆资源,其营养成分具备制作反刍动物饲料的基础,但由于木质纤维素含量比较高,适口性差,吸收利用率低,并含有一定量游离棉酚等原因,严重阻碍了其有效利用。本研究针对棉花秸秆特性进行了棉花秸秆微贮饲料复合菌系构建、发酵工艺优化,并对棉花秸秆微贮饲料发酵机理进行探索,为新疆棉花秸秆饲料化奠定良好的基础。采用可培养方法,定向筛选获得9株较优良的乳酸菌,包括乳杆菌属(Lactobacillus sp.)、肠球菌属(Enterococcus sp.)、片球菌属(Pediococcussp.)。其中乳杆菌L2产酸速率最快,生长15小时pH值达到3.35。获得4株纤维素降解菌,均为芽孢杆菌属(Bacillussp.),其中C3纤维素降解能力最强,羧甲基纤维素钠酶活为27.89 U/mL。获得2株优良的游离棉酚降解菌:分别为假丝酵母属(Candida sp.)G3和酵母属(Saccharomycessp.)G9,其中假丝酵母G3对棉花秸秆中棉酚降解率较高,达到69.5%。另外检测到乳杆菌L2、芽孢杆菌C3、肠球菌L16均具有棉酚降解能力。为了构建出最佳的复合菌系,进行了菌种配伍研究及固体发酵工艺优化,获得一组优良的复合菌系:乳杆菌L2和芽孢杆菌C3(2:1),该复合菌系能有效发酵棉花秸秆并能降解游离棉酚。进一步探索了复合菌系-纤维素酶协同作用对棉花秸秆的发酵效果,发现复合菌系中添加0.1%的纤维素酶,可以加快棉花秸秆饲料pH值下降速度,更有利于营养物质的保存。采用响应面方法对棉花秸秆饲料固体发酵条件进行优化,得到最佳发酵工艺为:接种量为0.5%(菌液初始活菌数为108cfu/mL)、含水量63%、糖蜜7%,发酵时间60天。在此条件下,所得棉花秸秆饲料pH值为4.12,干物质含量为37.39%,粗蛋白含量为7.16%,纤维素降解率为21.5%。饲料松软,具有酸醇香味,达到优质饲料标准。对羊的饲喂效果基本达到饲喂玉米秸秆饲料的效果。为了探索棉花秸秆微贮饲料的发酵机理,采用16S rRNA基因高通量测序方法,对发酵过程中微生物多样性及动态变化规律进行分析。结果表明:Lactobacillus、Pediococcus是提升饲料品质的有益菌,而Enterobacteriaceae的某些属、Clostridium_sensu_stricto_12是引起饲料变质的腐败菌。添加上述复合菌系后明显改变了棉花秸秆微贮饲料体系中的菌群结构和发酵进程,进而提升了饲料品质。复合菌系中添加纤维素酶对发酵过程中菌群结构影响不大,但可促进Lactobacillus更快达到最大丰度并在一段时期内维持稳定,更有利于微贮饲料营养物质的保存。通过本研究获得了一组优良的棉花秸秆微贮复合菌系及发酵工艺,对棉花秸秆微贮机理进行了初步探索,为新疆棉花秸秆饲料化利用奠定了良好的基础。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S816
【部分图文】：

第一章文献综述??胞壁机械强度的作用（朱宁，２０１６）。木质素和半纤维素结合比较牢固，紧紧地包围着??纤维素，使酶和其它物质与纤维素作用时具有一定难度（图１－２），由于木质素难以被??消化利用，使得纤维素和半纤维素较难被微生物降解和酶降解，降低了秸秆饲料的消??化率。据报道，对于反刍动物，木质素含量每增加１％，其消化率就会下降０．８％。因??此，在木质纤维素的预处理过程中，木质素的去除是非常重要的（Ｌｉｚｂｅｔｈ??Ｌａｕｒｅａｎｏ－Ｐｅｒｅｚ?ｅｔ?ａｌ．，?２００５；刘诗慧，２０１６；徐雯，２０１５）。??＼??＇?Ｃｄｈｓｋ＇ｊｓｃ??图１－２植物木质纤维素的结构（Ｗｉｌｌｉａｍ?ｅｔａｌ．，２０１０）??１．３．４棉花秸秆的营养特性及直接作为饲料的缺陷??魏敏等研究表明，棉叶中粗蛋白、粗脂肪以及磷和钙的含量比较高（表１－１），其??中粗蛋白含量约为６．５％，半纤维素１０．７％、纤维素４４．１％、木质素１５．２％、钙０．６５％、??磷?０．０９％?（魏敏等

参照２．４．１．１的方法，从含有ＣａＣ０３的ＭＲＳ培养基平板上，获得产生溶钙圈的菌??株３３株，分别命名为Ｌ１－Ｌ３３。其中溶钙圈大于４?ｍｍ的菌落有２２株，将２２株菌分别??接种于新的含有ＣａＣ０３的ＭＲＳ培养基平板上（图３－ｌａ，?ｂ），进行初步纯化并确认溶钙??效果。根据菌落形态、颜色等特征，挑选出１２株类似乳酸菌菌株。对１２株菌进行革??兰氏染色及过氧化氢酶试验，获得９株可能的乳酸菌，分别为Ｌ２、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１２、Ｌ１６、??Ｌ１９、Ｌ２０、Ｌ２３、Ｌ２５。采用含有溴甲酚紫和ＣａＣ０３的ＭＲＳ划线接种乳酸菌，发现在??相同的培养条件下，接种Ｌ２培养基中的ＣａＣ０３大部分被分解，接种Ｌ２３培养基中的??指标剂有变色现象，但ＣａＣ０３则没有被明显分解，由此说明，Ｌ２和Ｌ２３均产酸，但??Ｌ２３产酸能力不及Ｌ２产酸能力强（图３－１?ｃ，ｄ）。??对９株菌进行革兰氏染色，９株菌均为阳性、无芽孢，其中杆菌７株、球菌２株，过??氧化氢酶试验均为阴性

参照２．４．１．１的方法，从含有ＣａＣ０３的ＭＲＳ培养基平板上，获得产生溶钙圈的菌??株３３株，分别命名为Ｌ１－Ｌ３３。其中溶钙圈大于４?ｍｍ的菌落有２２株，将２２株菌分别??接种于新的含有ＣａＣ０３的ＭＲＳ培养基平板上（图３－ｌａ，?ｂ），进行初步纯化并确认溶钙??效果。根据菌落形态、颜色等特征，挑选出１２株类似乳酸菌菌株。对１２株菌进行革??兰氏染色及过氧化氢酶试验，获得９株可能的乳酸菌，分别为Ｌ２、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１２、Ｌ１６、??Ｌ１９、Ｌ２０、Ｌ２３、Ｌ２５。采用含有溴甲酚紫和ＣａＣ０３的ＭＲＳ划线接种乳酸菌，发现在??相同的培养条件下，接种Ｌ２培养基中的ＣａＣ０３大部分被分解，接种Ｌ２３培养基中的??指标剂有变色现象，但ＣａＣ０３则没有被明显分解，由此说明，Ｌ２和Ｌ２３均产酸，但??Ｌ２３产酸能力不及Ｌ２产酸能力强（图３－１?ｃ，ｄ）。??对９株菌进行革兰氏染色，９株菌均为阳性、无芽孢，其中杆菌７株、球菌２株，过??氧化氢酶试验均为阴性
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本文编号：2884902