论文部分内容阅读
本试验研究了秸秆比表面积与发酵液表面张力对瘤胃微生物黏附与营养物质降解特性的关系。构建两个玉米秸秆比表面积水平分别为SSA1(0.664m~2/g)、SSA2(1.135m~2/g)。试验一:采用尼龙袋法研究玉米秸比表面积对6、12、24、36、48、72 h营养物质动态降解率的影响。试验二:在试验一基础上选取1、4、8、12、24、48 h研究比表面积对微生物黏附过程的影响。试验三:构建三个表面张力水平ST1(56.17 m N/m)、ST2(48.10 m N/m)、ST3(37.19 m N/m),采用体外发酵的方法,研究表面张力对营养物质降解特性与发酵特性的影响。试验四:采用体外发酵的方法以试验3的发酵液表面张力水平,研究2、6、12、24 h微生物的黏附规律。主要研究结果如下:1秸秆比表面积与对瘤胃降解特性的影响增加玉米秸的比表面积可显著(P<0.05)提高玉米秸干物质、中性洗涤纤维、粗蛋白质的瘤胃有效降解率、干物质与粗蛋白质的快速降解部分,同时显著(P<0.05)降低酸性洗涤纤维的降解率,不影响干物质、中性洗涤纤维、粗蛋白质、酸性洗涤纤维的慢速降解部分与速率常数。2秸秆比表面积为微生物黏附的影响与SSA1组相比,SSA2组的OTU数量,chao1指数、observed_species指数、PD_whole_tree指数、Fibrobacter succinogenes属、Protozac_Negativicutes属、Selenomonadales目、Succiniclasticum属、Acidaminococcaceae科、Deltaproteobacteria纲、Desulfovibrionaceae科、Desulfovibrionales目、Bacilli科、Lactobacillales目相对丰度显著(P<0.05)降低。Ruminococcus albus、Selenomonas ruminantium、Prevotella spp、Ruminobacter amylophilus、Genus metanobrevibacteria的黏附数量以及发酵初期微生物膜大小,Fibrobacter属、Fibrobacterales目、Fibrobacteria纲、Fibrobacteres门、Fibrobacteraceae科、Spirochaetes门、Spirochaetaceae科、Spirochaetales目、Spirochaetia科、Treponema属、Gammaproteobacteria科的相对丰度显著(P<0.05)增加。比表面积对simpson、shannon以及Total bacteria、Fungi、Ruminococcus flavefaciens、Methanogen、Order methanobacteriales拷贝数影响不显著(P>0.05)。3发酵液表面张力对体外发酵特性与营养物质降解率的影响ST3组干物质降解率,中性洗涤纤维,酸性洗涤纤维降解率、72 h潜在最大产气量极显著(P<0.01)低于ST1组和ST2组。ST3组的形状参数、产气速率和初始底物降解速率极显著(P<0.01)高于ST2组和ST1组。丙酸、异丁酸、异戊酸、p H、丁酸、戊酸的含量随表面张力降低而一次升高(P<0.01)。总挥发性脂肪酸含量随表面张力降低呈先升高后降低的二次曲线变化(P<0.05)。表面张力对乙酸含量、氨氮浓度无显著(P>0.05)影响。4发酵液表面张力对微生物黏附的影响随表面张力降低,Total bacteria、Ruminococcus albus、Fibrobacter succinogenesFungi的拷贝数呈先升高后降低的二次曲线变化(P<0.05)。Ruminococcus flavefaciens、Prevotella spp、Prevotella ruminicola的拷贝数一次降低(P<0.01)。Selenomonas ruminantium、Ruminobacter amylophilus、Methanogen的拷贝数无显著(P>0.05)影响。PCA分析结果表明,表面张力是影响细菌多样性的重要因素。随表面张力的降低,细菌多样性(chao1指数、observed_species指数和PD_whole_tree指数、Shannon指数和simpson指数)呈一次降低变化(P<0.05)。ST3组Bacteroidetes门、Fibrobacteraceae科、Fibrobacteria纲、Fibrobacterales目、Fibrobacter属、Fibrobacteres门、Ruminococcaceae科相对数量显著(P<0.05)低于ST1、ST2组。ST3组Firmicutes门、Clostridia纲、Clostridiales目、Lachnospiraceae科、Lactobacillales目、Bacilli纲、Streptococcaceae科、Streptococcus属、Proteobacteria门、Gammaproteobacteria纲、Pseudobutyrivibrio属、Butyrivibrio属、Succinivibrionaceae科相对丰度显著(P<0.05)高于ST1、ST2组。Paraprevotella属、Ruminococcus属、Prevotella属相对丰度随表面张力降低和发酵时间延长呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的一次降低变化。Streptococcus属、Pseudobutyrivibrio属、Butyrivibrio属、Succinivibrio属相对丰度随表面张力降低呈极显著(P<0.01)的一次升高变化。5山羊瘤胃微生物黏附规律(体内VS体外)随发酵时间的延长秸秆表面黏附的Ruminococcus albus、Ruminococcus flavefaciens、Fibrobacter succinogenes、Selenomonas ruminantium、Prevotella spp、Ruminobacter amylophilus、Methanogen、Genus metanobrevibacteria、Ordermethanobacteriales、Total bacteria、Fungi的拷贝数呈极显著(P<0.01)的一次增加。Protoza的拷贝数呈极显著(P<0.01)一次和显著(P<0.05)的二次降低变化。体内试验从1 h到48 h,细菌多样性指数,chao1指数、observed_species指数和PD_whole_tree指数呈显著(P<0.05)的一次降低变化。体内试验,从2-24h,chao1指数、observed_species指数和PD_whole_tree指数随发酵时间的延长极显著(P<0.01)的一次降低变化。在门水平上,体内与体外试验Bacteroidetes、Firmicutes、Fibrobateris、Proteobacteris菌门均是优势菌门,占其95%以上,体外试验Fibrobateris菌门相对丰度高于体内试验,而Proteobacteris菌门相对丰度低于体内试验。在属水平上前5种优势菌占总细菌的80%左右,体内试验包括Prevotella属、Succiniclasticum属、Butyrivibrio属、Ruminococcus属、Fibrobacter属;体外试验主要包括Prevotella属、Fibrobacter属、Streptococcus属、Pseudobutyrivibrio属、Butyrivibrio属。体外试验中除Fibrobacter属呈先升高后降低变化外,Prevotella属、Streptococcus属、Pseudobutyrivibrio属、Butyrivibrio属无显著(P<0.05)变化。体内试验Ruminococcus、Fibrobacter一次升高,Prevotella先升后降二次变化、Succiniclasticum一次降低、Butyrivibrio先降后升高。Prevotella、Fibrobacter、Butyrivibrio菌属是体内体外试验共有的优势菌属,体内试验Succiniclasticum、Ruminococcus菌属高于体外试验,体外试验Streptococcus、Pseudobutyrivibrio菌属高于体内试验。综上所述,增加秸秆比表面积增加,可通过增加部分营养物质降解菌的黏附数量和微生物膜的形成速度,从而改善秸秆的瘤胃降解率。降低发酵液表面张力有助于增加秸秆表面微生物的初始黏附量,发酵液表面张力从ST1(56.17 m N/m)降低至ST2(48.10 m N/m)时,可改善秸秆表面微生物、瘤胃发酵特性以及纤维的瘤胃降解率,当发酵液表面张力降低至ST3(37.19 m N/m)时,可增加秸秆表面初始黏附微生物的数量,但是会抑制其生长,降低纤维的瘤胃降解率。体外试验初始微生物黏附数量低于体内试验,体内试验与体外试验微生物种类相似,但是优势微生物数量存在一定差异。