苜蓿木质纤维素沉积分布和菌解机制及其动物安全性的研究

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苜蓿作为常用的饲草,在畜牧中的重要地位不言而喻。木质纤维素结构复杂,随着苜蓿生育期的推进,木质纤维素逐步沉积影响动物对纤维素与半纤维素的利用。探究苜蓿不同生育时期中木质素的沉积状况,分析其木质素的生长变化,并利用类动胶杜擀氏菌(Duganella zoogloeoides)降解苜蓿木质纤维素,研究菌解特性以及机制,提升干草评价提质效果,对该菌的安全性进行初步研究,为优质苜蓿的生产与利用提供技术支撑。本研究分为三部分试验。试验一通过石蜡切片技术对分枝期、现蕾期、初花期苜蓿茎、叶中木质素的沉积变化进行染色观测,发现随着生育时期的推进,茎、叶中木质化程度加深,由开始时的初生木质部不断扩大,最终髓部以及髓射线均出现木质化现象。其中木质区域内细胞胞间角隅区在紫外光下自体荧光强度较大,说明随着生育时期推进木质化细胞胞间角隅区内木质素沉积含量增大。试验二首先以苜蓿草粉为唯一碳源进行类动胶杜擀氏菌固态发酵,测定菌株木质纤维素各系酶活性,发现木质素降解三类酶均具有一定的产酶活性,其中木质素锰过氧化物酶含量三者中含量最大,且第6d酶活性达到14161.67UL-1。通过制作构件研究菌液定向侵蚀过程,发现苜蓿茎截面以及叶片表面随着侵蚀时间的延长,其侵蚀程度不断加深,苜蓿茎截面以木质部区域侵蚀效果严重出现下陷,而叶片表面出现明显空洞以及裂缝状表征。应用傅里叶红外光谱技术、气质联用技术以及X-射线衍射技术检测菌体发酵苜蓿产物,显示该菌对苯环有明显解环的效果,即木质素降解能力较为显著。将菌液施加入苜蓿干草中处理30d后,利用近红外法(NIRS)测定发酵后苜蓿干草的营养成分并进行了饲草品质评估,结果表明类动胶杜擀氏菌处理苜蓿干草后,使得苜蓿干草中的营养成分含量显著提升(P<0.05),其中木质素整体含量下降8.71%。试验三通过将该菌配制成1×10~9CFUm L-1浓度的菌液进行小鼠灌胃试验,30d的灌胃试验,小鼠状态良好,脏器未出现可见问题,脏器系数与对照无显著性差异(P>0.05)。菌株对于氯霉素、庆大霉素、万古霉素、红霉素以及四环素均敏感,而对于青霉素有抗性。溶血性试验方面,菌株无溶血特性。氨基酸脱羧试验发现除精氨酸以及赖氨酸具有脱羧效果外,其它氨基酸皆呈现阴性结果,总体方面该菌安全性程度较高。通过染色法可以对苜蓿的木质纤维素沉积分布进行直观分析。利用类动胶杜擀氏菌降解苜蓿,经产物测定、光谱分析、表征观测,可以有效降解木质素,从而提升苜蓿品质,而且类动胶杜擀氏菌初步评价较为安全。探究该细菌特性以期扩充生物添加剂菌种方面资源,为木质素生物质能源利用,尤其是饲草高效利用提供资源和借鉴。
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