瘤胃微生物对植物细胞壁降解的相对贡献及其附着与降解的关系研究

本论文通过四个试验系统地研究了瘤胃微生物对植物细胞壁降解的相对贡献率及其互作关系、植物细胞壁颗粒表面积对瘤胃降解率的影响、三种纤维分解菌优势菌种(白色瘤胃球菌、生黄瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌)对植物细胞壁和微晶纤维素的附着情况与降解之间的关系等内容，并初步探讨了纤维分解菌附着植物细胞壁和微晶纤维素的生物学机制。 试验一采用体外产气量法，以球磨与未球磨玉米秸细胞壁为底物，对不同区系瘤胃微生物降解植物细胞壁的相对贡献率和互作关系进行了研究。结果表明，细胞壁经球磨后可以显著提高瘤胃微生物的产气量和降解率(P＜0.01)，但不改变发酵类型；不同区系微生物的产气量和降解率具有极显著的差异(P＜0.01)，WRF的产气量和降解率最高，其次是混合培养(B+P、P+F、B+F)，而单培养(B、P、F)的最低(P＜0.01)。结果说明植物细胞壁在瘤胃内的降解是在细菌、原虫和真菌的协同作用下完成的，对植物细胞壁的降解程度可能不是某一种或二种微生物所能及第的。B+P的产气量和降解率仅次于WRF，表明瘤胃细菌和原虫在降解植物细胞壁过程中存在协同效应，对细胞壁降解的贡献率较大。瘤胃真菌对细胞壁降解的相对贡献率较小。 试验二采用比浊法测定了白色瘤胃球菌(R.albus -7)对球磨、未球磨玉米秸秆细胞壁和微晶纤维素的附着率，并对其附着机制进行了初步研究。结果表明，白色瘤胃球菌对球磨玉米秸细胞壁的附着能力与微晶纤维素相当，且二者显著高于未球磨玉米秸细胞壁的附着率(P＜0.01)，说明增加细胞壁颗粒表面积可以提高纤维分解菌的附着程度。细菌经酶和高碘酸钠修饰后，可显著降低其对玉米秸细胞壁和微晶纤维素的附着能力(P＜0.01)，推测细菌细胞表面的蛋白质和碳水化合物同时参与了对植物细胞壁的附着。细菌经氯化锂修饰后附着能力下降最为明显，说明白色瘤胃球菌的S层蛋白质与附着能力有很大关系。 试验三采用比浊法测定了生黄瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌对球磨、未球磨玉米秸秆细胞壁和微晶纤维素的附着率，并对此两种菌的附着机制进行了初步的探讨。结果表明，生黄瘤胃球菌FD-1能够附着球磨和未球磨玉米秸细胞壁，其附着率与微晶纤维素没有显著性差异(P＞0.05)。化学和酶修饰后的附着试验结果表明，细菌细胞外表面的糖蛋白样成分可能在介导细菌附着植物细胞壁和纤维素过程中起着重要作用。产琥珀酸丝状杆菌S85对未球磨玉米秸细胞壁的附着率最高，其次是球磨玉米秸细胞壁，而对微晶纤维素的附着率最低(P＜0.01)，说明底物因素对该菌的附着具有一定的影响。化学和酶修饰后的附着试验结果表明，产琥珀酸丝状杆菌细胞外表面的蛋白质样物质对细菌附着植物细胞壁和纤维素具有重要作用。 试验四对白色瘤胃球菌、生黄瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌对植物细胞壁和微晶纤维素附着及其降解的关系进行了初步的探讨。结果表明，白色瘤胃球菌、生黄瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌对微晶纤维素的降解能力相当，但后两者对植物细胞壁的降解能力明显高于前者。三种细菌的附着缺陷型菌株对三种底物的附着率均显著低于野生型菌株(P＜0.01)，其中对微晶纤维素的附着率降低最为显著。白色瘤胃球菌的附着缺陷型菌株(Ramd)对球磨、未球磨玉米秸细 胞壁和微晶纤维素的附着率分别降低了42.6%、28.4%和90.2%;生黄瘤胃球菌的附着缺陷型菌 株(Rfmd)分别降低了82.8%、75.6%和90.9%;产玻拍酸丝状杆菌的附着缺陷型菌株(Fsmd) 分别降低了11.7%、36.1%和83.7%。与此相一致，Ramd与其野生型菌株相比，对球磨、未球 磨玉米秸细胞壁和微品纤维素的降解率分别降低了25%、30%和25%:Rfmd的降解率分别降 低了60%、33.5%和88.4%;Fsmd的降解率分别降低了69.5%、78.4%和93.4%。由此可见，附 着缺陷型菌株在丧失了附着能力后，其对纤维素的消化程度也明显下降，特别是Fsmd和 Rfmd，儿乎不能消化微晶纤维素。此结果表明，附着可能是纤维分解菌降解植物细胞壁和纤维 素的前提条件。附着缺陷型菌株细胞外联结的狡甲基纤维素酶的酶带明显少于野生型菌株，推 测细菌细胞外表面的狡甲基纤维素酶可能参与细菌对植物细胞壁的附着。