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木质纤维素生物质是最丰富的可再生资源之一,将其高效转化为生物能源是缓解能源短缺和回收废弃物的有效途径。然而,因为木质纤维素复杂的网状结构,需要多种微生物和酶系的协同作用使其有效降解。反刍动物瘤胃作为一种天然的厌氧发酵体系,具有高效转化木质纤维素的功能,主要依赖于其复杂且协同的瘤胃微生物群落及分泌的酶。本文在总结瘤胃内与木质纤维素降解相关的微生物群落结构的基础上,重点综述了瘤胃微生物及其分泌的酶类在木质纤维素降解中的相关机理、人工瘤胃发酵系统的构建和提升降解效率的相关调控手段等方面的研究进展,旨在为利用瘤胃微生物实现木质纤维素生物质的价值化应用提供新的思路和方法。 相似文献
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瘤胃微生物在木质纤维素价值化利用的研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
瘤胃是反刍动物消化的第一个腔室，各种微生物（细菌、真菌和原生动物）相互作用将木质纤维素植物生物降解为易于代谢的化合物。瘤胃也是目前自然界公认的木质纤维素高效降解和利用的天然反应器，其真菌和细菌可分泌多种木质纤维素降解酶，在木质纤维素生产生物燃料和化学用品方面具有潜在的价值。因此，本研究在瘤胃内木质纤维降解的微生物及其降解木质纤维素相关酶的基础上，重点综述了瘤胃微生物在木质纤维素生物转化为乙醇、生物化学（有机酸）及沼气等方面的研究进展，旨在为瘤胃微生物和瘤胃酶在木质纤维素价值化利用方面的研究和应用提供新的方法和思路。 相似文献
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参与瘤胃内纤维素降解过程的主要微生物研究进展 总被引：3，自引：2，他引：1
纤维素是反刍动物的必需营养素之一,反刍动物主要通过瘤胃微生物降解纤维素。研究者们希望通过全面深入地了解纤维素在瘤胃内的降解过程及相关微生物的信息去调控瘤胃发酵,最终提高动物生产性能。因此,纤维素在瘤胃内的降解过程及相关微生物是反刍动物营养研究的重要内容之一。目前,人们对瘤胃内个别种属纤维分解菌的个别菌株研究较为深入,并建立了纤维小体模型,但是缺乏对瘤胃微生物这个复杂系统整体的了解,同时人们对纤维降解菌和纤维素酶的研究还停留在理论阶段。作者综述了纤维素降解过程及主要相关微生物,其中重点介绍纤维分解菌及相应的纤维素酶的分类、结构和功能,以及固相黏附微生物的洗脱方法等。 相似文献
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农作物秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素是世界上最丰富的碳水化合物资源,其中纤维素和半纤维素能够被草食动物瘤胃微生物降解利用,但由于木质素与纤维素和半纤维素紧密结合,镶嵌形成酯键,从而阻碍了瘤胃微生物及单胃动物对秸秆中纤维素和半纤维素的利用,因此提高秸秆消化率的关键是对木质素的降解。如何利用微生物降解木质纤维素,生物学家进行了大量的研究,尤其在瘤胃微生物方面的研究,取得了重大进展。1971年Kirk.T.K发现某些真菌有降解木质素的能力,尤其是白腐真菌能彻底降解天然植物中的纤维素和木质素复合物,氧化成二氧化碳和水,这引起国际科学界和工业界的极大兴趣。 相似文献
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海子水牛瘤胃微生物的宏基因组学分析 总被引：1，自引：0，他引：1
为系统探讨海子水牛瘤胃内的微生物组成及木质纤维素降解酶系,本试验利用基于高通量测序的宏基因组学技术对海子水牛(2.5岁左右,平均体重为493 kg)瘤胃液样本进行组学分析。结果表明,共获得了77 283 638条reads,并拼接出744 712个scaffold。经prodigal分析后,共预测出827 044个基因。通过基因注释发现海子水牛瘤胃中含有多种木质纤维素降解微生物,如生黄瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)、白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)、产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogenes)及栖瘤胃普雷沃氏菌(Prevotella ruminicola)。此外,还发现有38 011个基因编码蛋白质具有木质纤维素降解酶活性,其中糖苷水解酶(GH)基因数量最多(17 877个),糖基转移酶(GT)(8 637个)、碳水化合物结合模块(CBM)(4 693个)和碳水化合物酯酶(CE)基因(4 214个)数量次之,多糖裂合酶(PL)(1 296个)和辅助氧化还原酶(AA)基因(934个)数量较少。在GH基因中,归属于GH2、GH43、GH97、GH3家族的基因较多,且编码蛋白质具有寡糖降解酶活性的基因数量最多。此外还发现了少量的纤维小体组分蛋白基因。结合其他物种肠胃宏基因组中GH基因比对分析,发现海子水牛瘤胃中的纤维素酶、半纤维素酶和分支降解酶比例与奶牛瘤胃较为接近。由此可见,海子水牛瘤胃内含有丰富的木质纤维素降解微生物及酶系,这将为筛选具有工业应用潜力的酶基因奠定理论基础。 相似文献
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木质纤维素广泛存在于植物细胞壁中,是造纸、制糖工业、农田降解和畜牧业中常见的大分子物质,有着广泛的研究关注度。微生物降解法在不同行业木质纤维素降解中发挥着重要的作用,它安全、高效、绿色的方式是环保节能性产业发展的理想模式。本文对国内外木质纤维素结构和微生物降解相关文献进行分析和评述,由这些研究进展报告可以发现:(1)木质素和纤维素由变构后的木聚糖作为中介连接形成复合体——木质纤维素;(2)细菌在降解过程中不同于真菌,能产生多种多样的酶;(3)工业催化剂和基因编辑技术应用于木质纤维素降解中,前者利用金属氧化物等作为催化剂大大提高了降解效率,后者通过沉默或者敲除特定基因,改变木质纤维素合成途径。催化剂是降解木质纤维素效率较高的方法,通过改进反应压强和温度等工艺,未来可能实现温和条件降解木质纤维素。基因编辑技术则从根本上改变了木质纤维素原料的组成,使得其利用发生质的变化。但是微生物降解仍然是最适于农业木质纤维素降解的方法,未来应该会有更多关于耐热性酶制剂的研究。 相似文献
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与单胃动物相比 ,反刍动物具有较强的降解、消化饲料的能力 ,这与其体内的瘤胃微生物密切相关。瘤胃微生物包括细菌、原虫和真菌。1 瘤胃微生物的特点1 1 瘤胃中的细菌 反刍动物是食草动物 ,在其食物中含有大量的纤维素 ,少量木质素和多糖类、蛋白质等复杂大分子物 ,因此在瘤胃中发育有能降解这些复杂有机物的微生物区系。1 1 1 分解纤维菌 瘤胃中能分解纤维素的细菌十分丰富 ,主要有产琥珀酸拟杆菌、白色瘤胃球菌、生黄瘤胃球菌和溶纤维丁酸弧菌 ,还有锁头状丁酸弧菌。其中对纤维分解起主要作用的细菌是产琥珀酸拟杆菌、白色瘤胃球… 相似文献
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白腐真菌对稻草中木质素、纤维素降解的影响 总被引：5，自引：0，他引：5
在我国可用作饲料的农作物秸秆有多种,但具有共同营养的特点:蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低,而粗纤维含量高。有关秸秆处理的方法有多种,微生物处理秸秆是人们最早应用秸秆作为饲料的方法之一,它与物理、化学等方法处理相比,具有投资少,操作简单,不污染环境等优点。秸秆的粗纤维包括纤维素、半纤维素和木质素,其中纤维素和半纤维素能够被草食动物的瘤胃微生物充分降解利用,但由于木质素和纤维素之间镶嵌在一起形成坚固的酯键,阻碍了瘤胃微生物及单胃动物对纤维素的降解,导致秸秆消化率低。因此提高秸秆的消化率的关键是… 相似文献
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生物技术在改善纤维饲料营养价值中的应用 总被引：2，自引：0，他引：2
在世界各地存在着大量可用作饲料的植物和作物残渣,但都具有共同的营养特点:蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低,而粗纤维含量高。纤维饲料中的粗纤维包括纤维素、半纤维素和木质素,其中纤维素和半纤维素能够被草食动物的瘤胃微生物充分降解利用,但由于木质素和纤维素之间镶嵌在一起形成坚固的酯键,阻碍了瘤胃微生物及单胃动物对纤维素的降解,导致纤维性饲料消化率低,最终影响了动物的生产性能。如何提高纤维饲料的利用率已成为众多科学家的研究热点。有关纤维饲料的处理方法有多种,包括物理、化学和生物方法。近几年随着生… 相似文献
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为系统探讨草原红牛瘤胃内的微生物多样性及其功能,本试验利用16S rRNA基因高通量测序技术检测分析草原红牛(20月龄左右,均重为577.5 kg)瘤胃液样本菌群结构并进行PICRUSt功能预测。结果显示:通过Illumina Miseq测序平台共获得35 848条优质序列,聚类分析得到387个操作分类单元(OTU),经分类学鉴定分属15个门、20个纲、25个目、41个科及110个属;厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势菌群,所占比例分别为50.09%和41.11%;基于属的组成,依次为普雷沃菌属(Prevotella)15.20%、未知属f型拟杆菌目(norankfBacteroidales)BS11菌群8.66%、瘤胃菌科(Ruminococcaceae)NK4A214菌群6.96%、理研菌科(Rikenellaceae)RC9菌群5.56%、未知属(Christensenellaceae)R-7菌群4.01%、瘤胃球菌属2(Ruminococcus2)3.33%等;16S rRNA基因组的PICRUSt功能预测结果显示,瘤胃内菌群功能主要集中在碳水化合物转运及代谢,表面草原红牛体内含有大量的纤维素和木质素降解酶基因。综上,基于16S rRNA基因的高通量测序技术全面揭示了草原红牛瘤胃菌群的多样性,且预测其含有丰富的蛋白质分解、木质纤维素降解酶系,为探索草原红牛瘤胃微生物的认知提供了基础,也为挖掘其他重要营养生理功能相关的瘤胃微生物功能基因提供了参考。 相似文献
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反刍动物瘤胃微生物结构和功能关系到生态系统正常的物质循环、能量流动。为了探讨抗生素对瘤胃微生态的影响,揭示抗生素对反刍动物瘤胃微生物影响的规律,以牦牛为研究对象,进行二氟沙星(DIF)处理,采集瘤胃液,提取DNA,采用宏基因组学方法分析DIF对瘤胃微生物组成及碳水化合物酶类(CAZy)的影响。结果显示,拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)等相对丰度下降,而厚壁菌门(Firmicutes)、广古菌门(Euryarchaeota)等增加。普雷沃菌属(Prevotella)、拟杆菌属(Bacteroides)等相对丰度下降,而金黄杆菌属(Chryseobacterium)、链球菌属(Streptococcus)等增加;CAZy酶类中,CBM17、CBM25等丰度上调(P0.01或P0.05);GH53、CE8、CE13、CBM21、CBM26及对接蛋白(dockerin)等下调(P0.01或P0.05)。结论:DIF影响瘤胃微生物结构,并不同程度改变各优势门、属的相对丰度,抑制部分有益菌的作用;改变CAZy酶中部分家族基因丰度,影响瘤胃微生物对淀粉及果胶的降解作用,降低瘤胃微生物降解植物纤维素的效率。 相似文献
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瘤胃微生物、饲料特性以及动物饲喂方式等都能够影响反刍动物对纤维素的消化,日粮中纤维的降解程度和降解速度主要取决于微生物与饲料纤维发酵基质的接触程度。文中就瘤胃微生物和动物自身对纤维降解的影响进行了讨论。 相似文献