热带牧草附着乳酸菌遗传多样性及优良青贮乳酸菌筛选

Hainan island located in the north edge of the tropics, with unique landform and climate types and enjoying the richest biodiversity of microorganism resources, we can expect a large number of new lactic acid bacteria (LAB) resources to be discovered. LAB accreted on grass surface, which is a key factor affected the silage fermentation quality. Base on the previous research experience, the project will conduct to investigate the biodiversity of LAB accreted on the tropical grass growing at different ecological regions by using traditional culturing method, biological method and 16S High-throughput sequencing (PacBioⅡ), so that to clarify the changes in germ plasm of LAB with different ecological regions. At the same time, characterizing and identifing some LAB strains with merits and advances in temperature adaptation and produce cellulose. Then, these strains applied to tropical forage silage and evaluate the fermentation quality, nutritional value, aerobic stability and microbial composition. The above reserach are supposed to set up the tropics LAB germplasm resources pool, revealed the genetic diversity of LAB from tropical grass and its regional characteristic, provided an important scientific basis to explore and utilization of tropical LAB germplasm resources and development of the new LAB silage additive product.

海南岛地处热带北缘，自然条件独特，微生物资源丰富，大量未知乳酸菌有待发掘。附着于牧草表面的乳酸菌在青贮发酵中发挥着重要作用，本团队前期研究表明热带牧草中可能存在着能够促进发酵并具有适应高温、高效降解纤维的乳酸菌菌群，但对其遗传多样性和作用机制仍不清楚。本项目拟通过传统微生物学和分子生物学以及第三代16S全长高通量测序相结合的手段对海南岛不同区域（东部海岸平原湿热区、西部丘陵干旱区、南部沿海台地温暖潮湿区、北部沿海台地半湿热区、中部山地潮湿区）牧草附着乳酸菌的菌群表型特征、系统分类特征和基因多样性进行研究，探索热带牧草乳酸菌的系统发育和进化机制；同时分离并筛选温度适应阈值宽、高产纤维素酶的优良乳酸菌菌株；将获得的优良菌株进行热带牧草青贮，分析青贮发酵品质、微生物组成和代谢产物，研究其作用机理。本项目可为发掘利用热带乳酸菌种质资源，新型青贮添加剂研发提供科学依据。

海南岛地处热带北缘，自然条件独特，微生物资源丰富，大量未知乳酸菌有待发掘。附着于牧草表面的乳酸菌在青贮发酵中发挥着重要作用，本团队前期研究表明热带牧草中可能存在着能够促进发酵并具有适应高温、高效降解纤维的乳酸菌菌群，但对其遗传多样性和作用机制仍不清楚。为解析热带牧草表面乳酸菌遗传多样性多样性特征，挖掘优良乳酸菌菌株并验证其青贮效果。本项目以海南岛不同气候区：东部海岸平原湿热区（万宁市）、西部丘陵干旱区（昌江县）、南部沿海台地温暖潮湿区（三亚市）、北部沿海台地半湿热区（海口市、儋州市）、中部山地潮湿区（琼中县）广泛分布的4种热带饲草为研究对象，通过第三代16S全长高通量测序技术揭示了海南岛不同气候区域热带饲草青贮微生物（乳酸菌）多样性特征，发现环境因子（经度、纬度、平均气温和降雨量）与牧草青贮微生物群落有极强的相关性，海拔对青贮微生物影响较小；不同区域饲草乳酸菌丰度存在较大的差异，昌江、三亚乳酸菌丰度较高，万宁乳酸菌丰度最低。从海南岛不同区域热带饲草青贮饲料中分离到98株天然乳酸菌，经筛选得到4株优良乳酸菌，经16S rDNA序列分析鉴定为3株植物乳杆菌和1株乳酸片球菌，4株乳酸菌耐高温且耐酸能力强，产酸能力强，活性高，且对致病菌均具有较好的抑制作用，具有良好的青贮潜力。将这4株乳酸菌进行了王草青贮验证，发现对青贮品质和微生物组成有积极作用，其中乳酸片球菌效果最好，可作为热带牧草青贮添加剂备选菌株。同时，还进行主要栽培牧草狼尾草、柱花草青贮微生物多样性及其对青贮添加剂响应研究，解析了主要牧草青贮微生物群落结构，初步明确了乳酸菌、碳水化合物、有机酸等青贮添加剂通过青贮微生物调控发酵品质的作用机制。这些研究结果可以为热带乳酸菌的发掘利用、新型青贮添加剂研发以及优质热带牧草青贮饲料加工调制提供科学依据。本项目发表论文8篇，其中SCI论文5篇，中文核心期刊论文3篇，授权发明专利1项、澳大利亚专利1项。