微生物转化秸秆饲料研究进展
刘国丽,杨
镇,王娜,龚娜,李学龙,杨涛
(辽宁省农科院微生物工程中心,辽宁沈阳110161)
摘要:秸秆作为农作物的主要副产品,是一种重要的可再生资源。利用微生物的降解能力,将秸秆转化为动物可利用的饲料,对于解决人畜争粮具有重大意义。首先分析了秸秆的结构特点及其作为饲料的限制因素,然后详细论述了可用于秸秆处理的微生物的种类及其作用,重点介绍了微生物菌种的选择,比较了不同发酵工艺的特点,最后,分析了目前微生物处理秸秆存在的问题与解决方向,以期为深入开发秸秆饲料提供理论参考。
关键词:秸秆;微生物;生物转化;饲料中图分类号:Q815文献标识码:A 文章编号:1004-874X (2014)01-0110-05
Research advances in microbial bioconversion of straw feed
LIU Guo-li,YANG Zhen,WANG Na,GONG Na ,LI Xue-long ,YANG Tao
(Research Center of Microbial Engineering,Liaoning Academy of Agricultural Sciences,Shenyang 110161,China )
Abstract:Straw,as the main byproduct of crops,is an important kind of renewable resource.There are a large number of microorganisms that can degrade straw,therefore,bioconversion of straw into available animals feed using the microorganisms has great significance for solving the contradiction about man and livestock's fight for grain.Firstly,the structure characteristics of straw and the disadvantages of straw feed were analyzed.Secondly,the species of microorganisms used in straw degradation and their roles in the process were detailed,then the choice of microorganisms and the features of different fermentation methods were compared.Finally,the problems during the biodegradation and the direction to solve them were expounded,to provide a theoretical reference for exploitation and utilization of straw.
Key words:straw;microorganism;bioconversion;feed
收稿日期:2013-09-22
作者简介:刘国丽(1986-),女,硕士,研究实习员,E-mail:liu
gl12@https://www.doczj.com/doc/5a9495265.html,
通讯作者:杨涛(1964-),男,博士,研究员,E-mail :smkxzx@s https://www.doczj.com/doc/5a9495265.html,
畜牧业作为农业的重要组成部分,加强畜牧业科技创新,促进科技成果转化应用,对农业增效、农民创收和市场保供具有重大意义。我国年产各类秸秆7亿t 以上[1],据专家测算,1t 普通秸秆的营养价值平均与0.25t 粮食的营养价值相当,因此秸秆在转化为动物饲料方面具有很大的潜力。而未经处理的秸秆的适口性差、粗蛋白质含量低、消化利用率低,限制了其营养价值,从而使大量的秸秆被焚烧或腐烂掉,不仅造成了巨大的资源浪费,还对环境造成污染。
目前,我国秸秆利用率还比较低。秸秆转化饲料常用的方法有物理法、化学法和生物法。物理方法主要是将秸秆切碎、磨粉或蒸煮盐化来增加采食量,对设备能耗要求高,而且不能改变农作物秸秆的结构和提高营养价值;化学法主要是采用酸化、碱化、氨化、氧化剂处理,可以提高秸秆消化率,但存在成本高、易污染等问题;而生物学法主要是采用一些微生物或其酶类处理秸
秆,目前研究主要集中在微生物处理上。微生物处理法具有提高营养价值、改善适口性、绿色无污染、能耗低等优点,是当前最具应用潜力和发展前景的秸秆饲料生产技术。
1秸秆结构特点及作为饲料限制因素
1.1粗纤维含量高且结构复杂
农作物秸秆的干物质一般由灰分、含氮化合物与非含氮化合物组成。含氮化合物包括蛋白和其他含氮物;非含氮化合物主要包括纤维素、半纤维素和木质素等,这一部分占秸秆干重的80%左右。纤维素是植物细胞壁的主要组成物质,是由D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键联接起来的链状高分子,大约由8000~12000个葡萄糖残基所构成。其葡萄糖亚基排列紧密有序,形成类似晶体的不透水的网状结构,以及分子间结合不甚紧密的无定形区域[2]。半纤维素在植物资源中含量仅次于占据第一位的纤维素,是碱溶性的植物细胞壁多糖,为多种不同单糖聚合体的异源性混合体,单糖聚合体间分别以共价键、氢键、醚键和酯键连接,因而呈现稳定的化学结[3]。而木质素是一种杂聚物,由基本结构单
广东农业科学2014年第1期
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元苯基丙烷以多种共价键连接形成一种复杂无定形非晶体的三维网络大分子。
其中,木质素的非水溶性和化学结构的复杂性,是秸秆难以降解的主要原因[4]。农作物秸秆细胞壁中纤维素、半纤维素和木质素紧密结合在一起,其中木质素与半纤维素以共价键形式紧密结合,将纤维素分子包裹在里面,形成一道天然屏障,使纤维素免遭微生物袭击和降解酶进攻,限制了消化酶对细胞壁及细胞内容物的消化功能。另外草食动物的瘤胃微生物中缺乏降解木质素的酶,所以秸秆细胞内的营养物质不能完全释放出来,对于单胃动物则更难消化利用,使得秸秆消化率低。
1.2蛋白质尧维生素含量低
秸秆中蛋白质含量低。如豆科秸秆的粗蛋白含量为5%~9%,禾本科秸秆粗蛋白为3%~5%,均低于反刍家畜饲料蛋白质含量的要求(不应低于8%)。用未处理过的秸秆饲喂动物,会出现氮的负平衡,即摄入氮小于排出氮的现象。另外,秸秆中除维生素D含量较多外,其他维生素含量均很少,B族维生素极为缺乏,这对秸秆饲料的大量采食有很大的限制作用。
总之,秸秆中木质素、纤维素含量高,蛋白质和维生素含量很低,导致其适口性差、消化率低、营养价值低,直接饲喂给家畜的效果很差,作为饲料受到一定限制。但如果对其进行适当的加工调制,可使其利用率、适口性、采食量增加,提高饲喂效果。例如,某些真菌、细菌和藻类经过大量培养后可以作为很好的饲料。因此,通过这些微生物在秸秆基质上生长,降解木质素、纤维素或半纤维素,并产生大量的富含蛋白质的细胞,不仅能基本上包括所有必需氨基酸,另外还能提高维生素含量和矿物水平。并且微生物的生长也会为秸秆提供多种水解酶类,使动物更易吸收发酵秸秆中营养[5]。
2秸秆微生物处理技术
2.1菌种选择
微生物处理秸秆的原理是选育某些特殊的菌种,经过适当组合后,通过这些菌种的降解作用,把秸秆粗纤维中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子碳水化合物降解为低分子的单糖或多糖的过程。通过生物转化木质纤维素类残渣,要至少达到以下3个目标之一:提高木质纤维素原料中蛋白质含量;提高木质纤维素原料的消化率;提高其适口性[5]。
根据最终发酵目的不同,菌种选用也相应不同。菌种也可根据其作用选择单一菌种发酵或混合菌组合发酵。反刍动物的瘤胃微生物可以利用非蛋白氮合成菌体蛋白,发酵产品的真蛋白含量的多少和其对反刍动物的营养价值并没有显著性关系。所以,对反刍动物来说,提高秸秆的消化率是微生物转化秸秆饲料的关键。要提高秸秆的消化率时,应选择能降有效解木质素的微生物。
单胃动物肠道中微生物对木质纤维素含量较高的秸秆的利用能力较差,因此,将纤维素成分进一步转化为糖类、蛋白质和维生素等易于动物吸收的营养成分是主要目标。当用农作物秸秆生产蛋白饲料时,应选择能降解纤维素和半纤维素的微生物,因为农作物秸秆内纤维素和半纤维素的含量高,可以生产单细胞蛋白时能提供大量的能量[6]。常用菌种分为以下几类。
2.1.1木质素降解菌木质素是世界上最丰富的芳香族生物聚合物,很难被降解。它通过与纤维素和半纤维素相连接,形成了一个屏障,保护木质纤维素结构不受酶和溶液的渗透与破坏。将木质素降解掉,使纤维素暴露出来从而更易受纤维素酶的消化利用,对于提高秸秆消化率非常关键。在自然界中,木质素的完全降解是在真菌、细菌及相应微生物群落共同作用的结果,其中真菌起着主要作用。白腐菌是目前研究最充分的、对木质素降解能力最强的一类真菌,包括多数担子菌和少数子囊菌。黄孢原毛平革菌是研究的最彻底的白腐菌,已经成为研究白腐真菌的一种模式微生物,能降解木质素的细菌有链霉菌属(Streptomyces)、红球菌属(Rhodococcus)、诺卡氏菌属(Nocardia)、假单孢杆菌属(Pseudomonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)、气杆菌属(Aeromonas)等的一些菌株,但是这些菌株的木质素降解活性与白腐真菌黄孢原毛平革菌相比低很多[7-8]。目前在秸秆发酵饲料中多选用白腐菌。
白腐真菌发酵后秸秆木质素含量会有不同程度降低[9-12]。Basu等[13]认为白腐菌作用于秸秆用作反刍动物饲料,既能高效降解木质素,又能降低对纤维素的利用。白腐菌作用于秸秆后,木质素含量降低,秸秆中纤维素更易被纤维素降解菌或酶类作用水解为小分子糖类,并且更有利于生产富含蛋白饲料。木质素含量低的秸秆会提高秸秆的消化率,反刍动物瘤胃中有纤维素降解菌,这些菌可以更有效地降解纤维素并利用无机氮源合成菌体蛋白。
2.1.2纤维素降解菌虽然木质素降解后,纤维素暴露出来更易受纤维素酶的消化利用。但是对于单胃动物来说由于体内缺乏降解纤维素和半纤维素的菌及酶类,仍是无法利用纤维素类物质。因此要充分利用秸秆中营养,必须要将纤维素降解为单胃动物易于利用的小分子糖或转化为可利用菌体蛋白。许多细菌、真菌、放线菌都可产生纤维素降解酶。其中放线菌产纤维素酶的量很低,一般不用于生产;细菌产的纤维素酶主要是内切酶并且产量也较低;而丝状真菌产生的纤维素
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酶分泌到菌体外、各酶成分均衡、产量较高。目前瑞氏
木霉己在工业上用于生产纤维素酶。结晶纤维素的彻
底降解至少需要3组纤维素酶(外切酶、内切酶、β-葡
萄糖苷酶)的协同作用[14]。目前纤维素高效降解菌的选育主要是采用自然界中筛选、诱变育种和利用基因工
程技术构建纤维素降解菌3种方法,均取得了一定的
进展。
高培基等[15]筛选到一株能降解纤维素和半纤维素、合成菌体蛋白能力均较强的软腐菌(Chaetomium cellulolyticum),固态发酵秸秆5d后,发酵产品的氨基酸含量从6.43%增加到19.29%(w/w),整个细胞壁减少了54%,毒性测试表明发酵产物没有毒性。王洪媛等[16]筛选获得3株高效秸秆纤维素降解真菌菌株,其中菌株W4具有非常强的秸秆纤维素降解能力,10d内对秸秆的降解率可达56.3%,对纤维素、半纤维素和木质素的分解率分别为59.06%、78.75%和33.79%。
2.1.3半纤维素降解菌自然界有一些微生物能够直
接利用半纤维素进行生长,并具有完善的半纤维素酶
系统,包括一些放线菌、瘤胃细菌和真菌、嗜热细菌、树
木致病菌和食用真菌等[17]。许多具有纤维素分解能力的微生物如绿色木霉(Trichoderma viride)、瑞氏木霉(T. reesei)、康氏木霉(T.koningii)、拟康氏木霉(T. pseudokoningii S-38)和斜卧青霉(Penicillium decumbens JU-A10)[15]等也具有木聚糖酶活力,能够降解半纤维素。
2.1.4酵母菌研究表明,采用混合菌发酵可以提高
蛋白含量。酵母菌蛋白质含量约60%,氨基酸含量与进
口鱼粉相当,富含B族维生素、激素、胆碱等,能促进动
物生长繁殖。但是酵母不能直接利用纤维素、半纤维
素、纤维二糖,所以需要用霉菌或细菌具有的多种活力
强大的酶系将木质素、纤维素、半纤维素部分降解为可
被酵母利用的单糖、二糖等,再通过添加活性酵母菌,
使其以单糖、二糖为原料生长繁殖,从而既能部分消除
水解产物对降解菌酶系的反馈抑制,又能通过好气性
发酵达到富集蛋白的目的。朱将伟等[18]研究利用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis DSZ-2)与产朊假丝酵母(Candida utilis)作为发酵菌种,以稻草秸秆为原料,采用混合发酵方式生产单细胞蛋白,所得到的发酵终产物中蛋白含量可达24.5%。单立莉等[19]对酵母菌发酵处理玉米秸秆的发酵条件进行了研究,添加酵母菌液后发酵48h能明显改善玉米秸秆营养价值。
2.1.5固氮菌氮是生物生存所必需的重要元素,是
构成蛋白质和核酸的主要物质。秸秆含氮量低,在微生
物发酵过程中往往需添加适量无机氮源以供菌体生长
合成蛋白所用。固氮菌则可以利用空气中的氮为自身
生长繁殖提供氮源。美国农业部下属研究所的研究人员从200多种细菌中筛选出既可固定空气中的氮,又能利用秸秆纤维作为唯一碳源的菌种,可使秸秆经发酵后所含蛋白质比原来提高3~4倍。
2.2微生物发酵工艺
发酵工艺根据分类标准的不同分为多种,根据培养基的物理状态可分为液态发酵和固态发酵,根据发酵的连续性可分为分批发酵和连续发酵,根据选用菌种种类多少可分为单一菌种发酵和混合菌发酵等。在实际生产中,常根据菌种特点、原料特性、产物特色等选用多种发酵方式结合的形式。其中最常采用的是基于固态发酵和液态发酵方式下的混合菌分批发酵方式。
2.2.1固态发酵固态发酵是微生物在没有或基本没有游离水的固态基质上的发酵方式,适合于耐低水活性的微生物。
固态发酵具有投资少、能耗低、技术较简单、环境污染较少、不需废水处理、后加工处理方便等优点。目前微生物发酵秸秆饲料多选用固态发酵方式[20-22]。在实际农业生产中广泛采用的工艺方法如下: (1)菌种复活。将菌剂溶于水或1%蔗糖液中,使菌种复活;(2)秸秆切碎或揉搓。养牛用长度为5~8cm,养羊用长度为3~5cm。这关系到装窖秸秆的铺平和压实程度,以及减少开窖后发酵秸秆的二次发酵程度;
(3)调节水分。将秸秆水分调节至70%左右(一般在酵母菌、乳酸菌发酵的情况下),这关系到发酵程度;(4)铺平与压实。这两者关系到装窖秸秆的厌氧程度和厌氧状态的维持状况,开窖后容易层层取料,减少有氧发酵;(5)密封。可防止在发酵期空气进入,确保发酵质量[23]。陈合等[24]采用分步固态发酵方式,首先选用黄孢原毛平革菌固体发酵去除部分木质素,再接入木霉菌进一步降解木质纤维素,最后加入酵母发酵产蛋白饲料,固液比1:3,最终粗蛋白含量达到25.3%。
2.2.2液态发酵液态发酵中培养基中始终有游离水的流动,营养成分分布均匀,有利于菌类营养体的充分接触和吸收。人们对秸秆类纤维素液态混合菌体系发酵转化单细胞蛋白进行了大量的研究,建立了多种混合菌液态发酵体系,取得很多成果。钟厚等[25]应用二次正交旋转组合试验设计方法对产朊假丝酵母C-27产单细胞蛋白(SCP)的液态发酵培养基组分进行优化后,最优条件下SCP产量达8.72g/L,比初始条件下的SCP 产量提高了24.57%。李亚蕾等[26]以蛋白质得率为目标,综合考虑绿色木霉(T.viride NUA-051)与产朊假丝酵母(C.utilis)的共生特性及营养竞争,通过木霉发酵产物还原糖对菌体生长抑制的实验研究及发酵条件实验,确立了以酸解玉米秸秆为原料生产单细胞蛋白的发酵工艺。即木霉发酵时间40h,酵母发酵时间24h,发酵总
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周期64h。张琴等[27]通过正交试验对稀酸水解棉秆的发酵工艺进行了优化,得到单细胞蛋白含量的平均值为25.38%。
2.2.3固液混合发酵在混合菌发酵过程中,不同菌种最优条件不同,采用固液混合发酵可以使每个菌种的作用较好地发挥出来。徐坚平等[38]采用固液混合共发酵方式,对绿色木霉和产朊假丝酵母共发酵农作物秸秆生产单细胞蛋白的条件进行了研究,研究发现,在接种木霉培养96h后,再接种产朊假丝酵母,混合培养后,培养基中蛋白质含量提高到20%~25%,并且培养基中富含多种酶类,氨基酸及维生素等,提高了秸秆的营养价值。
2.2.4生物反应器及配套设备为了大规模生产秸秆饲料,许多研究者采用了将秸秆转化为饲料的生物反应器及配套设备。Sanjay等[29]提出了一种针对小麦秸秆的从实验室水平到中试规模的固态发酵生物转化反应器设计方案,详细讨论了每一阶段的工程标准。并通过在每一阶段执行设计方案,根据工程和生物转化参数对方案进行比对,详细分析阐述了具体的从质量评价试验中获得的数据,提出了一个1200L的立式反应器和工艺流程图。为解决目前秸秆饲料转化周期长、占用空间大等问题,师建芳等[30]研制连续式秸秆发酵饲料制备机,可实现秸秆发酵饲料的连续批次生产,提高生产效率。为了对秸秆发酵过程进行监控,江辉等[31]利用近红外光谱技术结合一类支持向量机(OC-SVM)快速监测秸秆蛋白饲料固态发酵进程。
3微生物处理存在的问题及前景展望
尽管目前关于秸秆发酵饲料研究已经取得了一定的进展,但是微生物处理技术仍不够成熟,秸秆利用率也比较低,秸秆饲料在大规模生产中依然面临很多困难。微生物发酵秸秆饲料的研究存在的主要问题如下: (1)生产放大过程存在多因素影响。例如关于用白腐真菌提高秸秆消化率的研究大多限于实验室,而白腐真菌生长易受杂菌的影响,因此往往需要无菌或杂菌受抑制的情况下才会生长,并且在实际生产放大过程中,发酵温度、pH值、水分、湿度、通气、氧传递等不好控制,从而影响白腐真菌处理秸秆的效果[32];(2)难以选育高产纤维素酶菌株,且酶的合成和酶活性易受降解产物反馈抑制[9];(3)目前秸秆发酵后多用于对牛等反刍动物饲料,对于单胃动物的饲料及应用研究较少;
(4)缺乏成本低、易操作的配套发酵工艺及技术;(5)缺乏科学统一的评价体系,生物转化过程中是否产生一些其他有毒成分也需要提前评估,以避免通过食物链对人体造成毒害。
针对以上问题未来研究方向还需侧重于以下方面:
(1)选育能降解秸秆木质素、纤维素、半纤维素的高效微生物菌种。采用自然筛选、诱变、基因工程、蛋白质工程等技术手段,选育出高效降解木质素、纤维素、半纤维素菌株;(2)详细研究木质素降解酶和纤维素酶的分子结构和降解机理,为提高微生物发酵秸秆饲料效果提供理论依据;(3)研究适用于不同家畜及其不同生理阶段的微生物发酵饲料。全面考虑家畜的消化生理特性及其生长发育阶段对营养的需求,为研究微生物发酵秸秆饲料提供理论依据;(4)开发适用于规模化生产的工艺及技术。研究微生物发酵秸秆过程中的主要成分、营养物质、菌数变化等规律,开发多种秸秆饲料的发酵工艺类型,设计研发适用于秸秆发酵的高效配套设备;(5)建立健全微生物秸秆饲料质量评价体系,应当检测并定量湿度,蛋白质含量,纤维含量,脂类种类及含量,灰分,氮化合物种类及含量,维生素种类和含量,主要的碳水化合物种类,总能量等,毒性评价包括对于可能存在的有毒物质的检测并结合采用动物实验等生物学方法进行评价。
我国每年的秸秆产量巨大,利用生物技术,开发出适用于不同动物的微生物制剂发酵的廉价绿色饲料,对发展节粮型畜牧业、实现农业的可持续发展,缓解日益严重的能源危机和环境保护问题具有十分重要的意义。牲畜通过消化吸收营养后将秸秆进一步转换为天然的有机肥料,在促进了畜牧业发展的同时也为农业生产提供了优质肥料,整个过程形成了相互促进相互转化的农业生产的良性循环。可以预见,随着研究的深入,微生物转化秸秆生产饲料的技术将更加完善,微生物秸秆饲料的应用前景会更加广阔。
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(责任编辑白雪娜)
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1.It is well known that microbes are：pioneers, ubiquitous, metabolically varied, helpful,harmful and alien, please write out your understanding to each aspect above and also show at least one example to support your understanding. 众所周知，微生物是：先驱，无处不在，代谢多样，有益，有害和外来性，请在上面的每个方面写出你的理解，并至少显示一个例子来支持你的理解。 2．Please list and explain the major subdisciplines of modern microbiology based on your knowledge. 请根据您的知识列出并解释现代微生物学的主要分支学科。 微生物学 (Microbiology) 是研究微生物及其生命活动规律的科学。即研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其与其他微生物之间，与动植物之间的相互关系，与外界环境理化因素之间的相互关系，微生物在自然界各种元素的生物地球化学循环中的作用，微生物在工业、农业、医疗卫生、环境保护、食品生产等各个领域中的应用，等等。实际上，微生物学除了相应的理论体系外，还包括了有别于动植物研究的微生物学研究技术，是一门既有独特的理论体系，又有很强实践性的学科。微生物研究作为一门科学--微生物学，当今的发展无疑是最为活跃、最为迅速、最为辉煌、影响最大的生命科学之一。 微生物学的分支学科：随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可根据研究的侧重面和层次不同而分为许多不同的分支学科，并还在不断地形成新的学科和研究领域。按研究对象分，可分为细菌学，放线菌学，真菌学，病毒学，原生动物学，藻类学等。按过程与功能分，可分为微生物生理学，微生物分类学，微生物遗传学，微生物生态学，微生物分子生物学，微生物基因组学，细胞微生物学等。按生态环境分，可分为土壤微生物学，环境微生物学，水域微生物学，海洋微生物学，宇宙微生物学等。按技术与工艺分，可分为发酵微生物学，分析微生物学，遗传工程学，微生物技术学等。按应用范围分，可分为工业微生物学，农业微生物学，医学微生物学，兽医微生物学，食品微生物学，预防微生物学等；按与人类疾病关系分，可分为流行病学，医学微生物学，免疫学等。随着现代理论和技术的发展，新的微生物学分支学科正在不断形成和建立。 细胞微生物学 (cellular microbiology) 、微生物分子生物学和微生物基因组学等在分子水平、基因水平和后基因组水平上研究微生物生命活动规律及其生命本质的分支学科和新型研究领域的出现，表明微生物学的发展进入了一个崭新的阶段。 3．Based on your understanding, in what areas/parts microbes might exist in human body? And discuss the good and bad effects of these microbes to human health (Giving examples is good). 根据您的理解，人体内可能存在哪些区域/部位微生物？并讨论这些微生物对人类健康的好坏效果（举例说明是好的）。答：1、皮肤微生物组：皮肤主要由四门细菌组成：放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门。还有含有双链DNA(dsDNA)的病毒，如多瘤病毒科和乳头瘤病毒科。特应性皮炎是一种常见的慢性炎症性皮肤病，其发病率通常由皮肤微生物群感染引起。例如，金黄色葡萄球菌在特应性皮炎皮肤上非常普遍，并且与特应性皮炎临床严重程度直接相关。 2、口腔微生物组：通常由革兰氏阳性球菌和棒状菌(主要由链球菌和放线菌组成)和革兰氏阴性球菌(韦荣球菌科)组成。动脉粥样硬化斑块上定植的口腔微生物包括链球菌属、韦荣球菌属、牙龈卟啉单胞菌等，其中大多数菌水平与血浆胆固醇水平密切相关，也促进血栓的形成。 3、肠道微生物组：主要是大肠杆菌、粪杆菌、双歧杆菌、乳杆菌等。双歧杆菌也可增加白介素和肿瘤坏死因子的产生，还可间接活化T淋巴细胞，这些细胞因子及免疫细胞的合成、活化可以在一定程度上抑制肿瘤细胞的生长。 4、呼吸道微生物组：主要包括假单胞菌属、链球菌属、普雷沃菌属、韦荣球菌属、嗜血菌属以及奈瑟球菌属。与健康人群相比，哮喘患者的呼吸道中嗜血菌属、莫拉菌属和奈瑟球菌属明显增加，而普雷沃杆菌属明显减少。4．Recently, microbes were found to be associated with brain development and diseases (e.g.neurodegenerative diseases), based on your understanding, please discuss how microbes might affect occurrence and development of such diseases (Giving examples is just fine). 最近，根据您的理解，发现微生物与大脑发育和疾病（例如神经退行性疾病）有关，请讨论微生物如何影响这些疾病的发生和发展（给出的例子很好）。 答：阿尔茨海默病是常见的神经变性疾病，也是导致痴呆的最主要原因。Aβ沉积往往被认为是AD发病的始动环节，而之后引发的一系列炎症反应则推动了AD的病情进展，神经炎症反应导致神经细胞的凋亡或坏死，最终导致大脑发生不可逆损害积聚的Aβ周围出现炎症反应和胶质增生，其中小胶质细胞的活化在其中发挥了重要的作用，而肠道微生物的酵解产物SCFAs可穿过血脑屏障作用于小胶质细胞，促进小胶质细胞的成熟。活化的小胶质细胞引发了一系列炎症因子的产生，不仅可直接作用于神经元，也可通过影响脉管系统破坏血脑屏障，加大对大脑的损害。此外，变形菌门的某些细菌自身便可分泌一些炎症因子如IL-6、IL-8促进机体的炎症反应。肠道微生物参与人体的物质代谢，包括胆固醇代谢和对血糖的调节，而高血糖和高血脂会增大AD的患病风险，代谢异常相关疾病如肥胖、糖尿病、心血管疾病的患者有较高罹患AD的风险。许多病原微生物如单纯疱疹病毒、肺炎衣原体、人类免疫缺陷病毒、弓形虫、HBV、人类巨细胞病毒也都被认为同AD相关。
瘤胃微生物定量方法的研究进展 郭同军1,2,王加启1,王建平1,霍小凯1,2,卜登攀1,魏宏阳1,周凌云1,刘开朗1 (1.中国农业科学研究院北京畜牧研究所动物营养学国家重点实验室,北京 100193;2新疆农业大学,乌鲁木齐 830052) 摘要:当前人们对瘤胃中微生物的认识只有10%～20%,不断改进研究技术和手段,才能大大推动瘤胃微生态领域的研究。作者阐述了瘤胃微生物传统定量方法(滚管计数法和最大或然数法)和分子生物学定量方法,如探针杂交技术、荧光原位杂交、D GGE、定量PCR和流式细胞计量术(flow cytometry)等的应用状况及其各自的优缺点。 关键词:瘤胃微生物;滚管计数法;最大或然数法;Real2Time PCR;流式细胞计量术 中图分类号:Q93.3 文献标识码:A 文章编号:167127236(2009)0420019206 反刍动物在长期的自然进化过程中获得了独特的瘤胃发酵系统。瘤胃内有大量的微生物,目前为止,所知细菌达200种以上,活菌数为1011个/mL,原虫超过25个属,其数量为104～106个/mL,真菌含有5个属(Miron等,2001)。由众多的细菌、真菌和原虫组成的微生态系统中,不仅每种微生物与底物的作用机理不同,各种微生物之间的关系更是复杂(冯仰廉,2004)。传统定量方法如滚管法(Hun2 gate,1969)和最大似然法(Dehority等,1989)只能培养瘤胃微生物中的一小部分,这使得瘤胃微生物的多样性被严重低估(Amann等,1995)。20世纪80年代,基于16S/18S rRNA/rDNA的分子生物学定量方法的兴起,可以提供微生物核酸分子方面的特征,评价不同生态系统中微生物的遗传多样性和 收稿日期:2008211226 作者简介:郭同军(1981-),男,甘肃人,硕士生,研究方向:瘤胃微生物工程。 通信作者:王加启(1967-),男,安徽人,研究员,博士生导师,从事反刍动物营养和牛奶质量改良研究。E2mail: wang2jia2qi@https://www.doczj.com/doc/5a9495265.html,;010********* 基金项目:“十一五”国家奶业科技支撑计划(2006BAD04A14和2006BAD04A10)。系统发育关系(Tajima等,1999),而且还能对瘤胃微生物进行计数(Sdiva等,2004),由于研究方法的不断改进,使得人们不断的发现许多新的瘤胃微生物品种(K oike等,2003;Shin等,2004)。认识瘤胃微生物的功能、活动规律和建立准确、快速、高效的瘤胃微生物定性及定量评价方法,是瘤胃微生态研究必然的趋势。作者主要就当前瘤胃微生物定量方法的研究进展做了详细阐述。 1 定量研究方法在瘤胃微生物研究中的应用及评价 1.1 传统定量方法 采用Hungate发展起来的厌氧培养技术,以及采用模拟瘤胃环境而设计的培养基,对瘤胃微生物进行分离、纯培养、计数、形态鉴定、生理生化特性的鉴别、分类等。瘤胃细菌与真菌的数量用显微镜直接计数,常采用滚管法计数,以及最大或然数计数法(mo st p robable number,MPN) (Dehority等,1989)。 1.1.1 稀释平板记数法 稀释平板记数法又称活菌记数法,是根据微生物在高度稀释条件下固体培养基上所形成的单个菌落是由一个单细胞繁殖而成这一特征设计的记数方法。瘤胃液中细菌或真菌的活菌记数常采用亨氏滚管计数法(roll2t ube tech2 nique)(Hungate,1969)。亨氏滚管计数法可以获 Abstract:The advances on nutrient requirements,feedstuff evaluation and formulation techniques of broiler are reviewed in this paper.It showed that feeding phases decision is more scientific f rom three to four phases;nutrient requirement specifica2 tions is presenting diversified trend of development,which are referred to be combined with the broiler breeds,environment, production goal and the evaluation systems of the feedstuff itself etc;secondly,formulation optimization technology itself is rel2 ative invariable,but if the coefficients matrix of formulation model is integrated f rom the standard deviation of the nutrients of used feedstuff,it will evidently enhance the true probability for goal nutrients to reach.The third,performance prediction a2 bout broiler is improved when diets are formulated on the basis of standardized ileal amino acid digestibility.The results and thought can provide the scientific basis for developing the new generation expert system of broiler feeding and nutrition. K ey w ords:broiler;nutrient requirements;formulation technology;standardized ileal digestibility
微生物肥料研究发展、应用现状及开发对策 农业生产中化肥和农药的使用量逐年增加，引起土壤退化、生态环境恶化等问题，对农产品安全和农业可持续发展构成威胁和挑战。微生物肥料具有改良土质、增进土壤肥力、促进作物的营养吸收、增强作物抗病和抗逆能力等重要功能[1- 2]，其研究和开发面临很好的发展机遇。 一、微生物肥料的概念及研究进展 微生物肥料是一类含有活性微生物、具有肥料效应的特定制品。微生物肥料可分为2 类，一类通过其中所含微生物的生命活动来增加植物营养元素的供应量，改善植物营养状况，进而增加产量，如根瘤菌肥；另一类通过其中所含微生物的生命活动及其产生的次生代谢物质（如激素类等），提供植物营养元素的供应，促进植物对营养元素的吸收利用，抵抗某些病原微生物的致病作用，减轻病虫害的发生，如近年开发的植物促生根际细菌（Plant Growth- Promoting Rhizobacteria,PGPR）。 1887 年研究者发现豆科植物根瘤具有固氮功能并成功培养根瘤菌，此后，微生物肥料的研究与应用迅速增多。国外对微生物肥料的研究和应用历史较我国长，其主要的品种是各种根瘤菌肥。早在20 世纪20 年代在美国、澳大利亚等国就开始有根瘤菌接种剂（根瘤菌肥料）的研究和试用，一直到现在根瘤菌肥依然是最主要的品种。
我国微生物制剂的发展经历了根瘤菌剂、细菌肥料（菌肥）到微生物肥料的变迁，由豆科接种剂、菌种拌种发展为各种农作物的基肥，有的微生物由于能产生活性物质，有时也用作叶面喷施肥料。我国微生物肥料的研究应用是从豆科植物上应用根瘤菌接种剂开始的，起初只有大豆和花生根瘤菌剂；20 世纪50 年代，开始从原苏联引进自生固氮菌、磷细菌和硅酸盐细菌剂，称为细菌肥料；20 世纪60 年代推广使用放线菌制成的“5406”抗生菌肥料和固氮蓝绿藻肥；70～80 年代中期开始使用VA 菌根以改善植物磷素营养条件和提高水分利用率；80 年代中期至90 年代相继应用联合固氮菌和生物钾肥作为拌种剂；近几年来主要推广应用由固氮菌、磷细菌、钾细菌和有机肥复合制成的生物肥料，做基肥施用[3-5]。 目前，国内外出现了基因工程菌肥、作基肥和追肥用的有机无机复合菌肥、生物有机肥、非草炭载体高密度的菌粉型微生物接种剂肥料以及其他多种功能类型和名称的微生物肥料。 二、微生物肥料的种类及应用现状 微生物肥料的种类很多，如果按其制品中特定的微生物种类可分为细菌肥料（根瘤菌肥、固氮菌肥）、放线菌肥（如抗生菌类、5406）、真菌类肥料（如菌根真菌）等；按其作用机理可分为根瘤菌肥料、固氮菌肥料、解磷菌类肥料、解钾菌类肥料等；此外，还可以根据组成成分简单的划分为单纯微生物肥料和复合微生物肥料两大类型[3- 4]。研究较多的微生物肥料有以下几种。 2.1 根瘤菌和固氮菌类
植物免疫反应研究进展 摘要：植物在与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫防卫体系。植物的先天免疫系统可大致分为两个层面:PTI和ETI。病原物相关分子模式（PAMPs）诱导的免疫反应PTI 是植物限制病原菌增殖的第一层反应，效益分子（effectors）引发的免疫反应ETI是植物的第二层防卫反应。本文主要对植物与病原物之间的相互作用以及植物的免疫反应作用机制进行了综述，为进一步广泛地研究植物与病原微生物间的相互作用提供了便利条件。 关键词：植物免疫；机制；PTI；ETI 植物在长期进化过程中形成了多种形式的抗性，与动物可通过位移来避免侵染所不同的是，植物几乎不能发生移动，只有通过启动内部免疫系统来克服侵染，植物的先天免疫是适应的结果是同其他生物协同进化的结果。植物模式识别受体(pattern recognition receptors)识别病原物模式分子(pathogen associated molecular patterns, PAMPs), 激活体内信号途径，诱导防卫反应, 限制病原物的入侵, 这种抗性称为病原物模式分子引发的免疫反应(PAMP-triggered immunity, PTI)[1]。为了成功侵染植物，病原微生物进化了效应子(effector)蛋白来抑制病原物模式分子引发的免疫反应。同时，植物进化了R基因来监控、识别效应子, 引起细胞过敏性坏死(hypersensitive response, HR)，限制病原物的入侵，这种抗性叫效应分子引发的免疫反应(effector-triggered immunity, ETI)[2]。 1 病原物模式分子引发的免疫反应 1.1植物的PAMPs PAMPs是病原微生物表面存在的一些保守分子。因为这些分子不是病原微生物所特有的，而是广泛存在于微生物中，它们也被称为微生物相关分子模式 （Microbe-associated molecular pattern, MAMPs）。目前在植物中确定的PAMPs有：flg22和elf18，csp15，以及脂多糖，还有在真菌和卵菌中的麦角固醇，几丁质和葡聚糖等。有研究证明在水稻中发现了两个包含LysM结构域的真菌细胞壁激发子，LysM 结构域在原核和真核生物中都存在，与寡聚糖和几丁质的结合有关，在豆科植物中克隆了两个具有LysM结构域的受体蛋白激酶，是致瘤因子（Nod-factor）的受体，在根瘤菌和植物共生中必不可少，这说明PAMPs在其它方面的功能。在这些PAMPs中flg22和elf18的研究比较深入，Felix 等
微生物肥料生产新技术 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
微生物肥料生产新技术 一、微生物肥料生产新工艺及流程 一般传统的微生物肥料生产工艺是：保藏菌种→斜面菌种培养活化→摇瓶扩大培养→发酵罐液体发酵→按一定的比例用草炭吸附后包装或按一定的比例稀释后直接包装。建立这样的生产企业需要建立大面积的无菌培养室、购置发酵罐、空压机、过滤器等设备，而且培养、发酵条件不易控制，菌种质量难以保证，投资大、成本高。 河北省生物工程技术公司针对众多微生物肥料生产企业中存在的上述难题，联合河北农业大学、河北大学、河北省科学院微生物研究所等单位微生物专家，经多年研究攻关、多次实验，开发出微生物肥料生产新工艺，成功解决了上述难题，非常适合中小微生物肥料生产企业采用，尤其是特别适合现有的复混肥料、有机肥料生产企业生产生物有机无机肥料、生物有机肥料，作为其产品功能更新、升级或提高应用效果而添加。 河北省生物工程技术公司微生物肥料新的生产工艺是：使用公司新开发出的高活性、高含量微生物菌粉按一定比例直接加入或包衣到有机肥或复混肥料中，即可生产出符合国家农业部登记标准要求的微生物菌剂、生物有机肥、复合微生物肥料、微生物冲施肥、拌冲剂等产品。 具体工艺流程为： （1）微生物菌剂工艺： 草炭或其他吸附剂 + 菌粉微生物固体菌剂或颗粒肥包装 （2）生物有机肥工艺： 有机肥粉状或颗粒 + 菌粉生物有机肥包装 （3）复合微生物肥料（生物复混肥）：
化肥（N、P、K）配料→混合→造粒→烘干冷却→筛分→ 包装 菌粉 （4）微生物冲施肥微生物拌种剂 和其他辅料配比制成微生物冲施肥及拌种挤 上述新工艺，实际上相当于将微生物肥料生产中投资大、工艺复杂、技术难度大、质量要求高、用量少的菌剂生产环节交给我们来完成，由我们统一规模化生产提供给每个企业。这样将使微生物肥料的生产变得简便、高效、低成本。就象手机市场研发出强大的手机芯片，从而使手机生产变得简化进而出现山寨手机一样，高活性的菌粉就是这种“芯片”，只需嫁接到你的产品中，即可生产出各种成分、含量的微生物肥料。所不同的是：高活性菌粉中的有效菌是国家已认可、明确用于农业生产的菌种，用于生产出来的各种微生物肥料均可获得农业部的微生物肥料登记证。 河北省生物工程技术公司提供的菌粉产品，采用现代化的生产设备，在工业化发酵生产生物肥料的基础上，将菌剂进一步浓缩低温脱水精制而成，实现了菌剂生产的规模化、现代化，保证了菌剂的质量，降低了成本。 二、高活性菌粉技术指标： 含（胶质芽孢杆菌）活性芽孢100亿/克个以上，有效期24个月 三、在微生物肥料生产中使用高活性菌粉的特点及优势 1、生产投资成本低
微生物肥料产业需求与技术创新 发表时间：2019-07-22T16:52:09.163Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：莫意雯[导读] 摘要：在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中，微生物肥料均被列为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品，必将在新时代迎来更好的发展机遇。 身份证号：33010819920721XXXX 浙江杭州 310000 摘要：在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中，微生物肥料均被列为绿色新型投入品和优先支持发展的生物制品，必将在新时代迎来更好的发展机遇。本文在分析我国微生物肥料行业现状与标准体系特点基础上，阐述了微生物肥料具备的多功能、主动响应、信号调控、绿色环保等方面特征，提出了下一步发展的技术创新与新产品名录。 关键词：微生物肥料；产业需求；技术创新引言： 在国家绿色农业发展和乡村振兴计划等战略中，对微生物肥料产业提出了新的要求，研发新产品、新菌种、新工艺、新功效等已成为新时期产业发展目标。本文在重点对近几年我国微生物肥料行业现状分析的基础上，提出下一步发展的新产品与技术方向等产业发展需求，尤其是围绕实现产业发展目标，需要重视和加速推进创新力度，为产业发展提供强大的原动力，进而推动产业健康稳定和可持续发展。 1我国的微生物肥料特点一是产品种类多，使用菌种达170多种，登记产品超过6?000个。研发应用的菌剂产品种类多，尤其是在研制开发微生物与有机营养物质、微生物与无机营养物质的复合而成的新产品方面，处于领先的地位。其次是我国微生物肥料应用面积广，每年应用面积累计2.7×107?hm2以上，几乎在所有作物上都有应用，在提高化肥利用率、降低化肥使用量和减少化肥过量使用导致环境污染，净化和维护土壤健康，提升作物品质等方面已取得了较好的效果。三是我国微生物肥料行业生产规模大，产能3?000万t以上，但需通过技术创新，突破新的功能菌种选育、生产工艺优化、货架期延长等关键技术难题，进一步提高产品质量，降低生产成本，稳定应用效果，为我国微生物肥料产业下一个黄金发展时期提供坚实的技术基础。 2微生物肥料产业需求 2.1微生物肥料产业发展总体情况 微生物肥料因其培肥地力、节本增效、绿色环保等特点受到广泛关注，已成为绿色生态农业发展的不可替代的制胜法宝之一。近年来，国家通过各种措施推动了微生物肥料的应用与发展，在颁布实施的《生物产业发展规划》中，将微生物肥料纳入到“农用生物制品发展行动计划”；2015年原农业部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，明确“有机肥替代化肥”的技术路径；近年又提出“一控两减三基本”的目标，力争实现农药化肥的零增长。微生物肥料的作用将越来越凸显，对实现“藏粮于地、藏粮于技”战略指导思想，保障国家粮食安全、农产品质量安全和农业生态安全具有十分重要的意义。 2.2微生物肥料标准体系助力产业健康持续发展 相关标准体系涉及了产品质量要求、检测方法、安全评估、生产规程、应用效果评价等各个方面，在产品生产、登记、销售、流通等各个环节被政府部门采用，为行业健康持续发展提供了技术支撑及法规依据，实现了政府监管有法可依，企业生产有章可循，行业发展有规可矩[1]。以当前产业发展和市场需求为切入点，大力开展复合型微生物肥料菌株的相互作用、复合发酵工艺优化、货架期延长技术、微生物包衣技术，以及土壤生物修复等关键技术研究，制定“复合型微生物肥料生产质量控制技术规程”、“土壤修复菌剂”、“微生物包衣技术规程”等相关标准，并针对微生物肥料产品中广泛使用的芽孢杆菌等，研制含量和功能定量的微生物制剂标准样品，以进一步丰富和完善微生物肥料标准体系，促进产业的健康、快速发展。 2.3微生物产业的跨越发展急需技术产品的创新 尽管我国微生物肥料的研发应用历经数10年，并在近10年来取得了快速发展，但是仍存在整体水平参差不齐、功能机理不明、菌株与产品同质化严重、生产工艺欠合理、技术创新不足、效果稳定性差、菌种产品产权保护不力等制约我国微生物肥料行业发展的问题[2]。这些与研究基础薄弱、研发投入少、行业起步晚等密切相关。在我国微生物肥料迎来快速发展新时代的今天，行业技术产品创新不足成为主要的制约因素。 3微生物肥料产业技术创新 3.1选育新功能菌种是研发新一代微生物肥料的核心 目前，微生物肥料距离“智能化”产品目标尚有差距，其主要原因是功能菌株及其组合达不到要求，仅能满足“智能化”的部分要求，尤其是主动响应的互作性和系统调控的稳定性方面存在不足。菌种创新是微生物肥料产业发展的核心内容，包括新功能菌种的筛选技术和评价技术。针对优良菌种“六性”要求，即功能性、生产性、互作性、协同性、生态适应性、安全性，急需建立对应的技术方法，实现优良菌株的科学评价，并且加强与土壤环境的耦合评价技术，明确功能菌种应用后对土壤理化性质和生物肥力的影响[3]。同时，应重视菌种活性保持技术，采用回归应用环境、添加植物或土壤浸提物等措施进行复壮，防止菌种退化。此外，也急需肥料管理部门在下一步的肥料管理法规中，确立新研发功能菌株的知识产权保护政策，采用现代技术建立菌株编码的唯一性系统，维护新菌株选育者的权益，达到产权保护和菌种溯源的目标。 3.2未来数年内的新技术产品及其特征 微生物肥料优良生产菌株筛选及发酵工艺技术、微生物农田土壤净化修复技术、共生固氮微生物应用新技术、微生物种子包衣技术、有机资源综合利用微生物转化新技术、作物秸秆快速腐解还田微生物及其配套技术、新型复合配套技术。其对应的重点研发应用产品分别为：根瘤菌剂、有机物料腐熟菌剂、土壤修复菌剂、溶磷菌剂、生物有机肥、复合微生物肥料等。这些新产品应具备的特征如下： 3.2.1土壤修复菌剂 对蔬菜、果树、草药、烟草等重茬土壤、酸性土壤、盐碱土壤和次生盐渍化土壤的有效修复，以及对土壤中的农药残留、土壤中的除草剂残留等高效降解。该产品对修复土壤和维护土壤健康，及在保证农产品安全中不可缺少。 3.2.2固氮及根瘤菌剂
病原微生物的检测方法研究进展 摘要：本文章主要对病原微生物的检测方法研究进展进行综述，具体介绍食品、环境方面的病原微生物的检测方法研究进展。以及本人对病原微生物检测方法发展的一些看法及体会。 关键词：病原微生物检测方法PCR技术食品检测 Abstract: This article mainly summarized research progress on detection methods of pathogenic microorganism，Specific introduction food, environment research progress of methods used for the detection of pathogenic microorganisms. And I have some views on the development of pathogenic microorganism detection method and experience Key words: Pathogenic microorganisms Detection method PCR technology Food testing 病原微生物是指可以侵犯人体，引起感染甚至传染病的微生物，或称病原体。 病原体中，以细菌和病毒的危害性最大。病原微生物指朊毒体、寄生虫（原虫、蠕虫、医学昆虫）、真菌、细菌、螺旋体、支原体、立克次体、衣原体、病毒。本文主要介绍的是在食品、环境、医药方面病原微生物检测方法的应用及研究，目的在于了解病原微生物的检测方法及其研究进展，增加生物学科普知识。 1病原微生物概述 1.1 病原微生物概念 病原微生物是指可以侵犯人体，引起感染甚至传染病的微生物，或称病原体。 病原体中，以细菌和病毒的危害性最大。病原微生物指朊毒体、寄生虫（原虫、蠕虫、医学昆虫）、真菌、细菌、螺旋体、支原体、立克次体、衣原体、病毒。
微生物药物研究进展与发展趋势 摘要：微生物药物作为广泛使用的临床药物具有重要的地位。尤其是在抗感染、抗肿瘤、降血脂和抗器官移植排异方面具有不可替代的作用。自1929年青霉素被发现后20世纪4年代以来，已有上百种抗生素先后用于临床的细菌感染治疗、肿瘤化疗、降血脂以及器官移植康排异反应。总体上，由于微生物药物特别是抗生素的广泛应用使人类的寿命延长了15年。广义的微生物药物即由微生物发酵获得的药物现约占全球医药生产总值的50%。 1功能基因组学研究为创新微生物药物提供更多的药物靶标。 随着人类基因组学和微生物学要就的深入，近期将有5000个功能基因或蛋白被认为是潜在的药物靶标，是20世纪末已经确定的药物靶点的10倍以上，这为微生物新药的筛选与发展奠定了更广阔的基础。具不完全统计，截止2009年，世界范围内已有2500种以上的病毒，582种细菌，100多种的真菌的基因组完成测序。与此同时，蛋白基因组学研究正在兴起，2002-2005年我国科学家领衔的“人类肝脏蛋白组学计划”，鉴定和发现了一大批有重要功能的蛋白质，构建了大规模的蛋白中数据库，系统测定了一部分人类重大疾病相关的蛋白质结构，全面系统的解析出108个独立蛋白质三维结构，发现了一批潜在的药物作用靶标，制备了国际上最大规模的蛋白质单克隆抗体库。 作为病原微生物来讲，功能基因组研究成果为微生物必须基因和治病基因的确定提供了前提。对于一般的病毒来讲，其整个基因组可
以编码10个左右的蛋白基因，其中有4~6个功能蛋白可作为药物靶标，如再加上特定的病毒的细胞辅助蛋白，可有10个以上的药物靶标。真菌的基因组在2、5-81、5mb，作为真核生物，其许多蛋白质是保守的，在生物的进化当中被保留下来，另一些蛋白在进化中被遗弃了，并代之以新的蛋白基因。通过与人类功能基因的比较，找出真菌必需的和与人类有差异的基因与蛋白，对医疗上重要真菌基因组的分析有可能抗真菌药物靶标。 2高通量药物筛选在微生物药物早期发现的应用，加速了苗头化合物的获得。 从土壤微生物中筛选抗生素，是现代规模化药物筛选的开端，随着高通量技术的发展，利用微生物发酵产物粗提品的药物筛选，由于重复性较差，活性成分纯化的难度大，限制了创新微生物药物筛选的速度和成功率，也是大的药物公司更倾向于利用组合化学制备的大规模化合物库的高通量药物筛选。虽然筛选效率大大提高，但得势不得利，其获得新的化学实体的数量并没有显著提高，而且随着新药标准的提高，新的化学实体反而成下降趋势。因此，天然药物作为创新药物的筛选资源再度受到重视。而微生物次级代谢产物的相对于动植物次级代谢产物来讲，具有更易开发利用，不不破坏生态环境，可通过发酵大量获得和易于采用生物技术等优点。高通量微生物药物筛选模型已达150种，年筛选量已由“十五”期间的20万样次，发展到“十一五”期间的100万样次。就微生物药物的筛选规模和水平来讲，我国的创新微生物药物筛选已达到国际先进水平。
浅谈微生物肥料的发展现状及问题 王智武 （合肥工业大学，安徽合肥，230009） 摘要：随着我国绿色农业的蓬勃发展, 微生物肥料以其在农业生产中的显著作用越来越受到人们的重视。本文介绍了微生物肥料的特点、优势，简述了我国微生物肥料的发展现状及目前存在的问题,并对我国微生物肥料产业发展提出几点建议，对微生物肥料发展的前景做了展望。 关键词：微生物肥料；现状；问题；前景 近年来,大量使用化肥带来的环境污染、土壤板结、地力衰退、生态恶化等问题日益严重,破坏了环境,影响了土壤肥力,降低了农产品的品质。另外,化肥利用率的逐年降低,致使农业成本增加,生产效益降低。为了实现农业的可持续发展,达到高产、优质、高效、生态、安全的目的,世界各国都在极寻求更好的解决方案。微生物肥料具有无毒、无害、无任何污染的特点和促进植物生长的作用；以其改良土壤、增加产量、提高品质且保护环境等特点而成为研究热点。微生物肥料中特定的功能微生物通过自身的生命活动促进土壤中物质的转化、提高作物营养水平、促进和协助营养吸收、刺激调控作物的生长,防治有害微生物等,从而达到增加作物产量和提高作物品质的目的。随着人们对环境保护的日益重视和现代生态农业、绿色农业、有机农业的蓬勃发展,微生物肥料的推广应用有了长足的进展,创造了较高的经济效益和生态效益,对发展我国可持续农业发挥了重要作用。 1、微生物肥料概况 1.1 微生物肥料的定义 微生物肥料，是指一类含有活的微生物的特定试剂，并通过微生物的特定作用给植物提供营养，调节植物生长，应用于农业生产中能够获得特定的肥料效应。微生物肥料可分为两类，一类是产品是微生物加载体，应该叫接种剂，对农作物生长有良好的刺激和调控作用,是通过其中所含微生物的生命活动，增强了植物营养元素的供应量，导致植物营养状况的改善，进而增加产量。另一类是广义的微生物肥料，其制品虽然也是通过其中所含微生物的生命活动使作物增产，但它不仅仅限于提高植物营养元素的供应水平，还包括了它们所产生的次生代谢物质，如激素类物质、抗生素等，促进植物对营养物质的吸收利用，或者能够拮抗病原微生物的致病作用，减轻病虫害而使作物增产。 1.2微生物肥料的特点及其优势 微生物肥料的核心是微生物，因此具有微生物的特性。微生物资源丰富，种类和功能繁多，可以开发成不同功能，不同用途的肥料。而且微生物菌株可以经过人工选育并不断纯化、复壮以提高其活力，特别是随着生物技术的进一步发展，通过基因工程的方法获得所需的菌株已成为可能。另外，从环境资源角度来
预测微生物学的研究进展 赵光辉1,2,赵改名1,刘 蓉3,王玉芬2,谢 华2,冯 坤1,崔艳飞1,黄现青1,2* (1.河南农业大学食品科学技术学院河南省肉制品加工与质量安全控制重点实验室 肉品加工与质量安全控制工程技术研究中心,河南郑州 450002;2.双汇集团技术中心,河南漯河 462003; 3.河南省电力公司信阳供电公司,河南信阳 464000) 摘 要 简要介绍了预测微生物学模型的2个类型(品质预测模型和安全评估模型),特定腐败菌在微生物预测中的特殊作用,可追溯技术、温度综合函数和生物指示器等新技术在微生物预测中的应用,以及国外的预测模型库和国内的研究现状,展望了预测微生物学未来的发展趋势。 关键词 微生物;预测模型;特定腐败菌;模型库 中图分类号 Q939.9 文献标识码 A 文章编号 1005-7021(2010)04-0076-07 Advance m ent of Predicti ve M icrobiology Z HAO Guang hu i1,2,Z HAO Gai m ing1,LI U Rong3,WANG Yu fen2,XI E H ua2, FENG Kun1,C U I Y an fe i1,HUANG X i a n qi n g1,2 (1.C oll.of F ood S ci.&Technol.,H e nan Ag ric.Un i.,H enan K e y Lab.o f M eat Process.&Qua lit y Safet y C on t., M e a tP rocess.&Qualit y Safet y Cont.Eng i n.Technol.R es.C tr.,Zhengzhou450002;2.Technol.C tr.of Sh i ne w ay G roup;Lu ohe462003; 3.X i nyang P o w er Suppl y C o mpany,H enan Prov i nce P o w er C o mpany,X inyang464000) A bstrac t Tw o types of t he predicti ve m icrob i o l ogy mode,l the special ro l e o f spec ifi c spo ilage m icrobes;t he app lica ti ons o f techno logy,te mperature co m prehensive f uncti on and bio i ndica tor and other new techno l og ies i n predictive m i c robiology w ere traced,t he research prog ress o f the R epre d icti veM od e lL i bra ry abroad and current studies i n hom e coun try w ere briefl y rev i ewed i n this paper;and the deve l op m en t trend of the pred i c ti ve m i c robiology w as also prospected. K eywords pred icti ve m icrob i o logy;predictive m ode;l spec ific spo ilage m i crobe;repred icti ve model li bra ry 20世纪80年代初,Ross等[1]最先提出 微生物预报技术这一概念,从此预测微生物学便应运而生。食品预测微生物学(Food Pred ictive M icro b iology)是一门在微生物学、数学、统计学和应用计算机科学基础上建立起来的新学科。它的发展方向是研究和设计一系列能描述和预测微生物在特定条件下生长和衰亡的模型。它是依据各种食品微生物在不同加工、储藏和流通条件下的特征信息库,通过计算机的配套软件,在不进行微生物检测分析的前提下,判断食品内主要病原菌或腐败微生物死亡、残存和增殖的动态变化,从而对食品安全做出快速评估的预测方法[2 3]。1983年,国外食品微生物学家小组应用直观预测的De l p h i 工艺,用计算机预测了食品货架期,开发了腐败菌生长的数据库,从此揭开了预测微生物学序幕[4]。上世纪八九十年代,由于食品安全问题的严峻形式,预测微生物学的研究对象主要是食品中的病原菌(如单核增生李斯特菌、沙门菌、金黄色葡萄球菌等),后来,随着食品企业对自身产品品质问题的关注,腐败菌的研究也逐渐发展起来,并且对这些细菌进行建模[5]。近年来美国、英国、澳大利亚、丹麦等国更是致力于微生物预测软件开发,旨在对食品货架期进行有效的预测,并对致病菌进行风险评估[6]。 基金项目:国家科技计划项目(2009G J D00047) 作者简介:赵光辉 男,硕士研究生。研究方向为食品安全与质量控制。E ma i:l z ghw ork@s i na.co m *通讯作者。Te:l0371 ********,E m ai:l hxq8210@126.co m 收稿日期:2010 01 04;修回日期:2010 04 27 76微生物学杂志 2010年7月第30卷第4期 J OU RNAL OF M I CROB I OLOGY July2010V o.l30N o.4
高通量测序在病原微生物学方面的研究进展 近年来，随着测序技术的不断发展，实现对大量分离菌高通量，更准确的序列分析，以及对细菌种群进行高分辨率的系统发育分析，极大地提高了对病原微生物产生、适应和传播的认识。高通量测序（high throughput generation sequencing，HTS）技术是人类和动物基因组学研究领域中最热门的话题，与基于Sanger方法的最复杂的毛细管测序仪相比，该技术可以产生的数据多100倍。 与传统的第一代测序，又称Sanger测序相比，在DNA测序方面，HTS技术具有快速、廉价和高通量的优点，使得细菌基因组学研究发生了巨大的变化。高通量“台式”测序仪的出现的使实验室能够独立于专业测序中心进行测序工作，同时，HTS高分辨率的特点可以确定病原菌克隆的分子机制，辅助研究人员推断出全球大流行以及局部暴发期间的传播途径，甚至可以对患者个体在感染期间进行细菌种群进化分析。与传统的杂交方法相比，HTS还提供了转录组分析的潜力，包括覆盖全基因组范围及准确定量等，且深度测序辅助对细菌突变体文库的构建，以确定病原菌在体内生长或在其他特定生长条件下存活所需的决定因素。本文将对HTS在细菌病原体方面的近期研究进展进行阐述。
一、感染过程中细菌进化的研究 感染性疾病的进展和结果往往取决于宿主与病原体如何相互作用，采用HTS技术进行的研究为定殖和感染过程中细菌病原体的进化提供了新的见解。例如，研究发现，在感染过程中，由于选择性压力（例如与其他微生物共同感染、宿主的免疫反应及抗生素的应用等），某些固定的亚种中会随机出现有利与病原菌的突变，同时，在感染期间还可以发生抗生素耐药性的突变。相较于与传统的PCR扩增技术和一代Sanger测序，HTS的超基因组学方法可以从微生物群分析得到更大的多样性。例如，与健康者相比，肺囊性纤维化患者的微生物多样性降低与更严重的炎症相关，并且微生物的代谢途径的明显发生改变。 二、确定疾病暴发的来源和传播途径 传统的细菌分型方法鉴别力较低，无法在传染病暴发的流行病学调查中发挥精准的作用。全基因组序列可以为分离株之间核苷酸提供最高水平的分辨率，可识别医院内部和医院之间以及社区之间的传播。应用该种新方法可以确定传播的起源是某单一菌株还是多个菌株共同引起。
我国微生物肥料的现状和发展趋势 我国微生物肥料的现状和发展趋势 沈德龙姜昕李俊 农业部微生物肥和食用菌菌种质量监督检验测试中心 微生物肥料又称接种剂，生物肥料、菌肥等，是指含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境。它具有制造和协助作物吸收营养、增进土壤肥力、增强植物抗病和抗干旱能力、降低和减轻植物病虫害、产生多种生理活性物质刺激和调控作物生长、减少化肥使用、促进农作物废弃物、城市垃圾的腐熟和开发利用、土壤环境的净化和修复作用、保护环境，以及提高农作物产品品质和食品安全等多方面的功效，在可持续农业战略发展及在农牧业中的地位日趋重要。 一、国内外微生物肥料的发展现状 （一）国外微生物肥料的发展概况 1、根瘤菌剂是最早研发的产品，已在全世界范围推广应用。 据统计，至少有70多个国家生产和应用豆科根瘤菌剂，生产应用规模较大的国家有美国、巴西、阿根廷、澳大利亚、新西兰、日本、意大利、奥地利、加拿大、法国、荷兰、芬兰、泰国、韩国、印度、卢旺达等。在美国、巴西等大豆种植的主要国家，根瘤菌接种率达到了95%以上，澳大利亚、新西兰等国家对豆科牧草的接种面积不断扩大，种植的其他豆科作物也逐步扩大适宜的根瘤菌接种应用范围。世界各国一直在研究与豆科作物及其品种相匹配的优良根瘤菌生产用菌株，根瘤菌剂产品在稳步提高。为保证根瘤菌剂的产品质量，各国制定了相应的标准，强化产品的监督管理。 2、固氮细菌、解磷细菌和解钾细菌等的研究不断深入，产品应用逐步扩大。 除根瘤菌以外，许多国家在其它一些有益微生物的研究和应用方面也做了大量的工作。前苏联及东欧一些国家的科研人员进行了固氮菌肥料和磷细菌肥料的研究和应用，代表性的菌种为圆褐固氮菌和巨大芽孢杆菌。他们和前捷克斯洛伐克、英格兰及印度的研究固氮菌的工作者证实，这类细菌能分泌生长物质和一种抗真菌的抗生素，能促进种子发芽和根的生长。20世纪70年代末和80年代初，一些国家对固氮细菌和解磷细菌进行了田间试验，所得结果之间迥异，引起科学家对其作用的争议。更进一步的研究表明，固氮螺菌与禾本科作物联合共生的效果显著，已在许多国家推广应用。总结２０年来世界上一些国家的田间试验结果证明，固氮螺菌接种在土壤和气候不同的地区可以提高作物的产量，在60％～70％的试验中可增产5％～30％；此类菌剂促进生长的主要机制是产生能促进植物生长的物质，具体表现在促进根毛的密度和长度、侧根出现的频率及根的表面积。 （二）我国微生物肥料的发展概况 我国微生物肥料的研究应用和国际上一样，也是从豆科植物上应用根瘤菌接种剂开始的，并且在上世纪50—60年代期间，根瘤菌剂成为应用最为广泛的微生物肥料产品，其中大豆、花生、紫云英及豆科牧草接种面积较大，增产效果明显。紫云英根瘤菌在未种植过紫云英的地区应用，紫云英产草量可成倍增长。大豆接种根瘤菌每公顷可增产大豆225～300kg，花生根瘤菌可使花生增产10%～50%。豆科作物从