青貯微生物
——飼料發(fā)酵過程中永恒的話題

楊富裕

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

青貯發(fā)酵主要原理是在厭氧條件下，飼草表面自然附生的微生物（主要為乳酸菌）利用新鮮飼草中可溶性碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸，形成酸性環(huán)境，進(jìn)而抑制腐敗微生物生長(zhǎng)。深入探究青貯發(fā)酵過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)和演替規(guī)律，對(duì)闡明青貯發(fā)酵機(jī)理以及調(diào)控青貯發(fā)酵品質(zhì)奠定重要理論基礎(chǔ)。

芬蘭科學(xué)家Artturi Virtanen首次發(fā)現(xiàn)在厭氧條件下，降低pH值可抑制飼草表面有害微生物生長(zhǎng)，進(jìn)而達(dá)到使新鮮飼草長(zhǎng)期保存的目的。該研究成果在1945年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，并開啟了飼草青貯微生物研究的大門。為了進(jìn)一步探究青貯微生物菌群結(jié)構(gòu)，后期研究者根據(jù)微生物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)需求和環(huán)境條件，利用經(jīng)典微生物培養(yǎng)技術(shù)，闡明了青貯飼料乳酸菌對(duì)優(yōu)良青貯發(fā)酵的關(guān)鍵作用，以及梭菌和真菌是青貯發(fā)霉變質(zhì)的主要貢獻(xiàn)者。

然而，青貯環(huán)境中微生物具有多樣性高的特點(diǎn)，而大部分微生物使用傳統(tǒng)的方法仍然是“不可培養(yǎng)的”，并且能被培養(yǎng)的小部分微生物不能夠代表微生態(tài)的多樣性。80年代，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，非培養(yǎng)技術(shù)手段如變形梯度凝膠電泳（DGGE）、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（PCR-RFLP）和實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qPCR）明顯提升了我們對(duì)青貯發(fā)酵過程中細(xì)菌和真菌等微生物多樣性的認(rèn)識(shí)，并且引導(dǎo)產(chǎn)生許多有趣的假設(shè)以及發(fā)現(xiàn)新的微生物物種。進(jìn)入2000年后，高通量基因測(cè)序技術(shù)平臺(tái)(Ilumina、Roche 454、Ion Torrent、PacBio) 讓宏基因組測(cè)序成為可能，它不僅可以提供青貯生態(tài)系統(tǒng)中物種水平的特定信息，還可以評(píng)估微生物群落與代謝途徑之間的相互關(guān)系。近年來(lái)，這種新方法已經(jīng)徹底改變青貯飼料中微生物群落的研究。

雖然目前關(guān)于青貯微生物多樣性研究有了很大的飛躍，但是多聚焦在乳酸菌群上，對(duì)其它微生物菌群結(jié)構(gòu)、功能尤其是菌群之間的相互作用研究較少。運(yùn)用分子技術(shù)評(píng)價(jià)微生物菌群，會(huì)檢測(cè)到?jīng)]有活性的微生物DNA，進(jìn)而影響到對(duì)青貯發(fā)酵品質(zhì)起關(guān)鍵作用微生物的判斷。此外，聯(lián)合使用微生物組和代謝組學(xué)技術(shù)，對(duì)探究青貯飼料微生物群落和代謝途徑的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律也做出重要貢獻(xiàn)。因此，未來(lái)如何進(jìn)一步提高測(cè)序技術(shù)的精度廣度以及如何能通過代謝組學(xué)進(jìn)一步從細(xì)胞代謝水平全面揭示青貯發(fā)酵產(chǎn)物中代謝物組分的種類和數(shù)量，確定其生物標(biāo)志物和特異性代謝譜，將為青貯飼料的科學(xué)評(píng)定和深度利用提供更為全面的理論參考依據(jù)。

在此背景下，為了梳理和總結(jié)青貯微生物研究最新現(xiàn)狀，《生物技術(shù)通報(bào)》邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)專業(yè)研究人員，就青貯微生物主題撰寫了11篇論文，形成了本專題。內(nèi)容包括青貯微生物多樣性［1-7］、代謝組分［8］以及青貯微生物功能基因鑒定與功能解析［9-11］等方面，詳細(xì)介紹了青貯微生物技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，為推動(dòng)我國(guó)青貯微生物在產(chǎn)業(yè)和科研方面的快速發(fā)展提供重要參考信息。

值此主題專題出版之際，謹(jǐn)向所有提供稿件的同行及審稿專家致謝；向《生物技術(shù)通報(bào)》編輯部致謝，感謝他們?yōu)槲覈?guó)青貯微生物研究的成果展示和交流做出的重要貢獻(xiàn)。