反刍动物微生态学,1,2,3,微生态空间及微生态组织,胃肠菌群构成及功能,瘤胃中的纤毛虫,rumen,4,5,6,瘤胃中的厌氧真菌,瘤胃微生态平衡与失调,微生态制剂的应用,,,,第一节、微生态空间及微生态组织,一、微生态空间( 一) 消化道结构特点反刍动物消化道结构的主要特点是有复胃,也称反刍胃或多室胃，包括4个相通的隔室,按食物运转次序，从前到后分别叫做瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃前3个胃室合称前胃,不分泌胃液，主要靠微生物的发酵作用消化饲料, 其中瘤胃最大, 占复胃的85% ；第四个胃室即皱胃才有真正的胃腺,可分泌胃液,其消化作用和单胃动物的相同哺乳动物偶蹄目的驼科、鹿科、长颈鹿科和牛科的动物都有反刍胃，故称反刍动物微生态空间及微生态组织,一、微生态空间( 二) 消化道生理特点牛、羊采食粗料后, 先进行咀嚼, 混入大量碱性唾液, 初步嚼细润湿后, 形成食团吞咽入瘤胃, 在瘤胃内浸泡隔一定时间反刍时逆吐到口腔中, 再仔细反复咀嚼, 将纤维素组织进一步撕裂、磨碎, 然后再吞咽入瘤胃内由微生物发酵分解瘤胃以及与其紧密连接相通的网胃, 不断地进行周期性运动( 休息时平均每分钟约l. 8 次, 采食时约2. 8 次, 反刍时约2. 3次) , 将瘤胃食糜充分搅拌, 有利于微生物对饲料的充分利用。
进入瓣胃的物质来自网胃瓣胃的主要功能, 是将食糜进一步消化, 并挤出其中的一些液体, 随后, 被压榨的食糜及挤压出的液体( 部分被瓣胃吸收) 连续不断地流入皱胃在皱胃内微生物的作用与对残余饲料的处理, 与单胃动物相似, 其微生态情况相仿微生态空间及微生态组织,一、微生态空间( 二) 消化道生理特点,,,,微生态空间及微生态组织,一、微生态空间( 三) 消化道微生态空间反刍动物消化道的微生态空间, 瘤胃仍具代表性瘤胃内的微生物主要分布于瘤胃液中, 附着于进入瘤胃内的饲料颗粒上和瘤胃壁的上皮等部位瘤胃液内的细菌多具粘附结构, 主要为菌毛和糖须糖须是一种多糖体脂蛋白, 可使细菌固定, 形成微菌落, 并在上皮细胞表面粘附许多细菌靠多糖纤维固定于进入瘤胃的饲粒颗粒上微生态空间及微生态组织,一、微生态空间( 三) 消化道微生态空间瘤胃内细菌靠糖须附着于瘤胃复层上皮表面细菌对饲料颗粒的附着, 与其分解物质的特异性有关例如能分解纤维素的白色瘤胃球菌、黄色瘤胃球菌、产琥珀酸类杆菌附着于植物组织的细胞壁上, 分解淀粉的嗜淀粉类杆菌附着于淀粉颗粒上由于纤维素酶、淀粉酶等与细菌的糖须结合在一起, 使酶不至于扩散而受损。
附着于饲料颗粒上的细菌, 当基质被分解完毕时, 又进入瘤胃液中附着瘤胃壁的细菌, 除厌氧菌外, 兼性厌氧菌约为20% ～50% 附着的兼性厌氧菌, 不但能在有氧条件下生存, 而且可保护瘤胃壁和内容物中的严格厌氧菌免受氧的危害葡萄球菌、微球菌、链球菌和乳酸菌等, 在牛犊哺乳期是瘤胃的优势菌, 当牛犊长大逐渐采食草后, 这些特有的菌系退缩至瘤胃壁, 变成附着于瘤胃上皮的菌系微生态空间及微生态组织,二、胃肠微生态系( 一) 瘤胃内正常微生物群的种类及特性瘤胃内正常微生物种类很多, 主要为细菌、纤毛虫和厌氧真菌微生物的体积约占瘤胃液的5% , 其中细菌、纤毛虫( 含厌氧真菌) 各占将近50% 此外, 还有各种酵母、螺旋体、放线菌等亦参与分解饲料以及重要有机化合物合成过程, 但这些微生物的数量很少瘤胃微生物都是异养型, 大多数需在厌氧条件下才能生存另外, 瘤胃中的噬菌体, 也是瘤胃微生物活动过程中不可分割的组成部分瘤胃中微生物区系、数量受动物种类、年龄、饲养条件等多种因素的影响纤毛虫,酵母,放线菌,,,,微生态空间及微生态组织,二、胃肠微生态系( 二) 瘤胃微生物的功能瘤胃的消化作用, 在反刍动物整个消化过程中占有特别重要的地位, 饲料中70% ～85% 可消化的干物质和粗纤维在这里被微生物分解。
瘤胃微生物在反刍动物的糖类、蛋白质和脂肪代谢中起着极为重要的作用反刍动物需要的能量主要靠瘤胃内发酵形成的挥发性脂肪酸饲料中蛋白质进入瘤胃后, 大部分被微生物产生的蛋白酶分解, 并合成菌体蛋白同时, 瘤胃中很多微生物能利用尿素等氮化物合成菌体蛋白这类菌体蛋白易为动物消化, 并具有优良的生物价值反刍动物需要的B 族维生素和维生素K, 亦主要由微生物合成蛋白质、尿素等含氮化合物,瘤胃微生物,菌体蛋白,,挥发性脂肪酸,发酵产生,,提供能量,,,,,微生态空间及微生态组织,三、研究瘤胃微生态学的方法( 一) 体外试验连续发酵法为常用的方法之一利用这一方法可以部分模仿瘤胃所进行的过程, 研究在不同条件下对代谢过程的影响等为了保证观察的准确性, 要保持培养液中一定水平的pH 值、营养物质浓度和氧化- 还原电位等因此, 必须经常加入营养物质和排除最终代谢产物优点：可以排除宿主机体的影响; 缺点：与瘤胃内微生物的代谢活动相比, 存在一定差异, 并且在这样的培养中, 几乎将原虫群体完全排除在外微生态空间及微生态组织,三、研究瘤胃微生态学的方法( 二) 体内试验1 . 人造瘤胃利用玻璃或不锈钢制成的特殊容器, 并以瘘管与瘤胃相接, 研究瘤胃微生物的发酵作用。
也有将本法列为体外试验的2 . 尼龙小袋法将试验的粗饲料置于尼龙小袋中, 通过接管注入瘤胃内, 经过一定时间取出小袋进行分析研究3. 悉生动物试验使用这一方法, 可将纯培养或按一定比例混合的瘤胃细菌、厌氧真菌, 以及原虫注入悉生动物瘤胃内, 研究这些微生物的作用, 测定反刍动物对一些生物活性物质和生长因素的需求等这是近年来研究中使用较多的一种方法研究所得的数据较为可靠, 但所需费用较高第二节、胃肠菌群构成及功能,一、瘤胃内细菌的种类、特性及功能( 一) 纤维素分解菌纤维素发酵是瘤胃内细菌的一个重要功能这类细菌能产生纤维素酶, 由于纤维素酶等的作用，纤维素可一直被分解到葡萄糖为止，有时在分解过程中会积累纤维二糖参与纤维素分解的细菌主要有: 产琥珀酸类杆菌( Bacteroides succinogen’es) 、黄色瘤胃球菌( Ruminococcusflavefaciens) 、白色瘤胃球菌( R. albus) 、小瘤胃杆菌( R. parvum) 、溶纤维运动杆菌( Cilloba cterium cellulosslvens) 、溶纤梭菌( Ctostyidium cellutosolvens) 。
产琥珀酸类杆菌,黄色瘤胃球菌,小瘤胃杆菌,,,,胃肠菌群构成及功能,一、瘤胃内细菌的种类、特性及功能( 二) 淀粉分解菌许多纤维素分解菌也具有分解淀粉的能力分解淀粉的细菌主要有: 嗜淀粉类杆菌( Bacteroides amylophilus) 、反刍新月单胞菌( Selenomonas ruminantium) 、溶淀粉琥珀酸单胞菌( Succinimonas amylolytica) 、牛链球菌( Streptococcus bovis) 等如喂淀粉含量高的日粮时, 瘤胃内淀粉分解菌的比例便较大淀粉的水解也是瘤胃微生物重要功能之一, 主要通过产生的α和β淀粉酶来完成水解的最终产物主要为麦芽糖、葡萄糖等嗜淀粉类杆菌,反刍新月单胞菌,牛链球菌,,,,胃肠菌群构成及功能,一、瘤胃内细菌的种类、特性及功能( 三) 蛋白分解细菌瘤胃中分解蛋白质的细菌为每毫升109 个, 约占瘤胃微生物总数的38% 利用不同糖类作为能源的多种瘤胃细菌, 均具有分解蛋白质的能力瘤胃中的蛋白质被细菌蛋白酶水解, 主要形成肽及氨基酸细菌蛋白酶主要存在于细菌细胞内或连接于细胞表面参与分解蛋白质的细菌主要有: 丁酸弧菌属、琥珀酸弧菌属( Succinovibri) 、反刍新月单胞菌及其变种、普通类杆菌( Bacteroides vulgatus) 、展开消化链球菌( Peptostreptococcus evolutus) 以及螺旋体属( Borrelia ) 等。
琥珀酸弧菌属,普通类杆菌,螺旋体属,,,,胃肠菌群构成及功能,一、瘤胃内细菌的种类、特性及功能( 四) 氨基酸分解菌瘤胃细菌通过脱氨基和脱羧基作用对大多数氨基酸进行分解, 分解的主要终产物为二氧化碳、氨和挥发性脂肪酸, 亦即乙酸、丙酸、丁酸和正戊酸分解氨基酸的细菌主要有: 瘤胃类杆菌、反刍新月单胞菌、溶纤维丁酸弧菌、牛链球菌、埃氏消化链球菌、嗜淀粉类杆菌细菌对氨基酸的分解有着明显的特异性瘤胃细菌由氨基酸或蛋白质水解产物产生氨，通常情况下, 在成年瘤胃中占优势的细菌中间, 仅少数种别与之有关, 以瘤胃类杆菌最为活跃, 其他如新月单胞菌和丁酸弧菌属的某些菌株亦较活跃研究证实, 混合瘤胃微生物对不同氨基酸的脱氨基速度有一定差异溶纤维丁酸弧菌,埃氏消化链球菌,,,,胃肠菌群构成及功能,一、瘤胃内细菌的种类、特性及功能( 五) 合成维生素的细菌合成维生素B 族是胃肠道微生物的主要功能之一胃肠道微生物合成的B 族维生素，可以满足动物的需要在胃肠道中合成的维生素B 族主要包括: 维生素B1 、B2 、B6 、B12 、烟碱酸、叶酸、泛酸、生物素, 以及维生素K胃肠中合成维生素B 族的微生物主要有大肠杆菌、丙酸杆菌、牛链球菌等; 瘤胃中合成维生素B12的微生物主要有反刍新月单胞菌、消化链球菌等。
这些菌发酵葡萄糖、麦芽糖、甘油、乳酸盐, 不分解乳糖, 不凝固牛乳, 不液化明胶, 过氧化物酶阳性合成胡萝卜素的细菌主要有形成黄色素的球菌和杆菌球菌包括链球菌、微球菌,主要来自瘤胃, 其次为小肠和盲肠, 结肠和直肠含量较少杆菌包括嗜海水黄杆菌、湿润黄杆菌 、深黄短杆菌、暗褐短杆菌等胃肠菌群构成及功能,二、肠道内细菌的种类、特征及功能反刍动物肠道微生态系, 以及细菌的种类、特性、功能, 同杂食动物相似肠道中的细菌可以合成B 族维生素和胡萝卜素肠道内还存在乳酸菌、双歧杆菌和肠杆菌乳酸菌具有广谱抗菌作用, 常见的有: 乳酸链球菌、嗜酸乳杆菌 、保加利亚乳杆菌等 它们可抑制多种病原菌, 如肺炎球菌、沙门氏菌、结核杆菌、葡萄球菌等乳酸菌产生抑菌作用, 主要因其代谢产物中含有抑菌物质双歧杆菌除能合成B 族维生素外, 还产生抗菌物质其抗菌活性与形成的酸和抗菌物质有关双歧杆菌对病原菌的抑菌活性与乳杆菌相似此外，双歧杆菌还可改善肠蠕动, 促进钙、维生素D 和铁的吸收肠杆菌是肠道正常微生物群的代表之一， 具有极为广谱的抑菌作用乳酸菌,双歧杆菌,肠杆菌,,胃肠菌群的构成及功能,三、细菌在幼龄反刍动物体内的定植幼龄反刍动物体内细菌区系的建立受日粮及外界环境等多种因素的影响。
哺乳期的最初阶段（ 3 周龄左右） ，犊牛瘤胃中多半为乳酸杆菌和一定种类的蛋白水解菌，以后其他菌群逐步建立据调查，某些犊牛在1 周龄时瘤胃已存在一定数量的纤维素分解菌，3 周龄与成年牛相似表明瘤胃液是一些瘤胃细菌最好的增菌培养基有人研究在正常情况下，给犊牛喂奶至9 周龄，l0 周龄开始饲喂苜蓿干草及谷物，l ～3 周龄瘤胃内占优势的菌和成年牛明显不同；6 周龄时优势菌中已有许多是成年动物所具有的典型的细菌类群，9 ～13 周龄分离到的菌，与饲喂相同日粮的成年牛相似第三节、瘤胃中的纤毛虫,瘤胃原虫主要是纤毛虫，有时亦有少数鞭毛虫存在目前所知，在反刍动物前胃中有120多种纤毛虫, 其数量为每毫升含105～106个，有时每毫升达200万个以上纤毛虫严格厌氧，仅在瘤胃中生长发育，当其他微生物（如细菌）大量存在的情况下，仍可生长繁殖，发酵植物饲料，并利用发酵的分解产物作为能源纤毛虫,鞭毛虫,,,瘤胃中的纤毛虫,一、纤毛虫的分类和主要形态特征瘤胃中常见的纤毛虫主要有两大类——全毛虫目和贫毛虫目一）全毛虫目主要的科为均毛虫科，瘤胃中有三个属：① 均毛虫属；②密毛虫属；③布契利氏属，在瘤胃中较少见这三个属的数量仅为瘤胃纤毛虫的1% ～5% 。
全毛虫的纤毛虫全身均匀覆盖纤毛，运动速度较贫毛虫快虫体长度为80 ～160μm均毛虫属个体较大，密毛虫属的个体较小采用新鲜的瘤胃内容物，能在光镜下见其形态这类纤毛虫在有氧环境中存活的时间比其他种类长，而在幼龄反刍动物体内最先建立该虫区系。