目前，我國北方地區(qū)仍以玉米秸稈等粗飼料作為反芻動物的部分能量來源。由于這類飼料質(zhì)地粗硬、適口性差，導(dǎo)致反芻動物采食量降低，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，造成生產(chǎn)效率低下，因此很多研究人員對如何提高這類粗飼料的消化率進(jìn)行了大量的研究。研究反芻動物對粗飼料的利用，實際上就是研究瘤胃內(nèi)微生物如何利用粗纖維的過程。本文主要從瘤胃內(nèi)纖維素分解菌的特性，影響其降解能力的因素及國內(nèi)外研究進(jìn)展幾個方面進(jìn)行闡述。

　　瘤胃內(nèi)存在的幾種主要纖維素分解菌及生物學(xué)特性

　　瘤胃內(nèi)主要的纖維分解菌包括白色瘤胃球菌、黃化瘤胃球菌及產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌，另外還有一部分次級纖維分解菌，它對纖維降解也起到一定的作用。

　　瘤胃球菌

　　瘤胃內(nèi)起降解作用的主要是白色瘤胃球菌和黃化瘤胃球菌。現(xiàn)已證明，這兩種瘤胃球菌是反芻動物瘤胃中降解植物細(xì)胞壁活性最高的嚴(yán)格厭氧不運(yùn)動的革蘭氏陰性菌。白色瘤胃球菌可發(fā)酵纖維素和纖維二糖，黃化瘤胃球菌可利用的碳源為纖維素和纖維二醇。研究表明，白色瘤胃球菌可產(chǎn)生一種纖維素酶類并釋放于培養(yǎng)基中，最適pH值為6.0～6.8，最適溫度為45℃。從白色瘤胃球菌分離得到單一的低分子量細(xì)胞外內(nèi)切纖維素酶和與細(xì)胞壁結(jié)合的高分子量聚合體（1.5×106）。酶分子量大小依賴于細(xì)胞培養(yǎng)狀態(tài)，當(dāng)培養(yǎng)基中無瘤胃液時，或當(dāng)生長達(dá)到飽和階段時主要產(chǎn)生低分子量酶，而在瘤胃液或纖維二糖培養(yǎng)基上，主要產(chǎn)生高分子量聚合體，此兩種酶均無明顯水解晶體纖維素的能力。研究者研究了黃化瘤胃球菌纖維素酶的特征，酶的最適pH值為6.4～6.6，最適溫度為39℃～45℃。在細(xì)菌快速生長階段，纖維素酶呈細(xì)胞結(jié)合狀態(tài)，但在飽和生長階段則成游離狀態(tài)，在限制氨和纖維二糖的連續(xù)培養(yǎng)基中均能產(chǎn)生內(nèi)切纖維素酶。

　　產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌

　　產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌為革蘭氏陰性菌不運(yùn)動，纖維分解活性很高，只能以葡萄糖、纖維二糖、纖維素和果膠作為碳源。同兩種瘤胃球菌相比，產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌對抗生素有較強(qiáng)的耐受能力，當(dāng)動物飼喂抗生素時，該菌成為瘤胃中占主導(dǎo)地位的纖維降解菌。產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌能產(chǎn)生高水平的內(nèi)切纖維素酶和β-葡糖苷酶，是降解重鈣化纖維素如棉花粗纖維素酶活性最強(qiáng)的細(xì)菌之一。內(nèi)切纖維素酶分子量為64400，最適pH值為7.0，最適溫度39℃，該酶可水解酸膨脹纖維素，主要水解產(chǎn)物為纖維二糖和纖維三糖。

　　纖維素分解菌的降解機(jī)制

　　瘤胃微生物消化纖維是一個連續(xù)的有機(jī)過程，通過微生物與粗纖維的附著、粘連、穿透等一系列作用，然后通過分泌各種酶類將纖維的各組分進(jìn)行分解。瘤胃微生物在反芻動物進(jìn)食后不久就很快地和飼料顆粒連接并黏附。最近研究證實，細(xì)菌和原蟲通常在反芻動物采食后5分鐘即與植物組織相黏附，這種黏附主要靠物理、化學(xué)作用力如范德華作用力來完成。瘤胃微生物可分泌一系列的纖維素降解酶，在這些酶的共同作用下，纖維素被逐步降解為能被宿主動物所利用的單糖，為宿主動物提供能量和揮發(fā)性脂肪酸等物質(zhì)。

　　瘤胃分解菌之間的相互關(guān)系一直是研究者研究的熱點。研究者采用16SrDNA寡核苷酸探針技術(shù)，通過測定相應(yīng)的16SrDNA含量，研究了白色瘤胃球菌、黃化瘤胃球菌和產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌之間的相互作用。證明白色瘤胃球菌與產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌共培養(yǎng)時，不存在競爭作用。而兩種瘤胃球菌共培養(yǎng)時，白色瘤胃球菌可產(chǎn)生多種細(xì)菌素，從而抑制黃化瘤胃球菌的生長。

　　反芻動物對粗纖維利用的調(diào)控

　　微生物品種的遺傳操縱

　　應(yīng)用重組DNA技術(shù)可建立新的細(xì)菌菌株以改善纖維消化率。關(guān)于纖維降解酶基因譯碼克隆的報道有很多，相關(guān)方法主要有：（1）使纖維分解微生物具備利用木糖和果膠的能力而增加其競爭力，以便更早地聚居于特定物質(zhì)。（2）將纖維素酶基因插入優(yōu)勢菌種。（3）使瘤胃中少數(shù)纖維分解菌菌種具備黏附飼料顆粒的能力而增加其競爭力。（4）將耐酸纖維素酶基因插入耐酸細(xì)菌中，使纖維在瘤胃pH值低于6時仍能發(fā)酵。（5）使優(yōu)勢菌種具備角質(zhì)酶活性。（6）使優(yōu)勢菌株能降解阿拉伯糖側(cè)鏈，消除木質(zhì)素速度限制效應(yīng)。另外，研究者利用探針定量雜交法對瘤胃細(xì)菌進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瘤胃主要纖維分解菌數(shù)量約占總細(xì)菌數(shù)的3.8%±0.2%，與其他方法分析所得結(jié)果相符，證明了此方法的可行性。隨著生物界16SrDNA序列數(shù)據(jù)庫的完善和全新菌株特異性探針序列的發(fā)現(xiàn)，探針定量雜交分析法可以作為監(jiān)測瘤胃細(xì)菌微生態(tài)系統(tǒng)的有力手段，在瘤胃發(fā)酵調(diào)控技術(shù)的效果驗證、瘤胃細(xì)菌多樣性分析、目標(biāo)菌株克隆的篩選和鑒定等方面可以進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

　　緩沖劑

　　反芻動物對瘤胃pH值非常敏感，瘤胃pH值小于6時，纖維素分解菌的活力會大大降低。動物生產(chǎn)實踐中人們常采用供給大量精料的方法來提高生產(chǎn)性能，往往會帶來很多負(fù)面的影響，導(dǎo)致瘤胃pH值下降，從而危害動物的健康。但是飼喂過多的粗料又會導(dǎo)致反芻動物瘤胃pH值升高。日糧中加入緩沖劑可以穩(wěn)定瘤胃pH值，常用的緩沖劑有碳酸氫鈉、氧化鎂等，可以提高纖維的消化率。

　　飼糧類型和飼糧的精粗比

　　飼糧類型會影響反芻動物對纖維素的利用。研究者飼喂油菜子研究綿羊瘤胃內(nèi)纖維降解酶的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)油菜子對纖維素降解酶有抑制作用，可能是由于植物脂肪對纖維素的物理包被作用限制纖維素的消化，油菜子含有的不飽和脂肪酸對纖維素分解菌的毒性作用，以及植物脂肪對瘤胃原蟲的抑制作用降低了纖維素酶的釋放。另外，飼糧之間存在正組合效應(yīng)。當(dāng)喂給綿羊低品質(zhì)秸稈，如大麥草、玉米秸等的同時補(bǔ)飼苜蓿草粉可增進(jìn)纖維性物質(zhì)的消化率，改善瘤胃環(huán)境的生理參數(shù)（如支鏈脂肪酸、瘤胃氨態(tài)氮等）。某些纖維分解菌的生長需要異丁酸、戊酸及小肽和氨基酸，而苜蓿在瘤胃中降解恰能產(chǎn)生這些物質(zhì)，另外，苜蓿易發(fā)酵的細(xì)胞壁成分可能促進(jìn)纖維分解菌在低品質(zhì)秸稈上的集群。補(bǔ)飼苜?？筛纳平斩捓眯Ч?，也可能是因為增加了瘤胃可發(fā)酵氮的原因。苜蓿和麥草之間也存在這種正組合效應(yīng)，日糧中添加苜蓿和紅豆草時瘤胃真菌的游動孢子數(shù)目增加。豆科牧草對秸稈利用的這種正組合效應(yīng)是由多種因素綜合而形成的，合理利用這種正組合效應(yīng)將會使秸稈的利用效率得到進(jìn)一步提高。

　　合理的飼糧精粗比可為反芻動物發(fā)酵提供穩(wěn)定的瘤胃內(nèi)環(huán)境。有人對牛日糧中精粗比為23∶77和68∶32時碳水化合物的利用效率進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)精粗比為68∶32時效率較高。研究表明，日糧中精料比例以不高于60%為佳，70%可能是極限。瘤胃的初始發(fā)酵程度取決于快速水解的碳水化合物的量，而可利用能量主要受堅硬的細(xì)胞壁數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響。

　　飼喂方法

　　已有研究表明，纖維的消化率與進(jìn)食量有關(guān)，進(jìn)食量大幅度增加時，纖維的消化率會下降。研究者經(jīng)研究認(rèn)為纖維消化受養(yǎng)分進(jìn)入瘤胃的次序和頻率的影響。全混合日糧為微生物提供了最佳養(yǎng)分平衡，可穩(wěn)定發(fā)酵。每日兩次精粗料分開的飼喂方法調(diào)整瘤胃環(huán)境的潛力較大。對于易發(fā)酵飼糧，日喂兩次以上可穩(wěn)定瘤胃環(huán)境，減小每日發(fā)酵終產(chǎn)物的差異，改善瘤胃能氮釋放的匹配關(guān)系，從而提高纖維的消化速度。

　　添加酵母培養(yǎng)物

　　在飼喂高精料日糧的集約化肉牛和奶牛生產(chǎn)中使用酵母培養(yǎng)物添加劑，可顯著提高動物的生產(chǎn)性能，具體表現(xiàn)為瘤胃總菌數(shù)和纖維分解菌數(shù)量增加，利用乳酸和氨的細(xì)菌代謝活性有所增強(qiáng)，進(jìn)而提高了纖維在瘤胃內(nèi)的利用效率，減少乳酸的積累，提高微生物蛋白合成效率。研究者對飼喂肉牛3種不同的酵母培養(yǎng)物研究后發(fā)現(xiàn)，酵母培養(yǎng)物顯著增加了瘤胃總細(xì)菌數(shù)，并顯著提高了瘤胃纖維分解菌的總數(shù)和羧甲基纖維素酶、水揚(yáng)苷酶和木聚糖酶這3種酶的活性。

　　另外，過瘤胃蛋白也可以提高纖維分解菌的降解能力，可能是由于提供了纖維素分解菌生長所需蛋白質(zhì)。礦物元素可作為纖維素分解酶的輔酶，從而促進(jìn)纖維類物質(zhì)的消化。

　　粗飼料是反芻動物最主要的飼料來源，利用的關(guān)鍵在于瘤胃微生物對粗飼料的攝取、消化和降解能力。因此，研究瘤胃微生物是關(guān)鍵。隨著分子生物學(xué)、瘤胃微生態(tài)學(xué)、生理學(xué)等多種學(xué)科的發(fā)展以及在瘤胃微生物方面的應(yīng)用，更深入透徹地研究瘤胃微生物代謝規(guī)律，從而用于指導(dǎo)反芻動物生產(chǎn)實踐，對有效利用廉價粗飼料，為人類生產(chǎn)更多的健康動物產(chǎn)品具有重要的意義。