热带气候下青贮乳酸菌的筛选与益生特性研究：解决稻草焚烧问题的可持续策略

《AMB Express》：Characterization and probiotic potential of thermotolerant lactic acid bacteria from silage for ensiling crop residues

本研究针对印度热带地区高温高湿环境下作物残渣青贮效率低的问题，从自然发酵青贮样品中分离筛选耐热乳酸菌(LAB)。研究人员通过温度耐受性(47-50°C)、酸(pH 2.0)和胆盐(0.3% ox bile)耐受性测试，从45株LAB中筛选出12株优异菌株，其中RSB2、RSB5、RSB7和RSB9表现出最强的耐热性和纤维降解能力。这些菌株均具有非溶血性、非粘蛋白降解性和抗生素敏感性，其中RSB13表现出最高疏水性(63.12%)，RSB9具有最强自聚集能力(67.85%)。研究证实这些耐热乳酸菌可作为安全高效的热带青贮接种剂，为解决作物残渣利用和环境污染提供了新方案。

　　

在印度，每年产生约5亿吨作物残渣，其中稻草的处理问题尤为突出。传统的焚烧处理方式不仅造成严重的空气污染，释放大量温室气体(CO₂、CH₄和NO_x)和颗粒物，还破坏了土壤健康和养分循环。尽管稻草具有作为牲畜饲料资源的潜力，但其直接利用受到营养价值低、适口性差和消化率低的限制，这主要归因于高纤维、木质素和硅含量。

青贮技术作为一种经济可行的发酵策略，能够将绿色饲料和作物残渣转化为营养丰富的动物饲料。在这一过程中，乳酸菌(LAB)发挥着关键作用，它们通过快速降低pH值来抑制不良微生物生长，最大限度地减少营养损失。然而，在热带地区，青贮过程面临独特挑战：高温环境会限制传统乳酸菌接种剂的效果，导致发酵效率低下。

特别是印度这样的热带国家，青贮窖内的温度在初始有氧阶段经常超过45°C，这使得大多数商业乳酸菌株难以正常生长和代谢。此外，稻草等纤维质基质本身缺乏足够的可发酵底物，进一步增加了青贮难度。因此，筛选能够适应高温环境且具有高效发酵能力的本土乳酸菌株，对于改善热带地区青贮质量至关重要。

为了应对这些挑战，研究人员从印度高温高湿地区收集了50个自然发酵青贮样品，旨在分离出能够适应热带条件的耐热乳酸菌菌株。这些菌株不仅需要具备良好的青贮发酵能力，还被期望具有益生特性，从而在为牲畜提供饲料的同时，带来额外的健康益处。

本研究通过系统的筛选和评价，最终成功鉴定出多株具有应用潜力的耐热乳酸菌，为热带地区作物残渣的资源化利用提供了新的解决方案。相关工作发表在《AMB Express》上。

研究人员采用了多项关键技术方法开展本研究。他们从印度哈里亚纳邦和旁遮普邦的高温高湿地区采集了50个自然发酵青贮样品，通过厌氧培养和形态学鉴定获得了45株乳酸菌分离株。通过温度梯度培养(37-50°C)、酸耐受性(pH 2.0)和胆盐耐受性(0.3% ox bile)测试进行初步筛选。对筛选出的12株耐热菌株进行了全面的益生特性评估，包括自聚集性、共聚集性、细胞表面疏水性、抗氧化活性(DPPH法)和抗生素敏感性测试。同时测定了菌株的阿魏酸酯酶(FAE)活性、乳酸产量和发酵类型。通过16S rRNA基因测序进行分子鉴定，并采用体外产气法评估了菌株对稻草干物质和有机物消化率的改善效果。

耐热乳酸菌的分离与筛选

研究人员从50个青贮样品中分离出65个菌落，其中45个被鉴定为革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性且对万古霉素耐药的乳酸菌。通过温度耐受性测试发现，12株菌能在47-50°C高温下生长，其中RSB2、RSB3、RSB5、RSB7和RSB9在45°C及以上温度下仍保持较高存活率。这些菌株在酸性条件(pH 2.0)和胆盐(0.3% ox bile)环境中也表现出良好的耐受性，存活率均超过85%。

发酵特性与益生潜能

乳酸产量测定显示，RSB5产生的乳酸量最高，而RSB1最低。12株菌中6株为同型发酵，6株为异型发酵。所有菌株均能发酵乳糖、果糖、葡萄糖、半乳糖、棉子糖、蔗糖和甘露糖等碳水化合物。在益生特性方面，RSB13表现出最高的疏水性(63.12%)，RSB9的自聚集能力最强(67.85%)，RSB2则具有最佳的共聚集能力(53.76%)和抗氧化活性。

安全性与酶活性评估

所有乳酸菌分离株均表现为非溶血性、非粘蛋白降解性，且对庆大霉素、链霉素等常用抗生素敏感。阿魏酸酯酶活性测定显示，RSB2和RSB9具有较高的酶活性，这表明它们能够有效分解植物细胞壁中的酯键，释放可发酵底物。

分子鉴定与系统发育分析

通过16S rDNA测序，12株菌被鉴定为多个物种，包括戊糖乳杆菌(Lactiplantibacillus pentosus)、植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)、阿根廷乳杆菌(Lactiplantibacillus argentoratensis)等。系统发育分析进一步证实了这些菌株的分类地位和遗传多样性。

体外消化率改善效果

接种乳酸菌后，稻草的体外干物质消化率(IVDMD)和有机物消化率(IVOMD)显著提高。其中RSB5、RSB7和RSB9处理组的消化率改善最为明显，同时甲烷产量也有所降低，表明这些菌株能够改善瘤胃发酵效率。

本研究成功从印度热带地区的自然发酵青贮中分离出12株耐热乳酸菌，其中Lactiplantibacillus pentosus RSB2、Lacticaseibacillus casei RSB5、Lactiplantibacillus argentoratensis RSB7和Limisolactobacillus fermentum RSB9表现出最佳的应用潜力。这些菌株不仅能够在高温环境下有效生长，还具备良好的益生特性和纤维降解能力，能够显著提高稻草等作物残渣的消化利用率。

研究的重要意义在于为热带地区开发了适合本地气候条件的高效青贮接种剂，为解决作物残渣处理和环境污染问题提供了可持续的解决方案。这些耐热乳酸菌株的双重功能——既作为青贮接种剂改善发酵质量，又作为益生菌促进动物健康——使其在热带畜牧业中具有广阔的应用前景。此外，通过资源化利用农业副产物，该研究为缓解饲料短缺和促进可持续废物管理提供了创新思路。

未来的研究需要进一步验证这些菌株在实际青贮生产中的应用效果，并通过动物试验评估其益生功能，以推动其在实际生产中的规模化应用。