柠檬草提升玉米秸秆青贮发酵品质与稳定性的潜力及机制研究

本研究针对作物秸秆青贮过程中发酵品质不佳和有害微生物滋生等问题，探讨了添加柠檬草（Cymbopogon citratus）及其与乳酸菌（LAB）联用对玉米秸秆青贮的影响。结果表明，柠檬草显著降低pH值、纤维含量和氨态氮，提高粗蛋白、总酚、总黄酮及有益微生物丰度，抑制霉菌和肠杆菌等有害菌，并增强抗氧化能力。该研究为开发天然、安全的青贮添加剂提供了新策略，对提升秸秆资源化利用和畜牧业可持续发展具有重要意义。

　　

随着畜牧业快速发展， livestock products（畜产品）需求持续增长，作物秸秆作为传统饲料资源的消耗量也逐年攀升。然而，秸秆在储存过程中易出现营养流失、适口性差及有害微生物滋生等问题，直接影响 livestock（牲畜）健康。青贮技术虽能有效保留饲料营养，但天然附着的乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）数量不足，难以快速降低pH值，导致发酵迟缓且不稳定。此外， commercial LAB inoculants（商业乳酸菌接种剂）的持久性较差，且 forage materials（饲草材料）中可溶性碳水化合物含量低，进一步限制了LAB的快速增殖。因此，开发天然、高效的添加剂成为提升青贮品质的关键突破口。

在此背景下，一项发表于《Journal of Agriculture and Food Research》的研究探讨了柠檬草（Cymbopogon citratus）在改善玉米秸秆青贮发酵品质和稳定性方面的潜力。柠檬草作为一种芳香草本植物，富含 essential oils（精油）、 flavonoids（黄酮类化合物）和 phenolic compounds（酚类化合物），具有抗菌、抗氧化及抗炎等多种药理活性。研究人员假设，将柠檬草粉末添加到玉米秸秆青贮中，可能通过其生物活性成分抑制有害微生物，促进有益菌群增殖，从而提升发酵质量和营养保留。

为验证这一假设，研究团队以玉米秸秆为基础饲料，设置了不同比例的柠檬草粉末添加组（5%和10%），并对比了有/无外源LAB接种的处理。 after 60 days of ensiling（青贮60天后），系统评估了发酵参数、营养成分、抗氧化活性及微生物群落变化。

研究采用的关键技术方法包括：

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  使用 high-performance liquid chromatography (HPLC)（高效液相色谱法）测定有机酸（如乳酸、乙酸、丙酸和丁酸）含量；
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  通过 Man Rogosa Sharpe medium（MRS培养基）、Violet Red Bile medium（VRBA）和 Rose Bengal medium（孟加拉红培养基）分别计数LAB、 coliform bacteria（大肠菌群）及酵母和霉菌；
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  应用 16S rRNA sequencing（16S rRNA测序）和 PICRUSt2 分析细菌群落结构及功能基因预测；
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  使用 antioxidant capacity assay kits（抗氧化能力检测试剂盒）测定DPPH、ABTS自由基清除活性和FRAP铁还原能力。
  所有实验均以来自广西桂林市小山头村的玉米秸秆和桂林医科大学药用植物园的柠檬草为样本来源，并设3个生物学重复。

3.1. 青贮前原料特性

柠檬草的干物质（DM）、粗蛋白（CP）和水溶性碳水化合物（WSC）含量均显著高于玉米秸秆，且纤维成分（ADF和NDF）较低。柠檬草中还富含总黄酮（TF）和总酚（TP），且未检出酵母、霉菌和 coliform bacteria（大肠菌群），表明其具有优异的抗菌和抗氧化基础。

3.2. 柠檬草对青贮发酵品质的影响

添加柠檬草显著降低了青贮料的pH值、NDF和ADF含量，并减少了氨态氮积累。同时，粗蛋白和乳酸含量明显上升，而乙酸、丙酸和丁酸含量保持在较低水平。值得注意的是，10%柠檬草与LAB联用处理组的乳酸菌数量最高（6.97 Log₁₀ CFU/g FM），且有害微生物（如酵母和肠杆菌）均被有效抑制。

3.3. 柠檬草增强青贮抗氧化能力

柠檬草添加显著提高了青贮料的总黄酮（TF）、总酚（TP）含量以及DPPH、ABTS自由基清除活性和FRAP值。这表明柠檬草中的生物活性成分在青贮过程中得以保留，并增强了体系的整体抗氧化能力。

3.4. 细菌群落结构分析

α-多样性分析显示，柠檬草处理降低了细菌丰富度和核心OTUs数量，且与LAB联用效果更为显著。在门水平上，Firmicutes（厚壁菌门）成为绝对优势菌群（占比最高达92%），而Proteobacteria（变形菌门）和Bacteroidetes（拟杆菌门）受到抑制。在属水平上，Lactobacillus（乳酸杆菌）的相对丰度在10%柠檬草+LAB处理中达到81%。PICRUSt2功能预测表明，柠檬草处理组中糖转运、渗透保护和氧化应激相关基因（如opuBD、gor）显著富集，而肽/铁摄取和转座酶相关基因受到抑制。

综上所述，本研究证实了柠檬草可作为天然青贮添加剂，有效改善玉米秸秆的发酵品质、营养价值和抗氧化能力。其机制涉及通过抗菌和抗氧化成分抑制有害微生物，促进乳酸菌主导的发酵进程，并优化微生物功能基因表达。该策略不仅为秸秆资源的高效利用提供了新途径，也为开发安全、可持续的畜牧业饲料添加剂提供了理论依据和实践参考。未来研究可进一步探讨柠檬草在长期储存（≥90天）下的稳定性及其在 other forage materials（其他饲草）中的应用潜力。