【摘要】：雙峰駝棲息于干旱的荒漠和半荒漠地區(qū),被譽為“沙漠之舟”的雙峰駝經(jīng)過長期的自然選擇,形成了解毒、耐饑渴、耐干旱等能力。雙峰駝喜食高鹽或具有一定毒性的食物,其消化系統(tǒng)不同于其他的反芻動物,前胃僅有瘤胃、網(wǎng)胃、皺胃三室,沒有瓣胃組成。動物胃腸道中存在大量的微生物群落,構(gòu)成了動物消化道的微生物區(qū)系,這些微生物群落與動物的食性、機體免疫、營養(yǎng)需求等密切相關(guān)。但是,目前針對駱駝獨特的腸道微生物的相關(guān)報道較少。因此,本研究首先對雙峰駝胃腸道微生物的進(jìn)行16r DNA測序,研究了雙峰駝胃腸道不同區(qū)段和不同年齡細(xì)菌群落組成的動態(tài)變化情況,掌握其多樣性變化規(guī)律,并揭示其中的優(yōu)勢物種。其次,對糞便樣品開展全宏基因組鳥槍法測序研究,從DNA水平更全面的展示整個群落的組成和微生物降解纖維素的能力。在此基礎(chǔ)上,以雙峰駝的糞便樣本為研究對象,分離和篩選高效降解纖維素的細(xì)菌并研究其產(chǎn)纖維素酶的特性,為挖掘駱駝源纖維素酶源提供一定的理論依據(jù)。本研究表明雙峰駝腸道微生物組是一種密集且尚未開發(fā)的酶的來源,在食品加工行業(yè)或動物飼料行業(yè)中具有巨大的應(yīng)用潛力。主要研究結(jié)果如下:(1)基于擴增子測序的雙峰駝胃腸道小同區(qū)段的微生物多樣性分析基于16S rDNA高變區(qū)V4測序,分析了來自11峰成年雙峰駝8個區(qū)段瘤胃、網(wǎng)胃、皺胃、十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結(jié)腸和糞便樣本的99個樣本的菌群多樣性。該研究共發(fā)現(xiàn)27個門,其中厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和疣微菌門(Verrucomicrobia)門是整個雙峰駝胃腸道中的優(yōu)勢菌群,廣泛存在于雙峰駝胃腸道。但胃腸道不同區(qū)段間微生物群落組成仍存在顯著的空間特異性。特別是,在大腸和糞便樣品中發(fā)現(xiàn)了相對豐度較高的阿克曼菌屬(Akkermasia)和未分類的胃瘤菌科(Ruminococcaceae),而在胃和小腸中存在更多未分類的梭菌科(Clostridiales)和未分類擬桿菌科(Unclassified Bacteroidales)。通過相似性分析發(fā)現(xiàn),大腸中的微生物與糞便中的微生物具有較高相似性,但與胃中微生物群落的相似性較低�；谖⑸锶郝浯x功能預(yù)測,發(fā)現(xiàn)胃中富集到高比例的與代謝疾病有關(guān)的功能,十二指腸和空腸含有較高比例的與癌癥和傳染的功能。這些結(jié)果為了解雙峰駝的胃腸道微生物群落特征提供了一定的理論依據(jù)。(2)基于擴增子測序的雙峰駝不同年齡腸道微生物多樣性分析基于16S rDNA基因高通量測序技術(shù)對不同年齡的雙峰駝糞便微生物群落進(jìn)行分析。研究表明:隨著年齡的增長,微生物群的多樣性不斷增加,并且在1歲大時雙峰駝腸道中微生物的組成也趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在門水平,2個月大幼駝主要由厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和疣微菌門(Verrucomicrobia)組成。但是,1歲和3歲雙峰駝由厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和疣微菌門(Verrucomicrobia)門為主導(dǎo)。在屬的水平上,Christensenellaceae_R-7_group 屬,Ruminococcaceae_UCG-005屬,阿克曼菌屬(Akkermansia)是1歲和3歲雙峰駝腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌群。但是布勞特氏菌屬(Blautia),梭桿菌屬(Fusobacterium)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)在 2個月大的幼駝中更加豐富,并在此階段2個月大幼駝腸道內(nèi)也侵入大量的埃希氏菌/志賀氏菌屬(Eschericha-Shigella)。基于微生物群落代謝功能預(yù)測,2個月大的幼駝腸道中與免疫系統(tǒng)疾病相關(guān)的功能富集程度較高。該研究首次對不同年齡的雙峰駝腸道微生物群的分布進(jìn)行研究,為今后深入了解雙峰駝的腸道特征提供了一定的科學(xué)依據(jù)。(3)基于宏基因組測序的雙峰駝糞便微生物組成和功能研究本研究分別采集3峰野生和8峰家養(yǎng)雙峰駝糞便樣品進(jìn)行測序,對雙峰駝糞便微生物宏基因組進(jìn)行組成和功能注釋。結(jié)果表明:雙峰駝腸道中細(xì)菌占93.73%,古生菌占0.8%,真菌占0.4%。針對CAZy數(shù)據(jù)庫對所測序列進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),腸道中38.3%為編碼糖苷水解酶,26.3%為編碼糖基轉(zhuǎn)移酶,13.3%為編碼碳水化合物酯酶,12.5%為編碼碳水化合物結(jié)合模塊,4.5%為編碼輔助氧化還原酶,2.8%為多糖裂解酶。此次研究共被富集到126個不同的糖苷水解酶家族,GH2,GH3,GH5,GH13相對豐度最豐富的酶類。其中,內(nèi)切葡聚糖酶,內(nèi)切纖維素酶,脫支酶和寡糖降解酶是家養(yǎng)和野生雙峰駝腸道內(nèi)最主要的纖維素降解酶。梭菌屬(Clostridium),瘤胃球菌屬(Ruminococcus)擬桿菌屬(Bacteroides),糞桿菌屬(Faecalibacterium),類芽孢桿菌屬(Paenibacillus)在家養(yǎng)和野生雙峰駝腸道消化纖維中發(fā)揮著關(guān)鍵作用�；谔妓衔镒⑨岋@示,家養(yǎng)和野生雙峰駝碳水化合物酶類注釋具有較高相似性,但與其他反芻動物存在一定差異。該研究為深入挖掘雙峰駝腸道微生物資源奠定科學(xué)依據(jù),為開發(fā)駱駝源的纖維素酶類提供一定理論基礎(chǔ)。(4)雙峰駝糞便中纖維素分解菌的分離鑒定及產(chǎn)酶特性研究采用羧甲基纖維素平板法初篩和搖瓶發(fā)酵法復(fù)篩,從雙峰駝糞便中分離篩選出1株能夠高效降解纖維素的細(xì)菌:采用形態(tài)學(xué)、生理生化特性以及16S rDNA序列的同源性分析,基于其所產(chǎn)CMCase酶反應(yīng)的碳源、氮源、pH、溫度、時間和接種量來評價該菌株的酶學(xué)特性。結(jié)果表明:初步鑒定該菌株為Cellulosimicrobium cellulans strain。該酶在50℃,pH為6.0時酶活力最佳,且具有較好的熱穩(wěn)定性。該菌株液體發(fā)酵的最佳氮源是酵母提取物,最佳碳源是麥芽糖,最佳接種量10%,最適初始pH 7.0,最適溫度30℃,最適發(fā)酵時間72h。所篩選菌株所產(chǎn)生的酶具有一定的耐堿性和耐熱性,可將其應(yīng)用于食品行業(yè)或廢料處理等方面。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q93
【圖文】：

圖１．１駱駝科動物生物學(xué)分類逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１．１邋Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｍｃｌｕｓ逡逑＇、，逡逑

圖１．２世界上駱駝科動物的分布逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｃａｍｅｌ邋ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｏｒｌｄ逡逑

圖１．３纖維素酶水解過程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ．邋１．３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｎｚｙｍａｔｉｃ邋ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2790254