青貯微生物
——飼料發(fā)酵過程中永恒的話題

楊富裕

（中國農(nóng)業(yè)大學草業(yè)科學與技術(shù)學院，北京 100193）

青貯發(fā)酵主要原理是在厭氧條件下，飼草表面自然附生的微生物（主要為乳酸菌）利用新鮮飼草中可溶性碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生乳酸等有機酸，形成酸性環(huán)境，進而抑制腐敗微生物生長。深入探究青貯發(fā)酵過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)和演替規(guī)律，對闡明青貯發(fā)酵機理以及調(diào)控青貯發(fā)酵品質(zhì)奠定重要理論基礎(chǔ)。

芬蘭科學家Artturi Virtanen首次發(fā)現(xiàn)在厭氧條件下，降低pH值可抑制飼草表面有害微生物生長，進而達到使新鮮飼草長期保存的目的。該研究成果在1945年獲得諾貝爾化學獎，并開啟了飼草青貯微生物研究的大門。為了進一步探究青貯微生物菌群結(jié)構(gòu)，后期研究者根據(jù)微生物生長營養(yǎng)需求和環(huán)境條件，利用經(jīng)典微生物培養(yǎng)技術(shù)，闡明了青貯飼料乳酸菌對優(yōu)良青貯發(fā)酵的關(guān)鍵作用，以及梭菌和真菌是青貯發(fā)霉變質(zhì)的主要貢獻者。

然而，青貯環(huán)境中微生物具有多樣性高的特點，而大部分微生物使用傳統(tǒng)的方法仍然是“不可培養(yǎng)的”，并且能被培養(yǎng)的小部分微生物不能夠代表微生態(tài)的多樣性。80年代，隨著分子生物學技術(shù)的快速發(fā)展，非培養(yǎng)技術(shù)手段如變形梯度凝膠電泳（DGGE）、限制性片段長度多態(tài)性（PCR-RFLP）和實時熒光定量PCR（qPCR）明顯提升了我們對青貯發(fā)酵過程中細菌和真菌等微生物多樣性的認識，并且引導產(chǎn)生許多有趣的假設(shè)以及發(fā)現(xiàn)新的微生物物種。進入2000年后，高通量基因測序技術(shù)平臺(Ilumina、Roche 454、Ion Torrent、PacBio) 讓宏基因組測序成為可能，它不僅可以提供青貯生態(tài)系統(tǒng)中物種水平的特定信息，還可以評估微生物群落與代謝途徑之間的相互關(guān)系。近年來，這種新方法已經(jīng)徹底改變青貯飼料中微生物群落的研究。

雖然目前關(guān)于青貯微生物多樣性研究有了很大的飛躍，但是多聚焦在乳酸菌群上，對其它微生物菌群結(jié)構(gòu)、功能尤其是菌群之間的相互作用研究較少。運用分子技術(shù)評價微生物菌群，會檢測到?jīng)]有活性的微生物DNA，進而影響到對青貯發(fā)酵品質(zhì)起關(guān)鍵作用微生物的判斷。此外，聯(lián)合使用微生物組和代謝組學技術(shù)，對探究青貯飼料微生物群落和代謝途徑的動態(tài)變化規(guī)律也做出重要貢獻。因此，未來如何進一步提高測序技術(shù)的精度廣度以及如何能通過代謝組學進一步從細胞代謝水平全面揭示青貯發(fā)酵產(chǎn)物中代謝物組分的種類和數(shù)量，確定其生物標志物和特異性代謝譜，將為青貯飼料的科學評定和深度利用提供更為全面的理論參考依據(jù)。

在此背景下，為了梳理和總結(jié)青貯微生物研究最新現(xiàn)狀，《生物技術(shù)通報》邀請了國內(nèi)相關(guān)專業(yè)研究人員，就青貯微生物主題撰寫了11篇論文，形成了本專題。內(nèi)容包括青貯微生物多樣性［1-7］、代謝組分［8］以及青貯微生物功能基因鑒定與功能解析［9-11］等方面，詳細介紹了青貯微生物技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，為推動我國青貯微生物在產(chǎn)業(yè)和科研方面的快速發(fā)展提供重要參考信息。

值此主題專題出版之際，謹向所有提供稿件的同行及審稿專家致謝；向《生物技術(shù)通報》編輯部致謝，感謝他們?yōu)槲覈噘A微生物研究的成果展示和交流做出的重要貢獻。