产蛋鸡氨气减排菌株的筛选及其功能基因验证

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hesehuzi
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氨气排放是目前养殖业污染中最受关注的问题之一。近年来,国内外关于畜禽氨气减排已有大量的研究,微生物由于其高效、低成本、无污染等特点而被重点关注。但动物体氨气减排菌株的减排机理以及关键功能基因尚不清楚。本研究通过产蛋鸡盲肠高效氨氮降解菌株的筛选,探究其动物体氨气减排的机理,寻找并验证氨气减排的关键基因,为寻求高效产蛋鸡氨气减排措施提供理论基础。本研究分三部分。试验一采用富集培养,梯度驯化的方式从产蛋鸡鸡粪和产蛋鸡盲肠内容物中筛选氨氮耐受菌,通过氨氮降解试验进一步筛选出氨氮降解能力较强的菌株。试验二使用试验一筛选出的两株氨氮降解菌进行体外发酵试验,设对照组(CK)、凝结芽孢杆菌组(B1)和屎肠球菌组(C2)共三个处理,每个处理3个重复,测定氨气产量并分析理化指标、总细菌数和氨同化基因转录表达情况,探究菌株氨气减排的能力及其机制。试验三通过实时荧光定量PCR(polymerase chain reaction,聚合酶链式反应)测定在氨氮胁迫下凝结芽孢杆菌B1和屎肠球菌C2的氨同化基因表达情况,初步确定所筛菌株降解氨氮的关键基因,并构建大肠杆菌重组载体,通过体外发酵试验,验证降解氨氮的关键基因—GDH(glutamate dehydrogenase,谷氨酸脱氢酶)基因(gdh A),GS(glutamine synthetase,谷氨酰胺合成酶)基因(gln A),GMPS(GMP synthase,鸟苷酸合成酶)基因对产蛋鸡氨气产生的影响,从基因的角度进一步解释所筛菌株的氨气减排的机制。主要结果如下:(1)筛选出10株氨氮耐受菌,分别属于乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici strain)、约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii strain)、乳酸片球菌Pediococcus acidilactici strain)、鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus strain LS8)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagu Lans strain)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagu Lans strain)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagu Lans strain)、屎肠球菌(Enterococcus faecium strain)、屎肠球菌(Enterococcus faecium strain),枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis strain);其中屎肠球菌C2和凝结芽孢杆菌B1具有较好的氨氮降解能力和耐受能力,氨氮降解率分别为97.00%,99.78%,显著高于其他菌株(P<0.05)。(2)添加屎肠球菌C2,凝结芽孢杆菌B1均能显著降低产蛋鸡盲肠氨气排放,其减排比例分别为53.60%,31.38%(P<0.05)。与对照组相比,添加屎肠球菌C2,凝结芽孢杆菌B1均能显著降低脲酶活性(P<0.05),增加总细菌数(P<0.05),且B1组和C2组发酵液中gdh A基因、gln A基因、GMPS基因、GOGAT(Glutamate synthase,谷氨酸合酶)基因(glt B)的表达量相对于CK组显著上调(P<0.05)。(3)在氨氮胁迫下凝结芽孢杆菌B1的GMPS基因和gln A基因表达量显著上调(P<0.05),屎肠球菌C2的gdh A基因表达量显著上调(P<0.05),结合体外发酵试验结果,gdh A基因、gln A基因和GMPS基因可能是屎肠球菌C2和凝结芽孢杆菌B1调控产蛋鸡机体氨气减排的关键基因。(4)通过PCR获得目的基因,分别成功构建了gdh A基因、gln A基因和GMPS基因的重组菌。通过体外发酵试验表明,与CK组相比,分别添加gdh A基因、GMPS基因和gln A基因的重组菌均能显著降低氨气产量(P<0.05),氨气减排率分别为55.5%,43.6%,54.8%,且添加gdh A基因重组菌和gln A基因重组菌的氨气产量显著低于空载对照组(P<0.05)。各试验组的总细菌数及其对应基因表达量均显著高于CK组(P<0.05);添加gln A基因重组菌的p H显著低于空载对照组(P<0.05),添加gdh A基因重组菌的发酵液脲酶活性显著低于CK组(P<0.05),添加GMPS基因重组菌的硝态氮含量显著高于空载对照组(P<0.05)。综上所述,屎肠球菌C2和凝结芽孢杆菌B1均能显著降低产蛋鸡盲肠氨气的产生。gdh A基因和gln A基因可能是屎肠球菌C2和凝结芽孢杆菌B1氨气减排关键基因。通过调控gdh A基因和gln A基因的表达可能降低p H,抑制微生物的脲酶活性,促进微生物的增殖,加快氨态氮向硝态氮的转化,从而减少氨气排放。
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