构树（Paper mulberry）作为一种具有潜力的生物资源，在农业生产中备受关注。然而，由于其糖分含量较低，其发酵过程中乳酸菌的活性和乳酸生成受到限制，影响了发酵质量。

近日，由中国农业大学杨富裕教授团队主导的一项研究成果在国际环境科学与生态学1区Top期刊《Bioresource Technology》（IF=9.7，一区Top）上发表。该研究探讨了在构树青贮厌氧发酵中，蔗糖加载生物炭如何通过增强微生物群落，特别是乳酸菌的增殖，显著提高乳酸产量，并减少甲烷排放。这项研究利用了天昊微生物Accu16S^®细菌绝对定量测序专利技术，深入分析了构树发酵过程中微生物群落的动态变化及其对乳酸生成的影响，提供了关于发酵优化的新见解。

值得一提的是，本研究中涉及的α和β多样性分析、微生物群落结构差异及动态变化，以及微生物群与乳酸生成的相关性分析，均基于“绝对丰度”和“相对丰度”数据进行（天昊绝对定量测序技术，一次检测即可同时获得绝对和相对定量结果）。与传统相对定量方法相比，绝对定量方法使得研究结果更加全面和精确。此前，Nature及其子刊多篇文章已指出，在微生物相关研究中，采用“绝对定量”数据更具真实性和可信性（文章链接：多篇Nature强烈建议：微生物真实差异、疾病标记物、核心菌群筛选、模型预测、动态变化、菌群互作网络、群落组装要用“绝对定量”；）。

英文题目：Game changer for anaerobic fermentation of paper mulberry: Sucrose-loaded biochar enhancing microbial communities and lactic acid fermentation

中文题目：构树厌氧发酵的游戏规则改变者：加载蔗糖的生物炭增强微生物群落和乳酸发酵

发表期刊：Bioresource Technology

影响因子：9.7（1区Top）

发表时间：2024年10月

本研究概览 

研究者首先对发酵过程中的乳酸含量变化进行了检测。在构树的厌氧发酵过程中，随着时间的推移，乳酸与乙酸的比例发生了显著变化。研究表明，加入生物炭与蔗糖的处理组在发酵初期的乳酸含量显著增加，而乙酸含量则相对较低。乳酸的增加是厌氧发酵质量的关键，这些乳酸菌在发酵过程中起到了重要的作用，尤其是在发酵的第3天和第7天，乳酸的快速生成促进了发酵稳定性的提升。

研究之后对微生物群落演替进行了检测。结果显示，发酵过程中，构树的微生物群落结构发生了显著变化。初期的发酵样品中存在多种细菌，但随着时间的推移，乳酸菌逐渐成为主导菌群，尤其是在加入蔗糖和生物炭的处理组，乳酸杆菌的增殖显著增强。这种乳酸菌的快速增殖是发酵过程中酸度控制的关键因素，有效抑制了其他潜在腐败细菌的增长。

随后研究者对微生物群落与发酵特性的相关性进行了深入分析。通过构建微生物与发酵代谢物的相关性网络，研究发现，特定细菌群落与乳酸生成的密切联系。例如，Lactiplantibacillus与乳酸的生成呈现正相关，这表明这些细菌可能通过调控糖类代谢途径，促进了乳酸的生成。此外，研究发现，蔗糖与生物炭的组合处理显著减少了厌氧发酵中甲烷的排放，并且抑制了腐败细菌如Pantoea和Proteobacteria的增长。

此外，发酵过程中，蔗糖-生物炭组合处理的构树在发酵75天时，干物质降解率达到45.9%，显著高于其他处理组的降解率。研究表明，蔗糖的添加为乳酸菌提供了充足的发酵底物，而生物炭则有效调节了发酵环境的酸度，从而提高了发酵质量并减少了温室气体的排放。

本研究首次采用微生物绝对定量测序技术，揭示了构树厌氧发酵过程中微生物群落的动态变化及其与乳酸生成的相互作用。通过对微生物群落与发酵代谢物的关联分析，研究表明乳酸菌在发酵过程中起到了关键作用，优化了发酵性能并减少了环境影响。

该研究结果为青贮厌氧发酵过程的优化提供了新的科学依据，同时也为未来通过调节发酵添加剂，进一步提升发酵效率和环境可持续性提供了参考。这项研究不仅为构树这样的生物资源发酵提供了理论支持，还为青贮发酵饲料工业的质量提升与环境保护提供了新方向。

图1、发酵不同阶段的微生物多样性及主成分分析（PCA）。CN，对照组；BN，单独加生物炭；BS，生物炭和蔗糖、CS，单独加蔗糖。

图2、发酵微生物群落在属水平上的绝对丰度组成。CN，对照组；BN，单独加生物炭；BS，生物炭和蔗糖、CS，单独加蔗糖。研究分析了3 天、7 天、15天和75天青贮样本。

图3、不同发酵时间微生物群落特征微生物绝对丰度的随机森林分析。CN，对照组；BN，单独加生物炭；BS，生物炭和蔗糖、CS，单独加蔗糖。

图4、生物炭和蔗糖促进构树青贮乳酸发酵的机理示意图。

图5、构树青贮体外瘤胃发酵特性分析。(a) 体外可消化的干物质；(b) 天然气产量；(c) CH4产生量和 (d) CO2产量。

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