Screening and identification of low temperature tolerant lactic acid bacterial epiphytes from oats on the Qinghai-Tibetan Plateau

doi:10.11686/cyxb2021358

Abstract

Abstract:

This research aimed to identify potential lactic acid bacteria （LAB） strains that provide improved fermentation quality of oat （Avena sativa） silage under low temperature. Epiphytic LAB were collected from oat plants at different altitudes on the Qinghai-Tibetan Plateau. Cold tolerant strains were screened by restricted culture， and their acid and salinity tolerance， acid production and growth rate were compared. These strains were identified by means of 16S rDNA sequence analysis. In the initial isolation 232 strains of lactic acid bacteria were isolated， and 56 of these were retained for further screening after Gram’s stain testing， microscopy and a catalase test. Low temperature screening revealed 18 low-temperature tolerant strains. These could grow at temperatures of 5-20 ℃， 3.0% and 6.0% NaCl， and pH 3.0-5.0. Among these 18 strains， 14 were homofermentative and 4 strains were heterofermentative. For the 14 homofermentative LAB strains， strains designated OCPP₃， OL₃， OL₈， OL₂₅， OL₃₆， OL₅₄， OL₇₇and OL₁₂₂ had higher acid production and growth rate than others. OCPP₃， OL₃₆ and OL₇₇ were identified as Pediococcus pentosaceus， OL₃ and OL₅₄ as Lactobacillus pentosus， and OL₈， OL₂₅ and OL₁₂₂ as Lactobacillus plantarum. After culturing for 25 h， the optical density （OD） value of strain OL₇₇ （2.52） was the highest among all cultured strains， followed by OL₅₄ （2.50）. Considering the observed low temperature tolerance， acid production and growth rate， and their diversity， these three LAB strains show promise as potential additives for oat silage fermentation at low temperature on the Qinghai-Tibetan Plateau.

Key words: Qinghai-Tibetan Plateau, oats, silage, low temperature tolerant-lactic acid bacteria

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Figures/Tables 8

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项目Item	西宁Xining	天祝Tianzhu	山丹Shandan	合作Hezuo	海晏Haiyan	玛曲Maqu	果洛Guoluo	称多Chengduo
经度Longitude	E 101°33′55″	E 102°47′49″	E 101°10′31″	E 103°31′35″	E 100°54′11″	E 101°43′36″	E 100°23′20″	E 97°08′13″
纬度Latitude	N 36°29′51″	N 37°11′24″	N 38°11′45″	N 35°35′34″	N 36°57′29″	N 34°04′51″	N 34°47′44″	N 33°48′18″
海拔Altitude （m）	2295	2797	2860	2957	3052	3474	3765	4217

项目Item	西宁Xining	天祝Tianzhu	山丹Shandan	合作Hezuo	海晏Haiyan	玛曲Maqu	果洛Guoluo	称多Chengduo
经度Longitude	E 101°33′55″	E 102°47′49″	E 101°10′31″	E 103°31′35″	E 100°54′11″	E 101°43′36″	E 100°23′20″	E 97°08′13″
纬度Latitude	N 36°29′51″	N 37°11′24″	N 38°11′45″	N 35°35′34″	N 36°57′29″	N 34°04′51″	N 34°47′44″	N 33°48′18″
海拔Altitude （m）	2295	2797	2860	2957	3052	3474	3765	4217

材料来源 Material source	发酵时间 Fermentation time （d）	菌株名称 Strain name
西宁Xining	3	OCLF₄， OCLF₆
西宁Xining	60	OLP₁
天祝Tianzhu	3	OCEF₂
天祝Tianzhu	60	OCLB₇
山丹Shandan	3	OCPP₃
山丹Shandan	60	OL₂₅
合作Hezuo	3	OL₃
合作Hezuo	60	OCWC₈， OCWC₉
海晏Haiyan	3	OL₃₆
海晏Haiyan	60	OL₈
玛曲Maqu	3	OCLP₅
玛曲Maqu	60	OL₂₀₅
果洛Guoluo	3	OL₅₄
果洛Guoluo	60	OL₁₉₄
称多Chengduo	3	OL₇₇
称多Chengduo	60	OL₁₂₂

材料来源 Material source	发酵时间 Fermentation time （d）	菌株名称 Strain name
西宁Xining	3	OCLF₄， OCLF₆
西宁Xining	60	OLP₁
天祝Tianzhu	3	OCEF₂
天祝Tianzhu	60	OCLB₇
山丹Shandan	3	OCPP₃
山丹Shandan	60	OL₂₅
合作Hezuo	3	OL₃
合作Hezuo	60	OCWC₈， OCWC₉
海晏Haiyan	3	OL₃₆
海晏Haiyan	60	OL₈
玛曲Maqu	3	OCLP₅
玛曲Maqu	60	OL₂₀₅
果洛Guoluo	3	OL₅₄
果洛Guoluo	60	OL₁₉₄
称多Chengduo	3	OL₇₇
称多Chengduo	60	OL₁₂₂

特征Characteristics	OLP₁	OCEF₂	OCPP₃	OCLF₄	OCLP₅	OCLF₆	OCLB₇	OCWC₈	OCWC₉	OL₃	OL₈	OL₂₅	OL₃₆	OL₅₄	OL₇₇	OL₁₂₂	OL₁₉₄	OL₂₀₅
形状 Shape	杆菌 Bacillus	球菌 Coccus	球菌 Coccus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	球菌 Coccus	杆菌 Bacillus	球菌 Coccus	杆菌 Bacillus	杆菌 Bacillus	球菌 Coccus
发酵类型Fermentation type	异型 Hetero	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	异型 Hetero	异型 Hetero	异型 Hetero	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo	同型 Homo
革兰氏染色Gram stain	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
过氧化氢酶Catalase	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
葡萄糖产气Gas from glucose	+	-	-	-	-	-	+	+	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-
NaCl
3.0%	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
6.0%	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
pH
5.0	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
4.5	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
4.0	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
3.5	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
3.0	+	W	+	W	+	W	+	W	W	+	+	W	+	+	+	+	W	W
温度Temperature （℃）
20	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
15	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
10	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
5	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+