禾本科牧草附着植物乳杆菌和蒙氏肠球菌的发现及应用的制作方法

文档序号:590172阅读:412来源:国知局
专利名称:禾本科牧草附着植物乳杆菌和蒙氏肠球菌的发现及应用的制作方法
技术领域
本发明涉及两株在禾本科牧草青贮中发挥作用的乳酸菌,一株为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)S2409,一株为蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii)S1518。准确的说,本发明描述了植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)S2409和蒙氏肠球菌(Enterococcusmundtii)S1518在禾本科牧草中的发现及在牧草青贮中的应用。

背景技术
如今随着牧草加工业的发展,反刍家畜的粗饲料已由青草或干草转换为具有省力、生产性能高、费用低及通年可利用的青贮饲料生产体系。为此生产高品质青贮饲料的技术,越来越引起畜牧界的广泛关注。在青贮调制过程中,由于青贮原料干物质含量、碳水化合物、缓冲能,及所携带的菌群数量和组成不同,同时建立和维持严格厌氧环境条件的困难,通常使植物中所含的糖类不可能最大程度的转化为有机酸,从而并不能获得理想的发酵效果。微生物添加剂作为有机添加剂,具有生态安全,应用方便、价格低廉等优点,目前正在被深入的研究。
青贮调制最基本的微生物原则是促进并维持广泛而持久的乳酸发酵,通过厌氧状态下pH值下降,抑制植物酶和有害微生物活力。因此在调制青贮过程中,接种适宜的乳酸菌添加剂是非常必要的。多年来人们利用所筛选的菌株改善青贮的品质。但是早期的菌株大多来自奶牛胃肠道及乳产品,而不是分离于自然界中植物上所附着的乳酸菌,有一些并不适合于青贮发酵的菌株被用作青贮添加剂。如今随着分子生物学及各种技术手段的不断改进,对乳酸菌青贮添加剂的研究不断深入,市场上已出现了多种乳酸菌添加剂,但主要以玉米青贮和豆科牧草青贮为主,针对禾本科牧草青贮的添加剂品种非常少。一直以来,豆科牧草以较高的蛋白含量受到了广大生产者的青睐。但有研究表明,从构成细胞壁物质的成分组成上分析,豆科牧草结晶体化程度高的纤维、木质素含量高于禾本科牧草,说明豆科牧草消化率要低于禾本科牧草。在这一点上,禾本科牧草有着豆科牧草所不可替代的优势。
本发明的目的是提供一种为了减少牧草青贮发酵损失,提高青贮发酵品质而使用的乳酸菌添加剂。通过加入促进发酵的乳酸菌使牧草青贮的pH值迅速下降。pH值迅速下降可以使青贮饲料蛋白水解降低,乳酸产量增加,乙酸和丁酸含量下降,乙醇含量下降,同时还可以更好的抑制能量和蛋白的损失。乳酸的产生率加快是由于乳酸菌迅速增殖缩短了发酵滞后时间,降低了不同微生物同乳酸菌的抗性作用,并且由于迅速的酸化作用,使牧草中蛋白水解和脱氨基反应下降,由此抑制了丁酸菌的产生和蛋白水解酶的形成,从而使牧草的营养成分最大程度的保存下来,以满足家畜的营养需要。
现有技术的描述 不同种类的乳酸菌,存活环境不同,其特征也不相同。人们发现植株表面与内部、乳中、肉中或动物体内存在的乳酸菌的特征均不相同。在分类学上将所有乳酸菌分为4个科,乳杆菌科,肠球菌科,明串珠菌科,链球菌科(Garrity,2001)。细胞形状分为长或短杆形,球形或卵圆形,且均不产生孢子,大多菌株没有运动性。通常情况下,它们都需要碳水化合物作为能源和碳源,对营养要求高,需要复杂的底物。乳酸菌的生长温度范围5-50℃,最适温度25-40℃。乳酸菌生长的初始pH值为5-6,若青贮原料的初始pH值为7或高于7时,乳酸菌活动就会下降。
乳酸菌一般可以使糖类发酵成乳酸,因此经常被用于生产发酵食品,如发酵酸奶、干酪、制作泡菜等。此外还利用它们产生的生物活性物质来生产药物及保健品。具有代表性的这些乳酸菌为嗜热链球菌、乳酸球菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌以及植物乳杆菌。这些乳酸菌均可以在人和动物的消化道中附着,并且可以通过创造酸性环境以及产生乳酸和细菌素,来抑制肠道中有害微生物的生长,增强动物体的免疫机能,从而保持动物机体健康。
在我国地域辽阔的牧区,禾本科牧草是反刍家畜粗饲料的重要组成部分。如何进行合理调制将牧草的保藏损失降到最低,就目前来说青贮是最为理想的保藏方法。牧草上附着的乳酸菌是主导青贮发酵的重要菌群。但是通常情况下天然附着的乳酸菌数量非常少(<105cfug-1鲜物质)。市场上存在的乳酸菌添加剂,大多是从玉米或苜蓿青贮中分离而来。国内,对于禾本科牧草上所附着的乳酸菌的分离报道较少见。本发明所描述的这两株由禾本科牧草分离的乳酸菌可以为调制高品质牧草青贮饲料提供有力的保证。
发明概述 青贮发酵是一个非常复杂的动态过程,受多种因素的影响。由于发酵过程的不可控性,并不能确保总是产出高质量的青贮,因此人们进行了大量的尝试来完善青贮作物的发酵过程。如,通过加入青贮添加剂来提高发酵品质,抑制高水分青贮(<25-30gkg-1)中丁酸的产生。此外青贮添加剂也可以用于降低干物质的损失,减少发酵过程中及发酵完成后营养物质的损失。
通过加入乳酸菌添加剂,可以改善青贮发酵过程,但是并不是任何条件下乳酸菌添加剂都可以发挥作用,如加入的菌株在目标作物上不生长,水溶性碳水化合物浓度在鲜作物上含量过低或青贮作物的水分含量过低等情况下添加剂都是无效的。为了保证添加剂的有效活力,乳酸菌青贮添加剂应该对不同青贮原料具有针对性。这样可以使发酵速率更快,并且可以缩短乳酸菌同青贮原料重新组合的滞后时间,因此就需要考虑多种因素,如青贮原料的化学组成、微生物组成等,根据不同的青贮原料筛选适宜的菌株就显得尤为重要。
根据实验证实,已分离到的乳酸菌S2409可以广泛的利用各种糖源、并且可以在pH较低的环境下生长、在培养三天时活菌数可达到109-1010cfu/ml,可以使青贮pH值在短期内迅速降低。这株乳酸菌经中国科学院微生物研究所鉴定[(2006)微检字第212号]为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum);同时,已分离到的另一株乳酸菌S1518经鉴定为蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii),它也可以广泛利用多种糖源,并且可以在45℃高温条件下生长,这一特点在青贮初期至关重要。因为在青贮早期环境温度通常较高,并且由于植物的呼吸作用,青贮窖内温度常常会超过40℃,高温往往会导致乳酸菌添加剂失效或使用效果下降,但是蒙氏肠球菌可以在这种高温环境下生长,使青贮初期pH值迅速下降,为调制优良青贮奠定基础。
该植物乳杆菌于2006年12月26日在中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)保藏,同时收到保藏登记号CGMCC No.1899。其分类命名为植物乳杆菌,拉丁名为Lactobacillusplantarum;该蒙氏肠球菌于2006年12月26日在中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)保藏,同时收到保藏登记号CGMCC No.1900。其分类命名为蒙氏肠球菌,拉丁名为Enterococcusmundtii 本发明的优点是,牧草上附着的植物乳杆菌和蒙氏肠球菌的开发应用,可以控制牧草青贮饲料发酵模式,减少青贮原料在贮藏过程中营养物质的损失,改善饲料的适口性,必将为饲料工业和畜牧业发展做出贡献。
发明详述 样品的采集与处理取自然生长的开花期禾本科牧草披碱草全株、乳熟期老芒麦全株,剪成2cm左右的牧草段。取牧草段样品30g,放入270ml无菌水中,浸泡60分钟,放入搅拌机中(搅拌机的搅拌杯经灭菌处理),充分搅碎,四层纱布过滤,取滤液(浓度为10-1g/ml)10ml,做梯度稀释。
梯度稀释方法①从滤夜中吸取1ml加入灭菌试管中,后加入9ml无菌水,所得浓度为10-2g/ml。②从①中取1ml混合液加入9ml无菌水中,所得浓度为10-3g/ml。③依此类推,总共做到10-8g/ml。
乳酸菌的分离利用倾注培养法进行乳酸菌分离。将不同浓度的稀释液,用移液器分别取1ml,加入预先编好号的培养皿中,再倒入45-50℃灭菌的MRS培养基,迅速摇匀。30℃倒置培养3天;后选取有溶钙圈的菌落进行平板划线纯化菌株,平板划线后,30℃倒置培养3天;后选取单菌落继续平板划线,直到得到纯菌株为止。
对所分离到的菌株进行微生物学特性的检测,检测项目包括形态学观察;革兰氏染色;接触酶试验;氧化酶试验;可否在空气中生长试验;产乳酸检测;发酵葡萄糖、葡萄糖酸盐产气试验;氧化/发酵(O/F)试验;在45℃生长试验;pH 4.5、pH 9.6时生长试验;葡萄糖、葡萄糖酸钠、纤维二糖、阿拉伯糖、蔗糖、海藻糖、果糖、核糖、甘露糖、甘露醇、乳糖、棉籽糖、山梨醇、麦芽糖、松三糖、水杨素、七叶灵、蜜二糖半乳糖产酸,木糖、鼠李糖发酵试验;以及进行16Sr DNA序列的测定;此外对蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii)S1518还进行了6.5%氯化钠生长试验;检测结果见附表(检测鉴定报告)。
青贮的调制方法取禾本科牧草刈割、萎蔫24h(萎蔫时隔一定时间翻堆,保持含水率均匀),剪碎,均匀混合,将植物乳杆菌和蒙氏肠球菌GYP培养液分别用无菌水稀释后,用喷壶均匀喷洒于青贮原料上,喷洒量为10ml/kg(1%的添加量),添加菌数约为每克鲜草中约5×106cfu,充分搅拌混合。装入青贮容器中装实、压紧、密封,常温发酵、贮藏。
下面结合实施例进一步验证本发明 实施例I 蒙氏肠球菌S151845℃生长实验 (1)所用培养基GYP碳酸钙琼脂培养基。
(2)接种接种针沾取GYP液体培养基生长好的待测定培养液,穿刺接种。
(3)培养条件及时间于45℃培养24h-72h观察生长情况。
(4)结果观察穿刺孔周围生成透明带。
这表明在45℃时蒙氏肠球菌S1518仍在生长。
实施例II 植物乳杆菌S2409产酸性实验 (1)所用培养基GYP培养液。
(2)接种方式及培养时间将植物乳杆菌S2409一环接种于GYP液体培养基中,30℃培养,72h。
(3)结果检测用便携式酸度计检测培养液的pH值为3.45。
这表明,在较高的酸性环境下植物乳杆菌S2409仍可以生长。
实施例III 将植物乳杆菌S2409培养液和蒙氏肠球菌S1518培养液各5ml,用水稀释后用喷壶均匀喷洒于禾本科牧草青贮原料上,喷洒量为10ml/kg,添加菌数约为每克草中1×105cfu,充分搅拌混合;对照组喷洒等量的纯水。通过对青贮不同时间取样分析,pH值变化见下表pH值变化表
结论,从表中可以看出对照组和添加组的pH值有明显的差异,添加植物乳杆菌S2409组、蒙氏肠球菌S1518组均能够在青贮初期快速降低青贮的pH值;植物乳杆菌在青贮发酵的全过程均进行较稳定的乳酸发酵;蒙氏肠球菌在贮藏初期主导pH的迅速下降。迅速的酸化作用不仅可以抑制有害微生物的生长还可以降低营养物质和干物质的损失量。
序列表
植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)S2409
16S rDNA序列表
GGCGGCTGGTTCCTAAAAGGTTACCCCACCGACTTTGGGTGTTACAAACTCTCATGGTG
TGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCATGCTGATCCGCGAT
TACTAGCGATTCCGACTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAACTGAGAATGG
CTTTAAGAGATTAGCTTACTCTCGCGAGTTCGCAACTCGTTGTACCATCCATTGTAGCAC
GTGTGTAGCCCAGGTCATAAGGGGCATGATGATTTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGGT
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TGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGACAACCATGCA
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GACCTGGTAAGGTTCTTCGCGTAGCTTCGAATTAAACCACATGCTCCACCGCTTGTGCGG
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AGTTAGCCGTGGCTTTCTGGTTAAATACCGTCAATACCTGAACAGTTACTCTCAGATATG
TTCTTCTTTAACAACAGAGTTTTACGAGCCGAAACCCTTCTTCACTCACGCGGCGTTGCT
CCATCAGACTTTCGTCCATTGTGGAAGATTCCCTACTGCTGCCTCCCGTAGGAGTTTGGG
CCGTGTCTCAGTCCCAATGTGGCCGATTACCCTCTCAGGTCGGCTACGTATCATTGCCAT
GGTGAGCCGTTACCCCACCATCTAGCTAATACGCCGCGGGACCATCCAAAAGTGATAGC
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TTTCCAGGTGTTATCCCCCGCTTCTGGGCAGGTTTCCCACGTGTTACTCACCAGTTCGCC
ACTCACTCAAATGTAAATCATGATGCAAGCACCAATCAATACCAGGAGTTCGTTCGAACT
TG
蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii)S1518
16S rDNA序列表
TCCACCTTAGGCGGCTGGCTCCAAAAAGGTTACCTCACCGACTTCGGGTGTTACAAACT
CTCGTGGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCGTGCT
GATCCGCGATTACTAGCGATTCCGGCTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAAC
TGAGAGAAGCTTTAAGAGATTAGCTTAGCCTCGCGACTTCGCGACTCGTTGTACTTCCCA
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AAGGATGTCAAGACCTGGTAAGGTTCTTCGCGTTGCTTCGAATTAAACCACATGCTCCA
CCGCTTGTGCGGGCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAACCTTGCGGTCGTACTCCCCAG
GCGGAGTGCTTAATGCGTTAGCTGCAGCACTGAAGGGCGGAAACCCTCCAACACTTAGC
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GAGCCTCAGCGTCAGTTACAGACCAGAGAGCCGCCTTCGCCACTGGTGTTCCTCCATAT
ATCTACGCATTTCACCGCTACACATGGAATTCCACTCTCCTCTTCTGCACTCAAGTCTCCC
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ATGCATCGTGGCCTTGGTGAGCCGTTACCTCACCAACTAGCTAATGCACCGCGGGTCCAT
CCATCAGCGGCACCGTAAAGCGCCTTTCAAA CGAAACCATGCGGTTTCGATTGTTATAC
GGTATTAGCACCTGTTTCCAAGTGTTATCCCCTTCTGATGGGCAGGTTACCCACGTGTTA
CTCACCCGTTCGCCACTCCTCTTTTCCCGGTGGAGCAAGCTCCGGTGGGAAAAGAAGC
GTTCGACTGCATGTATAGC
权利要求
1.一种分离于禾本科牧草——披碱草的乳酸菌,名称为植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)。其特征在于细胞为杆形,革兰氏染色阳性,接触酶试验阴性,氧化酶试验阴性,可在空气中生长,兼性厌氧菌,可产生乳酸,发酵葡萄糖、葡萄糖酸盐不产气,在45℃不生长,pH4.5可以生长,pH9.6时不生长,可发酵葡萄糖、葡萄糖酸钠、纤维二糖、阿拉伯糖、蔗糖、海藻糖、果糖、核糖、甘露糖、甘露醇、乳糖、棉籽糖、山梨醇、麦芽糖、松三糖、水杨素、七叶灵、蜜二糖半乳糖产酸,不发酵木糖、鼠李糖。16S rDNA序列测定结果为
16S rDNA
GGCGGCTGGTTCCTAAAAGGTTACCCCACCGACTTTGGGTGTTACAAACTCTCATGGTG
TGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCATGCTGATCCGCGAT
TACTAGCGATTCCGACTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAACTGAGAATGG
CTTTAAGAGATTAGCTTACTCTCGCGAGTTCGCAACTCGTTGTACCATCCATTGTAGCAC
GTGTGTAGCCCAGGTCATAAGGGGCATGATGATTTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGGT
TTGTCACCGGCAGTCTCACCAGAGTGCCCAACTTAATGCTGGCAACTGATAATAAGGGT
TGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGACAACCATGCA
CCACCTGTATCCATGTCCCCGAAGGGAACGTCTAATCTCTTAGATTTGCATAGTATGTCAA
GACCTGGTAAGGTTCTTCGCGTAGCTTCGAATTAAACCACATGCTCCACCGCTTGTGCGG
GCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAGCCTTGCGGCCGTACTCCCCAGGCGGAATGCTTA
ATGCGTTAGCTGCAGCACTGAAGGGCGGAAACCCTCCAACACTTAGCATTCATCGTTTA
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TACGCCCAATAAATCCGGACAACGCTTGCCACCTACGTATTACCGCGGCTGCTGGCACGT
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TTCTTCTTTAACAACAGAGTTTTACGAGCCGAAACCCTTCTTCACTCACGCGGCGTTGCT
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TTTCCAGGTGTTATCCCCCGCTTCTGGGCAGGTTTCCCACGTGTTACTCACCAGTTCGCC
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TG
2.一种分离于禾本科牧草——老芒麦的乳酸菌,名称为蒙氏肠球菌(Enterococcusmundtii)。其特征在于细胞为球形或椭圆形,革兰氏染色阳性,接触酶试验阴性,氧化酶试验阴性,可在空气中生长,兼性厌氧菌,可产生乳酸,发酵葡萄糖、葡萄糖酸盐不产气,在45℃生长,pH4.5可以生长,pH9.6时生长,可发酵葡萄糖、纤维二糖、阿拉伯糖、蔗糖、海藻糖、果糖、核糖、甘露糖、甘露醇、乳糖、木糖、山梨醇、麦芽糖、鼠李糖、水杨素、七叶灵、蜜二糖半乳糖产酸,不发酵棉子糖、松三糖、葡萄糖酸钠。16S rDNA序列测定结果为
16S rDNA
TCCACCTTAGGCGGCTGGCTCCAAAAAGGTTACCTCACCGACTTCGGGTGTTACAAACT
CTCGTGGTGTGACGGGCGGTGTGTACAAGGCCCGGGAACGTATTCACCGCGGCGTGCT
GATCCGCGATTACTAGCGATTCCGGCTTCATGTAGGCGAGTTGCAGCCTACAATCCGAAC
TGAGAGAAGCTTTAAGAGATTAGCTTAGCCTCGCGACTTCGCGACTCGTTGTACTTCCCA
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AATAAGGGTTGCGCTCGTTGCGGGACTTAACCCAACATCTCACGACACGAGCTGACGAC
AACCATGCACCACCTGTCACTTTGCCCCCGAAGGGGAAGCTCTATCTCTAGAGTGGTCA
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CCGCTTGTGCGGGCCCCCGTCAATTCCTTTGAGTTTCAACCTTGCGGTCGTACTCCCCAG
GCGGAGTGCTTAATGCGTTAGCTGCAGCACTGAAGGGCGGAAACCCTCCAACACTTAGC
ACTCATCGTTTACGGCGTGGACTACCAGGGTATCTAATCCTGTTTGCTCCCCACGCTTTC
GAGCCTCAGCGTCAGTTACAGACCAGAGAGCCGCCTTCGCCACTGGTGTTCCTCCATAT
ATCTACGCATTTCACCGCTACACATGGAATTCCACTCTCCTCTTCTGCACTCAAGTCTCCC
AGTTTCCAATGACCCTCCCCGGTTGAGCCGGGGGCTTTCACATCAGACTTAAGAAACCG
CCTGCGCTCGCTTTACGCCCAATAAATCCGGACAACGCTTGCCACCTACGTATTACCGCG
GCTGCTGGCACGTAGTTAGCCGTGGCTTTCTGGTTAGTTACCGTCAAGGGGTGAACAGT
TACTCTCACCCTTGTTCTTCTCTAACAACAGACTTTTACGATCCGAAAACCTTCTTCACT
CACGCGGCGTTGCTCGGTCAGACTTTCGTCCATTGCCGAAGATTCCCTACTGCTGCCTCC
CGTAGGAGTTTGGGCCGTGTCTCAGTCCCAATGTGGCCGATCACCCTCTCAGGTCGGCT
ATGCATCGTGGCCTTGGTGAGCCGTTACCTCACCAACTAGCTAATGCACCGCGGGTCCAT
CCATCAGCGGCACCGTAAAGCGCCTTTCAAAACGAAACCATGCGGTTTCGATTGTTATAC
GGTATTAGCACCTGTTTCCAAGTGTTATCCCCTTCTGATGGGCAGGTTACCCACGTGTTA
CTCACCCGTTCGCCACTCCTCTTTTCCCGGTGGAGCAAGCTCCGGTGGGAAAAGAAGC
GTTCGACTGCATGTATAGC
3.根据权利要求1、2所述的,植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)和蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii)在牧草青贮中的应用。全株牧草刈割、萎蔫(萎蔫时隔一定时间翻堆,保持含水率均匀),切碎约2cm左右,将植物乳杆菌和蒙氏肠球菌培养液分别用无菌水稀释后,用喷壶均匀喷洒于青贮原料上,喷洒量为10ml/kg(1%的添加量),添加菌数约为每克鲜草中约5×106cfu,充分搅拌混合。将喷洒后的青贮混合原料装入青贮容器中装实、压紧、密封,常温发酵贮存。
全文摘要
本发明涉及两株从禾本科牧草中分离到的乳酸菌,经鉴定一株为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum),一株为蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii)。将这两株乳酸菌加入牧草中进行青贮,可以使牧草青贮的pH值迅速下降,改善牧草的发酵品质,使牧草的营养成分得以更好的保存。
文档编号C12N1/20GK101225364SQ20071000661
公开日2008年7月23日 申请日期2007年1月19日 优先权日2007年1月19日
发明者荣 桂, 刘晗璐, 娜 塔, 那日苏 申请人:中国农业科学院草原研究所
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