乳酸菌因其独特、多样的功能特性，被广泛应用于乳品工业、大健康产业、家畜养殖、作物种植、环保产业、合成生物学及活菌药物研发等多个领域。目前我国乳酸菌市场规模已达1200亿元，年复合增长率高达12%，预计2030年将增至3000亿元。文章依托内蒙古农业大学建设的乳酸菌种质资源库与基因组数据库，系统综述库藏乳酸菌菌株的分类学特征、遗传多样性、功能基因特征及产业化应用潜力，明确资源优势向产业竞争力转化的关键环节与技术路径。
1.全球最大乳酸菌种质资源库的构建
自1989年以来，内蒙古农业大学乳酸菌研究团队在亚洲、欧洲、非洲、南美洲、北美洲和大洋洲共46个国家系统采样，累计收集样本6663份，覆盖337类宿主生境，包括发酵食品、人体微生态、动物消化道以及环境样本。
1.2 乳酸菌分离、鉴定和保藏
内蒙古农业大学乳酸菌研究团队累计分离、鉴定并保藏乳酸菌55328株，建立了内蒙古农业大学乳酸菌种质资源库（LABCC）。藏菌量已超过美国标准生物品收藏中心（ATCC）、日本微生物菌种保藏中心（JCM）、比利时微生物资源库（BCCM）、德国微生物菌种保藏中心（DSM）、丹麦科汉森以及中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）和中国工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）等国际知名机构，成为目前已知规模最大的乳酸菌种质资源库，并于2022年入选首批国家农业微生物种质资源库名单。
资源库包含乳杆菌目和双歧杆菌目下的4个科、33个属、456个物种，涵盖常见乳酸菌物种的98%。针对乳酸菌的多样栖息环境及复杂营养需求，开发了“定向营养富菌”培养组学技术，大幅提升了难培养乳酸菌的分离效率。同时，利用超低温冻干和液氮保藏技术，确保菌株在长期储存过程中的活性与遗传稳定性。依托上述技术，从自然发酵食品、母乳等样本中分离得到劳登乳球菌，棉子糖乳球菌和大泷弯乳杆菌等78个稀有物种，并鉴定出呼和浩特链球菌、乳品乳杆菌和蜜源双歧杆菌等7个未报道新种，扩展了乳酸菌的物种多样性。资源库中乳酸菌优势类群包括8个核心属，其中乳杆菌属、乳球菌属和双歧杆菌属占总菌株的87.8%。乳杆菌属主要包括瑞士乳杆菌、乳酸乳球菌和植物乳植杆菌等440个物种；双歧杆菌属包括长双歧杆菌、假小链双歧杆菌、青春双歧杆菌和动物双歧杆菌等16个物种。该资源为我国乳酸菌基础研究和产业化奠定了重要基础。
2 .全球最大乳酸菌基因组数据库的构建
2.1 乳酸菌基因组数据库的创建历程
截至2025年3月，内蒙古农业大学乳酸菌研究团队已完成LABCC中30168株菌株的全基因组测序，并整合公共数据库中32302个乳酸菌分离株基因组，以及基于宏基因组数据组装获得的52408个非培养乳酸菌基因组，经过严格的质量控制与元数据标准化处理，剔除3819个低质量基因组，最终筛选出118697个高质量基因组，构建了乳酸菌基因组数据库（iLABdb）。iLABdb收录的乳酸菌基因组数量已超过美国国家生物技术信息中心（NCBI）与欧洲核酸数据库（ENA）等国际主流数据库中乳酸菌基因组，成为目前已知的全球最大乳酸菌基因组数据库。
2.2 乳酸菌物种多样性与功能基因资源解析
在系统分类学层面，iLABdb涵盖乳酸菌目和双歧杆菌目下的6个科、45个属及1487个物种。其中，乳杆菌属包含1328个物种，双歧杆菌属包含161个物种，构成了资源库的核心类群。基因组数量超过100的物种共有90个，占总基因组数的68%。基因组数量优势类群主要为乳酸杆菌属、双歧杆菌属和链球菌属，优势物种主要包括粪肠球菌、屎肠球菌、瑞士乳杆菌以及乳酸乳球菌等。
在功能多样性方面，iLABdb共包含约1.95亿个基因，归属于115000个基因家族，其中30.3%为LABCC独有功能基因，显著丰富了全球乳酸菌的功能基因资源。已注释的基因占60%，主要涉及碳水化合物代谢、氨基酸代谢、乳酸合成及细胞分裂等核心代谢过程。功能基因组学分析显示，平均每个基因组包含404个碳水化合物代谢相关基因与53条完整代谢通路，并编码3个次级代谢产物合成基因簇，涉及抗菌活性物质、抗癌化合物及信号分子等多种功能，提示乳酸菌在生态互作与生物活性方面具有广阔潜力。
2.3 乳酸菌的广泛生态适应性与应用前景
从数据库中筛选19699株食物来源的乳酸菌基因组，构建了食源乳酸菌基因组集合，并将其与52936个非食源乳酸菌基因组在严格阈值下进行比较分析（平均核苷酸一致性>99%，比对覆盖度>30%），发现乳酸菌具有显著的跨生态位适应性，能够在食品、人体、动物以及自然环境等多种生态系统间维持动态的微生物循环网络，是驱动大健康生态系统稳态及功能的关键核心微生物类群。
在乳酸菌与人类健康的关联性研究方面，对9931例涉及32种疾病的人类肠道宏基因组样本进行系统分析，解析了乳酸菌在不同疾病状态下的丰度特征与群落组成模式，提示肠道中食源乳酸菌的基因组特征不仅可作为宿主健康状态的重要指征，还可为临床干预及益生菌筛选提供科学依据。
3 .酸菌筛选技术与功能菌株产业化应用
在菌株筛选技术方面，依托iLABdb中的基因组数据并结合机器学习方法，开发了基于人工智能的益生乳酸菌精准筛选平台iProbiotics。在健康关联预测方面，结合乳酸菌基因组与人类肠道宏基因组数据，建立了iHealthPredict健康预测模型。
在“传统+智能”协同筛选的模式下，团队已从LABCC中筛选出104株优良菌株，其中包括88株益生性能突出的菌株和16株高性能发酵剂菌株。代表性菌株包括干酪乳酪杆菌Zhang、乳双歧杆菌Probio-M8、乳双歧杆菌V9、鼠李糖乳酪杆菌Probio-M9、植物乳植杆菌P-8等，其中45株已实现产业化应用，覆盖乳制品生产、环境修复、绿色种植及健康养殖等多个领域，形成了从资源挖掘到产品转化的全链条创新示范。
4. 乳酸菌资源与数据的开放共享
LABCC作为我国乳酸菌种质资源共享的重要枢纽，近年来持续面向45家高等院校与科研机构，以及131家企业提供共享服务。截至目前，累计向外共享菌株9774株次，提供菌株信息34419条次，有力支撑了乳酸菌在食品工业、大健康、畜牧养殖及农业可持续发展等多领域的基础研究与产品开发。与此同时，乳酸菌基因组数据库iLABdb自上线以来，已累计获得来自中国、美国、英国等72个国家用户的访问与使用，逐步形成了覆盖全球的科研数据服务网络。
5 .展望
未来，乳酸菌资源与数据平台的发展将持续向规模化、智能化和国际化迈进。依托现有的乳酸菌种质资源库（LABCC）与基因组数据库（iLABdb），将不断扩充菌株的数量与来源多样性，进一步提升资源库的代表性与独特性。在数据维度，将系统整合菌株的表型特征、代谢谱、耐受性指标及功能验证等核心信息，形成标准化、可追溯的菌株特征档案库。
在技术应用方面，结合人工智能与机器学习技术，建立功能预测、生态适应性评估及合成生物学设计一体化的解析模型，显著提升功能菌株的筛选、优化与应用转化效率。同时，将构建可持续运行的乳酸菌智能云平台，实现菌株与数据的集中存储、高性能计算、可视化分析及远程协作，为科研和产业用户提供全流程技术支撑。
在战略对接方面，将紧密围绕国家重点发展方向，推动乳酸菌在食品、营养、环境及生物医药等领域的深度应用与产业化升级。同时，加强与“一带一路”沿线国家及国际微生物资源组织的交流合作，形成跨区域、跨学科的开放共享体系，打造具有全球影响力的乳酸菌科技创新与应用高地。
靳昊, 张和平. 乳酸菌种质资源库与基因组数据库构建研究进展[J]. 中国食品学报, 2025, 25(08): 1-7.
DOI:10.16429/j.1009-7848.2025.08.001.
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