芽孢桿菌的應(yīng)用

易易泰，發(fā)展的；和諧的芽胞桿菌制劑在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用我國畜牧生產(chǎn)中應(yīng)用抗生素已有60多年的歷史，起初只是用于疾病治療，之后借鑒國外經(jīng)驗用于抗菌促長，意欲全面保駕護航。毋庸置疑，抗生素對規(guī)模化集約化養(yǎng)殖快速推進功不可沒?，F(xiàn)如今，抗生素在畜牧業(yè)中的應(yīng)用日益顯現(xiàn)一些負面結(jié)果，例如毒副作用、內(nèi)源性感染、耐藥性菌株、腸道菌群失衡、免疫力下降、藥物殘留以及環(huán)境污染等等問題，這些都將對養(yǎng)殖業(yè)、飼料工業(yè)和人類健康帶來重大影響。生物安全是食品安全的源頭，慎用抗生素的呼聲越來越高，研究和開發(fā)新的抗生素替代品的工作日益緊迫。近年來，益生菌、酶制劑、中草藥、肽制劑、酸化劑和寡糖類等生物安全性研究備受推崇，實為畜牧業(yè)福音。一、芽孢桿菌是常用動物飼用益生菌益生菌又叫有益微生物。研究發(fā)現(xiàn)，在正常動物體內(nèi)存在著大量的有益微生物，數(shù)量約為1014個（100萬億個），其中腸道微生物占動物體內(nèi)微生物總量的95%以上，而組成動物體的細胞數(shù)量為1013個（10萬億個），動物體內(nèi)微生物數(shù)量一般是動物細胞數(shù)量的十倍，這些益生菌與機體細胞親密接觸，交換能量，交換物質(zhì)，傳遞信息，調(diào)整平衡，提高免疫，強化營養(yǎng)，對動物的生理和生化功能有著重要的作用。它與抗生素不同的是，抗生素能夠抑制消化道內(nèi)大多數(shù)微生物(有害菌和有益菌)的生長或?qū)⑵錃⑺?，?dǎo)致正常菌群失衡；而益生菌主要是通過向消化道內(nèi)導(dǎo)入對動物有益的活菌，從而使有益菌處于主導(dǎo)地位，增強抗病力。益生菌具有無毒副作用、無耐藥性、無殘留、效果顯著等諸多優(yōu)點，得到了眾多行業(yè)專家的首肯。畜牧生產(chǎn)常用益生菌特性見表1。表1常用益生菌特性對比芽孢桿菌乳酸桿菌雙歧桿菌鏈球菌酵母菌腸道復(fù)活力++++++++++熱穩(wěn)定性+++++++++++世代間隔20min50min60min20min60min生活方式兼性厭氧厭氧厭氧厭氧兼性厭氧抑制病原菌++++++++消化作用+++++++++++++不同益生菌的耐熱性差異較大，芽胞桿菌耐受性最強，110℃下5min活性損失3％～5％，而在80℃下5min，乳酸桿菌、酵母菌損失70％～80％，95℃下2min損失98％～99％。一般制粒80℃～100℃對芽胞桿菌影響很小，對乳酸桿菌、酵母菌和糞鏈球菌等影響較大；就耐水性，孢子型細菌耐受性最好，腸球菌、糞鏈球菌次之，乳酸桿菌最差；除耐酸性的芽胞桿菌和乳酸菌外，一般的活菌制劑在胃酸作用下大量被殺死，殘存的少量活菌進入腸道后很難形成菌群優(yōu)勢，因此，不耐酸的活菌制劑其含菌量必須達到相當大的濃度才能發(fā)揮益生作用。芽孢桿菌抗性高的原因是芽孢壁中有一層叫做“皮質(zhì)層”的物質(zhì)，盡管其主要成分是肽聚糖，但交聯(lián)的程度要高得多。由于上述特點，使芽孢桿菌制劑在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛。研究和應(yīng)用比較多的芽孢桿菌包括：枯草芽孢桿菌(B.subtilis)、地衣芽孢桿菌(B.licheniformis)、納豆芽孢桿菌(B.natto)以及蠟樣芽孢桿菌(B.cereus)。美國官方(AAFCO,1991)批準使用的芽孢桿菌有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌、短小芽孢桿菌。我國農(nóng)業(yè)部(2003)批準使用的芽孢桿菌有枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌。二、芽孢桿菌的生理學特性1、菌落呈桿狀，芽孢中生或端生，世代間隔短，繁殖速度快。2、革蘭氏陽性，兼性厭氧。耐酸堿，耐熱性強。3、能分泌大量胞外蛋白酶，降解動植物來源的大分子物質(zhì)。4、產(chǎn)生抗菌素物質(zhì)，已記載的芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌素有169種，其中僅枯草芽孢桿菌就產(chǎn)生68種抗菌素。5、硝化作用和反硝化作用。芽孢桿菌對不良環(huán)境的抵抗能力較強，在自然界的硝化作用和反硝化作用過程中，也起著一定的作用。6、沉淀鐵離子，還原硒和鎂離子等。因此從理論上講，芽孢桿菌制劑具有良好的促進消化和抑菌促長作用。三、芽胞桿菌作用機理和作用效果1.生物奪氧，調(diào)整腸道微生態(tài)平衡初生畜禽消化道內(nèi)通常是無菌的，生后3小時在胃和小腸中可發(fā)現(xiàn)占位菌，12小時后可在大腸檢測到。按照需氧菌、兼性厭氧菌、嚴格厭氧菌的演替順序，最終形成以乳酸桿菌、雙歧桿菌等嚴格厭氧菌為優(yōu)勢的腸道微生態(tài)菌群。芽胞桿菌為需氧的細菌，進入體內(nèi)以后，消耗大量的游離氧，降低氧化還原電勢，有利于厭氧微生物的生長，保持腸道微生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)衡，保障動物持續(xù)健康。Maruta等（1996）的研究發(fā)現(xiàn)，采食含106個／g枯草芽胞桿菌的飼糧飼喂3周后，糞中雙歧桿菌數(shù)量顯著上升，而鏈球菌及梭菌的數(shù)量顯著下降，并且這種趨勢仔豬較母豬更明顯。2、產(chǎn)生抗生素類物質(zhì)，拮抗動物病原菌在正常情況下，動物腸道菌群處于一個動態(tài)平衡，當機體受到某些應(yīng)激因素的影響，這種平衡可能被破壞，導(dǎo)致體內(nèi)菌群失調(diào)，需氧菌如大腸桿菌增加，并使蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生胺、氨等有害物質(zhì)，動物表現(xiàn)被毛粗亂、腹瀉、生產(chǎn)性能下降等。研究表明，飼喂芽孢桿菌能產(chǎn)生蛋白多肽類抗菌物質(zhì)，如乳酸菌素、嗜酸菌素、桿菌肽等，拮抗腸道病原菌，從而抑制病原菌的生長繁殖，使有益微生物在細菌種間的相互競爭中占優(yōu)勢，提高機體抗病能力，減少胃腸道疾病發(fā)生的機率。同時芽孢桿菌能夠促進幼禽畜消化道生長發(fā)育，修復(fù)機體組織和腸絨毛損傷。陳惠等(1994)在給生長育肥豬飼喂地衣芽孢桿菌后，腸道菌群中厭氧菌(雙歧桿菌、乳酸桿菌等)增多，而需氧菌及兼性厭氧菌特別是大腸桿菌顯著減少(p<0．05)。母豬采食添加芽孢桿菌的飼料可降低哺乳仔豬消化道各部位腸桿菌的數(shù)量(P<0.01)，而斷奶仔豬采食添加芽孢桿菌的日糧后，胃和十二指腸中腸桿菌的數(shù)量顯著降低(P<0.05)(Jamadus等,2001)。Jiraphocakul等(1989)研究表明，枯草芽孢桿菌可以提高火雞空腸食糜中乳酸菌的數(shù)量，但是對嗉囊和盲腸的影響差異不顯著(P>0.05)。3、分泌大量胞外酶，促進營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收芽胞桿菌的另一大特點是能夠分泌大量的胞外酶，參與飼料的降解、消化，提高飼料利用率。芽胞桿菌分泌的酶見表2。許多試驗研究已經(jīng)表明，芽胞桿菌代謝產(chǎn)生的酶類對宿主的生產(chǎn)性能或生理生化指標產(chǎn)生明顯影響，改善消化，促進生長，減少發(fā)病。Popova等（1995）分離得到兩株枯草芽胞桿菌，發(fā)現(xiàn)其除能分泌大量細胞外酶如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶及卵磷脂酶等，同時也分泌活性抗菌物質(zhì)及揮發(fā)性代謝產(chǎn)物，并且此二株菌在pH4到pH8.6范圍內(nèi)均能增殖。Kerovuo（1998）已成功從枯草芽胞桿菌中分離出產(chǎn)植酸酶基因，并已成功地將其在胚芽乳桿菌中進行了表達（Kerovuo，2000）。Kyriakis等(1999)研究表明，采食芽孢桿菌仔豬的腹瀉率降低90%以上(P<0.05)，糞便中溶血性大腸桿菌K88的含量明顯降低，消化道氨的含量顯著降低(P<0.05),這與Scheuermann(1993)研究結(jié)果相一致。因此，添加芽孢桿菌可以降低氨對動物所產(chǎn)生的毒副作用(Visek,1982)。張曉梅等（1999）報道，雛雞早期飼喂芽胞桿菌制劑可顯著提高腸道消化酶的活性。給肉雞添加芽胞桿菌制劑，其消化道的淀粉酶和總蛋白酶活性都有明顯提高。這對提高飼料轉(zhuǎn)化率和促進肉雞早期生長極為有利。表2芽胞桿菌分泌的部分酶酶菌種乙酰乳酸脫羧酶短桿菌堿性纖維素酶圓形芽胞桿菌﹑枯草桿菌α－淀粉酶枯草桿菌﹑淀粉液化芽胞桿菌﹑地衣芽胞桿菌淀粉酶巨大芽胞桿菌環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶圓形芽胞桿菌﹑地衣芽胞桿菌﹑軟化芽胞桿菌細胞外蛋白酶枯草桿菌β－葡聚糖酶枯草桿菌﹑多粘芽胞桿菌β－內(nèi)酰氨酶蠟樣芽胞桿菌果聚糖酶枯草桿菌β－甘露聚糖酶圓形芽胞桿菌金屬蛋白酶枯草桿菌中性蛋白酶淀粉液化芽胞桿菌﹑枯草桿菌ＲＮＡ酶淀粉液化芽胞桿菌木聚糖酶短小芽胞桿菌﹑淀粉液化芽胞桿菌植酸酶枯草桿菌4、增強動物體的免疫功能芽胞桿菌能促進腸道相關(guān)淋巴組織處于高度反應(yīng)的“準備狀態(tài)”，同時使免疫器官的發(fā)育增快，T、B淋巴細胞的數(shù)量增多，動物的體液和細胞免疫水平提高。潘康成（1997）研究地衣芽胞桿菌對家兔免疫功能的影響時發(fā)現(xiàn)，飼喂20天后試驗組胸腺、脾臟和蚓突面積系數(shù)分別比對照組提高了5.8％、22.8％、15.5％；飼喂40天分別提高11.0％、8.0％、7.9％，結(jié)果表明地衣芽胞桿菌能促進家兔免疫器官的成熟，增強家兔的細胞免疫功能。Inooka等（1986）年的研究也表明，以106CFU／g的劑量將枯草桿菌飼喂雛雞時，顯著提高脾臟中T、B淋巴細胞的含量。5、提供維生素、有機酸、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)芽胞桿菌在動物腸道內(nèi)生長繁殖，能產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì)如維生素、氨基酸、有機酸等，參與動物體新陳代謝，為機體提供營養(yǎng)物質(zhì)。Ozols等（1996）對從腸道中分離的106株菌分析后認為，芽胞桿菌是體內(nèi)維生素B1和B6的主要生產(chǎn)者。芽胞桿菌在代謝過程中產(chǎn)生的有機酸為機體提供能量和營養(yǎng)時，也會降低局部pH值，抑制有害菌的生長繁殖。范賴（1997）分離得到兩株產(chǎn)乳酸的凝結(jié)芽胞桿菌，在體外能顯著拮抗致病性大腸桿菌和沙門氏菌。芽孢桿菌可以調(diào)節(jié)動物消化道VFA的含量和組成，VFA是動物消化道微生物發(fā)酵的產(chǎn)物，其含量和組成可間接反應(yīng)消化道微生態(tài)的情況。Jadamus等(2001)研究表明，芽孢桿菌可以提高仔豬消化道短鏈脂肪酸(SCFA)的含量。四、影響芽胞桿菌使用效果的因素1、使用時間微生態(tài)制劑在動物的整個生長過程都可以使用，但不同的生長時期其作用效果不盡相同。幼齡動物體內(nèi)微生態(tài)平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力較弱，此時引入益生菌，可較快地進入體內(nèi)，占據(jù)附著點，效果最佳。如新生反芻動物的腸道有益菌定植相當迅速，出生24h出現(xiàn)乳酸桿菌和鏈球菌，l周齡時，整個腸道內(nèi)乳酸桿菌數(shù)量達10７～10９個／g。腸道內(nèi)益生菌種群數(shù)量的增加不僅可以促進宿主動物對各種營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，而且有助于防止病原微生物侵害腸道。另外在斷奶、運輸、飼料轉(zhuǎn)變、天氣突變和飼養(yǎng)環(huán)境惡劣等應(yīng)激條件下，動物體內(nèi)微生態(tài)平衡遭到破壞，使用微生態(tài)制劑對形成優(yōu)勢種群極為有利，因此，把握益生菌的應(yīng)用時機，盡早并長期飼喂，使其益生作用得到充分體現(xiàn)。2、使用劑量益生菌作用效果同施加的益生菌的種類和數(shù)量密切相關(guān)，尤其數(shù)量不夠時，在體內(nèi)不能形成菌群優(yōu)勢，難以起到益生作用。研究認為,要達到一定的作用效果，每克飼料中的活菌數(shù)不應(yīng)低于106CFU／g飼料?；罹柽M一步的萌發(fā)、增殖、分泌代謝產(chǎn)物后才能發(fā)揮其功能。Henderik(1986)報道，瘺管豬食用含106／g個芽胞桿菌的飼料后發(fā)現(xiàn)，空腸內(nèi)容物中的芽胞桿菌數(shù)為1.26×106個，萌發(fā)率為50％～70％。每克糞便中的芽胞桿菌數(shù)為1.5×106個，萌發(fā)率為85％～90％。德國學者認為，仔豬飼料中加入微生態(tài)制劑其含菌量應(yīng)達到（0.2～0.5）×107/g飼料，育肥豬飼料中加入每克含106個芽胞桿菌，糞中大腸桿菌減少65％。Kornegay等(1996)研究表明,飼喂枯草芽孢桿菌后，仔豬糞便中芽孢桿菌的數(shù)量遠遠超過對照組(P<0.01),但是停止飼喂24h后，糞便中芽孢桿菌的數(shù)量與對照組相同。Havenaar等(1993)利用Toyoi芽孢桿菌所做的研究也有相同的發(fā)現(xiàn)。這表明外源芽孢桿菌不會在消化道內(nèi)長期定植,只有動物不斷地采食添加芽孢桿菌的飼料才能發(fā)揮作用。3、抗生素的影響抗生素對于益生菌作用的抑制不言而喻。飼料工業(yè)抗生素類添加劑的廣泛應(yīng)用，限制了益生菌良好的表達。動物發(fā)病期，選用針對性較強的抗生素控制疾病是必須的。但抗生素在殺滅致病菌的同時，動物體內(nèi)的正常菌群也遭到破壞，此時應(yīng)及時引入微生態(tài)制劑，通過其獨特的益生作用，使紊亂的腸道菌群平衡得到恢復(fù)，此所謂微生態(tài)制劑與抗生素的協(xié)同作用。五、芽胞桿菌的應(yīng)用1、調(diào)理腸道，防病促長人們在充分認識到抗生素防治疾病和促進生長利弊之后，芽胞桿菌制劑的應(yīng)用迎來春天。通過芽胞桿菌粘附、競爭性排斥、營養(yǎng)物質(zhì)爭奪和代謝產(chǎn)物益生作用，抑制有害菌繁殖，起到生物拮抗作用，從而防治疾病，促進生長。2、改善環(huán)境，緩解應(yīng)激芽胞桿菌與體內(nèi)原有正常菌協(xié)同作用，提高飼料轉(zhuǎn)化率，減少蛋白質(zhì)向氨及胺的轉(zhuǎn)化，減少亞硝氨、氨、吲哚、糞臭素等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，消除惡臭氣味，減少這些物質(zhì)通過糞便對環(huán)境的污染，凈化了舍內(nèi)空氣質(zhì)量，有利于養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)發(fā)展。同時，能夠有效緩解氣候突變、飼料變更、運輸、預(yù)防注射等外部環(huán)境的突變，減少應(yīng)激病癥，克服或降低因應(yīng)激因素導(dǎo)致的生產(chǎn)力下降。3、生產(chǎn)安全食品食品安全關(guān)乎國民健康，飼料安全是動物性食品安全的源頭。