芽孢桿菌的研究進(jìn)展及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

鮑振國，張文舉，胡 猛，吳研研

（石河子大學(xué)動物科技學(xué)院，新疆 石河子 832003）

芽孢桿菌（Bacillus）是一類需氧或兼性厭氧的革蘭氏陽性細(xì)菌（G+），在一定條件下能產(chǎn)生抗逆性內(nèi)生孢子的化能異養(yǎng)菌。芽孢桿菌具有抗逆性強、耐高溫高壓、易貯存等生物特性。本文主要論述了芽孢桿菌的研究歷史、分類、作用機制及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 芽孢桿菌的研究歷史及分類

芽孢桿菌屬是一類產(chǎn)芽孢的G+，好氧或兼性厭氧生活。早在1835年，Ehrenberg就發(fā)現(xiàn)并命名了枯草芽孢桿菌（Bacillus Subtilis）。1872年，德國植物學(xué)家Cohn建立了第1個細(xì)菌分類系統(tǒng)，根據(jù)細(xì)菌的形態(tài)特征命名了芽孢桿菌屬。2004年第9版《伯杰氏細(xì)菌系統(tǒng)學(xué)手冊：原核生物分類綱要》將芽孢桿菌類細(xì)菌分為35個屬，記述了芽孢桿菌屬及其近緣屬在內(nèi)的芽孢桿菌共409種；我國學(xué)者劉波在2006年出版的《芽孢桿菌文獻(xiàn)研究》中列出了244種芽孢桿菌。

芽孢桿菌的分類方法主要有經(jīng)典分類法、數(shù)值分類法、分子分類法、化學(xué)分類和多相分類法。當(dāng)前的研究大多采用多相分類法，即將形態(tài)、生理生化、化學(xué)（脂肪酸分析）、分子（DNA堿基分析、DNA同源性分析，16S rRNA測序）等多種分類方法相結(jié)合，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析的方式對芽孢桿菌進(jìn)行分類。

2 芽孢桿菌的作用機制

2.1 生物奪氧，維持胃腸道厭氧環(huán)境

幼齡畜禽出生之后，胃腸道形成以乳桿菌、雙歧桿菌等厭氧菌為優(yōu)勢菌群的腸道環(huán)境。芽孢桿菌為需氧菌，其進(jìn)入動物腸道內(nèi)，可消耗大量的游離氧，降低了腸內(nèi)氧濃度，抑制了腸道中存在的大腸桿菌等需氧菌的生長，優(yōu)化了乳桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌等厭氧菌的生長環(huán)境，有利于腸道微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡。Guo等研究發(fā)現(xiàn)，Bacillus sub?tilis MA139能顯著抑制大腸桿菌K88和鼠傷寒沙門氏菌的增殖[1]。Fukushima等在動物日糧中添加芽孢桿菌，發(fā)現(xiàn)其可以增加胃腸道中乳酸桿菌的數(shù)量，并降低大腸菌群的數(shù)量[2]。施曼玲等試驗表明，納豆芽胞桿菌能促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸桿菌、擬桿菌和梭菌等厭氧菌的生長，抑制腸桿菌和腸球菌等需氧菌的生長[3]。郝生宏等試驗表明，日糧中添加枯草芽孢桿菌可以極顯著的降低肉仔雞第1、3周齡糞便中的大腸桿菌數(shù)（P＜0.01）[4]。

2.2 產(chǎn)生多種酶類，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化

芽孢桿菌進(jìn)入腸道后可產(chǎn)生淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等多種酶類，促進(jìn)動物對營養(yǎng)物質(zhì)在消化道中的吸收?？莶菅挎邨U菌和地衣芽孢桿菌可產(chǎn)生果膠酶、葡聚糖酶、纖維素酶，從而降解飼料中的木聚糖、地衣聚糖、果膠、羧甲基纖維素、多聚半乳糖醛酸以及其他一些復(fù)雜的植物性碳水化合物，從而提高了飼料的轉(zhuǎn)化率并增加可利用的飼料原料種類。Chen等用納豆芽孢桿菌劑飼喂AA雞，能提高十二指腸消化酶（總蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶）的活力52.2%～89.2%[5]。Tang等對AA肉雞飼喂枯草桿菌測定其消化道酶活性，試驗發(fā)現(xiàn)十二指腸內(nèi)淀粉酶、胰蛋白酶和總蛋白酶活性以及空腸內(nèi)的脂肪酶活性和盲腸內(nèi)的總蛋白酶活性均顯著高于對照組（P＜0.05）[6]。

2.3 生物頡頏，調(diào)節(jié)腸道生態(tài)平衡

動物飼喂芽孢桿菌后，能降低腸道大腸桿菌產(chǎn)氣莢膜梭菌、沙門氏菌等致病菌的數(shù)量，使機體內(nèi)的有益菌增加，潛在的致病菌減少，凈化了體內(nèi)外環(huán)境，減少疾病的發(fā)生。據(jù)報道，芽孢桿菌產(chǎn)生的頡頏物質(zhì)，大多屬于蛋白多肽類。地衣芽孢桿菌在一定條件下能產(chǎn)生抗逆性內(nèi)生孢子，可產(chǎn)生脂肽類、肽類、磷脂類、多烯類和氨基酸類等多種抗生素，對多種病原菌起到很好的抑制作用。有試驗證明，Doderlein芽抱桿菌對巴氏桿菌、大腸桿菌、葡萄球菌有頡頏作用。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌對4種腸道致病菌（雞大腸桿菌、雞沙門氏菌、豬大腸桿菌、豬沙門氏菌）具有頡頏作用。枯草芽孢桿菌對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、腸炎沙門氏菌、奇異變形桿菌、痢疾志賀氏菌的生長能夠起到一定的頡頏作用。

2.4 改善動物體內(nèi)的免疫功能，增強抗病力

芽孢桿菌能促進(jìn)動物腸道相關(guān)淋巴組織處于高度的“免疫準(zhǔn)備狀態(tài)”，促使免疫器官發(fā)育加快，免疫系統(tǒng)成熟快而早，T、B淋巴細(xì)胞數(shù)量增多，激發(fā)IgA、IgG、IgM等體液免疫、增強局部免疫特別是分泌型免疫球蛋白A（SIgA）的分泌增加，從而使動物體液和細(xì)胞免疫水平提高。研究發(fā)現(xiàn)，納豆芽孢桿菌能促進(jìn)雛雞對抗綿羊紅細(xì)胞的凝集抗體的產(chǎn)生。Xin等試驗發(fā)現(xiàn)，添加芽孢桿菌0.75%可使仔豬胸腺器官指數(shù)提高（P＜0.05），提高了仔豬的免疫力[7]。

2.5 產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收

芽孢桿菌在動物腸道內(nèi)生長繁殖，能產(chǎn)生有機酸、氨基酸、維生素、促生長因子等營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝吸收。芽孢桿菌在腸道生長繁殖過程中能夠產(chǎn)生乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等揮發(fā)性脂肪酸使腸道pH降低，激活酸性蛋白酶活性，有助于動物特別是幼小動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。地衣芽孢桿菌和芽孢乳桿菌可產(chǎn)生乳酸，提高動物對Ca、P、Fe的吸收，促進(jìn)機體對VD的利用[8]。臘狀芽孢桿菌在腸道下部產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸，抑制有害微生物的生長。另有研究表明，芽孢桿菌產(chǎn)生的丙酸能夠參與三羧酸循環(huán)，為動物新陳代謝提供能量。

2.6 促進(jìn)動物腸道和機能的成熟

飼用芽孢桿菌具有促進(jìn)動物腸道結(jié)構(gòu)和機能成熟的功效。研究表明，在蛋雞飼糧中添加芽孢桿菌可增大其回腸的派伊氏結(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)。芽孢桿菌可刺激與抗原結(jié)構(gòu)有關(guān)的黏膜系統(tǒng)。王玉梅等指出，使用益生素后的動物小腸黏膜層增厚，小腸絨毛數(shù)量增多，促進(jìn)小腸絨毛生長[9]。Chen等研究表明，添加不同水平的地衣芽孢桿菌和抗生素均可增高腸絨毛高度、降低隱窩深度、增加腸黏膜厚度，說明地衣芽孢桿菌可保護(hù)腸黏膜和促進(jìn)絨毛生長，提高腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收[10]。Qiu等在草魚基礎(chǔ)日糧中添加不同劑量的枯草芽孢桿菌，研究草魚腸道黏膜形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)草魚的腸道皺襞高度、腸道微絨毛高度、微絨毛寬度、微絨毛密度均高于對照組，表明枯草芽孢桿菌能夠通過改善草魚腸道黏膜形態(tài)，促進(jìn)草魚對飼料的吸收利用，促進(jìn)草魚生長[11]。

3 芽孢桿菌在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 水產(chǎn)動物

在水產(chǎn)動物飼養(yǎng)中添加芽孢桿菌制劑可改善水體的環(huán)境、促進(jìn)水產(chǎn)動物生長、提高免疫力和成活率等。Kumar等研究表明，飼料中添加枯草芽孢桿菌1.5×107cfu·g-1能顯著提高鯉魚的巨噬細(xì)胞呼吸爆發(fā)能力，促進(jìn)非特異性免疫力的提高[12]。Aly等在羅非魚的研究中也證實，飼料中添加枯草芽孢桿菌107cfu·g-1顯著提高了羅非魚血液嗜中性粒細(xì)胞黏附力及血漿溶菌酶活力[13]。有學(xué)者利用芽孢桿菌改善水質(zhì)，結(jié)果降低了水中的化學(xué)耗氧量、提高了對蝦產(chǎn)量。Shen等在三角帆蚌，水體中添加地衣芽抱桿菌試驗表明，可提高三角帆蚌消化酶、免疫指標(biāo)和抗氧化指標(biāo)活性，促進(jìn)蚌體生長[14]。Wu等在日本沼蝦中的試驗表明，在亞硝酸鹽的污染脅迫下，飼料中添加丁酸梭狀芽孢桿菌不僅可促進(jìn)日本沼蝦的生長，而且還可以增加日本沼蝦對亞硝酸鹽污染脅迫的耐受和抵抗能力[15]。

3.2 兔

芽孢桿菌制劑在兔中研究較少，相關(guān)研究表明，在兔日糧中添加芽孢桿菌可提高兔的生長性能、飼料轉(zhuǎn)化率、增強免疫機能和抗疾病能力。Wu等在健康齊卡兔日糧中添加乳酸芽孢桿菌粉劑0、0.02%及0.05%，試驗結(jié)果表明，乳酸芽孢桿菌制劑可促進(jìn)肉兔的生長發(fā)育、提高飼料轉(zhuǎn)化率、增強抗病力，提高肉兔的成活率[16]。Pan等在斷奶仔兔試驗臘樣芽孢桿菌PAS38和甘露聚糖制劑對其家兔小腸SS免疫反應(yīng)細(xì)胞的影響表明，臘樣芽孢桿菌PAS38和甘露聚糖均能不同程度地降低SS細(xì)胞數(shù)量和表達(dá)，提高5-HT細(xì)胞數(shù)量和表達(dá)量，兩者聯(lián)合應(yīng)用具有很好的協(xié)同效應(yīng)[17]。

3.3 犬

在犬基礎(chǔ)日糧中添加納豆芽孢桿菌可促進(jìn)犬的生長，提高犬的機體免疫能力和抗氧化能力，調(diào)節(jié)腸道菌群等。Du等在幼犬日糧中添加納豆芽孢桿菌2‰，試驗結(jié)果表明，納豆芽孢桿菌可降低幼犬血液總蛋白含量6.03%（P＞0.05）；提高球蛋白含量7.90%（P＜0.01）；降低血液尿素氮含量9.51%（P＜0.01）；降低丙二醛（MDA）18.19%（P＜0.05），提高超氧化物歧化酶（SOD）16.50%（P＞0.05），增加谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）15.49%（P＜0.05），表明納豆芽孢桿菌能夠提高幼犬機體免疫力和抗氧化能力[18]。Wu等在斷奶仔犬日糧中添加納豆芽孢桿菌1‰和2‰，試驗結(jié)果表明，添加納豆芽孢桿菌可提高仔犬的日增重，增加糞便中的乳酸桿菌數(shù)量，降低糞便中的大腸桿菌數(shù)量，進(jìn)而促進(jìn)仔犬生長，調(diào)節(jié)腸道菌群[19]。

3.4 肉鴨

在肉鴨生產(chǎn)中添加芽孢桿菌制劑，可提高肉鴨的育成速度、體增重、降低料肉比，提高育成率。宋峻峰等試驗發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌（300～500 g·t-1）能提高櫻桃谷肉鴨生長速度，降低料肉比，并改善養(yǎng)殖環(huán)境，降低養(yǎng)殖用藥成本，獲得社會效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收[20]。劉曉琳等在櫻桃谷肉鴨日糧中分別添加枯草芽孢桿菌500 g·t-1、液態(tài)枯草芽孢桿菌600 g·t-1和金霉素500 g·t-1，試驗結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌可提高肉鴨的生長、提高日增重、提高成活率以及降低料肉比[21]。雷劍等研究指出，給160日齡的蛋鴨日糧中添加枯草芽孢桿菌105cfu·kg-1，血清中血氨、尿酸以及膽固醇顯著降低（P＜0.05），同時血清中IgA、IgG、IL-2和SOD水平極顯著提高（P＜0.01），結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌可以提高蛋鴨的免疫力，增強體內(nèi)抗氧化能力，有利于動物的生長[22]。

3.5 其他

Zhang等添加不同水平的枯草芽孢桿菌飼喂1日齡黃羽雛鶉，試驗表明，各處理組胰腺鮮重都有減小趨勢，0.1%組胰腺鮮重差異顯著（P＜0.05）；0.05%組脾臟干重差異顯著（P＜0.05）；0.1%組和0.2%組胰腺干重顯著降低（P＜0.05），說明芽孢桿菌可作用于鵪鶉免疫器官及內(nèi)臟器官的發(fā)育[23]。譚榮炳等用枯草芽孢桿菌制劑（DBSC）250 g·t-1日糧和DBSC 500 g·t-1日糧飼喂1日齡雜交商品雛白鵝，試驗結(jié)果表明，DBSC 250 g·t-1組可以提高肉鵝14日齡和28日齡的平均體重，降低各階段料重比；同時不同水平的DBSC均可改進(jìn)雛鵝的干物質(zhì)和能量存留率[24]。

4 小結(jié)

芽孢桿菌制劑在動物生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，對于提高動物的生產(chǎn)性能、降低飼養(yǎng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益與社會效益具有重要的作用。隨著國內(nèi)外科研技術(shù)的發(fā)展，更多品種的芽孢桿菌制劑將會應(yīng)用于動物的生產(chǎn)，芽孢桿菌的應(yīng)用將更加廣泛。

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