枯草芽孢桿菌在飼料生產(chǎn)及環(huán)境防治中的應(yīng)用

山東寶來(lái)利來(lái)生物工程股份有限公司 李春鳳 林顯華 谷 巍

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）也稱枯草桿菌，是一類(lèi)需氧型、內(nèi)生抗逆孢子的桿狀革蘭氏陽(yáng)性菌，是芽孢桿菌中應(yīng)用較為廣泛的菌種之一。該菌可通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)物胃腸道菌群平衡，增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。本文就枯草芽孢桿菌的生物學(xué)特性、作用機(jī)理及其在飼料生產(chǎn)和環(huán)境防治中的應(yīng)用作一綜述。

1 枯草芽孢桿菌的生物學(xué)特性

枯草芽孢桿菌最適生長(zhǎng)溫度大約為37℃，但也能在80℃的溫度下存活，具有良好的耐高溫、耐酸性和耐膽鹽能力；適應(yīng)環(huán)境能力很強(qiáng)，即使在極端環(huán)境下，也可誘導(dǎo)產(chǎn)生抗逆性很強(qiáng)的內(nèi)源孢子。該菌自身沒(méi)有致病性，只具有單層細(xì)胞外膜，可以分泌α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等酶類(lèi)；枯草芽孢桿菌是我國(guó)農(nóng)業(yè)部公布的可直接飼喂動(dòng)物且允許使用的益生菌菌種之一（楊鋒等，2011；辛娜等，2010）。

2 枯草芽孢桿菌的作用機(jī)理

2.1 生物奪氧 枯草芽孢桿菌為需氧菌，進(jìn)入動(dòng)物胃腸道內(nèi)，可消耗大量的游離氧，創(chuàng)造一個(gè)有利于有益厭氧菌生長(zhǎng)的微環(huán)境，促進(jìn)消化道內(nèi)酪酸菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、腸球菌和乳球菌等的生長(zhǎng)繁殖；使需氧病原菌（如大腸桿菌、豬鏈球菌、梭菌）生長(zhǎng)因缺氧受到抑制（Maruta，1996）。 該菌通過(guò)促進(jìn)有益厭氧菌增殖，抑制病原菌生長(zhǎng)，使失調(diào)的菌群得以調(diào)節(jié)，提高了動(dòng)物的免疫力、抗病能力，有利于動(dòng)物健康的維持（唐娟等，2008）。

2.2 生物拮抗 研究表明，枯草芽孢桿菌對(duì)大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、沙門(mén)氏菌等致病菌具有明顯的拮抗作用。這是由于枯草芽孢桿菌在形成芽孢過(guò)程中可分泌許多抗生素，如伊枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短桿菌肽等。陳天游等（2004）研究報(bào)道，枯草芽孢桿菌對(duì)宋內(nèi)志賀菌、腸致病性大腸桿菌及腸產(chǎn)毒性大腸桿菌拮抗作用較為明顯。

2.3 產(chǎn)生多種消化酶及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 枯草芽孢桿菌可產(chǎn)生多種消化酶包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，這些酶與動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的消化酶一起發(fā)揮作用，降解飼料中的某些抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料的利用率；此外，該菌還分泌降解飼料中復(fù)雜碳水化合物的酶，如降解果膠、葡聚糖、纖維素的酶，其中有些是動(dòng)物本身并不具有的酶。

枯草芽孢桿菌能合成多種維生素，如尼克酸、葉酸、煙酸、維生素 C、維生素 B1、維生素 B2、維生素B6、維生素B12等，促進(jìn)機(jī)體對(duì)維生素的吸收；此外，枯草芽孢桿菌在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生乳酸和乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，這些酸類(lèi)能降低動(dòng)物腸道的pH，有效抑制致病菌的生長(zhǎng)，為乳酸菌的生長(zhǎng)創(chuàng)造條件，并且腸道pH變低有利于幼齡動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收；產(chǎn)生的丙酸還參與三羧酸循環(huán)，為動(dòng)物新陳代謝提供能量（辛娜等，2010）。

2.4 增強(qiáng)機(jī)體免疫功能 枯草芽孢桿菌適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，繁殖快，能迅速定植于動(dòng)物的腸黏膜上，成為腸道的優(yōu)勢(shì)菌群。此菌通過(guò)免疫刺激和免疫調(diào)節(jié)作用于機(jī)體，一方面可促進(jìn)機(jī)體免疫器官、組織的發(fā)育成熟，刺激宿主建立完備的免疫系統(tǒng)；另一方面，可刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫及清除功能，增加黏膜表面和血清的lgA、lgM、lgG水平，增強(qiáng)體液免疫，促進(jìn)T、B淋巴細(xì)胞的產(chǎn)生，活化自然殺傷細(xì)胞并產(chǎn)生免疫球蛋白。余東游等（2010）研究表明，日糧中添加枯草芽孢桿菌顯著提高了肉雞胸腺指數(shù)、法氏囊指數(shù)和血清中l(wèi)gG水平。Duc等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，讓小鼠口服枯草芽孢桿菌的孢子后可提高血清的lgG水平，并能刺激黏膜slgA的分泌。枯草芽孢桿菌增強(qiáng)免疫作用的機(jī)理可能是由于動(dòng)物口服芽孢桿菌后，調(diào)整腸道菌群（尤其增加雙歧桿菌菌群數(shù)量），或作用于腸道集合淋巴結(jié)的抗原結(jié)合位點(diǎn)，發(fā)揮免疫佐劑的作用，使SlgA抗體分泌增加，從而提高機(jī)體免疫識(shí)別力和抗病能力。

3 枯草芽孢桿菌在飼料中的應(yīng)用

枯草芽孢桿菌作為飼料添加劑以內(nèi)生孢子形式存在于飼料中，能耐高溫、耐酸、耐膽鹽。研究表明，枯草芽孢桿菌進(jìn)入動(dòng)物腸道能迅速萌發(fā)成具有新陳代謝作用的營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、提高飼料利用率、增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫力，從而提高動(dòng)物的健康水平和生產(chǎn)性能 （周小輝等，2008）。

3.1 在家禽飼料中的應(yīng)用 由于家禽的先天免疫器官及其功能相對(duì)其他動(dòng)物而言都較差，導(dǎo)致家禽容易染病。在家禽飼料中添加枯草芽孢桿菌，可以在代謝過(guò)程中產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸，以及乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，使胃腸道呈現(xiàn)酸性環(huán)境，提高胃蛋白酶的活性，有助于飼料的軟化、養(yǎng)分的溶解和水解，抑制病原菌生長(zhǎng)，提高家禽的生產(chǎn)性能和抗病能力 （翟繼鵬等，2010）。鄭春芳等（2011）研究表明，添加枯草芽孢桿菌會(huì)顯著提高肉雞42日齡的體重（P＜0.05），并改善21～42日齡的飼料利用率。薛冬玲等（2005）研究指出，添加0.1%枯草芽孢桿菌的試驗(yàn)組肉雞末期平均體重、凈增重和日增重均高于對(duì)照組，差異顯著（P＜0.05），采食量和飼料轉(zhuǎn)化率也有明顯提高。景翠等（2009）研究報(bào)道，在45周齡蛋雞日糧中分別添加80 g/t、100 g/t芽孢桿菌（枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌），平均采食量比對(duì)照組降低4.55% ～9.09%（P＜0.05），飼料轉(zhuǎn)化率比對(duì)照組提高4.81%～8.03%（P＜0.05）。余東游等（2010）研究表明，日糧中添加枯草芽孢桿菌對(duì)肉雞前期（1～22日齡）的生產(chǎn)性能無(wú)顯著影響，而后期（22～42日齡）的日增重和日采食量分別比對(duì)照組提高了 15.88%和13.27%（P＜0.05）， 全期分別提高了 12.20%（P＜0.05）和6.81%（P ＞ 0.05）。

3.2 在豬飼料中的應(yīng)用 仔豬斷奶應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致消化吸收功能減弱和機(jī)體免疫力下降，造成斷奶仔豬的腹瀉。在仔豬日糧中添加枯草芽孢桿菌，利用該菌產(chǎn)生的各種消化酶及揮發(fā)性脂肪酸，可提高飼料的利用率，增強(qiáng)仔豬免疫力。周映華等（2012）研究表明，在日糧中添加0.05%枯草芽孢桿菌（活菌數(shù)≥1010cfu/g），斷奶仔豬日增重明顯高于對(duì)照組 （P＜0.05），飼料轉(zhuǎn)化率比對(duì)照組提高5.48%（P ＜ 0.05）。 王學(xué)東等（2008）研究報(bào)道，日糧中添加枯草芽孢桿菌 （活菌數(shù)為1×107cfu/g）有降低飼料系數(shù)和促進(jìn)仔豬生長(zhǎng)的趨勢(shì)，飼料系數(shù)較對(duì)照組降低了6.7%，平均日增重比對(duì)照組提高了3.61%，但差異均未達(dá)到顯著水平 （P＞0.05）。朱五文等（2007）試驗(yàn)指出，仔豬日糧中添加枯草芽孢桿菌可明顯提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能。

3.3 在反芻動(dòng)物飼料中的應(yīng)用 在奶牛生產(chǎn)過(guò)程中，添加枯草芽孢桿菌可利用生物奪氧促進(jìn)瘤胃內(nèi)厭氧菌的生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)瘤胃內(nèi)的菌群平衡，從而降低腹瀉和預(yù)防疾?。ㄖ苄≥x等，2009）。王振華等（2005）研究報(bào)道，添加不同劑量枯草芽孢桿菌的試驗(yàn)組奶牛產(chǎn)奶量均高于對(duì)照組，并且不同的添加劑量 （活菌數(shù)不同）對(duì)產(chǎn)奶量的提高幅度也不同，同時(shí)牛乳中脂肪和蛋白質(zhì)的含量一定程度提高。李杰梅等（2008）研究表明，在奶牛飼料中添加枯草芽孢桿菌C912，產(chǎn)奶量與乳脂率均高于對(duì)照組，且差異顯著（P ＜ 0.05）。

3.4 在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中的應(yīng)用 枯草芽孢桿菌在水產(chǎn)動(dòng)物腸道中能產(chǎn)生抗弧菌和酵母菌的活性物質(zhì)，對(duì)嗜水氣單胞菌、大黃魚(yú)致病菌、中華金黃色葡萄球菌有強(qiáng)烈的抑制作用，可提高水產(chǎn)動(dòng)物免疫力，促進(jìn)其生長(zhǎng)。沈文英等（2011）研究表明，試驗(yàn)組草魚(yú)飼料中添加枯草芽孢桿菌（1×105cfu/g），其增重率和特定生長(zhǎng)率均顯著高于對(duì)照組 （P＜0.05），并且可提高草魚(yú)的免疫能力和抗氧化功能，增強(qiáng)草魚(yú)的抗病力。潘康成等（2004）研究報(bào)道，在水體中潑灑枯草芽孢桿菌能顯著提高南美白對(duì)蝦（Penaeus vannamei）育苗成活率，降低病死率，試驗(yàn)組的平均成活率比對(duì)照組提高了31.05%，差異極顯著（P ＜ 0.01）。

4 枯草芽孢桿菌在環(huán)境防治中的應(yīng)用

4.1 凈化水質(zhì)，改善水體環(huán)境 近幾年研究證明，微生態(tài)制劑能迅速降解、吸收和轉(zhuǎn)化水體中有機(jī)污物和氮、磷等，并能形成優(yōu)勢(shì)菌群?？莶菅挎邨U菌能將動(dòng)物的排泄物、殘存飼料、硝酸鹽、磷酸鹽等分解為小分子有機(jī)酸、氨基酸，為小單胞藻提供營(yíng)養(yǎng)，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化，維持水體生態(tài)平衡，提高生物成活率（潘康成等，2004）。胡詠梅等（2006）研究表明，枯草芽孢桿菌FY99-01能迅速降解污水中有機(jī)物，48 h化學(xué)需氧量（COD）的去除率達(dá)67%以上，144 h總殘?jiān)?、過(guò)濾性殘?jiān)慕到饴史謩e為61.3%和24.1%，96 h降解硫化物達(dá)100%。張峰峰等（2009）研究報(bào)道，枯草芽孢桿菌可迅速降低養(yǎng)殖水體中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量，去除率均達(dá)99%以上，可有效降低水體的pH。

4.2 對(duì)糞便的無(wú)公害化處理 由于枯草芽孢桿菌有很強(qiáng)的生物同化作用，能有效降低糞便中產(chǎn)生的氨氣、吲哚等有害氣體濃度，減輕糞便臭味，并且其代謝產(chǎn)物對(duì)蚊蠅的生長(zhǎng)繁殖也有抑制作用，不僅改善養(yǎng)殖環(huán)境，也有利于糞便的資源化利用。另外，畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中排出的廢渣、廢水等污染物也可用該菌處理，達(dá)到無(wú)害化的效果（翟繼鵬等，2010）。王宇等（2009）比較了幾種微生物對(duì)豬糞堆肥的升溫效果，發(fā)現(xiàn)碳氮比為30∶1左右時(shí)，升溫效果為枯草芽孢桿菌>黑曲霉>木霉>酵母。而將枯草芽孢桿菌、黑曲霉、木霉以3∶2∶3比例添加時(shí)，其協(xié)同作用可使豬糞堆肥在10 d左右腐熟。

4.3 吸附環(huán)境中的重金屬 Asuncion等（2002）研究指出，芽孢桿菌屬菌株均有強(qiáng)大的吸附金屬能力。這是因?yàn)榻饘匐x子能夠與該菌細(xì)胞表面上的陰離子相互作用而被固定，當(dāng)其結(jié)合到細(xì)胞壁上時(shí)，可以防止這些金屬滲透到細(xì)胞內(nèi)部而減少毒害作用，然而，細(xì)菌必需的金屬離子可通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。代淑娟等（2010）研究表明，在電鍍廢水pH為8，枯草芽孢桿菌用量為10 g/L（濕重），攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為800 r/min，吸附時(shí)間為10 min條件下，廢水中鎘的吸附率達(dá)到93%以上。

5 小結(jié)

枯草芽孢桿菌可分泌多種酶類(lèi)，并具有抗逆性強(qiáng)、抑菌效果好等諸多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是較理想的工業(yè)生產(chǎn)菌株。目前，枯草芽孢桿菌的作用效果逐步得到確認(rèn)，相信隨著研究的不斷深入，枯草芽孢桿菌將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用空間。

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