芽孢桿菌在動(dòng)物營養(yǎng)與飼料中的應(yīng)用

邱雪興 駱宏機(jī) 劉文聰

（惠州仲愷高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)農(nóng)村工作局，廣東惠州 516000）

1 前言

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和地球環(huán)境的惡化，農(nóng)藥、化肥和激素類、抗生素類藥物的應(yīng)用雖然對生產(chǎn)有幫助，但是此類藥物的消極影響也越來越受到人們的排斥，例如藥物殘留嚴(yán)重、產(chǎn)生耐藥菌株、畜禽機(jī)體免疫力下降、引起畜禽內(nèi)源性感染和二重感染等。環(huán)境保護(hù)和食品安全是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。就畜產(chǎn)品來說，人們關(guān)注的是消費(fèi)品的安全性，對人體是否有害以及對人類生存環(huán)境是否會(huì)帶來污染。而激素類以及抗生素等藥物的過多應(yīng)用導(dǎo)致的負(fù)作用不僅僅是對畜禽本身的影響，而且對人體和環(huán)境造成影響，人吃了這類畜禽產(chǎn)品后，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的病態(tài)。隨著科學(xué)水平和人們意識(shí)的提高，開始尋找一種可以取代農(nóng)藥、化肥、抗生素等藥物的替代品。當(dāng)前，益生菌以其天然、綠色、無殘留等特點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)之一。其中，酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等是一種理想的微生物添加劑和生物發(fā)酵劑。從動(dòng)物營養(yǎng)與飼料生產(chǎn)兩方面考慮，芽孢桿菌既能提高畜禽生長性能，又具有較強(qiáng)的抗性，且在飼料制粒、貯存過程及在胃腸道的酸性環(huán)境中作用穩(wěn)定并保持較高的活性，因此，其研究和應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。

2 芽孢桿菌的種類和生物學(xué)特性

芽孢桿菌類微生物添加劑是利用正常微生物群成員或環(huán)境中的有益芽孢桿菌，通過科學(xué)方法篩選、鑒定、培養(yǎng)、干燥等系列工藝制成的一種新型活菌制劑，具有防治疾病，促進(jìn)生長等功效，且無毒，無殘留。

2.1 飼用芽孢桿菌的種類

2008年我國農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《飼料添加劑品種目錄》中允許添加的飼用微生物主要有地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、兩歧雙歧桿菌、糞腸球菌、屎腸球菌、乳酸腸球菌、嗜酸乳桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母菌、沼澤紅假單胞菌等16種。而國外允許添加的菌種數(shù)比我國更多一些。目前國際上允許直接飼用的微生物菌種達(dá)42種（美國食品與藥物管理局與美國飼料協(xié)會(huì)，1989）。美國官方（AAFCO.1991）批準(zhǔn)使用的芽孢桿菌有凝結(jié)芽孢桿菌（Bacillus coaglans）、遲緩芽孢桿菌（Bacillus lentus）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、短小芽孢桿菌（Bacillus pumillis）和枯草芽孢桿菌（Bacillussubtil），除此之外，國內(nèi)外用于畜禽生產(chǎn)的芽孢桿菌還有蠟樣芽孢桿菌（Bacilluscereus）、環(huán) 狀 芽 孢 桿 菌（Bacillus cireldans）、巨大芽孢桿菌（Bacillus negaterium）、堅(jiān)強(qiáng)芽孢桿菌（Bacillusgrmus）、東洋芽孢桿菌（Bacillus toyoi）、納豆芽孢桿菌（Bacillus natto）等。

2.2 芽孢桿菌的生物學(xué)特性

芽孢桿菌屬歸于芽孢桿菌科，為好氧或兼性厭氧，可形成芽孢的革蘭氏陽性細(xì)菌。是包括我國在內(nèi)的很多國家允許使用的飼料微生物菌種。在特定的環(huán)境下，菌體內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，經(jīng)過前孢子階段，形成一個(gè)完整的芽孢。芽孢對熱、放射線和化學(xué)物質(zhì)等有較強(qiáng)的抵抗力。

3 芽孢桿菌的作用機(jī)理

3.1 對動(dòng)物機(jī)體的作用

3.1.1 分泌活性代謝物，抑制致病微生物

動(dòng)物體內(nèi)存在百種以上的微生物，它們對機(jī)體的健康具有重要作用。在正常情況下，動(dòng)物腸道微生物種群及其數(shù)量處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的微生態(tài)平衡，當(dāng)機(jī)體受到某些應(yīng)激時(shí)。這種平衡可能被打破，導(dǎo)致體內(nèi)菌群比例失調(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(dòng)物表現(xiàn)出病理狀態(tài)，生產(chǎn)性能下降。大量研究表明，飼用芽孢桿菌具有拮抗腸道病原細(xì)菌，維持和調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡的作用。動(dòng)物飼喂芽孢桿菌后，腸道內(nèi)大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、沙門氏菌等潛在致病菌的數(shù)量顯著降低，而有益菌增加的同時(shí)，動(dòng)物排泄物、分泌物中的微生物數(shù)量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而凈化體內(nèi)外環(huán)境，減少疾病的發(fā)生。Kornegay和Risley（1996）給育肥豬飼喂芽孢桿菌產(chǎn)品BAC1和BAC2，結(jié)果表明：添加BAC1組，糞中芽孢桿菌孢子數(shù)和乳酸菌數(shù)量增多，大腸桿菌數(shù)量無顯著變化；添加BAC2組，糞中芽孢桿菌孢子數(shù)增加，大腸桿菌數(shù)減少，乳酸菌數(shù)量無顯著變化。張國龍等（1994）報(bào)道，在 35日齡斷奶仔豬日糧中添加0.2%～0.4%的蠟樣芽孢桿菌產(chǎn)品后，仔豬糞中大腸桿菌總數(shù)顯著降低。

芽孢桿菌的營養(yǎng)體在形成芽孢過程中可分泌活性抗菌物質(zhì)。納豆芽孢桿菌可產(chǎn)生許多抗菌素，如桿菌肽、多黏菌素、2，6-吡啶二羧酸等.對沙門氏菌、傷寒菌和痢疾菌等有抑制作用，另外，還可以清除葡萄球腸毒素（牛麗亞和黃占旺，2008）。

3.1.2 分泌多種消化酶

芽孢桿菌的孢子進(jìn)入動(dòng)物腸道后，在腸道上部迅速復(fù)活，并在其生長繁殖過程中產(chǎn)生多種消化酶，如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等，另外還有一些畜禽本身不具有的酶，如果膠酶、纖維素酶、葡聚糖酶等。這些酶進(jìn)入消化道中，對相應(yīng)飼料成分進(jìn)行降解，從而提高飼料轉(zhuǎn)化率。芽孢桿菌產(chǎn)生消化酶的作用產(chǎn)物可以進(jìn)一步被腸道微生物利用，例如，芽孢桿菌產(chǎn)生的淀粉酶，可將淀粉轉(zhuǎn)化為單糖，再由腸道中其他菌種將這些單糖轉(zhuǎn)化為乳酸，降低腸道中的pH值，從而起到抑制病原菌的作用。

3.1.3 產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì)

芽孢桿菌在動(dòng)物腸道內(nèi)生長繁殖，能產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì)，如有機(jī)酸、氨基酸、維生素、促生長因子等，參與動(dòng)物機(jī)體新陳代謝。

芽孢桿菌在腸道內(nèi)生長繁殖過程中能夠產(chǎn)生乳酸和乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，降低腸道pH值，使得有害微生物受到抑制，另一方面，腸道pH值降低有助于動(dòng)物特別是幼小動(dòng)物營養(yǎng)物質(zhì)消化，尤其是對蛋白質(zhì)的消化吸收。產(chǎn)生的丙酸還能夠參與三羧酸循環(huán)，為動(dòng)物新陳代謝提供能量。芽孢桿菌還能夠產(chǎn)生較多的維生素B1、B6等B族維生素和維生素C，為動(dòng)物提供維生素營養(yǎng)。

3.1.4 維持腸道厭氧環(huán)境

動(dòng)物腸道原籍優(yōu)勢菌大多屬厭氧菌，而有害菌和外來菌多為需氧菌，為了保持微生態(tài)平衡，腸道內(nèi)必須保持厭氧狀態(tài)。芽孢桿菌大多為需氧菌或兼性厭氧菌，進(jìn)入動(dòng)物腸道內(nèi)?？上拇罅康挠坞x氧，降低腸內(nèi)氧濃度和氧化還原電勢，維持腸道的厭氧環(huán)境。為消化道中的乳桿菌、腸球菌和乳球菌等兼性厭氧菌及擬桿菌等厭氧菌提供更為理想的生長環(huán)境。增強(qiáng)腸道對厭氧菌的定植能力。同時(shí)使腸道中原本存在的腸桿菌等需氧菌的生長因缺氧受到抑制，提高動(dòng)物機(jī)體抗病能力，減少胃腸道疾病的發(fā)生幾率。Maruta等（1996）研究發(fā)現(xiàn)，豬采食含 10 CFU/g枯草芽孢桿菌的飼糧3周后，糞中雙歧桿菌數(shù)量顯著上升，而鏈球菌和梭菌的數(shù)量顯著下降。周望平和肖兵南（2002）研究顯示，芽孢桿菌能顯著降低大腸桿菌的數(shù)量，而雙歧桿菌、芽孢桿菌、乳酸桿菌等腸道有益菌的數(shù)量明顯高于對照組。

3.1.5 增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體的免疫功能

芽孢桿菌能分泌活性抗菌物質(zhì)及促進(jìn)腸道相關(guān)淋巴組織處于高度反應(yīng)的“準(zhǔn)備狀態(tài)”，同時(shí)能促進(jìn)機(jī)體免疫器官、組織的成熟。使這些器官、組織處于高度反應(yīng)準(zhǔn)備狀態(tài)，T、B淋巴細(xì)胞的數(shù)量增多.提高動(dòng)物機(jī)體的體液和細(xì)胞免疫水平。Inooka和Uehara（1983）研究發(fā)現(xiàn)，納豆芽孢桿菌能增強(qiáng)雛雞對抗綿羊紅細(xì)胞的凝集抗體的產(chǎn)生，并認(rèn)為納豆芽孢桿菌在增強(qiáng)雛雞免疫上起重要作用。隨后，進(jìn)一步試驗(yàn)表明，該菌能顯著提高仔雞脾臟的T、B淋巴細(xì)胞比例，對雞的細(xì)胞免疫有積極的影響。張靈啟等（2008）研究了芽孢桿菌制劑對斷奶仔豬免疫功能的影響，結(jié)果表明.日糧中添加芽孢桿菌對 IgA、IgM和C3的水平有一定的提高作用.可顯著提高C4的水平。

3.2 在飼料發(fā)酵過程中的作用

3.2.1 軟化飼料

芽孢桿菌是屬于好氧或兼性厭氧型，在發(fā)酵飼料的過程中，芽孢桿菌會(huì)消耗大量的氧氣產(chǎn)生熱量，使發(fā)酵內(nèi)室溫度上升，這樣飼料的細(xì)胞就因?yàn)闇囟鹊纳叨l(fā)生破裂，細(xì)胞內(nèi)的組織就會(huì)滲透出來，降低了飼料的硬度。同時(shí)芽孢桿菌會(huì)釋放乳化劑使發(fā)酵的飼料的組織軟化，使比較粗硬的纖維類飼料達(dá)到更好的適口性。

3.2.2 產(chǎn)生酵素

芽孢桿菌等一系列益生菌，還有一個(gè)功能就是產(chǎn)生對動(dòng)物機(jī)體有益的酵素。酵素也叫做酶，就是一系列有對機(jī)體化學(xué)反應(yīng)有催化作用的。這些酵素目前還沒完全測明成分，但是絕大部分是對動(dòng)物機(jī)體有促進(jìn)作用。目前有不少科學(xué)工作者對酵素在不同動(dòng)物之間進(jìn)行試驗(yàn)，將不同比例的酵素進(jìn)行是為實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酵素有延長壽命，促進(jìn)生長、提高機(jī)體免疫力的功效?？梢娊退氐漠a(chǎn)生讓發(fā)酵飼料的營養(yǎng)成分發(fā)生改變、同時(shí)增加了促進(jìn)生長、提高機(jī)體免疫力的作用，對增加飼料附加值有明顯的促進(jìn)作用。

3.2.3 改善pH值

植物的根、莖、葉等本身普遍因?yàn)楹猩飰A的關(guān)系，都會(huì)呈現(xiàn)略微堿性，而芽孢桿菌在厭氧發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生酸，這樣就中和了飼料的pH值，發(fā)酵的時(shí)間越久，飼料的pH值的酸度就會(huì)越高。這樣就大大的增加了飼料的適口性，同時(shí)pH偏酸就會(huì)抑制其他有害腐敗細(xì)菌的生長從而保證了發(fā)酵飼料過程中質(zhì)量。

4 芽孢桿菌在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

4.1 提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能

飼用芽孢桿菌可提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，改善飼料轉(zhuǎn)化率。Mongkol等（2002）研究表明，添加0.2%或O.5%的納豆、枯草芽孢桿菌組與對照組相比.能顯著提高肉雞的生產(chǎn)性能。周振峰（2006）研究地衣芽孢桿菌對荷斯坦泌乳奶牛泌乳性能的影響，結(jié)果表明，地衣芽孢桿菌制劑可以緩解熱應(yīng)激.提高產(chǎn)奶量。欒廣春等（2008）給泌乳期奶牛飼喂納豆芽孢桿菌，可顯著提高產(chǎn)奶量（P＜0.05），并且隨著納豆芽孢桿菌添加量的增加，產(chǎn)奶量也有增加的趨勢。李麗紅等（2005）試驗(yàn)表明，飼料中添加0.05%芽孢桿菌復(fù)合微生態(tài)制劑可以顯著提高蛋雞的產(chǎn)蛋量。朱五文等（2007）在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中分別添加不同劑量的枯草芽孢桿菌制劑，試驗(yàn)?zāi)┢谄骄鶅粼鲋?、日增重均高于空白對照組，且與添加枯草芽孢桿菌制劑的劑量成正比。劉曉琳等（2008）在斷奶仔豬日糧中添加地衣芽孢桿菌，在試驗(yàn)?zāi)┢冢?1日齡），添加組體重顯著高于空白對照組，平均總增重和平均日增重分別比對照組提高了12.33%和13.89%，差異顯著（P＜0.05）；而料肉比顯著降低15.49%，差異極顯著（P＜0.01）。

4.2 預(yù)防腹瀉和防治疾病

芽孢桿菌用于防治畜禽腹瀉具有明顯效果。戴國俊等（2007）試驗(yàn)表明，地衣芽孢桿菌有降低仔豬腹瀉的趨勢。吳昌標(biāo)等（2008）認(rèn)為，蘇云金芽孢桿菌可以用來防治動(dòng)物捻轉(zhuǎn)血矛線蟲，防治動(dòng)物血吸蟲病、豬蛔蟲病、綿羊綠銅蠅等。

4.3 改善畜舍的環(huán)境，減少環(huán)境污染

Prohaszka等（1990）對豬飼喂芽孢桿菌后，腸道內(nèi)pH和NH3，含量下降，揮發(fā)性脂肪酸上升了I8%，丙酸和乙酸的產(chǎn)量也增加。安永義等（1996）研究證明，芽孢桿菌能使肉仔雞糞便NH，產(chǎn)生量顯著減少。Davis等（2008）將特殊篩選的微生物飼料添加劑（地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌）飼喂給生長育肥豬后，與對照組相比，糞便分解明顯加強(qiáng)，分析其原因?yàn)檠挎邨U菌在動(dòng)物腸道中產(chǎn)生的氨基化氧化酶及分解硫化氫的酶類可將吲哚類氧化成無毒、無害的物質(zhì)，從而降低動(dòng)物體內(nèi)氨氣、硫化氫等有害氣體的濃度，減少環(huán)境污染。

5 芽孢桿菌作為益生菌的要求及其作用效果的影響因素

5.1 芽孢桿菌作為益生菌使用應(yīng)具備的條件

（1）安全性好：即使同一細(xì)菌，如蠟樣芽孢桿菌，有的引起人類食物中毒，有的引起動(dòng)物紅細(xì)胞溶解，有的對于人和動(dòng)物無任何不良反應(yīng)。以上情況說明分離的菌種必須用合格、健康的小鼠進(jìn)行嚴(yán)格的急性、亞急性毒性試驗(yàn)和致畸試驗(yàn)。證明確實(shí)屬無毒、無致畸、無致病、無耐藥性、無藥殘等不良反應(yīng)后才可進(jìn)行其他試驗(yàn)。（2）存活能力強(qiáng)。（3）能產(chǎn)生多種有益活性物質(zhì)。（4）能在腸道內(nèi)定植。一般的微生態(tài)制劑在應(yīng)用時(shí)，要求其應(yīng)以活的形式進(jìn)入胃腸道，達(dá)到一定的數(shù)量，并進(jìn)一步在腸道中增殖以及分泌代謝產(chǎn)物后才能發(fā)揮功能。芽孢桿菌能否在動(dòng)物腸道中增殖是影響飼用效果的主要因素。（5）對抗菌藥物敏感性強(qiáng)：篩選的菌種對常用的多種抗生素等具有較好的敏感性，這證明菌體內(nèi)無耐藥性質(zhì)粒。若菌體內(nèi)存在耐藥性質(zhì)粒，不可避免地在人和動(dòng)物腸道內(nèi)的細(xì)菌之間兼性傳遞，這比使用抗生素帶來的危害更大。

5.2 影響芽孢桿菌作用效果的因素

Fuller（1989）指出，類似添加劑產(chǎn)品所用菌株的質(zhì)量與其生產(chǎn)工藝、日糧類型及加工貯存條件等有關(guān)，芽孢桿菌也不例外。影響芽孢桿菌作用效果的因素有以下幾方面：

（1）芽孢桿菌的種類：菌種是影響芽孢桿菌作用效果的主要因素之一。不同的菌種。其生理生化特性、代謝產(chǎn)物有一定的差異，這將導(dǎo)致在生長過程中分泌的代謝產(chǎn)物不同（有機(jī)酸、酶等），引起的作用效果也不同。甚至同種菌的不同菌株其生理特性也存在一定的差異，因此導(dǎo)致其作用也不一定相同。

（2）動(dòng)物的生理基礎(chǔ)：動(dòng)物個(gè)體的生理狀況也是影響作用效果的重要因素之一。研究發(fā)現(xiàn)，飼用芽孢桿菌對于處于應(yīng)激和疾病（尤其是胃腸道疾?。顟B(tài)下的動(dòng)物，能起到良好的作用效果。而對于健康的、生產(chǎn)性能良好的動(dòng)物僅起到一定的保健作用。同時(shí)，動(dòng)物的年齡、性別、種類也影響其作用效果。

（3）氧化和抑菌物質(zhì)：某些抗生素、磺胺類藥物及其不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)預(yù)混料、濃縮料等都可使活菌數(shù)降低。

（4）使用的劑量：在飼料中添加劑量不同效果也不同。例如，在高營養(yǎng)水平的飼料中添加芽孢桿菌的飼喂效果不如低營養(yǎng)水平日糧。陳兵等（2003）在仔豬日糧中連續(xù)飼喂納豆芽孢桿菌。研究不同添加水平對仔豬 日增重、料重比等的影響，結(jié)果表明低劑量添加組可獲得較好的飼喂效果。

（5）其他因素的影響：隨著保存時(shí)間的推移，活菌數(shù)量不斷減少。另外，保存狀態(tài)也會(huì)影響其存活率，繼而影響其效果。微生物在干燥狀態(tài)下，存活狀態(tài)較好；當(dāng)水分升高，隨時(shí)間的延長，存活率降低。

6 展望

對于飼用芽孢桿菌，由于各國研究水平不同，其允許使用的菌種也不同。2008年我國農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《飼料添加劑品種目錄》中允許添加的芽孢桿菌菌種有地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌。數(shù)量少于發(fā)達(dá)國家，因此，需要加強(qiáng)菌種研究，篩選出繁殖力強(qiáng)、性能穩(wěn)定和安全無副作用的菌種供生產(chǎn)應(yīng)用，另外，還需加強(qiáng)芽孢桿菌與其他益生菌及酸化劑、低聚糖、酶制劑等飼料添加劑之間組合使用技術(shù)：加強(qiáng)研究和制定芽孢桿菌產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、檢驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和指導(dǎo)新產(chǎn)品的研發(fā)。

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