曹振輝,潘洪彬,劉永仕,佟薈全,徐志強(qiáng),林秋葉*
(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué),云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室,云南昆明 650201;2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650201; 3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650201)
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戊糖片球菌的益生功能及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
曹振輝1,2,潘洪彬1,2,劉永仕2,佟薈全2,徐志強(qiáng)3,林秋葉3*
(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué),云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室,云南昆明 650201;2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650201; 3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650201)
摘要戊糖片球菌作為乳酸菌的一種,其益生功能越來越受到關(guān)注和重視。對戊糖片球菌微生物制劑的功能及其在動物生產(chǎn)、青貯飼料加工領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述,并對其研究前景進(jìn)行了展望,以期為戊糖片球菌的研發(fā)提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞乳酸菌; 戊糖片球菌; 微生態(tài)飼料添加劑; 微生物青貯添加劑
飼用抗生素在畜禽和水產(chǎn)動物生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用,極大地提高了動物的生長性能,在解決畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品供給方面做出了巨大貢獻(xiàn)。但是,破壞腸道微生態(tài)平衡、在畜禽和水產(chǎn)品中殘留、耐藥微生物的出現(xiàn)等問題也已暴露無疑,其研發(fā)既能提高動物的生產(chǎn)性能,又能保障畜(水)產(chǎn)品安全的環(huán)境友好型飼料添加劑已成為動物營養(yǎng)學(xué)的研究熱點。近年來,隨著對益生菌益生功能的深入研究,微生態(tài)飼料添加劑因其在提高動物的健康水平、抗病能力和免疫力方面的積極作用,作為飼養(yǎng)抗生素的最具發(fā)展?jié)摿Φ奶娲?,已被畜牧和水產(chǎn)行業(yè)所接受[1-2]。戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)隸屬鏈球菌科片球菌屬,為革蘭氏陽性菌,因能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乳酸而屬于乳酸菌的一種。目前,戊糖片球菌作為益生菌,已被應(yīng)用在動物生產(chǎn)、青貯飼料加工領(lǐng)域中。基于此,筆者對戊糖片球菌微生物制劑的功能和應(yīng)用的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,以期為戊糖片球菌的研發(fā)提供理論依據(jù)。
1戊糖片球菌的益生功能
1.1抑制致病菌的增殖在現(xiàn)代畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程中,動物不斷受到各種不利因素的影響(如各種環(huán)境變化造成的應(yīng)激、抗生素藥物的濫用導(dǎo)致腸道微生態(tài)失調(diào)等),給病原微生物可乘之機(jī)并大量增殖,影響機(jī)體健康。因此,抑制病原菌繁殖,維持動物腸道微生態(tài)平衡,可以提高動物的健康水平,加快動物的生產(chǎn)過程。Shin等[3]以來源于鴨腸道的戊糖片球菌JWS939為研究對象,抑菌試驗結(jié)果表明JWS939能有效殺死李氏特菌,且該菌株在pH 2.0~9.0或90 ℃加熱30 min仍能存活。Muoz-Atienza等[4]以分離自水產(chǎn)動物的16株戊糖片球菌為研究對象,研究了其對常見魚病病原菌的抑制作用,并進(jìn)行了安全性初步評價。結(jié)果表明,來源于大西洋鮭、大西洋鱈、歐洲鳥尾蛤、真蛸、歐洲狼鱸、虹鱒魚的16株戊糖片球菌對格式乳球菌(JIP29-99)、無乳鏈球菌(CF01173)、嗜水氣單胞菌(CECT5734)、海豚鏈球菌(LMG14521)、鰻利斯頓氏菌(CECT4344、CECT7199)5種常見魚病病原菌均有抑制作用,而這16株戊糖片球菌對嗜水氣單胞菌和鰻利斯頓氏菌均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用,抑制圈直徑≥10 mm。安全性評價結(jié)果表明,部分戊糖片球菌菌株對紅霉素(1/16)、克林霉素(4/16)、卡那霉素(2/16)和四環(huán)素(2/16)有抗性。以上研究結(jié)果表明,戊糖片球菌作為動物腸道微生物的固有菌種,具有抑制病原菌增殖與促進(jìn)動物健康的潛力,但尚需進(jìn)行抗生素藥敏試驗,有必要進(jìn)行安全性評價。
1.2增強(qiáng)免疫力大量研究表明,益生菌可以通過增強(qiáng)系統(tǒng)和局部免疫功能,提高機(jī)體抗病能力,這被認(rèn)為是益生菌促健康的重要作用機(jī)制之一[5]。Cao等[6]從泡菜中自行分離到戊糖片球菌L1,將其與HT-29人腸上皮細(xì)胞預(yù)孵育后16 h,再添加促炎劑腫瘤壞死因子-α作用3 h,結(jié)果表明戊糖片球菌L1顯著抑制了促炎基因IL8、CCL20、CXCL10和CXCL1以及NF-κB細(xì)胞信號通路關(guān)鍵基因NFKB1和RELA基因的mRNA表達(dá)水平,以及細(xì)胞培養(yǎng)上清中IL-8的分泌水平,證實了戊糖片球菌在腸上皮細(xì)胞水平的免疫調(diào)節(jié)作用。Masuda等[7]從日本傳統(tǒng)發(fā)酵食品Sunki泡菜中分離到戊糖片球菌Sn26,并將1 μg/mL的戊糖片球菌Sn26分別與BALB/c小鼠派伊爾小結(jié)細(xì)胞、卵清蛋白誘導(dǎo)過敏腹瀉BALB/c小鼠脾臟細(xì)胞共同孵育72 h,結(jié)果表明Th1型細(xì)胞因子IL-12和IFN-γ的分泌水平顯著增加,免疫球蛋白E分泌水平顯著降低。BALB/c小鼠預(yù)先口服1 mg戊糖片球菌Sn26菌粉(每周5次,劑量為1 mg/次),7 d后開始口服卵清蛋白(每周3次,劑量為10 mg/次),連續(xù)口服給藥56 d,每次口服卵清蛋白后1 h觀察腹瀉情況,結(jié)果表明腹瀉發(fā)生時間延遲,血清中免疫球蛋白E分泌水平顯著降低。以上研究從體外和體內(nèi)2個角度證實了戊糖片球菌具有免疫調(diào)節(jié)功能,可以提高動物抗病能力和健康水平。
1.3減少體脂沉積近年來,人類肥胖癥的發(fā)病率逐年提高,已對畜禽生產(chǎn)提出了更高的要求,開發(fā)安全、高效的飼料添加劑產(chǎn)品,從營養(yǎng)的角度降低動物的體脂沉積、提高瘦肉率是飼料工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。目前,戊糖片球菌作為微生態(tài)飼料添加劑的研究,主要集中在促生長、提高動物生長性能和增強(qiáng)免疫力方面,而在減少畜禽體質(zhì)沉積方面鮮有報道。Zhao等[8]以C57BL/6JcL小鼠為實驗動物,飼喂高脂日糧建立肥胖模型后,隨機(jī)分為對照組(HFD-C)、戊糖片球菌LP28組(HFD-LP28)和植物乳桿菌SN13T組(HFD-SN13T),分別飼喂高脂日糧、高脂日糧+戊糖片球菌LP28和高脂日糧+植物乳桿菌SN13T,其中LP28和SN13T在日糧中的濃度均為1.25×109CFU/g,飼養(yǎng)56 d后屠宰采集樣品,結(jié)果表明與飼喂高脂日糧的對照組相比,戊糖片球菌LP28組小鼠體增重降低40%(P<0.05),肝臟中甘油三酯含量降低54%(P<0.001),膽固醇含量降低70%(P< 0.05),脂肪細(xì)胞體積和脂滴大小明顯減小,脂肪代謝相關(guān)基因CD36和過氧化物酶體增殖物激活受體γ的mRNA表達(dá)量均顯著降低,而植物乳桿菌SN13T組小鼠上述指標(biāo)無顯著變化。上述研究表明,在日糧中添加戊糖片球菌具有顯著降低動物體脂沉積和提高瘦肉率的潛力。
2戊糖片球菌在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
2.1家禽微生物飼料添加劑是經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn),通過將其添加到配合飼料中來改善動物腸道的微生態(tài)菌群平衡、提高飼料轉(zhuǎn)化效率、增強(qiáng)免疫力和改善動物健康水平的一種飼料添加劑產(chǎn)品。目前,微生物飼料添加劑已廣泛應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中,在保障畜產(chǎn)品安全,提高動物福利,改善養(yǎng)殖環(huán)境衛(wèi)生方面發(fā)揮關(guān)鍵作用??阻驳萚9]以無特定病原體(Specific pathogen free,SPF)雞為研究對象,采用MRS瓊脂和乳酸桿菌培養(yǎng)基分離其腸道中的益生菌,通過形態(tài)學(xué)觀察、生理生化指標(biāo)檢測以及16S rDNA基因序列分析進(jìn)行優(yōu)勢菌株的種屬鑒定,共分離到包括戊糖片球菌在內(nèi)的4種乳酸菌和2種腸球菌,結(jié)果表明戊糖片球菌是SPF雞體內(nèi)的固有微生物菌株。王浩等[10]將鵝源戊糖片球菌制備成液體菌制劑添加到基礎(chǔ)日糧中飼喂1日齡健康A(chǔ)A雄性肉仔雞,研究戊糖片球菌對AA肉仔雞生長性能和肉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,在42 d的試驗期內(nèi),與飼喂基礎(chǔ)日糧的對照組相比,在基礎(chǔ)日糧中添加戊糖片球菌1×1010CFU/只的處理組可以顯著降低飼料的料重比,改善雞肉品質(zhì)和抗氧化指標(biāo);相同的添加量和試驗期內(nèi),可以顯著降低從1周齡開始飼喂戊糖片球菌的AA肉雞公雛的料重比(P<0.05),并可以顯著提高4~6周齡AA肉雞的胸肌率(P<0.05),顯著降低血清中膽固醇含量(P<0.05)[11]。李念珍等[12]以從四川草科雞盲腸黏液層中分離的戊糖片球菌(CGMCC編號為6566)為材料,通過正交試驗確定制備微膠囊的最佳配方后,將制備好的戊糖片球菌微膠囊按1 g/kg(微膠囊活菌數(shù)為2.5×109CFU/g)的濃度添加到基礎(chǔ)日糧中,飼喂1日齡的AA肉雛雞,試驗周期為42 d。結(jié)果表明,與飼喂基礎(chǔ)日糧的對照組相比,戊糖片球菌處理組的全期平均增重提高了13.36%(P<0.05),料肉比降低了6.07%(P<0.05),胸肌率和腿肌率分別提高了15.58%(P<0.05)和11.07%(P<0.05),胸腺、脾臟和法氏囊重量也有了不同程度提高(P>0.05)。上述試驗結(jié)果表明,戊糖片球菌是家禽腸道內(nèi)的固有微生菌株,在日糧中添加戊糖片球菌制劑可以顯著提高家禽的飼料轉(zhuǎn)化效率、生長性能和產(chǎn)肉性能,在一定程度上改善機(jī)體的免疫功能。
2.2水產(chǎn)動物隨著飼用抗生素的負(fù)面作用日益突出,如何有效提高水產(chǎn)動物的健康水平、凈化水質(zhì),保證水產(chǎn)品的安全性已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。益生菌作為抗生素替代品的研發(fā)熱點,也已廣泛應(yīng)用在水產(chǎn)動物的養(yǎng)殖過程中。美人魚發(fā)光桿菌(Photobacteriumdamselae)是引起魚類感染“巴斯德氏菌病”的病原菌,該菌致病性強(qiáng)、宿主廣泛,在世界范圍內(nèi)使海水養(yǎng)殖業(yè)遭受了嚴(yán)重?fù)p失。Xing等[13]從成年軍曹魚的腸道中分離到戊糖片球菌菌株LAB4012,體外抑菌試驗表明其培養(yǎng)物上清液可以有效抑制美人魚發(fā)光桿菌殺魚亞種(Photobacteriumdamselaesubsp.Piscicida,Pdp)的生長繁殖;將其培養(yǎng)物(OD595 nm=2.0)離心沉淀再經(jīng)PBS懸浮后,按照1∶3比例噴涂到飼料上(濃度為109CFU/g),為期14 d的飼養(yǎng)試驗結(jié)果表明,與不加戊糖片球菌菌株LAB4012的空白飼料組(LAB-)相比,飼喂LAB4012不接種Pdp疫苗組(LAB+)的軍曹魚(初始體重為4.6 g)生長率提高12%;14 d后,將軍曹魚浸泡在含有Pdp的海水中,結(jié)果表明,與LAB-組相比LAB+組的軍曹魚相對生存率達(dá)74.4%,外周血白細(xì)胞呼吸暴發(fā)率顯著提高(P<0.05);為期35 d的飼養(yǎng)試驗結(jié)果表明,盡管戊糖片球菌菌株LAB4012未能提高接種Pdp疫苗軍曹魚的特異性免疫反應(yīng),但與LAB-組相比,LAB+組軍曹魚的生存率提高22%(P<0.05)。以上結(jié)果表明,LAB4012可作為有效的益生菌來提高軍曹魚生長速度,抵抗美人魚發(fā)光桿菌感染。
Huang等[14]研究了戊糖片球菌菌株LAB4012對青石斑魚先天免疫、生理健康以及鰻弧菌引起弧菌病的影響。將2 g的青石斑魚隨機(jī)分為試驗1、2組和對照1、2組(n=20),其中試驗1、2組按體重的4%飼喂含有LAB4012的飼料(109CFU/g),另外對照1、2組飼喂不含有LAB4012的飼料,21 d后試驗1組和對照1組腹腔注射5×105CFU的鰻弧菌,試驗2組和對照2組腹腔注射6×105CFU的鰻弧菌,接種后青石斑魚不再飼喂含有LAB4012的飼料,統(tǒng)計7 d內(nèi)死亡率,結(jié)果表明,與對照組相比,相同接種量試驗組的青石斑魚死亡率顯著降低(P<0.05);以體質(zhì)量1.5 g的青石斑魚為研究對象,試驗組按體重的4%飼喂含有LAB4012的飼料,對照組飼喂不含有LAB4012的飼料,每周稱重,28 d后采用實時定量PCR檢測頭腎和脾臟中抗/促炎因子,結(jié)果表明28 d后,與對照組相比,試驗組增重的百分率顯著提高(P<0.05),頭腎組織的抗炎因子TGF-β1極顯著增加(P<0.01),脾中的促炎因子TNF-2顯著降低(P<0.05)、IL-1β極顯著降低(P<0.01);將平均體重為288 g的青石斑魚隨機(jī)分為試驗組(LAB+)和對照組(LAB-),LAB+組按1%體重飼喂含有LAB4012的飼料(109CFU/g),LAB-組飼喂不含有LAB4012的飼料,飼喂7 d后每條魚臀靜脈采血后,立即腹腔注射非致死劑量的鰻弧菌106CFU,1 d后再次臀靜脈采血,對比感染前后的血液中紅細(xì)胞和白細(xì)胞數(shù)量,并采集頭腎組織提取其巨噬細(xì)胞,檢測其吞噬活性,結(jié)果表明飼喂7 d后接種致病菌前,LAB+組的紅細(xì)胞數(shù)量與LAB-組相比極顯著增加(P<0.01);接種后,LAB+組的紅細(xì)胞、白細(xì)胞數(shù)量和頭腎組織巨噬細(xì)胞吞噬活性與LAB-組相比極顯著增加(P<0.01)。以上試驗結(jié)果表明,戊糖片球菌可以作為飼用益生菌添加到飼料中,在調(diào)節(jié)水產(chǎn)動物免疫和抵抗致病菌感染方面發(fā)揮益生作用。
2.3在青貯飼料加工中的應(yīng)用青貯飼料是新鮮的青綠飼草經(jīng)乳酸菌在厭氧條件下發(fā)酵而成的一種多汁適口、氣味酸香、營養(yǎng)豐富、主要用于喂養(yǎng)反芻動物的飼料。在青貯過程中,乳酸菌將飼草中的可溶性碳水化合物轉(zhuǎn)化成乳酸等有機(jī)酸,使pH下降,抑制有害微生物生長繁殖,從而利于長期保存。青貯飼料歷史悠久,是乳酸菌在飼料加工中被廣泛應(yīng)用的方式之一[15]。研究表明,戊糖片球菌是苜蓿青貯飼料發(fā)酵過程中的固有乳酸菌菌株[16-17]。因為青貯飼料原料中乳酸菌數(shù)量較少,微生物青貯添加劑應(yīng)運而生。微生物青貯添加劑通常由幾種乳酸菌、酶和一些營養(yǎng)成分組成,具有促進(jìn)乳酸菌大量繁殖、加快發(fā)酵過程、加速產(chǎn)生乳酸、促進(jìn)多糖和粗纖維的轉(zhuǎn)化和提高營養(yǎng)成分含量的作用[18]。張慧杰[15]從青貯飼料原料及發(fā)酵過程中分離到戊糖片球菌、植物乳桿菌、乳酸片球菌、彎曲乳桿菌和希氏腸球菌等10株乳酸菌菌種,并選擇產(chǎn)酸速度較快的乳酸片球菌GI7和GI24、彎曲乳桿菌GI44、戊糖片球菌GI11和植物乳桿菌GI62為試驗菌株,進(jìn)行苜蓿青貯試驗篩選微生物青貯添加劑,結(jié)果表明由等量的植物乳桿菌 GI62、戊糖片球菌GI11、乳酸片球菌GI7組成的微生物添加劑,均勻噴灑到鍘短的苜蓿上(5.0×105CFU/g),乳酸菌的數(shù)量最多,pH最低,青貯效果最優(yōu)。劉艷豐等[19]采用由戊糖片球菌、植物乳桿菌、纖維素酶和木聚糖酶組成的微生物青貯劑發(fā)酵青貯玉米秸稈(20 g/t),密封發(fā)酵45 d后選擇泌乳前期荷斯坦奶牛進(jìn)行60 d的飼養(yǎng)試驗,與不加微生物青貯劑的青貯飼料進(jìn)行對比,結(jié)果表明與常規(guī)青貯相比微生物青貯劑處理的秸稈品質(zhì)高、適口性好,飼喂奶牛后產(chǎn)奶量提高,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。以上試驗表明,戊糖片球菌是青貯飼料發(fā)酵過程中的固有菌種,可作為微生物青貯添加劑的乳酸菌菌種之一,在青貯飼料的制作過程中發(fā)揮作用。
3展望
大量研究表明,微生物飼料添加劑具有以下特點:①產(chǎn)生有機(jī)酸或抗菌物質(zhì),抑制病原微生物增殖;②有效黏附腸道位點,競爭排除病原微生物定殖;③產(chǎn)生各種消化酶;④刺激免疫反應(yīng)。微生物飼料添加劑在維持動物腸道微生態(tài)菌群平衡、提高飼料轉(zhuǎn)化效率和免疫力、防病治病等方面效果顯著,是替代飼用抗生素和化學(xué)合成藥物,生產(chǎn)無公害、綠色畜禽產(chǎn)品和水產(chǎn)品最具有發(fā)展?jié)摿Φ奶娲贰>N是微生物飼料添加劑發(fā)揮功能的基礎(chǔ),也是產(chǎn)品安全的首要保證,世界各國對此都有明確規(guī)定和嚴(yán)格管理。2006年我國農(nóng)業(yè)部658號公告《飼料添加劑品種目錄》中就將戊糖片球菌列入了可允許使用的微生物名錄。因此,以我國豐富多樣的乳酸菌發(fā)酵制品或不同養(yǎng)殖環(huán)境條件下的畜禽糞便為原料,篩選戊糖片球菌,進(jìn)行益生功能研究和安全性評價,并利用現(xiàn)代微生物和分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行遺傳改造,開發(fā)微生物飼料添加劑、微生物青貯添加劑具有廣闊前景。
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The Probiotic Function ofPediococcuspentosaceusand Its Application in Animal Production
CAO Zhen-hui1,2,PAN Hong-bin1,2,LIU Yong-shi2,LIN Qiu-ye3*et al (1.Yunnan Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science,Yunnan Agricultural University,Kunming,Yunnan 650201; 2.Faculty of Animal Science and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming,Yunnan 650201;3.School of Food Science and Technology,Yunnan Agricultural University,Kunming,Yunnan 650201)
AbstractPediococcuspentosaceusare categorized as lactic acid bacteria and have attracted much attention due to their probiotic potential.The functions ofPediococcuspentosaceusmicrobial preparation and their application in animal production,silage processing field were reviewed,and the future prospect was forecasted,in an attempt to provide a basis for research and development ofPediococcuspentosaceus.
Key wordsLactic acid bacteria;Pediococcuspentosaceus; Microbial feed additives; Microbial silage additives
收稿日期2015-12-28
作者簡介曹振輝(1977- ),男,遼寧燈塔人,實驗師,博士,從事飼用抗生素替代品研究。*通訊作者,副教授,博士,從事益生菌資源挖掘與益生功能研究。
基金項目國家自然科學(xué)基金項目(31501496);教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金項目[教外司留(2013)1792號];云南省教育廳科學(xué)研究基金理工類重點項目(2013Z024);云南農(nóng)業(yè)大學(xué)云南省動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室開放基金項目(DYKF2015006)。
中圖分類號S 816.7
文獻(xiàn)標(biāo)識碼A
文章編號0517-6611(2016)02-073-03