雞源益生菌的體外和體內(nèi)生物學(xué)模擬

劉正旭

摘? 要：本文對(duì)雞源益生菌進(jìn)行了體外和體內(nèi)的生物學(xué)模擬，分析了在兩種情況下益生菌生長曲線4個(gè)階段的不同特點(diǎn)，為實(shí)際生產(chǎn)條件下益生菌的有效應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：雞源益生菌;體外;體內(nèi);生物學(xué)模擬

中圖分類號(hào)：S814 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2018）12-0047-03

基于氧氣和二氧化碳的濃度，家禽胃腸道可以分成三種不同的微生物群落。

它受以下各種因素的影響：

● 雞腸道不同部位形態(tài)學(xué)和生理學(xué)的差異導(dǎo)致各種營養(yǎng)素的消化吸收在空間和時(shí)間上存在差異。

● 在雛雞生命的早期（1～12日齡），快速生長的需氧菌和兼性厭氧菌會(huì)消耗氧氣，并最終會(huì)導(dǎo)致后腸中二氧化碳的濃度升高。

● 中腸和后腸中過度生長的兼性厭氧菌會(huì)取代需氧菌。

● 在雛雞出殼后第二周，專性厭氧菌在后腸占優(yōu)勢。最后，到第12天，雞的胃腸道會(huì)出現(xiàn)大量的微生物：需氧菌、兼性厭氧菌和專性厭氧菌。

1? 體外益生菌生物學(xué)

益生菌在分批培養(yǎng)中生長時(shí)，所得的生長曲線通常有4個(gè)階段：遲滯期、指數(shù)生長期、平臺(tái)期和死亡期（圖1）。

1.1 遲滯期

將微生物接種到新鮮培養(yǎng)基時(shí)，細(xì)胞數(shù)量通常不會(huì)出現(xiàn)立刻增長。這一階段被稱為遲滯期。它不是一個(gè)不活動(dòng)的時(shí)期。相反，細(xì)胞會(huì)識(shí)別新環(huán)境（例如新的培養(yǎng)基），并合成增殖所必需的新成分（加倍，從一個(gè)到二個(gè)）。

1.2 指數(shù)生長期

指數(shù)生長期，鑒于遺傳潛力、培養(yǎng)基性質(zhì)和環(huán)境條件，益生菌以盡可能最大的速度開始生長和分裂。

在指數(shù)階段，細(xì)菌的生長速度是恒定的，即它們會(huì)定期完成細(xì)胞周期和數(shù)量加倍。因此，這個(gè)階段本質(zhì)上需要更多的能量輸入，這是通過有氧/無氧呼吸（每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生? ? 36 mol～38 mol三磷酸腺苷）來實(shí)現(xiàn)的。

1.3 平臺(tái)期

在一個(gè)密閉體系中，如分批培養(yǎng)，益生菌數(shù)量增長最終終止，生長曲線由于多種因素趨于水平，例如營養(yǎng)耗盡、氧氣/二氧化碳濃度有限（例如需氧菌和厭氧菌）、有毒廢物堆積、種群數(shù)量達(dá)到臨界水平等。本階段稱為平臺(tái)期。指數(shù)生長期向平臺(tái)期過渡需要的能量輸入較少。因此，在這一過渡中所需的維持能量是通過發(fā)酵（每個(gè)循環(huán)2 mol三磷酸腺苷）來實(shí)現(xiàn)的。

1.4 死亡期

在死亡階段，活細(xì)胞的數(shù)量呈指數(shù)下降，細(xì)胞以恒定速度死亡。

有另外兩種可能性：

● 在細(xì)胞暫時(shí)無法生長時(shí)會(huì)產(chǎn)生有活力但是無法培養(yǎng)的細(xì)胞（Viable but Non-culturable，VBNC）。一旦有合適的條件（例如溫度變化或進(jìn)入宿主），VBNC益生菌會(huì)恢復(fù)生長。

● 程序性細(xì)胞死亡發(fā)生在一小部分微生物群中，并會(huì)釋放營養(yǎng)物質(zhì)，使沒有開始細(xì)胞死亡的種群最終得以生長。

2? 體內(nèi)益生菌生物學(xué)

雞腸道的環(huán)境顯著不同于實(shí)驗(yàn)室（體外）條件。

根據(jù)所發(fā)表的關(guān)于雞腸道益生菌生命周期的各種研究數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，其生長曲線階段劃分有相當(dāng)大的相似性，可以分為4個(gè)階段：遲滯期、指數(shù) （對(duì)數(shù)） 生長期/平臺(tái)（挑戰(zhàn)）期、孢子形成和飼料通過期（圖2）。為了更好地闡明體內(nèi)生長曲線，我們以枯草芽孢桿菌為例進(jìn)行說明，它是家禽飼料中廣泛使用的益生菌。

枯草芽孢桿菌主要以內(nèi)生孢子形式進(jìn)入雞腸道。孢子中的特殊受體能識(shí)別有利的環(huán)境（例如營養(yǎng)、氧氣濃度等），并萌發(fā)成營養(yǎng)細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，給雞飼喂的孢子多達(dá)90%能于1 h內(nèi)在嗉囊到肌胃部分上（上部胃腸道）萌發(fā)，這可能是由于此部位的條件適宜需氧菌生存（更高的氧氣濃度）。隨后，孢子在腸上皮細(xì)胞上定植，并為增殖做準(zhǔn)備。雞腸道內(nèi)益生菌生命周期的這一階段可定義為遲滯期。每克飼料的孢子數(shù)和同期的萌發(fā)率對(duì)下一階段的菌群密度有顯著影響。

枯草芽孢桿菌在雞腸道中的指數(shù)生長期比在體外條件短。這是由連續(xù)的飼料通過、細(xì)胞脫落、與其他微生物的競爭和惡劣的腸道環(huán)境造成的。然而，孢子的萌發(fā)率和嗉囊中飼料的滯留會(huì)促使細(xì)胞數(shù)量迅速增加一倍，足以形成其自身的生態(tài)小環(huán)境。事實(shí)上，幾乎沒有研究報(bào)告表明枯草芽孢桿菌在從嗉囊到泄殖腔的過程中經(jīng)歷了一個(gè)完整的萌發(fā)和孢子形成周期。

枯草芽孢桿菌的指數(shù)生長期過渡為平臺(tái)期對(duì)于利用枯草芽孢桿菌益生菌的益處至關(guān)重要。與該階段主要受營養(yǎng)不足引起下降的體外條件不同，在雞腸道中，它是由下胃腸道中氧氣濃度降低和其他細(xì)菌/真菌的競爭引起。已經(jīng)發(fā)表的一份關(guān)于枯草芽孢桿菌的報(bào)告表明，在過渡階段，它會(huì)分泌幾種酶（降解復(fù)雜的底物）、免疫調(diào)節(jié)劑（系統(tǒng)抵性）、抗生素、生物活性化合物（例如脂肽）等，以殺死競爭對(duì)手，防止它們?nèi)肭制渖鷳B(tài)位點(diǎn)。這些物質(zhì)通過發(fā)酵作用產(chǎn)生，在體外條件下可以模擬其生物學(xué)（例如產(chǎn)生青霉素和酶）。有趣的是，在商業(yè)肉雞試驗(yàn)中，益生菌處理組（枯草芽孢桿菌）和陰性對(duì)照組的生產(chǎn)性能參數(shù)（如增重和飼料轉(zhuǎn)化率）之間沒有顯著差異，可能表明雞腸道中益生菌缺少平臺(tái)期。此外，缺少平臺(tái)期往往會(huì)導(dǎo)致益生菌過度生長，從而導(dǎo)致與宿主（家禽）競爭營養(yǎng)。這種情況在幾個(gè)生產(chǎn)試驗(yàn)中均有記錄（圖3和表1）。處理組在添加水平較低時(shí)生產(chǎn)性能明顯更佳。

當(dāng)所有其他試圖生長、競爭和生存的努力都已用盡時(shí)，孢子形成通常被認(rèn)為是最后的手段。許多研究工作者報(bào)道，枯草芽孢桿菌孢子形成的趨勢在雞后腸（回腸至泄殖腔）較上腸和中腸（嗉囊至空腸）增強(qiáng)。

這種現(xiàn)象歸因于嚴(yán)格的缺氧條件（二氧化碳濃度較高）、氨氣濃度升高以及專性厭氧菌（如產(chǎn)氣莢膜梭菌）比枯草芽孢桿菌能更高效地利用硝酸鹽/氨基酸/營養(yǎng)素等因素。

3? 結(jié)論

益生菌的營養(yǎng)形態(tài)對(duì)家禽具有重要的生物學(xué)意義。

考慮到飼料通過家禽腸道的時(shí)間短，孢子形成的益生菌必須快速萌發(fā)，與營養(yǎng)形態(tài)一致。

在雞腸道中，指數(shù)生長期之后應(yīng)該有平臺(tái)期，以產(chǎn)生有益的生物活性分子。

單一型益生菌如枯草芽孢桿菌往往在后腸形成孢子，從而經(jīng)歷飼料通過。因此，通過益生菌競爭作用以消除產(chǎn)氣莢膜梭菌并不現(xiàn)實(shí)，這導(dǎo)致雞群從第一天起就會(huì)面臨不可避免的壞死性腸炎的威脅。

在實(shí)際生產(chǎn)條件下，復(fù)合型益生菌（需氧菌和厭氧菌的戰(zhàn)略組合）在低添加水平時(shí)比單一型益生菌更有效。這可能是因?yàn)樵鰪?qiáng)平臺(tái)期有助于產(chǎn)生有益的生物活性分子，擴(kuò)大對(duì)微生物感染的保護(hù)范圍以及更好地利用腸道微生物群。