丁酸梭菌作為飼料添加劑在動(dòng)物養(yǎng)殖與疾病防控中的應(yīng)用進(jìn)展

黃瀟航 ， 張龍 ， 胡奇林 ， 黃志堅(jiān) ， 殷光文 *， 江和基 *

（1.福建農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，福建福州 350002；2.福建省動(dòng)物藥物工程實(shí)驗(yàn)室，福建福州 350002；3.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，福建福州 350013）

丁酸梭菌，俗稱為丁酸菌、酪酸梭菌。其在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上，對由于抗生素濫用等致病因素引起的腸炎具有較好的治療效果，此外對過敏性支氣管炎炎癥、糖尿病等臨床疾病也具有一定療效。丁酸梭菌作為動(dòng)物腸道內(nèi)分布普遍的一種重要菌類，多能在動(dòng)物糞便中通過細(xì)菌分離得到，在動(dòng)物飼料營養(yǎng)添加的試驗(yàn)性研究中，該菌也是動(dòng)物腸道生態(tài)菌群結(jié)構(gòu)健康與否的重要指示細(xì)菌之一。本文就該菌的抗氧化、腸道菌群調(diào)節(jié)、促生產(chǎn)、抗菌消炎等功能及其在畜牧獸醫(yī)領(lǐng)域的生產(chǎn)應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 丁酸梭菌的主要生物特性

1.1 腸道穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)功能 丁酸梭菌具有耐熱耐酸及耐受多種抗生素等特點(diǎn)（易中華，2017）。合理使用丁酸梭菌進(jìn)行飼料添加后，能夠提高動(dòng)物腸道內(nèi)維持環(huán)境穩(wěn)態(tài)的梭菌屬細(xì)菌含量，減少條件致病菌發(fā)病的概率。該菌本身具有的芽孢形成能力所賦予的重要生物學(xué)特性強(qiáng)抗逆性，也是其能夠作為口服腸道益生菌制劑調(diào)節(jié)腸道菌群健康的原因。在枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌等益生菌制劑促進(jìn)動(dòng)物腸道活性功能的數(shù)據(jù)研究上，丁酸梭菌和雙歧桿菌等幾類細(xì)菌的腸道分布位置及比例對動(dòng)物腸道穩(wěn)態(tài)健康具有參考價(jià)值。Sui等（2018）在試驗(yàn)測定中發(fā)現(xiàn)，TLR2對丁酸梭菌作用于腸道上皮細(xì)胞的分子機(jī)制十分重要，在沒有TLR2表達(dá)的情況下，NF-κB、IL-8、IL-6 和 TNF-α 顯著降低，這也在某種程度上意味著丁酸梭菌可激活上皮細(xì)胞中TLR2介導(dǎo)的MyD88非依賴性信號(hào)傳導(dǎo)途徑（Gao 等，2012）。

1.2 抗菌與炎性修復(fù) 微生物學(xué)試驗(yàn)證明，丁酸梭菌的某些分離株能夠拮抗某些致病菌的繁衍增殖，謝樹貴等（2007）試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，B1丁酸菌株對豬大腸桿菌K88、K99、O139株和豬腸炎沙門氏菌O4Hi株、金黃色葡萄球菌均有顯著抑制作用。這也為丁酸梭菌作為益生菌制劑防控細(xì)菌病原所致傳染性疾病提供了一個(gè)重要的提示。在給斷乳仔豬喂食該類益生菌，抵御大腸桿菌攻毒效力的保護(hù)試驗(yàn)中，Li等（2018）認(rèn)為，丁酸梭菌能夠增強(qiáng)腸屏障功能，抑制斷奶仔豬凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白非依賴性NLRP3炎性體信號(hào)傳導(dǎo)途徑，對無抗化養(yǎng)殖中動(dòng)物疾病的防治與腸道健康具有重要意義，降低了大腸桿菌攻毒仔豬的血清二胺氧化酶活性和d-乳酸濃度，增加了腸緊密連接蛋白表達(dá)，同時(shí)能夠降低血清和腸道中的IL-1β、IL-18水平，增幅白細(xì)胞介素10的表達(dá)水平。該菌在腸道菌群方面的調(diào)節(jié)功能能夠應(yīng)用在預(yù)防和治療壞死性腸炎等消化道炎癥方面。在對患有壞死性腸炎的肉雞模型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，飼喂丁酸梭菌能降低NE病變的發(fā)生率和嚴(yán)重程度。其本身對動(dòng)物的增重、飼料利用率方面也有顯著影響，這意味著該類菌在提高動(dòng)物生產(chǎn)效益等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值（Takahashi等，2018）。 Gao 等（2012）試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌可以通過抑制EHEC活力而直接治療EHEC誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡來達(dá)到預(yù)防EHEC誘導(dǎo)腸道疾病的目的，同時(shí)為丁酸梭菌治療家禽大腸桿菌病提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.3 抗氧化功能 丁酸梭菌的抗氧化功能主要體現(xiàn)在其能夠通過對動(dòng)物器官中的SOD等酶含量進(jìn)行調(diào)控。Jia（2017）發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)使用的丁酸梭菌菌株預(yù)防高脂飲食引起肥胖的作用可能與葡萄糖增加，蛋白質(zhì)和脂肪減少有關(guān)。在畜牧生產(chǎn)應(yīng)用中，丁酸梭菌能夠促進(jìn)雞、豬等的體重增長，提高肉類的質(zhì)量，且能夠優(yōu)化腸道菌群生態(tài)結(jié)構(gòu)，提高肝、腸等重要器官的抗氧化功能，增加動(dòng)物腸道的免疫功能，在對新生幼畜營養(yǎng)性腹瀉等病癥的非特異性免疫防治上具有可觀的發(fā)展前景。在過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等氧化酶的含量及代謝中，丁酸梭菌試驗(yàn)組的結(jié)果多表現(xiàn)為抗氧化作用，該項(xiàng)功能對于畜禽腸道菌群穩(wěn)態(tài)的維持具有重要意義。

1.4 促生長功能 丁酸梭菌可通過幫助腸道菌群形成較好的定植生態(tài)而達(dá)到提高飼料消化吸收效率的目的。目前在豬、雞、兔等動(dòng)物的試驗(yàn)中均體現(xiàn)了該類菌在動(dòng)物促增長方面的顯著效果。也是該類菌能夠作為益生菌使用在動(dòng)物生產(chǎn)中的一個(gè)基本效用。在經(jīng)濟(jì)動(dòng)物某些重要生長、繁殖基因的調(diào)控上，丁酸梭菌的飼喂添加能發(fā)揮一定的調(diào)控作用。袁文華等（2019a、2019b）將丁酸梭菌應(yīng)用在肉鴿養(yǎng)殖中發(fā)現(xiàn)，其單獨(dú)或者與乳酸桿菌聯(lián)合應(yīng)用可促進(jìn)生長基因GHR和IGF-1（乳鴿）和繁殖基因BMP15、FSHR（青年鴿）的表達(dá)，這是在除免疫增強(qiáng)，腸道菌群調(diào)控之外的又一重要應(yīng)用。丁酸梭菌在肉用動(dòng)物的肉質(zhì)改良和蛋用動(dòng)物的蛋品質(zhì)量提高上也具有一定的有益影響。在高端肉品的供銷中，除對產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值有著較高要求之外，肉品尤其是生鮮肉品的肉品成色、條紋走向、肉脂比例等都對其銷售價(jià)格和產(chǎn)地口碑有一定影響，因此丁酸梭菌在動(dòng)物肌肉代謝比例中所體現(xiàn)出來的脂類代謝調(diào)節(jié)作用，肌肉生產(chǎn)等效果是該菌在動(dòng)物促生長價(jià)值開發(fā)的一項(xiàng)重要附加項(xiàng)目，目前已經(jīng)在雞肉、鴨肉、鵝肉、豬肉的生產(chǎn)試驗(yàn)中進(jìn)行嘗試，未來的投產(chǎn)應(yīng)用值得進(jìn)一步研究。

2 在動(dòng)物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

2.1 在養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用 丁酸梭菌在養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用是該菌在畜牧養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的重要組成部分，除了能夠較好的促進(jìn)豬只個(gè)體的增長之外，還能夠提高飼料的轉(zhuǎn)化利用率，在腸道健康、血液生理生化、日增重等多項(xiàng)指標(biāo)上具有重要的促進(jìn)作用。丁酸梭菌應(yīng)用于母豬、仔豬和育肥豬的生產(chǎn)應(yīng)用功能也有不同。Chen等（2018）在斷乳仔豬LPS應(yīng)激性腹瀉的模型試驗(yàn)中，通過飼喂一定劑量的丁酸梭菌成功達(dá)到了仔豬腹瀉率的控制效果；0.4%丁酸梭菌益生菌制劑的使用，能夠降低TNF含量，在增加腸道隱窩數(shù)，改善腸黏膜發(fā)育等生理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提高腸黏膜中的IL-10、TLR2-mRNA表達(dá)水平。在育肥豬的生產(chǎn)試驗(yàn)中，丁酸梭菌的使用能夠達(dá)到提高飼料利用率的作用，這在對飼料需求量較大，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)要求更為細(xì)致的育肥豬快速增長時(shí)期的豬群飼養(yǎng)成本的控制和增重方面具有可觀的使用價(jià)值。張秀江等（2015）研究表明，在育肥豬日糧中分別添加微生態(tài)制劑、丁酸梭菌制劑及兩者復(fù)合制劑，日增重分別提高6.5%、7.5%、14.0%，證明丁酸梭菌在育肥豬階段使用具有生長促進(jìn)效能及與其他微生態(tài)制劑的良好協(xié)同作用。Meng等（2010）在育肥豬生產(chǎn)試驗(yàn)中，所使用的益生菌復(fù)合制劑在劑量合適的情況下能夠改良育肥豬的肉質(zhì)，并且能量的表觀總消化率有所提高。在母豬繁殖組的丁酸梭菌使用試驗(yàn)中，合理比例丁酸梭菌能夠幫助母豬繁殖提高產(chǎn)前免疫力，幫助新生仔豬更好地獲得某些傳染性病原的先天性免疫力，產(chǎn)前對特定病原PEDV等進(jìn)行特異性免疫的母豬群體，丁酸梭菌的使用也能提高疫苗的特異性免疫保護(hù)效果，減少疾病損害（Inatomi等，2017）。

2.2 在禽類養(yǎng)殖中的應(yīng)用 丁酸梭菌在禽類養(yǎng)殖的研究中被認(rèn)為具有改善禽類生長性能、抗氧化能力和免疫功能的作用，是一種性價(jià)比均較適合于生產(chǎn)應(yīng)用的益生菌制劑。在沙門氏菌的丁酸梭菌添加做營養(yǎng)保護(hù)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，試驗(yàn)組雞肝臟、脾臟和盲腸內(nèi)容物的沙門氏菌含量均存在不同程度的降低；試驗(yàn)雞群中3個(gè)器官內(nèi)容物的 IFN-γ、IL-1β、IL-8和 TNF-α 的產(chǎn)生均有降低，Zhao等（2017）認(rèn)為，其具有替代抗生素的潛力。Yang等（2012）在肉雞丁酸梭菌的添飼試驗(yàn)中，以腸道菌群中所含有的盲腸乳桿菌和雙歧桿菌數(shù)量進(jìn)行腸道健康的評級(jí)發(fā)現(xiàn)，喂食丁酸梭菌的試驗(yàn)組，肉雞盲腸乳桿菌和雙歧桿菌計(jì)數(shù)高于對照組。在養(yǎng)殖蛋禽飼料中添加適當(dāng)比例的丁酸梭菌，試驗(yàn)雞的產(chǎn)蛋性能、蛋品質(zhì)、血清參數(shù)和盲腸微生物群落均優(yōu)于對照組，尤其在血清參數(shù)中，血液中的IgG含量顯著提高，整體的免疫功能得到提升（Zhan等，2019）。對需要作為肉類進(jìn)出口加工銷售的肉禽養(yǎng)殖而言，除了禽類的生長速度和免疫健康需要考慮之外，還需考慮所產(chǎn)禽類的肉質(zhì)是否符合食品加工或者市場銷售的風(fēng)味需求。在飼料中添加丁酸梭菌能夠在一定程度上改善規(guī)?；B(yǎng)殖中禽類肉質(zhì)中存在的風(fēng)味缺失問題。Liu等（2018）在北京鴨肉質(zhì)量影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在飼喂過程中添加丁酸梭菌能夠調(diào)控鴨肉中的脂質(zhì)代謝，可改善生產(chǎn)性能，對肉質(zhì)、氨基酸和脂肪酸組成均有較好的影響，增加了必需氨基酸和風(fēng)味氨基酸的濃度及總多不飽和脂肪酸在內(nèi)的多種風(fēng)味影響物質(zhì)的含量。在生產(chǎn)高端肉類供應(yīng)上，丁酸梭菌等益生菌的添加飼喂具有重要意義。孫玲玲等（2018）在五龍鵝的育肥試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相比于枯草芽孢桿菌的益生作用，丁酸梭菌的添加在鵝胸肌的增加上更具有優(yōu)勢，兩種菌聯(lián)合應(yīng)用效果更佳，在250 mg/kg枯草芽孢桿菌+250 mg/kg丁酸梭菌的試驗(yàn)組中，五龍鵝胸肌率和腿肌率提高4.20%和10.86%，腹脂肪率降低10.97%。

2.3 在兔等草食動(dòng)物方面的應(yīng)用 丁酸梭菌在牛、羊、兔等草食動(dòng)物的研究報(bào)道較少。草食動(dòng)物尤其是反芻動(dòng)物消化結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性決定了其消化道內(nèi)菌群維持平衡和健康生態(tài)的重要意義。丁酸梭菌益生制劑的使用能夠幫助肉用兔種在仔兔階段更好地對抗來自大腸桿菌等腸道致病菌的感染（Tachikawa等，1998），減低患病風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)在成年育肥兔的飼養(yǎng)中，丁酸梭菌的添加能夠起到良好的保健作用。Liu等（2018）在兔群健康養(yǎng)殖的試驗(yàn)中指出，丁酸梭菌能夠增強(qiáng)試驗(yàn)組兔群小腸消化酶活性，改善黏膜形態(tài)和抗氧化狀態(tài)，維持小腸屏障功能，這也決定了其在兔群腸道健康、天然免疫中的重要保健功能，同時(shí)在兔群的個(gè)體增重上，效果顯著。在反芻動(dòng)物的生態(tài)養(yǎng)殖中，丁酸梭菌在乳牛日常飼料中的添加飼喂，在劑量合理的前提下具有重要的益生作用。丁酸梭菌某些特定菌株及其相關(guān)制品在圍產(chǎn)期奶牛飼料中的添加，結(jié)合特定蛋白添加能夠顯著提高外周淋巴細(xì)胞群中CD4+T 細(xì)胞的數(shù)量（Kohiruimaki等，2008）。 同時(shí)，丁酸梭菌與其他益生菌制劑的復(fù)合使用比起單一菌種更具有開發(fā)利用價(jià)值，尤其在動(dòng)物外周免疫系統(tǒng)及相應(yīng)免疫細(xì)胞的激活，免疫因子的正向調(diào)節(jié)能夠發(fā)揮重要作用。Qadis等（2014）在復(fù)合益生菌制劑的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加含有丁酸梭菌等在內(nèi)的復(fù)合益生菌制劑能夠進(jìn)一步激活動(dòng)物體內(nèi)的免疫應(yīng)答機(jī)制，主要體現(xiàn)在試驗(yàn)組某些特定的T細(xì)胞亞群T細(xì)胞數(shù)的增加，同步飼喂后期伴隨IL-6、INF-γ和TNF-α等表達(dá)水平改變。丁酸梭菌在草食動(dòng)物領(lǐng)域，尤其是反芻動(dòng)物瘤胃及腸道免疫方面的具體調(diào)控機(jī)制值得進(jìn)一步研究與探討。

2.4 在水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物養(yǎng)殖中的應(yīng)用 水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物養(yǎng)殖中，益生菌制劑的應(yīng)用更為廣泛。丁酸梭菌能夠在魚類增重、腸道菌群結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)、肝功能改善等方面發(fā)揮作用，對某些水生動(dòng)物常見致病菌，其能夠發(fā)揮凝集和拮抗作用，從而幫助魚類抵御疫病的侵襲。腸道菌群穩(wěn)態(tài)和調(diào)控保持對于抑制大腸桿菌等條件致病菌具有重要的意義。作為條件致病菌，在腸道中的存在并不只有致病因素，還有部分腸道穩(wěn)態(tài)、營養(yǎng)吸收轉(zhuǎn)化等重要生命活動(dòng)，但當(dāng)宿主的抵抗力降低或腸道微生態(tài)平衡發(fā)生較大變化時(shí)，條件致病菌就有可能成為真正的致病原，因此益生菌制劑的添加對于某些條件致病菌的群防群控具有重要意義。Pan等（2008）發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌特定菌株CB2能表現(xiàn)出較好的凝集和拮抗嗜水氣單胞菌、鰻弧桿菌的抗菌效果，并且在魚類腸細(xì)胞模型中得到印證。Gao等（2013）認(rèn)為丁酸梭菌能夠在魚類腸炎沙門氏菌和副溶血弧菌感染防控方面發(fā)揮一定的作用。除此外，也有很多關(guān)于丁酸梭菌在細(xì)菌方面拮抗和抑制情況的研究報(bào)道。樊英等（2019）的試驗(yàn)表明，飼料中添加丁酸梭菌，可促進(jìn)虹鱒生長，改善其機(jī)體營養(yǎng)成分，維護(hù)肝功能，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，尤其能夠提高腸道梭菌屬細(xì)菌的所占比例。在魚類養(yǎng)殖試驗(yàn)中，丁酸梭菌的添加能夠抑制魚類肝臟等組織臟器中的某些參與重要代謝的成分含量，維持魚類某些包括總膽紅素等生理成分的穩(wěn)態(tài)，朝著有益于動(dòng)物機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的方向調(diào)控。在甲殼類動(dòng)物的養(yǎng)殖上，丁酸梭菌的添加對于蝦群的生產(chǎn)試驗(yàn)效果更為可觀。丁酸梭菌在餌料添加后，溶菌酶活性等指標(biāo)的相對表達(dá)水平均得到提高，其他數(shù)值的正向變化，證明了其能夠幫助南美白對蝦提高對氨脅迫的生長性能、SCFA含量、體內(nèi)粗蛋白質(zhì)含量，能夠起到提升免疫力的效果（Duan等，2017）。此外，丁酸梭菌能夠幫助人工養(yǎng)殖蝦群更好應(yīng)對亞硝酸鹽脅迫，提高SOD、CAT、GPx活性，并且與熱應(yīng)激相關(guān)的HSP70、鐵蛋白基因表達(dá)水平測定中均高于對照組（Duan等，2018）。除了增強(qiáng)腸道免疫、改善絨毛高度和腸壁厚度等腸道結(jié)構(gòu)，逆境適應(yīng)性調(diào)控上，丁酸梭菌對細(xì)菌性疾病，諸如副溶血性弧菌等的攻毒保護(hù)效果，也被認(rèn)為能夠?yàn)槲r群提供免疫方面的保護(hù)增強(qiáng)（Li等，2019），對甲殼類動(dòng)物的健康養(yǎng)殖具有重要意義。

3 結(jié)語

丁酸梭菌具有良好的益生菌性能，但是未來益生菌制劑的研發(fā)方向還是以復(fù)合型益生菌制劑研發(fā)為主導(dǎo)，因?yàn)楸M管單種益生菌的添加能夠增強(qiáng)動(dòng)物的生產(chǎn)性能，但以丁酸梭菌為例的益生菌用于添加制劑用途，除能必須具備有利于動(dòng)物生產(chǎn)性能的生物學(xué)功能之外，還應(yīng)考慮在養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)承受范圍內(nèi)。對規(guī)?；B(yǎng)殖而言，能夠適度減少養(yǎng)殖過程中所需要的成本，同步促進(jìn)生長的益生菌制劑是比較理想的選擇。將多種益生菌共同制備成復(fù)合制劑，能夠更為有效地激發(fā)動(dòng)物的生產(chǎn)潛能，最大限度地發(fā)揮益生菌的益生作用。丁酸梭菌在傳統(tǒng)動(dòng)物的養(yǎng)殖中所展現(xiàn)出的促生長、強(qiáng)免疫、抗氧化、穩(wěn)腸道、提肉質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)為試驗(yàn)所證實(shí)，并在養(yǎng)殖中得到推廣應(yīng)用。伴隨我國養(yǎng)殖業(yè)對于傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖的環(huán)保整頓后，中小散戶特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)的崛起，丁酸梭菌在內(nèi)的益生菌制劑在特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的研發(fā)實(shí)踐領(lǐng)域尚未成熟。當(dāng)前丁酸梭菌在肉鴿養(yǎng)殖，狐等毛皮動(dòng)物養(yǎng)殖的生產(chǎn)增效試驗(yàn)，或許說明其在未來特種養(yǎng)殖熱潮的推動(dòng)下有望能成為新的生產(chǎn)實(shí)踐課題的研究點(diǎn)。