芽孢桿菌特性及其在畜牧生態(tài)養(yǎng)殖中應(yīng)用研究進(jìn)展

曹樹威，余昌花，羅鮮青，魏 莎，蔣世強(qiáng)，鄧祝新，王英群，黃麗霞，唐承明，李美珍，李芳芳，王國利*

(1.廣西壯族自治區(qū)畜牧研究所，南寧 530001；2.廣西壯族自治區(qū)畜禽品種改良站 南寧 530001)

“綠色環(huán)?！笔钱?dāng)代畜牧業(yè)的發(fā)展趨勢，化學(xué)藥品濫用、養(yǎng)殖糞污影響人畜健康的傳統(tǒng)畜牧業(yè)必將被無毒、無抗、無污的現(xiàn)代有機(jī)畜牧業(yè)逐漸取代。芽孢桿菌作為一類生物多樣性廣，功能全面，抗逆性強(qiáng)，安全無公害的微生物群體，目前芽孢桿菌制劑已在養(yǎng)殖替抗、益生因子飼料發(fā)酵、養(yǎng)殖環(huán)境污染治理和畜禽疫病防控等領(lǐng)域表現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。本文結(jié)合芽孢桿菌的研究進(jìn)展，闡述芽孢桿菌制劑作為未來生態(tài)畜牧養(yǎng)殖和新型多功能獸藥開發(fā)的潛力。

1 畜牧生產(chǎn)常用芽孢桿菌的分類

目前，常用于畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的芽孢桿菌主要分為5大類(表1)，這些菌都?xì)w于芽孢桿菌屬，但屬于不同的種，且都能夠在細(xì)胞中間位置或頂端產(chǎn)生抗逆性極強(qiáng)的芽孢；5類菌對氧氣不敏感，暫無研究報道嚴(yán)格厭氧的芽孢桿菌，對營養(yǎng)條件亦無特殊要求，易培養(yǎng)，繁殖速度快，能夠在極短時間內(nèi)形成優(yōu)勢菌群，且多具備生物奪氧機(jī)制，與其它菌的競爭優(yōu)勢顯著，其自身能夠合成不同類型的生物活性物質(zhì)，可抑制病原菌的生長；5類菌因不同的產(chǎn)酶特點(diǎn)及其他代謝特征，各具自身特異的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于畜牧和水產(chǎn)生態(tài)養(yǎng)殖各領(lǐng)域，推動現(xiàn)代畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展。

表1 生產(chǎn)常用芽孢桿菌的分類Tab 1 Classification of Bacillus which are commonly used in production

2 芽孢桿菌主要益生機(jī)理

2.1 競爭占位優(yōu)勢顯著 芽孢桿菌的競爭占位優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在營養(yǎng)競爭和空間位點(diǎn)競爭。芽孢桿菌對環(huán)境溫度、濕度、氧氣、酸堿度無嚴(yán)格要求，大大拓寬了其可生存環(huán)境的范圍，且能和其他微生物在定殖部位爭奪利用氨基酸、糖類、無機(jī)鹽、維生素、微量元素等菌體生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，因此營養(yǎng)競爭優(yōu)勢顯著；另外，芽孢桿菌可以分泌嗜鐵素，產(chǎn)生鐵螯合物及鐵載體，螯合、汲取環(huán)境里的Fe3 +，從而達(dá)到和其他微生物競爭環(huán)境中鐵元素的目的[1]。

芽孢桿菌空間競爭優(yōu)勢表現(xiàn)在其同病原菌競爭植物根部或腸道內(nèi)黏附位點(diǎn)，抑制致病菌結(jié)合上皮細(xì)胞，形成占位優(yōu)勢，保護(hù)宿主細(xì)胞。Bacon 等研究發(fā)現(xiàn)，玉米內(nèi)生芽孢桿菌因可以和玉米病原菌(串珠鐮孢菌)競爭玉米相同的生態(tài)位點(diǎn)，大大降低了病原菌的致病性[2]。芽孢桿菌具有抗胃酸和消化酶的能力，可以順利進(jìn)入腸道定植，形成優(yōu)勢菌群。置換腸道致病菌的研究證明芽孢桿菌對腸道上皮的黏附力強(qiáng)，可以和病原菌競爭腸道上皮的附著位點(diǎn)[3]。

2.2 生物奪氧，形成益生腸道環(huán)境 芽孢桿菌進(jìn)入腸道定植后，可快速生長繁殖，消耗腸道內(nèi)游離氧，降低氧化還原電位，使腸道內(nèi)形成厭氧環(huán)境；同時，枯草芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌等芽孢桿菌還能夠產(chǎn)生有機(jī)酸，降低腸道內(nèi)的pH值，形成酸性環(huán)境。厭氧、酸性腸道環(huán)境為雙歧桿菌等益生乳酸菌的快速繁殖創(chuàng)造有利條件，促進(jìn)益生乳酸菌形成優(yōu)勢菌，抑制沙門氏菌、大腸桿菌等病原菌。好氧芽孢桿菌與厭氧乳酸菌協(xié)同作用，形成腸道內(nèi)益生微生態(tài)環(huán)境[4]。

2.3 合成抑菌物質(zhì) 芽孢桿菌可以合成肽類、聚酮類、蛋白類生物活性物質(zhì)，抑制細(xì)菌、真菌和病毒生長。肽類物質(zhì)主要分為脂肽類和多肽類物質(zhì)，脂肽類物質(zhì)包括表面活性素、伊枯草菌素、泛革素等具有穩(wěn)定理化性質(zhì)的物質(zhì)；多肽類物質(zhì)是一類線狀、環(huán)狀或分枝狀的抗真菌類物質(zhì)。脂肽類的主要作用機(jī)理是破壞細(xì)菌或真菌的細(xì)胞膜，使膜內(nèi)物質(zhì)釋放，細(xì)胞裂解，達(dá)到抑菌的目的，其相對常規(guī)抗生素?zé)o特定作用靶點(diǎn)，不易因病原菌的變異產(chǎn)生耐藥性。解淀粉芽孢桿菌R3分泌的surfactin類抗 菌脂肽通過改變細(xì)胞膜通透性破壞細(xì)胞膜，裂解細(xì)胞，抑制產(chǎn)生多重耐藥性的大腸桿菌[5]。伊枯草菌素、泛革素等都對絲狀真菌表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用，聚酮類物質(zhì)則對細(xì)菌表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抗性。蛋白類生物活性物質(zhì)主要包括細(xì)菌素及降解菌類細(xì)胞壁的酶類物質(zhì)，其通過降解細(xì)胞壁，達(dá)到裂解細(xì)胞的目的。幾丁質(zhì)酶是其中一種常見的可以降解絲狀真菌細(xì)胞壁的酶類。TasA(Transition-phase spore-associated antibacterial protein) 是另一類對革蘭氏陽性細(xì)菌和陰性細(xì)菌均有抑制作用的酶類[6]。

2.4 生物大分子降解酶類及益生因子豐富 芽孢桿菌常見的消化酶類包括淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、脂肪酶、半纖維素酶、木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶、果膠酶、植酸酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-甘露聚糖酶、殼聚糖酶、堿性磷酸酯酶、單寧酶；富含纖維素、木質(zhì)素，營養(yǎng)價值低的農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成高營養(yǎng)飼料的難題是如何將纖維素、木質(zhì)素等大分子糖類物質(zhì)，在低能耗、無污染的前提下高效轉(zhuǎn)化為可直接利用的糖類物質(zhì)，芽孢桿菌產(chǎn)生的纖維素酶、半纖維素酶、木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶等酶類，具備聯(lián)合降解纖維素、木質(zhì)素的功能，有望成為攻克此瓶頸問題的一個方向。另外，利用芽孢桿菌作為飼料添加劑，不僅可以補(bǔ)充畜禽機(jī)體的外源消化酶類，而且可以刺激機(jī)體內(nèi)源消化酶的分泌，提高腸道消化酶活性[7]；單寧是存在植物中常見的一類抗?fàn)I養(yǎng)因子，芽孢桿菌產(chǎn)生單寧酶，降解單寧[8]。芽孢桿菌不僅酶系發(fā)達(dá)，還能夠合成必需氨基酸、維生素、類胡蘿卜素及多種類型的生長因子。

2.5 適合遺傳改造，可構(gòu)建新型獸藥菌株 芽孢桿菌具有完善的表達(dá)系統(tǒng)和分泌系統(tǒng)，已被用作外源蛋白表達(dá)的理想宿主，用以構(gòu)建可表達(dá)、分泌多種酶類的基因工程菌。

Pspac和Pxyl啟動子系統(tǒng)是芽孢桿菌常用的表達(dá)系統(tǒng)，可利用整合載體、噬菌體載體及可獨(dú)立復(fù)制的質(zhì)粒載體等3種載體作為表達(dá)載體。整合載體可嵌至芽孢基因組上，隨菌體染色體復(fù)制而復(fù)制，穩(wěn)定性好，但不足的是拷貝數(shù)低，不利于目標(biāo)產(chǎn)物的大量表達(dá)；質(zhì)粒載體可獨(dú)立復(fù)制，質(zhì)粒越小拷貝數(shù)越高，質(zhì)粒越穩(wěn)定，產(chǎn)物表達(dá)量越多，且芽孢桿菌可以接受來自多種微生物源的質(zhì)粒，包括已發(fā)現(xiàn)的金黃色葡萄球菌的pUB110、pC194、pE194質(zhì)粒，干燥棒狀桿菌的pTZ12質(zhì)粒，乳酸菌的pWV01、pSH71質(zhì)粒及桿菌的pAT1060、pLS11、pBAA1、Pls11、pBC16質(zhì)粒[9]。芽孢桿菌具有200個潛在的可引導(dǎo)胞外蛋白分泌的信號肽序列及Sec途徑、Tat途徑、ABC、Com 途徑等至少4個蛋白質(zhì)分泌途徑[10]。

3 芽孢桿菌制劑應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 畜牧生態(tài)養(yǎng)殖無抗應(yīng)用

3.1.1 提高養(yǎng)殖對象健康 Galagarza等利用枯草芽孢桿菌飼喂羅非魚，提高了羅非魚體內(nèi)促炎癥因子的水平，增加免疫力[11]。王建超等用枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌混合飼喂鯉魚，顯著提高了鯉魚的特異性和非特異性免疫性能[12]。吳夢郡等研究發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)芽孢桿菌可以促進(jìn)豬仔腸道生理結(jié)構(gòu)的發(fā)育，增加空腸絨毛高度，改善腸道吸收功能[13]。郭森等聯(lián)合使用抗菌肽和地衣芽孢桿菌飼喂肉雞，顯著提高了肉雞的免疫器官指數(shù)，增強(qiáng)機(jī)體的免疫性能[14]。余魁等用凝結(jié)芽孢桿菌添加斷奶仔豬日糧，顯著提高了仔豬抗氧化能力，促進(jìn)仔豬腸黏膜的生長發(fā)育(P<0.05)[15]。養(yǎng)殖實(shí)踐表明，飼喂動物添加芽孢桿菌可以促進(jìn)機(jī)體免疫器官、腸道發(fā)育，提高機(jī)體的免疫力及抗氧化性能，改善機(jī)體的健康狀況，可作為益生因子添加日糧，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)健康、綠色發(fā)展。

3.1.2 防治畜禽、水產(chǎn)病害 張錦華等研究發(fā)現(xiàn)納豆芽孢桿菌能顯著抑制腸道致病菌，包括大腸桿菌、葡萄球菌和沙門氏菌[16]。鐘青萍等研究結(jié)果表明，納豆芽孢桿菌抗菌方式為殺菌，而不是抑菌，且其產(chǎn)生的抗菌活性物質(zhì)在菌體生長穩(wěn)定期達(dá)到最高值[17]。朱沛霽等用枯草芽孢桿菌飼喂感染腸炎沙門氏菌的雪山草雞，極顯著減少了雞肝臟、腎臟、盲腸黏膜等的沙門氏菌量，顯著提高雞對沙門氏菌的抵抗力[18]。褚文超等在雞日糧中添加地衣芽孢桿菌治療雞腹瀉，降低了腸道中的動膠桿菌數(shù)量，同時提高了益生的群擬桿菌的數(shù)量，使雞的腸道恢復(fù)至正常的微生物群落結(jié)構(gòu)[19]。李?；ǖ扔每莶菅挎邨U菌飼喂大腸桿菌感染的仔豬，發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌降低了TLR2、TLR4 表達(dá)量，減輕了機(jī)體的炎癥反應(yīng)[20]。李寧等研究發(fā)現(xiàn)飼喂地衣芽孢桿菌的豬無一出現(xiàn)咳喘病癥，且腹瀉率降低了62.18%[21]。郝向舉等利用劑量為1.4×108CFU/g的地衣芽孢桿菌ESB3飼喂中華絨螯蟹，使中華絨螯蟹的增重率提高42.83%，同時，溶菌酶活性、血清酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶活性分別提高48.03%、32.73%、9.04%，對嗜水氣單胞菌的抗性提高87.5%[22]。李靖等用枯草芽孢桿菌添加牛日糧，抑制胃液里彎曲菌屬、葡萄球菌屬等有害微生物的生長，提高了牛的免疫能力[23]。芽孢桿菌作為微生態(tài)替抗劑，已被廣泛用于畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，添加畜禽飼料飼喂后，抑制或殺滅機(jī)體內(nèi)病原菌，減輕炎癥，預(yù)防或治療畜禽疾病，逐漸取代抗生素或其它化學(xué)藥品在養(yǎng)殖業(yè)中的使用，解決畜產(chǎn)品中抗生素或藥品殘留問題，降低抗生素濫用對環(huán)境造成的影響。

3.1.3 提高畜禽生產(chǎn)性能和產(chǎn)品的品質(zhì) 郭瑞萍等將枯草芽孢桿菌添加至肉雞飼料，極顯著提高了肉雞日增重、屠宰率、免疫器官指數(shù)、胸腿肉的單不飽和脂肪酸量(P<0.01)[24]?；粲谰玫扔醚挎邨U菌 BM1259 制劑喂豬后，豬的日采食量相比對照提高3.67%，日增重提高2.42%[25]。Cheng等研究發(fā)現(xiàn)，用含地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的復(fù)合菌劑添加日糧喂豬，豬的烹煮損失率及臀肌丙二醛(MDA)量均顯著降低，提高了豬肉的品質(zhì)(P<0.05)[26]。芽孢桿菌對畜禽生產(chǎn)性能及品質(zhì)的提高，歸功于其酶系發(fā)達(dá)的優(yōu)點(diǎn)；其分泌的豐富酶類，補(bǔ)充機(jī)體的外源消化酶，刺激機(jī)體產(chǎn)生更多內(nèi)源消化酶，促進(jìn)機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的充分利用，提高機(jī)體的生產(chǎn)性能。

3.1.4 構(gòu)建綠色養(yǎng)殖環(huán)境 糞臭素、氨氣、硫化氫、甲酚、吲哚類物質(zhì)、揮發(fā)性脂肪酸等物質(zhì)是養(yǎng)殖環(huán)境中的臭源物質(zhì)，不僅直接影響畜禽健康，而且對周圍環(huán)境造成污染。丁文駿等利用巨大芽孢桿菌BM1259飼喂肉雞，極顯著降低了蛋雞排泄物的氨態(tài)氮、尿酸、尿素氮含量和脲酶活性(P<0.01)[27]。沈琦等從豬糞中篩選到的嗜熱解淀粉芽孢桿菌對豬糞NH3、H2S的降解率分別達(dá)到50.31%、31.09%，且能夠抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌[28]。王思佳等利用具有高蛋白酶、脂肪酶活性的枯草芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和貝萊斯芽孢桿菌作復(fù)合菌劑，發(fā)酵雞、牛屠宰廢棄物，分解有機(jī)碳及臭源物質(zhì)，降低氮損失及堆肥里的水分，獲得高品質(zhì)有機(jī)肥[29]。曹煜成等研究地衣芽孢桿菌對凡納濱對蝦的糞便降解效果，發(fā)現(xiàn)COD和NO3-N的降解率分別達(dá)到60%和50%[30]。芽孢桿菌具備產(chǎn)生氨基轉(zhuǎn)移酶、氨基氧化酶、分解硫化物酶等復(fù)合酶的能力，在腸道內(nèi)分解、氧化臭源物質(zhì)，同時，抑制腐敗菌滋生。在實(shí)際使用過程中，可將芽孢桿菌作為益生因子飼喂動物，芽孢桿菌定植腸道后可從源頭分解臭源；同時，可將芽孢桿菌液體制劑噴灑至養(yǎng)殖環(huán)境，分解臭源，形成養(yǎng)殖環(huán)境的益生屏障，解決養(yǎng)殖欄舍空氣污染的問題。

3.1.5 促進(jìn)集約環(huán)保新型無抗水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展 可控環(huán)保型魚類養(yǎng)殖箱是一類集約型的生態(tài)循環(huán)養(yǎng)魚系統(tǒng)，集成了工廠、生態(tài)雙重模式，可通過調(diào)節(jié)供氧、水體循環(huán)及生物凈化、糞便沉淀分離等綜合措施達(dá)到集約、生態(tài)養(yǎng)魚的目的，常常用以經(jīng)濟(jì)價值高、對養(yǎng)殖環(huán)境要求苛刻魚類的高密度養(yǎng)殖?？煽丨h(huán)保型魚類養(yǎng)殖箱占用空間遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖，且可控性強(qiáng)，最大的優(yōu)勢是利用微生物高效降解養(yǎng)殖水體中可溶的、不能被過濾掉的有機(jī)排泄物、氨態(tài)氮，徹底凈化養(yǎng)殖水體，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖用水的循環(huán)利用。微生物降解是此循環(huán)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，目前常用于水體凈化微生物包括光合細(xì)菌、乳酸菌、芽孢桿菌、硝化細(xì)菌。光合細(xì)菌、乳酸菌適宜在厭氧靜態(tài)環(huán)境中使用，與本系統(tǒng)水的流動循壞及供氧系統(tǒng)相悖，不適合本系統(tǒng)使用；硝化細(xì)菌凈化水體效果雖好，但對附著介質(zhì)要求嚴(yán)格，且穩(wěn)定性較差，菌種制作技術(shù)要求高，成本相對高；芽孢桿菌是兼性厭氧菌，分泌的胞外功能酶類型多，對氧要求不嚴(yán)格，具備強(qiáng)的水體有機(jī)物凈化能力，是集約型養(yǎng)殖的理想菌。目前，芽孢桿菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域已被廣泛用做水質(zhì)凈化及水產(chǎn)動物的疾病防治。

3.2 益生因子飼料加工領(lǐng)域 利用芽孢桿菌發(fā)酵飼料提高營養(yǎng)，去除抗?fàn)I養(yǎng)因子、毒素是目前飼料加工領(lǐng)域的綠色、環(huán)保的方法。Dai等利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕后，顯著提高了豆粕中粗蛋白、可溶性蛋白、黃酮、總酚的含量(P < 0.05)[31]。閆亞婷等用枯草芽孢桿菌發(fā)酵玉米飼料，玉米的淀粉分解率提高，使可溶性糖含量提高1.72倍[32]。孫煥林等研究枯草芽孢對棉籽粕的發(fā)酵效果，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后棉籽粕的棉酚含量降低了88.84%，蛋白含量提高14.37%，蛋白小肽類物質(zhì)由4.00%提高至12.40%，必需氨基酸的含量均提高，其中纈氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸各提高6.25%、3.52%、9.52%、8.45%、24.13%、9.52%[33]。張洪燕等用地衣芽孢桿菌發(fā)酵飼料桑，極顯著提高了飼料中粗蛋白含量，同時極顯著降低了粗纖維含量(P<0.01)[34]。魏立民等利用復(fù)合酪酸芽孢桿菌發(fā)酵木薯渣，顯著提高粗蛋白、粗脂肪、乳酸等物質(zhì)的含量，顯著降低干物質(zhì)、中酸性洗滌纖維(P<0.05)[35]。李紅亞等用解淀粉芽孢桿菌復(fù)合菌劑發(fā)酵玉米秸稈，24 d后木質(zhì)素、纖維素、半纖維素分別降解了48.4%、30.5%和41.4%[36]。Supriyati等用解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵米糠，3 d后粗纖維由10.62%將至7.79%，發(fā)酵的米糠添加肉雞日糧后，提高了肉雞的飼料利用率[37]。管維等利用含納豆桿菌、側(cè)胞桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、枯草桿菌等的復(fù)合菌劑發(fā)酵菜籽餅5 d后，纖維素、植酸、單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解率分別為93.74%、36.59%和14.75%[38]。田玉虎等研究枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等對黃曲霉毒素AFB1、玉米赤霉烯酮ZEN等霉菌毒素的降解效果，發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌對AFB1和ZEN的降解作用強(qiáng)，且枯草芽孢桿菌的降解效果優(yōu)于地衣芽孢桿菌[39]。在畜不與人爭糧的前提下，農(nóng)副產(chǎn)品等非糧生物質(zhì)能源的開發(fā)是解決未來畜禽養(yǎng)殖飼料源問題的關(guān)鍵；生產(chǎn)實(shí)踐表明，芽孢桿菌具備將營養(yǎng)缺乏、不宜直接作為飼料的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化成營養(yǎng)型飼料的潛質(zhì)。非糧生物質(zhì)能源作為飼料開發(fā)不僅能夠拓寬飼料源，而且能夠解決傳統(tǒng)的秸稈焚燒或棄置的問題，間接改善環(huán)境。

4 芽孢桿菌制劑促進(jìn)現(xiàn)代畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的模型分析

現(xiàn)代畜牧業(yè)必將朝著生態(tài)、立體、循環(huán)、可持續(xù)的方向發(fā)展，如圖1所示，飼料種植業(yè)、飼料加工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和疫病防控構(gòu)成一個可持續(xù)的循環(huán)體系，而芽孢桿菌益生功能顯著，對于這個循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展起到了極其關(guān)鍵的作用。

生態(tài)畜牧業(yè)中，種植飼料土壤肥力的提高依靠芽孢桿菌微生物肥料，替代化肥使用，避免化肥濫用造成的環(huán)境失衡；針對土壤中有機(jī)污染及重金屬污染的問題，利用芽孢桿菌進(jìn)行生物降解、吸附。種植所得飼料植物，經(jīng)芽孢桿菌發(fā)酵提高營養(yǎng)，去除抗?fàn)I養(yǎng)因子及毒素，分泌微生物益生因子，為畜禽、水產(chǎn)無抗生態(tài)養(yǎng)殖提供益生菌飼料；同時，利用芽孢桿菌直接添加飼喂，替代抗生素防治疾病，全面提高動物的免疫能力及生產(chǎn)性能。木質(zhì)化程度過高的農(nóng)作物秸稈、糠類副產(chǎn)物，可作為動物的墊料床，變廢為寶。墊料的鋪設(shè)延長了養(yǎng)殖欄舍清糞周期，減少了人力成本，墊料床混合動物糞便，經(jīng)芽孢桿菌發(fā)酵，分解有機(jī)大分子及糞便的臭源物質(zhì)，消除欄舍臭味，改善欄舍養(yǎng)殖環(huán)境，間接提高動物健康度。墊料床經(jīng)發(fā)酵后，直接用作有機(jī)肥還田或者投放魚塘，塘泥是一類肥力深厚的物質(zhì)，可用做土壤狀況的改良。至此，形成了“飼料生態(tài)種植→生態(tài)養(yǎng)殖→秸稈和糞污還田”的良性循環(huán)，無污染排放，無農(nóng)藥、抗生素殘留，擺脫對化肥的依賴，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。因此，芽孢桿菌是助推現(xiàn)代畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，必將在我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。

圖1 芽孢桿菌促進(jìn)的生態(tài)畜牧業(yè)循環(huán)發(fā)展模型Fig. 1 Development model of ecological animal husbandry cycle promoted by Bacillus

5 展 望

豬瘟、禽流感及其它多類畜禽病多由病毒的感染導(dǎo)致，芽孢桿菌雖可產(chǎn)生抑菌物質(zhì)，抑制多種病原菌，提高動物抵抗力，但尚不能對病毒起到直接、高效的殺滅作用，根本原因是菌體不能直接合成靶向性強(qiáng)的抗病毒物質(zhì)。當(dāng)前，已報道的芽孢桿菌基因工程菌表達(dá)的外源基因多為乙醇脫氫酶、纖維素酶、半纖維素酶、堿性蛋白酶、淀粉酶等酶的合成基因及氨基酸、有機(jī)酸醇、維生素等物質(zhì)合成途徑相關(guān)的調(diào)控基因，尚缺乏利用芽孢桿菌構(gòu)建用作獸藥菌株的研究報道。未來，隨著動物血清里特異性抗體提純、鑒定技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，可開發(fā)能夠直接用作殺滅病毒的菌株。構(gòu)建能表達(dá)特異性抗體的芽孢桿菌功能菌，利用芽孢桿菌體耐受性強(qiáng)、對氧要求不嚴(yán)格的優(yōu)勢，既能在動物體內(nèi)發(fā)揮常規(guī)的益生作用，又能產(chǎn)生特異性抗體，直接殺滅病毒，補(bǔ)充病弱動物體的免疫缺陷。另外，構(gòu)建能表達(dá)病原物質(zhì)的芽孢桿菌型疫苗，利用芽孢桿菌繁殖速度快，適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，有望與酵母類工程疫苗、腺病毒類疫苗及滅活疫苗等互補(bǔ)，共同促進(jìn)畜牧產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

微生物對畜牧生態(tài)養(yǎng)殖的發(fā)展至關(guān)重要。芽孢桿菌是一類群體龐大的益生微生物，第9版《伯杰氏細(xì)菌系統(tǒng)學(xué)手冊：原核生物分類綱要》共記述了35個屬及近源屬的409種芽孢桿菌。當(dāng)下及未來的任務(wù)是進(jìn)一步挖掘新的芽孢桿菌資源，在世界范圍內(nèi)篩選自然環(huán)境中芽孢桿菌，建立地方特色芽孢桿菌資源庫，利用地方特色菌服務(wù)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，我國自主研發(fā)的空間站在未來將逐漸投入科研應(yīng)用。利用太空各類輻射的復(fù)雜條件，在太空開展新功能或更強(qiáng)功能芽孢桿菌誘變、篩選研究，將會為芽孢桿菌的育種開辟新的途徑，進(jìn)一步增強(qiáng)可用芽孢桿菌獸藥資源的多樣性，對畜牧業(yè)發(fā)展的前景不可估量。從目前的應(yīng)用現(xiàn)狀可知，芽孢桿菌里的絕大多數(shù)菌是生物安全級別微生物，但長期的應(yīng)用必會導(dǎo)致菌株的變異。負(fù)向變異菌株可能存在功能退化、具備致病性等缺點(diǎn)，這就要求我們在應(yīng)用芽孢桿菌的同時，做好安全性監(jiān)測，提前制定好應(yīng)對負(fù)向變異菌株的措施，及時消除安全隱患，加強(qiáng)可持續(xù)利用的研究。