乳酸片球菌在動物生產(chǎn)中的研究進展

王軼男 ， 胡詩悅 ， 于龍政

(1. 延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院 ， 吉林 延吉 133002 ； 2. 長春市動物疫病預(yù)防控制中心 ， 吉林 長春 130000)

近些年來，抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中的濫用造成的副作用日趨嚴重，飼料中禁止添加抗生素日趨重要。2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部正式實施第194號公告，標志著藥物飼料添加劑將有序退出飼料行業(yè)，有效推動我國養(yǎng)殖飼料的發(fā)展轉(zhuǎn)型，因此微生物飼料添加劑在飼料替代和減少抗生素使用中的重要性進一步凸顯[1]。伴隨微生物領(lǐng)域研究的快速發(fā)展，大量試驗研究表明，乳酸菌制劑可有效抑制腸道有害細菌的生長繁殖[2-3]，提高機體免疫功能，改善動物生長性能。

乳酸菌被稱為一類利用發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生乳酸的細菌統(tǒng)稱，乳酸菌可劃分為41個屬，其中具有重要科學(xué)和應(yīng)用價值的乳酸菌主要是乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)、片球菌屬(Pediococcus)、肉食桿菌屬(Carnobacterium)、鏈球菌屬(Streptococcus)、氣球菌屬(Aerococcus)、腸球菌屬(Enterococcus)、酒球菌屬(Oenococcus)、四聯(lián)球菌屬(Tetragenococcus)、漫游球菌屬(Vagococcus)、魏斯氏菌屬(Weissella)和明串珠菌屬(Leuconostoc)共12個[4]。乳酸片球菌(Pediococcusacidilactici)隸屬厚壁菌門芽孢桿菌綱乳桿菌目乳桿菌科片球菌屬，呈圓球狀，分裂后一般細胞成對或者成團排列，不成鏈狀；革蘭染色呈陽性，無運動性，兼性厭氧。在MRS培養(yǎng)基中菌落較小，呈白色。乳酸片球菌在pH 4.2～8.0均可生長，最適生長pH為6.0～6.5，最適生長溫度為25～40 ℃，乳酸片球菌具有較高的耐鹽特性，在NaCl濃度(m/V)為9%～10%時可以生長。乳酸片球菌具有治療便秘、腹瀉、增強免疫功能、維持腸道微生態(tài)平衡和調(diào)節(jié)胃腸道菌群的功能，位列在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部允許使用的菌種目錄中[5]。

1 生理功能

1.1 增強機體免疫功能 乳酸片球菌在調(diào)節(jié)免疫方面主要有2種方式：(1)乳酸菌能激活巨噬細胞的吞噬作用，由于乳酸菌能在腸道內(nèi)定植，進而在腸道內(nèi)繁殖與代謝，其胞外多糖能刺激腸道黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育成熟、刺激宿主建立完備的免疫系統(tǒng)，提高機體的免疫力;(2)乳酸片球菌谷氨酸脫羧酶(Glutamic acid decarboxylase，GAD)是催化L-谷氨酸α-羧基進行脫羧反應(yīng)生成γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid，GABA)的關(guān)鍵限速酶和唯一酶，因此GABA是乳酸片球菌的重要代謝產(chǎn)物之一[6]。GABA通過影響消化系統(tǒng)胃腸道的物理與化學(xué)感受器的敏感性，進而抑制生長抑素(Somatostain，SS)的分泌。SS有免疫抑制作用，可抑制T淋巴細胞的增殖和免疫球蛋白的合成，并且能誘導(dǎo)單核巨噬細胞的凋亡，從而促進分泌型免疫球蛋白(Secretory immunoglobulin A，sIgA)的分泌，提高機體抵抗力。同時，GABA是抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，當與抗焦慮的腦受體結(jié)合后對其激活，阻止焦慮信號和應(yīng)激信息抵達大腦，因此能夠減輕應(yīng)激程度和鎮(zhèn)定神經(jīng)，增加機體免疫力。

1.2 維持腸道菌群平衡功能 健康的腸道內(nèi)生活著數(shù)十萬億的細菌，這些細菌相互依存、相互制約，呈現(xiàn)動態(tài)平衡狀態(tài)，構(gòu)成機體內(nèi)的微生態(tài)系統(tǒng)，成為天然的防御屏障。目前，對益生菌的作用機理有微生物優(yōu)勢種群學(xué)說、生物奪氧學(xué)說、免疫調(diào)節(jié)學(xué)說和生物屏障學(xué)說[7]。其中微生物優(yōu)勢種群學(xué)說主要指：當動物機體的胃腸道受到致病菌的刺激時，適當添加外源乳酸菌，外源乳酸菌進入動物腸道后可在腸道壁進行定植，并能夠產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機酸，可有效抑制病原性細菌的生長繁殖，促進乳酸菌等有益菌的增殖，維持腸道微生態(tài)的平衡，從而促進動物機體恢復(fù)健康[8]。秦紅等[9]在飼糧中添加乳酸片球菌，研究發(fā)現(xiàn)添加乳酸片球菌可以增加空腸和回腸乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量及空腸的定植抗力、降低空腸中大腸桿菌的數(shù)量。表明添加乳酸片球菌能夠促進腸道有益菌的生長，并抑制有害菌的生長，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，進而改善腸道微生態(tài)平衡。

1.3 產(chǎn)生具有抑菌活性的代謝物 乳酸菌在代謝的過程中產(chǎn)生細菌素，某些乳酸片球菌的菌株可以通過核糖體合成機制產(chǎn)生乳酸片球菌素，是具有抗菌活性的蛋白質(zhì)，同時有較好的熱穩(wěn)定性，對李氏桿菌等革蘭陽性菌有顯著的抑制作用[10]。乳酸片球菌素的抑制機理是，乳酸片球菌素作用于敏感菌，結(jié)合到其細胞表面，使敏感菌的細胞表面的細胞膜上形成孔洞?？锥葱纬珊髮?dǎo)致細胞內(nèi)的小分子物質(zhì)，如鉀離子、無機磷酸鹽等離子的流失，從而導(dǎo)致ATP向外泄露，最終使質(zhì)子驅(qū)動力(Proton motive force，PMF)發(fā)生耗散直至喪失，而PMF的耗散又導(dǎo)致細胞無法繼續(xù)形成ATP能量物質(zhì)，同時細胞也無法進一步吸收氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，最終使細胞無法進行能量代謝，細胞衰竭而亡，從而起到抑菌、殺菌的作用。

1.4 改善動物機體腸道形態(tài) 動物機體對營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場所是小腸，對營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和轉(zhuǎn)運的作用重大[11]。腸道的黏膜上皮、固有膜和黏膜肌層共同構(gòu)成了腸道黏膜。小腸的隱窩深度、腸道絨毛高度和絨毛高度/隱窩深度(VH/CD)是衡量小腸消化吸收等功能狀態(tài)的重要指標。絨毛變長，其與營養(yǎng)物質(zhì)的接觸面積增加，有助于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；隱窩變淺，反映出腸上皮細胞生成率降低，更新變慢；VH/CD值反映出小腸的功能，比值越大說明腸內(nèi)膜面積大，單位面積絨毛細胞數(shù)增多，意味著小腸功能較好，消化吸收功能越強。徐基利[12]研究發(fā)現(xiàn)，添加乳酸菌的試驗組肉仔雞小腸絨毛長度高于對照組，隱窩深度比對照組淺。秦紅等[9]在飼糧中添加乳酸片球菌，研究發(fā)現(xiàn)添加乳酸片球菌可以增加十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度，十二指腸和空腸的隱窩深度變淺，十二指腸、空腸和回腸的VH/CD值增加。Joysowal等[13]在飼料中添加豬源性乳酸片球菌對育肥豬進行飼喂，研究發(fā)現(xiàn)，乳酸片球菌組的絨毛長度和隱窩深度均有明顯改變。這些試驗結(jié)果都表明，乳酸片球菌具有改善腸道形態(tài)的作用。

1.5 調(diào)控血清生化指標 動物血清的成分變化可在一定程度上反映出動物的機體代謝、營養(yǎng)情況和疾病狀況等，從而間接反映出動物的生長性能[14]。血清生化試驗可以表明動物的生理性質(zhì)，與其營養(yǎng)和健康狀況有關(guān)。血清總蛋白(Total protein，TP)由血清白蛋白(Serum albumin，ALB)和球蛋白(Globulin，GLB)組成，能夠反映機體蛋白質(zhì)的代謝水平。血清粗纖維調(diào)節(jié)素(Undulin，UN)是動物機體蛋白質(zhì)代謝和氨基酸代謝的終產(chǎn)物，能夠反映出機體蛋白質(zhì)代謝和氨基酸之間的平衡狀態(tài)。程光民等[15]研究發(fā)現(xiàn)，益生菌組的血清TP含量增加。Joysowal等[13]研究發(fā)現(xiàn)，乳酸片球菌組的血清中葡萄糖、甘油三酯和膽固醇下降，這與Dilmibouras等[16]試驗結(jié)果相似。其作用原理可能是乳酸片球菌進入機體后產(chǎn)生有益的代謝產(chǎn)物，激活酸性蛋白酶的活性，從而促進蛋白質(zhì)的消化吸收；同時分泌膽酸水解酶，通過直接吸收膽固醇或者間接抑制其合成來降低膽固醇含量。

2 在動物中的應(yīng)用

2.1 在豬中的應(yīng)用

2.1.1 在斷奶仔豬中的應(yīng)用 Giancamillo等[17]在飼料中添加乳酸片球菌對斷奶仔豬進行飼喂，觀察仔豬的腸道、淋巴細胞和生產(chǎn)性能，研究發(fā)現(xiàn)，飼喂乳酸片球菌后能夠保護仔豬的小腸黏膜，提高斷奶期的局部抗感染壓力，提高仔豬斷奶后的日平均增重。劉公言等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加乳酸片球菌后仔豬的粗蛋白、粗纖維和磷的消化率顯著提高，大腸桿菌數(shù)量降低，平均日增重和料重比提高，仔豬腹瀉的情況改善明顯，腸道中有益微生物乳酸菌增多且腹瀉指數(shù)下降，能夠提高斷奶仔豬的腸道健康。

2.1.2 在育肥豬中的應(yīng)用 Joysowal等[13]在飼料中添加豬源性乳酸片球菌對育肥豬進行飼喂，研究發(fā)現(xiàn)，飼喂乳酸片球菌的育肥豬生長性能顯著提高，采食量、組蛋白消化率和氮保留量顯著提高；同時，飼喂乳酸片球菌后育肥豬的血清A∶G比值、甘油三酯、膽固醇等血液生化指標也有所提高，試驗研究表明，豬源乳酸片球菌是豬較好的益生菌來源，提高育肥豬的腸道形態(tài)和健康狀況。劉輝等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在育肥豬的飼料中添加乳酸片球菌，豬的糞便中乳酸菌的數(shù)量明顯升高，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數(shù)量顯著降低，豬血清中TP、GLB含量增加，試驗結(jié)果表明，乳酸片球菌能夠促進豬腸道內(nèi)益生菌的增殖和提高機體蛋白質(zhì)代謝水平，進而提高豬腸道微生態(tài)環(huán)境和減少動物應(yīng)激刺激。

2.2 在家禽中的應(yīng)用

2.2.1 在雞中的應(yīng)用 Quarantelli等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加乳酸片球菌，有助于提高蛋雞的產(chǎn)蛋率和產(chǎn)蛋總量，并降低了蛋雞的飼料轉(zhuǎn)化率。吳玙彤等[20]對蛋雞的研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加乳酸片球菌顯著提高了平均蛋重、總蛋重和蛋雞鈣沉積率，有助于降低雞蛋的破損率。在產(chǎn)蛋初期表現(xiàn)出改善雞蛋重量、蛋黃顏色、蛋殼質(zhì)量和飼料效率的潛力，在產(chǎn)蛋后期能夠降低蛋黃膽固醇的水平。王利紅[21]在肉雞消化道內(nèi)分離篩選出乳酸片球菌，并制出菌粉添加到日糧中，研究發(fā)現(xiàn)乳酸片球菌可改善腸道消化酶的活性和腸道組織形態(tài)，提高肉雞生產(chǎn)性能。Wajda等[22]在火雞的日糧中添加乳酸片球菌，研究發(fā)現(xiàn)乳酸片球菌可提高飼料轉(zhuǎn)化率和肉類脂肪含量。

2.2.2 在鴨中的應(yīng)用 王建設(shè)等[23]在鴨空腸內(nèi)容物中分離出1株乳酸片球菌，并對菌株益生功能進行研究，發(fā)現(xiàn)該乳酸片球菌在pH 4.0的存活率為98.8%，表現(xiàn)出較好的耐酸性；在0.2%的豬膽鹽下的存活率為96.8%，表現(xiàn)出較好的耐膽鹽性；在60 ℃ 處理5 min后的存活率為97.3%，表現(xiàn)出一定的耐高溫性；對產(chǎn)腸毒素性大腸桿菌K88和K99具有較強的抑菌效果。該試驗獲得了抗逆性強、益生性較好且具有一定安全性的鴨源益生菌，為下一步微生態(tài)制劑產(chǎn)品的開發(fā)提供了重要的菌種資源。

2.3 在反芻動物中的應(yīng)用 反芻動物的胃為4個胃室，瘤胃是食物進入反芻動物胃腸道內(nèi)第1個接觸的“暗室”。瘤胃是一個密閉的活體發(fā)酵罐，同時也是食物消化的主要場所，因此為篩選出反芻動物胃腸道中的乳酸菌，張海威等[24]利用厭氧菌分離技術(shù)從成年牛的瘤胃中分離出1株牛瘤胃乳酸片球菌，研究發(fā)現(xiàn)乳酸片球菌在牛瘤胃中能夠穩(wěn)定的生長繁殖，更容易在動物腸道內(nèi)發(fā)揮定植益生作用。同時具有良好的耐鹽能力和一定的生物學(xué)活性，有利于今后牛瘤胃微生態(tài)制劑的研制和牛瘤胃微生物發(fā)酵過程的控制。

此外，乳酸片球菌在反芻動物飼料中也有重要的應(yīng)用。程光民等[8,15]在全株青貯玉米中添加乳酸片球菌與尿素混合添加劑飼喂杜泊綿羊，研究發(fā)現(xiàn)混合添加的日糧可提高杜泊綿羊的平均日增重、胴體重、屠宰率、凈肉率和肌肉中的賴氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸，有助于營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收和利用，提升羊肉品質(zhì)。

2.4 在水產(chǎn)中的應(yīng)用 近年來，隨著水產(chǎn)品需求量的增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖在畜牧業(yè)中占比逐漸提高，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展突飛猛進，乳酸片球菌被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品生產(chǎn)中。郭本月[25]在加州鱸魚腸道篩選出的乳酸片球菌能有效解決水產(chǎn)養(yǎng)殖水體亞硝態(tài)氮較高的問題，改善環(huán)境水質(zhì)，減少水產(chǎn)養(yǎng)殖動物病害發(fā)生的機率，同時改善機體消化道微環(huán)境，總抗氧化力以及血清中的超氧化物歧化酶、堿性磷酸酶、酸性磷酸酶活力分別提高了148.7%、45.8%、107.3%和13.0%，從而提高機體的免疫力和抵抗力，促進水產(chǎn)動物生長。趙士力等[26]研究發(fā)現(xiàn)，乳酸片球菌改善南美白對蝦養(yǎng)殖水體，提高存活率。Ferguson等[27]采用變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)技術(shù)研究乳酸片球菌對羅非魚腸道菌群的影響時發(fā)現(xiàn)，補充乳酸片球菌幾周后能成功定植在胃腸道內(nèi)，調(diào)節(jié)胃腸道菌群平衡，增強羅非魚非特異性免疫能力。Castex等[28]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂乳酸片球菌能有效避免狐菌病毒的影響，可提高的抗氧化防御能力和降低氧化應(yīng)激水平，從而提高機體免疫力。

2.5 在其他動物中的應(yīng)用 隨著寵物經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，寵物跨區(qū)域運輸售賣日趨常態(tài)化，因此運輸應(yīng)激成為幼犬收購的常見問題。王春鳳[29]在未斷奶幼犬糞便中分離出乳酸片球菌，通過給斷奶幼犬連續(xù)飼喂8周后發(fā)現(xiàn)，該菌可降低幼犬料重比達到30.93%，提高機體消化率，從而提升幼犬的生長性能；增加十二指腸和空腸的隱窩深度，表明乳酸片球菌可加大腸道與食物接觸面積，提高機體消化率；提高血清抗氧化能力和消化能力，有效緩解幼犬運輸中產(chǎn)生的食欲不振、腹瀉等應(yīng)激反應(yīng)，提前恢復(fù)幼犬正常采食量，減少運輸應(yīng)激的經(jīng)濟損失，為后續(xù)開發(fā)治療運輸應(yīng)激犬用微生態(tài)制劑提供基礎(chǔ)。

3 展望

目前，利用乳酸菌制劑添加到畜牧養(yǎng)殖飼料中的研究報道逐年增加，將乳酸菌制劑加入動物飼料喂食動物后，其可在動物體內(nèi)進行有效定植、生長和繁殖，可以競爭生態(tài)位點，抑制病原菌的生長，保持動物腸道內(nèi)微生態(tài)菌群平衡，起到維持機體健康的作用。乳酸片球菌因具有無污染、無殘留等優(yōu)勢，可代替或減少抗生素的應(yīng)用，保證了肉制品的食品安全。在畜牧業(yè)中，合理使用乳酸片球菌，能提高畜禽的生產(chǎn)性能、免疫能力、維持腸道平衡和產(chǎn)生抑菌活性代謝物，在未來畜牧業(yè)中應(yīng)用廣泛[30-31]。今后，乳酸片球菌作為抗生素替代物應(yīng)用到動物時，可主要研究兩方面的內(nèi)容：一是不同品種動物間或者同一品種動物的不同階段對乳酸片球菌的反應(yīng)效果不同，多種益生菌復(fù)合或者基因工程重組乳酸菌，可能更好地發(fā)生益生作用[32-33]；二是乳酸片球菌的作用機理仍需更深入的研究。隨著畜牧業(yè)和科技的發(fā)展，乳酸片球菌應(yīng)用前景廣闊，將會帶來更優(yōu)的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。