枯草芽孢桿菌的益生特性及其在動物生產(chǎn)中的應用

王宏浩，趙素娟，石虎，侯翼飛，邢國勝，牛志勇

（1.河北科技大學生物科學與工程學院，河北石家莊 050000；2.河北科星藥業(yè)有限公司，河北石家莊 050000；3.河北省發(fā)酵工程技術研究中心，河北石家莊 050000；4.河北省動物微生態(tài)制劑產(chǎn)業(yè)技術研究院，河北石家莊 050000；5.河北省獸用液體制劑創(chuàng)新中心，河北石家莊 050200）

引言

青霉素在1929年被發(fā)現(xiàn)后開始大規(guī)模投入使用，幫人們解決了諸多問題。但青霉素卻如同一把雙刃劍，具有雙面性，適量使用，可以起到促進動物生長性能、提高飼料轉(zhuǎn)化率、提高機體對營養(yǎng)物質(zhì)吸收等重要作用，然而青霉素不合理的使用以及濫用現(xiàn)象層出不窮，導致養(yǎng)殖食用動物機體藥物殘留超標、細菌易產(chǎn)生耐藥性、容易引發(fā)二次感染，更有甚者導致“超耐藥菌”的產(chǎn)生，人們對以動物為源頭的食品安全問題造成了極大的恐慌。故而，找尋安全、高效、應用成本相對較低的抗生素替代品一直都是我國畜禽養(yǎng)殖行業(yè)的當務之急。

枯草芽孢桿菌是中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部允許使用的新型綠色的益生菌型飼料添加劑，具有綠色無毒、零殘留、安全性好等特點。在食品加工、畜牧飼料、水產(chǎn)養(yǎng)殖及醫(yī)藥生產(chǎn)領域均得到了廣泛應用，且代謝產(chǎn)物對促進微生態(tài)飼料工業(yè)發(fā)展具有重要的意義。本文針對近年枯草芽孢桿菌的生理特性、主要的生理生化功能及其在養(yǎng)殖動物中的應用情況展開了一系列的綜合闡述，目的是為現(xiàn)代企業(yè)、科研院所、高等院校等關于枯草芽孢桿菌特性研究的科技工作者提供有益的參考和依據(jù)。

1 枯草芽孢桿菌的生物學特性

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）是一種在畜牧業(yè)中常見且多用的新型綠色益生菌種，在眾多的芽孢桿菌中被認為是目前世界上應用最廣泛的益生菌之一。枯草芽孢桿菌是好氧兼性厭氧，隸屬于芽孢桿菌屬的革蘭氏陽性菌，常以孢子形式存在，是目前研究者熱衷并重點研究的益生菌種之一。其細胞形態(tài)為桿狀，單個菌體在（0.8～1.0）微米×（1.5～3.0）微米之間，可產(chǎn)生夾膜，菌體周生鞭毛，能運動；菌體分布廣泛、繁殖迅速、在極其惡劣的環(huán)境下可自生生成抗逆性孢子，一般處于菌體中間部位；呈圓形或橢圓狀，成型的菌落表面多為粗糙不光滑，周生且不透明，菌落顏色一般呈現(xiàn)淡黃色或白色?？莶菅挎邨U菌在人類及動物體內(nèi)均無任何抗生素的耐藥性和毒害作用，且不會產(chǎn)生環(huán)境污染等任何問題。另外，其自身可分泌出多種抗菌肽、蛋白質(zhì)、抗生素、糖及酶類等不同的活性物質(zhì)，其分泌的抗菌物質(zhì)具有極其廣泛的抑菌譜。

2 枯草芽孢桿菌的生理功能

2.1 提高機體免疫力

大量研究表明，枯草芽孢桿菌可作為一種非特異性免疫因子顯著提升動物機體免疫力，其作用機制主要如下：一方面通過巨噬菌體或動物細胞壁的成分直接刺激宿主細胞，從而在一定程度上間接激活巨噬細胞達到不斷增強對動物機體自身免疫力的作用。另一方面通過刺激淋巴組織引起局部體液免疫反應，提高腸上皮細胞的免疫功能等發(fā)揮其輔助作用。

在動物日糧中直接添加枯草芽孢桿菌，免疫系統(tǒng)被其激活，T、B淋巴細胞、黏膜表面的SIgA抗體及血液中免疫球蛋白抗體的含量均有顯著增加，同時有效增強畜禽機體的免疫功能，促進動物健康發(fā)育，保證動物健康成長。在肉雞日糧中添加不同量的枯草芽孢桿菌，經(jīng)過對肉雞飼喂試驗后其研究結果表明，0.06%的添加量可有效改善肉雞十二指腸的腸道形態(tài)，0.09%的添加量對肉雞空腸的腸道形態(tài)改善效果為最佳，這表明飼糧添加枯草芽孢桿菌能夠通過改善雞的腸道黏膜結構來增強肉雞的機體免疫力。飼喂不同添加量的枯草芽孢桿菌對肉雞的生長產(chǎn)生不同影響，2.5×106CFU·g-1為保證幼齡肉雞最佳生長性能的枯草芽孢桿菌添加量。

2.2 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

枯草芽孢桿菌作為飼料上重點使用的益生菌添加劑在動物腸道內(nèi)定植并起到一定優(yōu)勢作用一般具有如下兩種形式：其作為好氧菌在進入動物腸道內(nèi)后可以消耗大量氧氣，將好氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬醐h(huán)境，從而有效地抑制腸道內(nèi)好氧型致病菌，同時彌補動物腸道內(nèi)有益微生物不足的現(xiàn)象，使消化道的不平衡得以改善。然而當其處于厭氧環(huán)境時，部分厭氧型枯草芽孢桿菌在其生長代謝中會產(chǎn)生很多揮發(fā)性脂肪酸，使腸道pH降低，同時阻礙病菌的生長。與此同時，其內(nèi)生孢子還可產(chǎn)生多種對致病菌有明顯拮抗作用的抑菌物質(zhì)，進而維持腸道微生態(tài)平衡。飼喂枯草芽孢桿菌可以促進腸道有益菌群生長，有效改善肥育豬的生長性能和胴體品質(zhì)。在飼糧中添加1×106CFU/克枯草芽孢桿菌WEI-62可調(diào)節(jié)仔豬腸道內(nèi)容物的菌群結構，改善耗料增重比。在乳鼠生長前期飼糧中添加枯草芽孢桿菌，試驗研究證明其可使小腸杯狀細胞數(shù)量以及小腸中MUC2的mRNA相對表達量和MUC2含量均有顯著增加。同時促進腸道屏障功能的成熟，激活乳鼠的Wnt信號通路，降低腸道致病菌產(chǎn)氣莢膜梭菌的相對豐度，增加腸道益生菌雙歧桿菌屬的相對豐度?？莶菅挎邨U菌作為飼料添加劑對羅非魚進行飼養(yǎng)，試驗結果表明，枯草芽孢桿菌可以阻遏其腸道菌群的變化，使菌群多樣性達到相對穩(wěn)定，降低腸道優(yōu)勢菌群希瓦氏菌腸道富集現(xiàn)象，另外，可顯著延緩冰鮮魚體的腐敗進程。

2..3提高機體抗氧化能力

氧化應激通常是以導致正常機體功能以外的副作用形式發(fā)生的，由于機體內(nèi)各種蛋白質(zhì)的中性氧化與其他抗氧化劑的反應相互作用從而發(fā)生高度失衡,導致長期進行中性氧化，致使蛋白質(zhì)氧化酶分泌數(shù)量增多,中性氧化中間體和產(chǎn)物也隨之大量產(chǎn)生。在動物飼料中使用芽孢桿菌可使其在機體中產(chǎn)生具有清除自由基功能的多糖，還可以直接或間接誘導T-SOD或CAT等酶的合成，加速清除MDA等過氧化物，抑制氧化應激的產(chǎn)生，提高動物抗氧化能力，有益于動物的健康。在肉雞的基礎日糧中以0.75克/千克的添加量加入枯草芽孢桿菌，其活菌數(shù)在108CFU/克時，可以顯著提高肉雞的抗氧化功能，氧化應激的反應大大減少。熊永潔等研究表明，當枯草芽孢桿菌以300毫克/千克飼料添加劑加入發(fā)生熱應激后雞的日糧中，結果其睪丸的抗氧化能力與未使用菌劑之前的對照相比得到了明顯地提升，大大提高了雞的種用價值。

2.4 提高飼料轉(zhuǎn)化率

大量研究表明枯草芽孢桿菌在腸道中有多種代謝途徑，其自身可以分泌多種具有較高活性的酶類。其次，也可分泌一些可以有效降解非淀粉多糖及其他復雜碳水化合物的酶類，如：麥芽糖酶、β-葡萄糖酶、植酸酶和糖化酶等其本身不能合成的酶類，將腸道內(nèi)源酶不足的缺點加以補充，促使腸道高效蠕動，從而使各種營養(yǎng)物質(zhì)能夠高效快速的在小腸內(nèi)消化吸收。其次枯草芽孢桿菌通過在腸道代謝中參與小分子類物質(zhì)的合成，如：多肽、氨基酸和促生長因子等，從而有效促進機體對纖維素、蛋白質(zhì)、脂類及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)的正常消化和吸收。并最終成功實現(xiàn)如何提高動物飼料營養(yǎng)綜合利用率這一研究目的。在9～24周齡育肥豬飼糧中添加飼用枯草芽孢桿菌（3×108CFU/千克）100～200毫克/千克可有效改善飼料利用率，提高育肥豬的生長性能，促進其機體內(nèi)養(yǎng)分消化。

3 枯草芽孢桿菌的應用

3.1 在家禽生產(chǎn)上的應用

枯草芽孢桿菌作為微生物飼料添加劑在家禽畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應用非常普遍，尤其是在肉雞生產(chǎn)上尤為突出?？莶菅挎邨U菌作為益生飼料添加劑加入肉仔雞的基礎日糧中能夠高度提升其十二指腸和空腸絨毛的活性，從而更加高效快速地促使小腸對食物消化和吸收，與此同時盲腸中乳酸桿菌數(shù)量也大大增加，更好地促進肉仔雞的正常生長發(fā)育。在肉雞基礎飼料中添加0.1%枯草芽孢桿菌不僅能夠降低料肉比，肉雞體重增高，還可以顯著提高養(yǎng)分利用率。另外，枯草芽孢桿菌在家禽日糧中長期添加能增強家禽產(chǎn)品質(zhì)量，增加家禽產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營效益。飼糧中添加0.02%枯草芽孢桿菌可使肉雞的胸肌量顯著提高。肉雞基礎日糧中添加枯草芽孢桿菌菌劑在一定程度上能夠降低黃曲霉毒素B1對其生產(chǎn)性能的影響且顯著改善其對多種酶類活性的影響，使以上指標均恢復到正常水平。此外，通過黃曲霉毒素B1導致的肝臟重量變化及其在肝臟和糞便中的殘留量顯著降低。同時使其對血清蛋白含量造成的不利的影響恢復到正常水平。在AA雞的飼糧中以不同添加量的方式添加枯草芽孢桿菌，可使血清NDV-Ab的含量顯著提高，同時IgG和LZM的含量均高于未添加的對照組。

3.2 在反芻動物生產(chǎn)中的應用

有研究表明，反芻動物的胃腸道內(nèi)共同生存多種微生物，其中的枯草芽孢桿菌可以改善反芻動物胃腸道生物區(qū)系、提高生產(chǎn)性能、增強免疫力及肉乳品質(zhì)。日糧中加入抑菌性很強的枯草芽孢桿菌制劑，可使瘤胃中常見的腹瀉致病菌彎曲桿菌的數(shù)量大量減少，從而降低奶牛腹瀉的發(fā)病率，枯草芽孢桿菌對于患有急性腹瀉的小型母畜崽和生產(chǎn)奶牛有明顯的預防和處理作用，也可以使感染葡萄球菌的數(shù)量減少，降低動物疾病的治療難度。相關研究發(fā)現(xiàn)，體外瘤胃液的培養(yǎng)試驗中在奶牛日糧中添加枯草芽孢桿菌，通過氨態(tài)氮濃度明顯增加可發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物蛋白和揮發(fā)性脂肪酸的含量也有明顯提高。同時奶牛的產(chǎn)奶率及乳脂率均有明顯升高。此外，通過在奶牛新鮮的日糧中增加精料和青飼料的采食量，可以使飼料成本得到大幅度的降低。還發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加一些富含枯草芽孢桿菌的復合微生態(tài)飼料添加劑，可以有效調(diào)節(jié)初生畜崽腸道菌群的同時又能夠降低犢牛因腹瀉病而導致的較高死亡率。

3.3 在水產(chǎn)動物生產(chǎn)上的應用

枯草芽孢桿菌作為一種益生菌，已被廣泛地用作各種飼料添加劑，能夠有效地提高各種水產(chǎn)動物的繁殖性能及其免疫系統(tǒng)。有研究表明，通過在飼料中添加枯草芽孢桿菌可增加草魚的增重率，提高草魚的抗氧化和自身的免疫功能。在青魚飼料雜糧中分別添加2×106、2×107、2×108、和5×108CFU/克的枯草芽孢桿菌，結果顯示，魚體末重有顯著增高，同時飼料質(zhì)量系數(shù)比重大大降低，且青魚腸道內(nèi)的淀粉分解酶等一些酶類活性均明顯得到改善。另外，枯草芽孢桿菌還能調(diào)節(jié)養(yǎng)殖池的水質(zhì)，能夠快速分解養(yǎng)殖水體中各種營養(yǎng)有機質(zhì)的活性細胞內(nèi)分解酶，使得養(yǎng)殖水體的豐富營養(yǎng)化。同時還可減少水中由于亞硝酸鹽、氨氮和其他發(fā)生化學反應的物質(zhì)需要量和氧含量，對水產(chǎn)動物生長具有良好的抗氧促進作用。綜上，0.10%～0.20%的枯草芽孢桿菌添加量可顯著降低餌料系數(shù)，增強魚體對血糖和脂肪的利用和轉(zhuǎn)化能力。

3.4 在其他動物生產(chǎn)上的應用

由于枯草芽孢桿菌具有一些其特有的生理功能，因此在動物生產(chǎn)應用的領域中被廣泛使用。有報導顯示在新西蘭大白兔的日糧中添加106CFU/克的枯草芽孢桿菌可有助于提高其機體免疫應答、免疫球蛋白含量、免疫器官指數(shù)以及盲腸微生物菌群的多樣性，促進腸道健康。早期斷奶仔豬飼喂枯草芽抱桿菌對其生長性能具有顯著的改善效果，以及對其主要消化器官的發(fā)育具有明顯的優(yōu)勢，如腸道、肝臟等。對哺乳期母豬的飼料中添加一定量的B.subtilis B6液體菌劑可使仔豬平均窩重提高28.8%,平均斷奶窩重提高18%,顯著提高母豬及仔豬免疫力。在保育豬的基礎日糧中添加一定量的枯草芽孢桿菌DSM32315菌劑效果顯示，斷奶仔豬機體的氮的利用率與糖類脂類代謝有關的血漿生化參數(shù)均有顯著改善，有效治療機體腹瀉。在7～28日齡湖羊幼崽的代乳粉中添加枯草芽孢桿菌對其胃腸道生長發(fā)育無顯著影響，但可提高小腸屏障功能并減少上皮細胞凋亡，有利于保持小腸結構和功能完整。用添加了枯草芽孢桿菌的飼料連續(xù)飼喂斷奶湖羊28天后，可以改善湖羊免疫力和消化功能，提高其生長性能和耐受抗氧化能力。此外，還可利用枯草芽孢桿菌對動物糞便進行固態(tài)發(fā)酵來生產(chǎn)羧甲基纖維素酶和蛋白酶，實現(xiàn)畜牧業(yè)中的生物垃圾廢棄物綠色利用。

4 展望

枯草芽孢桿菌作為市場上應用最廣泛的飼用益生菌之一，具有耐酸堿、耐擠壓、耐高溫等益生特點，同時具有促營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，提高生產(chǎn)性能、飼料報酬和免疫力等生理作用。

枯草芽孢桿菌根據(jù)其獨特的安全性，因其在我國畜禽養(yǎng)殖行業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿颓熬爸械玫搅撕芎玫闹匾暫屠?，被認為是世界上替代抗生素最佳菌種之一。目前枯草芽孢桿菌在豬、禽和反芻動物牛上的應用研究較多，但枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等多種益生菌一起應用到養(yǎng)殖動物的研究還比較少，因此對復合微生制劑在豬、禽和反芻動物上的應用還需進一步加強研究。另外，對于枯草芽孢桿菌的研究大多是針對其自身特性，因此菌種益生特性優(yōu)化后的使用效果以及與其他飼料或微生物制劑的聯(lián)合使用效果研究，將會是我國養(yǎng)殖業(yè)中綠色飼料進一步探索的方向與重點。