微生態(tài)制劑在畜禽生產(chǎn)中的研究和應(yīng)用進展

黃增穎,鄧贛奇,梁耀文,張輝華,劉 燊

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院,廣東 佛山 528000)

在畜牧生產(chǎn)中,抗生素添加劑的長期大量使用,造成動物的抗病性降低、致病菌耐藥性增強,動物產(chǎn)品中出現(xiàn)藥物殘留、危害食品安全等問題,嚴(yán)重制約了畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。尋求一種可替代抗生素的飼料添加劑成為研究的熱點。目前,抗生素代替品有抗菌肽、微生態(tài)制劑、酶制劑、酸化劑、有機金屬微量元素、代謝調(diào)節(jié)劑、大蒜素、中草藥添加劑、寡聚糖和卵黃抗體等。微生態(tài)制劑是公認(rèn)為最有潛力代替抗生素的新型飼料添加劑之一。其因安全無毒副作用、效果好、使用方便、無藥物殘留、很少產(chǎn)生耐藥性等特點而得到大力推廣。本文對動物微生態(tài)制劑的定義、作用機制以及其在畜禽中的應(yīng)用作一綜述,以期為微生態(tài)制劑在畜禽養(yǎng)殖中的研究提供參考。

1 動物微生態(tài)制劑

動物微生態(tài)制劑,也稱活菌制劑或生菌劑,運用微生態(tài)學(xué)原理,利用益生菌對宿主無毒無害、促生長、提高免疫力等原理,把有益菌及代謝產(chǎn)物經(jīng)過特殊加工工藝加工而成的制劑,如益生菌。微生態(tài)制劑運用于畜禽中,起到補充腸道有益菌,維持腸道微生物平衡、提高飼料利用率和機體免疫力等作用,進而促進動物健康生長[1]。

微生態(tài)制劑通常分類有3種:(1)按所用的益生菌的種類分為乳酸菌類制劑、酵母菌類制劑、芽孢桿菌類制劑、光合細(xì)菌類制劑和復(fù)合類微生態(tài)制劑。乳酸菌微生態(tài)制劑是一種分解糖類產(chǎn)乳酸的厭氧或者兼性厭氧性的革蘭氏陰性菌,其在維持腸道微生態(tài)平衡起到重要作用。芽孢桿菌微生態(tài)制劑是一種能產(chǎn)生多種有效的酶促效應(yīng)(如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等)的好氧制劑,可提高飼料消化率和增強營養(yǎng)物質(zhì)吸收。酵母類微生態(tài)制劑是一種富含蛋白質(zhì)、核酸、維生素和多種酶的兼性厭氧制劑,它的主要作用是提高機體免疫力、增加飼料適口性、促進消化吸收和提高磷的利用率等。光合微生態(tài)制劑能提供蛋白質(zhì)、B族維生素、輔酶Q和抗活性病毒因子等多種生物活性物質(zhì)及類胡蘿卜素、番茄紅素等天然色素的一種自養(yǎng)微生態(tài)制劑,其分泌的蛋白含多種必需氨基酸多于酵母微生態(tài)制劑。復(fù)合微生態(tài)制劑是前四者按一定比例配合而成的復(fù)合產(chǎn)品。在實際生產(chǎn)中,使用復(fù)合微生態(tài)制劑比較多。(2)按用途來分為微生態(tài)飼料添加劑、微生態(tài)調(diào)節(jié)劑和微生態(tài)治療劑。微生態(tài)飼料添加劑,一般不直接投喂給動物,通過拌料或者飲水的方式投喂,主要有乳桿菌、蠟樣芽孢桿菌等,其作用促進畜禽生長發(fā)育、增強機體免疫力、降低毒物殘留;微生態(tài)調(diào)節(jié)劑是在微生態(tài)學(xué)理論指導(dǎo)下生產(chǎn)的一類能夠調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)失衡,保持微生態(tài)平衡穩(wěn)定,提高宿主(人,動植物)健康水平或增進健康狀態(tài)的生物制品。微生態(tài)治療劑主要是通過調(diào)節(jié)動物體內(nèi)的微生態(tài)平衡來達(dá)到治療疾病的目的,側(cè)重點是利用微生態(tài)平衡治療腸道疾病。(3)按其主要物質(zhì)分為益生元、益生菌、合生素。益生元是一種能維持腸道菌群生態(tài)平衡和促進益生菌代謝、增殖的有機物質(zhì)。益生菌是一類寄居于宿主,對宿主有益的微生物,它能在宿主的腸道生殖系統(tǒng)存活,改善宿主的微生態(tài)平衡、發(fā)揮有益作用,對宿主動物產(chǎn)生良好的健康作用。動物腸道的益生菌有乳酸菌、酵母菌、雙歧桿菌、放射菌、脆弱擬桿菌、巨型球菌等。

2 動物微生態(tài)制劑的作用機制

2.1 優(yōu)勢種群理論

正常的動物腸道微生態(tài)是處于平衡狀態(tài)。有益菌∶有害菌以99∶1的絕對優(yōu)勢在動物消化吸收和生長、免疫中起到重要作用[2]。在腸道微生態(tài)的調(diào)節(jié)中,有益菌不僅可以促進腸道有益菌的生長,還可以抑制腸道致病菌及其代謝有害物質(zhì)[3]。一旦有益菌失去優(yōu)勢種群,原微生態(tài)平衡則受到破壞,出現(xiàn)了微生態(tài)優(yōu)勢種群的更替,動物機體則產(chǎn)生腹瀉、營養(yǎng)不良等一系列癥狀。微生態(tài)制劑的應(yīng)用則是通過調(diào)節(jié)微生態(tài)有益菌與有害菌的種類、數(shù)量等來恢復(fù)原來的微生態(tài)平衡,達(dá)到治療的目的,從而促進動物健康生長發(fā)育[4]。Singh等[5]研究在冰淇淋里添加益生菌使用,同樣可以減少變形鏈球菌的數(shù)量,但乳酸菌的數(shù)量不影響。益生菌優(yōu)勢種群理論在腸道微生態(tài)平衡與腸道健康中起到重要作用。

2.2 生物奪氧及拮抗理論

在腸道里,腸道微生物附植在動物腸道細(xì)胞的表面,形成一個天然的免疫保護屏障,防止外來的菌種的入侵[6],起到營養(yǎng)競爭、生存空間競爭等拮抗作用。當(dāng)外界菌種的入侵時,機體的微生態(tài)平衡的生物奪氧則是通過腸道有益微生物,例如芽孢桿菌,消耗腸道內(nèi)的氧氣,以達(dá)到一個無氧環(huán)境來提供厭氧性或兼性厭氧性的菌類生長,從而維護了腸道微生態(tài)平衡。芽孢桿菌形成的無氧環(huán)境促進了乳酸菌的生長,大量產(chǎn)生乳酸,降低腸道環(huán)境pH,抑制了有害菌的生長,同時消除體內(nèi)自由基,以達(dá)到治療和促生長目的。微生態(tài)制劑的應(yīng)用則是通過形成天然的保護屏障來維護腸道微生態(tài)平衡,達(dá)到提高免疫力、治療疾病以及促生長作用目的[7]。

2.3 產(chǎn)生抗菌物質(zhì),增強動物機體免疫力

研究表明,乳酸桿菌、芽孢桿菌等促進免疫器官的發(fā)育、提高抗體IgG、sIgA以及血凝抑制抗體效價水平、綜合提高動物機體免疫力[8]。有益菌進入機體腸道后,產(chǎn)生乙酸、丙酸等揮發(fā)性脂肪酸,降低腸道環(huán)境pH,抑制其他有害菌種的生長[9],除此外,還會產(chǎn)生抑菌物質(zhì)如嗜酸菌素、乳糖菌素、過氧化氫、桿菌肽、乳酸鏈球菌肽、細(xì)菌素[10]等,抑制有害菌落的生長,調(diào)節(jié)腸道環(huán)境微生物平衡。另一方面,微生態(tài)制劑作為一種非特異性免疫因子,通過非特異性免疫刺激免疫系統(tǒng)的增強免疫活動,對增強細(xì)胞免疫和體液免疫起到一定的促進作用,從而增強動物機體免疫力。動物機體攝入的乳酸菌,可以增強單核吞噬細(xì)胞、多形核白細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞的活力,刺激活性氧、溶菌酶和單核因子的分泌,誘導(dǎo)腫瘤壞死因子、白介素-6等致炎因子產(chǎn)生,刺激機體的非特異性免疫[11]。

平衡的腸道微生態(tài)環(huán)境有助于免疫器官的形成,失衡的微生態(tài)導(dǎo)致免疫器官的形成受阻,機體免疫力下降。在司國利等[11]研究表明,乳酸菌起到緩解腸道氧化應(yīng)激,維護腸道氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)的平衡,防止組織損傷。由此可見,腸道微生物作為機體免疫的第一道防線,在增強機體免疫功能中起到了至關(guān)重要的作用。

2.4 改善動物營養(yǎng)代謝,提高畜禽生產(chǎn)性能

有益菌進入機體后分泌的乳酸、丁酸等能夠加強腸道的蠕動,對消化起到促進的作用,同時激活腸道酸性蛋白酶活性,提高機體的消化能力。另一方面,有益菌分泌各種消化酶,例如,芽孢桿菌產(chǎn)生的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等可降解飼料中各種抗?fàn)I養(yǎng)因子,從而提高飼料利用率,促進機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,提高機體的生產(chǎn)性能。研究表明,腸道有益菌能合成B族維生素及維生素K,并促進鈣、磷、鐵等微量元素及維生素D的吸收[12]。由此可見,益生菌有利于消化器官的發(fā)育成熟,促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,從而提高飼料報酬率。

2.5 減少有害氣體、有毒物質(zhì)的排放

畜禽舍主要的有害有毒物質(zhì)有氨氮、二氧化硫、硫化碳等。微生態(tài)制劑可利用自身的分解能力分解這些有毒有害氣體。例如,微生態(tài)制劑可以合成氨基氧化酶和分化硫化氫的酶類轉(zhuǎn)化過多的氮硫,同時,菌類還會把機體內(nèi)的無機磷轉(zhuǎn)化為有機磷,增強機體多磷的吸收,減少有害物質(zhì)的排放。研究表明,微生態(tài)制劑在改進畜禽舍環(huán)境,減少有害氣體如氨氣、硫化氫等的排放起到明顯的效果[13-14]。在實際生產(chǎn)中,采用微生態(tài)制劑處理病死的畜禽尸體成有機肥、凈化畜禽糞便水體,也是一種符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的措施。微生態(tài)除臭是未來畜禽的除臭的一種安全的、改善畜禽舍環(huán)境的節(jié)能環(huán)保方法。

3 微生態(tài)制劑在畜禽業(yè)中的應(yīng)用

3.1 微生態(tài)制劑在豬方面的應(yīng)用

Canibe等[15]研究發(fā)現(xiàn),斷奶仔豬日糧添加乳酸菌制劑,乳酸菌通過定植在腸道的方式抑制其他菌的定植,防止病原菌的入侵。葛文霞等[16]的復(fù)合微生態(tài)制劑對仔豬的影響研究表明,杜長大三元雜交斷奶仔豬中添加1%的復(fù)合微生態(tài)制劑,平均日增重顯著提高,料肉比降低12.35%,發(fā)病率降低39.53%,腹瀉率降低75.34%。李小成等[17]添加1%的復(fù)合微生態(tài)制劑在仔豬飼料中,仔豬的末重提高7.19%,日增重提高了15.74%,料肉比降低了13.45%,腹瀉率和死亡率分別降低了2.09%和3.12%。寧豫昌等[18]添加8%的微生態(tài)制劑到基礎(chǔ)飼糧中,提高仔豬的T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞數(shù)量,促進仔豬免疫系統(tǒng)和免疫細(xì)胞的發(fā)育成熟,從而達(dá)到提高動物機體免疫力目的。在生長育肥豬方面,張雙等[19]的研究表明,添加微生態(tài)制劑的育肥豬的末重、平均采食量均有所提高,料肉比和死亡率明顯降低,腸道有害菌明顯減少,免疫系統(tǒng)血清IgA和IgG含量顯著高于對照組。在母豬方面,于寶君等[20]研究表明,添加微生態(tài)制劑組的母豬的泌乳量和質(zhì)量都有不同程度的提高,泌乳力提高2.54%,初乳中IgG含量提高18.55%,乳蛋白、乳脂、非脂乳固形物分別提高25.43%、24.84%、19.76%,母豬分娩滯產(chǎn)率降低14.6%,仔豬的平均日增重和成活率也分別提高9.15%和3.87%。B?hmer等[21]添加微生態(tài)制劑到母豬飼料中,母豬的采食量和平均體重均有所增加,仔豬的大小和活力都有所提高。

上述研究表明,微生態(tài)制劑在豬的生長、發(fā)育、繁殖過程中起到促進動物生長發(fā)育、提高動物機體免疫力和減少動物死亡率等作用。

3.2 微生態(tài)制劑在家禽方面的應(yīng)用

大量的研究證實,微生態(tài)制劑提高家禽抗病能力和免疫力,提高飼料利用率,提高動物生產(chǎn)性能。Higgins等[22]在雞飼料加微生態(tài)制劑可抵抗沙門氏菌的感染。腸道菌群和肉雞生長、健康密切相關(guān),腸道菌群的改變可直接影響肉雞的消化吸收、免疫水平等[23]。De Los等[24]研究表明,益生菌提高了肉雞的飼料利用效率,提高肉雞生產(chǎn)性能。郗宏波等[25]的研究表明,添加0.2%的微生態(tài)制劑的試驗組肉雞的平均日增重、末重、免疫性能、總抗氧化能力等均有所提高。據(jù)研究證實,微生態(tài)制劑還有效控制家禽疾病的發(fā)病率[26],減少腸道病害菌的生長。王瑩瑩等[27]的研究表明,添加0.05%復(fù)合添加劑能顯著提高產(chǎn)蛋率、產(chǎn)蛋重和蛋的品質(zhì)。由此可見,微生態(tài)制劑在家禽養(yǎng)殖中也起到重要作用。但現(xiàn)階段,微生態(tài)制劑在雞方面的研究較為普遍,水禽方面的研究較少。

3.3 微生態(tài)制劑在反芻動物方面的應(yīng)用

瘤胃是反芻動物的主要消化場所,胃里有細(xì)菌和原蟲(單胞菌、瘤胃球菌、甲烷桿菌、擬桿菌、纖毛蟲等)對食糜進行發(fā)酵,進而提高了反芻動物的消化能力,并且微生物所合成的氨基酸、蛋白質(zhì)維生素等營養(yǎng)物質(zhì)使反芻動物的營養(yǎng)更豐富。微生態(tài)制劑的添加,有利于反芻動物瘤胃微生物的微生態(tài)平衡,抑制有害微生物的繁殖,促進免疫功能的完善。據(jù)有關(guān)研究表明,剛出生不久的牛犢的瘤胃微生物的存在比較少,主要是靠母乳進行微生物的定植。添加酵母菌微生態(tài)制劑,牛瘤胃內(nèi)的纖維分解相關(guān)酶的活性提高,提高瘤胃纖維的利用[28]。Finck等[29]試驗表明,每天飼喂5 g酵母菌使牛多采食0.55 kg日糧。Marden等[30]研究表明,飼糧中添加酵母菌可預(yù)防牛的胃酸中毒,有效減少牛致病情況。Beecher等[31]的研究表明,乳酸菌可調(diào)控機體IL-1和IL-8的分泌,進而刺激奶牛免疫應(yīng)答,減少乳房炎的發(fā)生。另外,周傳社等[32]研究表明,在羊飼糧中添加酵母菌可調(diào)節(jié)瘤胃發(fā)酵,增加瘤蛋白含量。

3.4 微生態(tài)制劑在水產(chǎn)動物方面的應(yīng)用

水質(zhì)因素決定水產(chǎn)養(yǎng)殖的成功。微生態(tài)制劑的添加對水質(zhì)的改良顯得極其重要,尤其是對水質(zhì)的要求非常高的蝦養(yǎng)殖。姜松等[33]研究表明,添加芽孢桿菌和乳酸桿菌制劑都顯著提高了南美白對蝦的生長性能和抗逆能力,并且添加乳酸菌制劑的效果更明顯。李卓佳等[34]研究表明,運用芽孢桿菌為主的復(fù)合微生態(tài)添加劑對池塘的底質(zhì)的改良起到良好的效果。王新葉等[35]研究表明,定期施用富含硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、芽孢桿菌等可穩(wěn)定池塘透明度、水色和pH。田海軍等[36]的“零耗氧活性菌”研究表明,添加微生態(tài)制劑的蝦料可明顯提高魚蝦的采食量和日增重、減少魚蝦的發(fā)病率、增加其存活率。水質(zhì)的好壞決定了水產(chǎn)養(yǎng)殖的成敗。

4 存在的問題及展望

4.1 微生態(tài)制劑存在的問題

現(xiàn)階段的微生態(tài)制劑存在以下問題:①微生態(tài)制劑在運輸、使用、保存過程中易失活;②微生態(tài)制劑的研究作用機制落后于應(yīng)用,其作用原理不夠明確,最佳配比無法確定,且可能存在風(fēng)險問題,需要大量的試驗證明;③確定可以做微生態(tài)制劑為菌種種類少;④受外界因素影響比較明顯,例如高溫、強酸強堿、抗生素等;⑤微生態(tài)制劑存在的安全問題受到非議;⑥缺少一個完整的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、作用機理、安全性風(fēng)險的體系。

4.2 微生態(tài)制劑的發(fā)展趨勢及展望

“飼料無抗化”是全世界畜禽發(fā)展趨勢。在“后抗生素”的應(yīng)用時代,微生態(tài)制劑作為繼抗生素之后的一類少產(chǎn)生抗藥性、促生長、提高免疫力、維護動物機體平衡健康等一類新型飼料添加劑[37],在未來的應(yīng)用前景方面非常廣闊。但基于現(xiàn)在的研究水平的局限性,還不能完成替代抗生素?？股卦谛笄蒺B(yǎng)殖中的作用還是毋庸置疑的?，F(xiàn)階段處于“減抗”、“限抗”和“替抗”階段。我國在2020年飼料端全面禁抗,養(yǎng)殖端“減抗”、“限抗”的目標(biāo)加速了微生態(tài)制劑的研發(fā)及應(yīng)用?，F(xiàn)階段,主要提倡減少和替代抗生素使用?？股氐娜娲媸且粋€漫長的過程。在減抗、替抗的階段,探索復(fù)合微生態(tài)制劑與其他能代替抗生素的制劑的聯(lián)合使用顯得特別重要是微生態(tài)制劑全面代替抗生素演變的過渡。據(jù)研究表明,益生菌與甘露寡糖的聯(lián)合使用后,治療仔豬腹瀉的效果優(yōu)于抗生素[38]。功能性氨基酸、黃芪多糖、益生菌的聯(lián)合實用顯著促進仔豬的腸道發(fā)育和提高仔豬分泌型免疫球蛋白A(sIgA)的分泌量,減少腸道大腸桿菌病害菌的數(shù)量,增加乳酸桿菌的定植[39]。益生菌發(fā)酵中草藥、有機酸與益生菌的聯(lián)合使用、運用生物技術(shù)定向改造和發(fā)酵飼料等都是微生態(tài)制劑的熱門發(fā)展方向?，F(xiàn)階段,微生態(tài)制劑以益生菌為主,有液劑、發(fā)酵凍干制劑、粉劑、片劑、膠囊、軟膏制劑、氣霧劑等。使用的方法也各異,可食用、飲水、噴灑等,發(fā)展前景非常相當(dāng)可觀。

總之,隨著時代的推廣和應(yīng)用,微生態(tài)制劑更偏向復(fù)合型微生態(tài)添加劑、微生態(tài)與基因工程的定向改造、微生態(tài)制劑與其他的添加劑的聯(lián)合使用等方面發(fā)展。其在未來畜禽養(yǎng)殖、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域可廣泛應(yīng)用。