动物微生态营养理论的特性及其研究应用_图文

1、第29卷第4期吉林医药学院学报V01.29No.42202008年08月Journal of Jilin MedicalCollege Aug.2008文章编号:1673-2995(200804-0220-03动物微生态营养理论的特性及其研究应用综述Characteristics and application of animal microecological nutrition theory王长文1,娄玉杰¨,宋春梅1(1.吉林医药学院营养教研室,吉林吉林132013;2.吉林农业大学动物科技学院,吉林长春130118摘要:动物微生态营养是动物营养的延伸,是益生菌和动物营养的相互

2、交叉渗透。本文阐述了动物微营养学理论、动物微生态营养特性及其应用,并讨论了今后微生态营养学的研究重点。关键词:动物微生态营养;微生态制剂;应用研究中图分类号:￥816.7文献标识码:A动物微生态学(animal microecology在我国是近20余年发展起来的一门学科,而动物微生态营养学是以动物微生态学和动物营养学为基础的一门学科,目前国内外对微生态营养的研究,包括其基础理论与应用研究均已达到一定的深度与广度。动物微生态营养重在研究动物微生态环境(菌群因子、动物(宿主因子和菌群代谢效应及产物与营养物质消化吸收代谢及其正常营养生理状态之间的关系,同时又研究营养与非营养因素对动物胃肠道微生态环

3、境的调控。动物微生态营养学为提高动物生产效率、改善动物产品质量以及提高营养物质利用效率开辟了一条新途径。本文阐述了动物微生态营养理论、动物微生态营养特性及其应用,并对今后动物微生态营养学研究进行展望。1动物微生态营养理论概述动物胃肠道存在大量(约1014个微生物相对稳定殖居的微生物群落,这些微生物群系之间及微生物与动物之间形成了相互依存、相互作用的不可分割的整体。随着对动物胃肠道微生物群落的深入研究,人们对胃肠道微生物的种类也有了较多认识。胃肠道微生物按其在肠道内生存并定居的时间长短可分为固定群落(Autochthonous或Indigenous和过路群落(AUochthonous或Trans

4、ient,前者是指在胃肠道内占有特定区域的微生物,后者则指那些不能在健康动物胃肠道内长期滋生的微生物。胃肠道微生物根据是否需氧又可分为需氧微生物、兼性厌氧微生物和厌氧微生物3大类。1965年Dubos等瞳1根据先前的研究结果,首次提出动物胃肠道微生态学的概念,随后Savage【31对Dubos提出的概念进行了修改,在国内康白H1于1988年正式提出动物胃肠道微生态学的概念与理论。一般认为动物微生态理论包括4个方面的内容,即动物微生态平衡理论、动物微生态失调理论、动物微生态营养理论及动物微生态防治理论。其中动物微生态营养理论是指动物体内正常微生物对动物的营养作用,以及对动物有益微生物益生菌剂进人

5、体内参与代谢、增加畜禽的营养物质和生长刺激因子,促进机体生长(Fuller,1989瞪】。动物肠道的菌群数量占动物体内微生物的大部分,在肠道内生长代谢所产生的营养是维持动物生命和生长必不可少的元素。对动物消化道微生态环境的分析表明,消化道微生物参与了物质代谢,提供了动物机体所需要的营养物质和生长刺激因子,它们在长期进化过程中与动物宿主保持相对平衡、相对稳定的状态,与宿主在不同发育阶段形成了动态平衡,构成与宿主在一定生态空间内的生理统一体。它们不仅通过自身所分泌代谢的产物营养宿主,同时还负担着抑制病原菌繁殖、预防感染的任务,为动物保持良好的生长状态扫清了障碍。2动物微生态营养的特性通讯作者:娄玉

6、杰(1956一,女(汉族,博士生导师,主要从事动物营养与饲料的研究.Email:Iyujie2003yahoo.c.c。.2.1产酸作用作者简介:王长文(1966一,男(汉族,副教授,在读博士.益生菌进入肠道后,能产生有机酸,尤其是乳酸第4期王长文,等.动物微生态营养理论的特性及其研究应用一221一杆菌和链球菌将产生乳酸,降低肠道pH值、使肠道酸化,提高铁、钙、磷的利用率,促进维生素D和铁的吸收,激活蛋白酶原。芽孢杆菌在其生长繁殖过程中能够产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸,这些酸类能够降低动物肠道的pH值,有效地抑制了病原菌的生长,为乳酸菌的生长创造了条件,其中丙酸还能够参与三羧酸循环,为动

7、物新陈代谢提供能量。益生菌代谢所产生的短链脂肪酸和乳酸,为消化道提供了酸性环境,有助于消化酶对营养物质的分解;短链脂肪酸还能调节肠道菌群,维持体液和电解质的平衡,为宿主提供能量,以及为肠道上皮细胞提供营养;同时还可改善一些金属离子如钙、镁、铁的代谢和吸收,起到促进营养物质吸收和调节内源代谢的作用。此外,由于部分有益菌的产酸机制,胃内酸度降低,使机体内胃蛋白酶活性增高,同时也能反馈性地促进胰腺分泌,增加消化液的分泌量,进而达到提高饲料利用率的目的。2.2产生多种消化酶以促进营养物质的吸收有益微生物在肠道内可产生多种消化酶。如芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,且能降解植物性饲料中某些较

8、复杂的碳水化合物,从而提高饲料的转化率。杨幼慧怕1(2001报道,有些芽孢杆菌能产生p一甘露聚糖酶,可作用于植物中各种13一葡萄甘露聚糖的主链,分解成2一10个单糖分子的葡一甘型或甘一甘型低聚糖。常维山等。列(2003筛选出产蛋白酶的益生枯草芽孢杆菌,培养48h,蛋白酶活力可达1032.56U/Illl。马晓军等旧o(2001筛选出能产生嗜碱性支链淀粉酶的芽孢杆菌,可以催化水解支链淀粉、糖原及相关的大分子化合物中的Ot.1,6糖苷键,形成直链淀粉,与其他淀粉酶协同作用,使淀粉分解完全。芽孢杆菌在生长繁殖过程中还能够产生植酸酶,促进动物对植酸酶的利用和对脂肪的消化吸收。乳酸菌类能产生特殊酶系,分

9、解某些物质,作为自身的营养物质和能量物质。2.3直接营养作用许多益生菌制品其菌体本身含有大量的营养物质,如光合细菌含蛋白质,粗蛋白可达60%以上,还含多种维生素、钙、磷和多种微量元素等;益生菌在生长繁殖过程中能产生大量的维生素B,、维生素B扑维生素B6、维生素c和多种氨基酸,为动物肠道提供维生素营养和蛋白质。乳酸杆菌能合成动物体内所需要的多种维生素,当某些因素造成肠道菌群失调时,动物会表现出维生素缺乏症。乳酸杆菌还可降低肠道的硝基还原酶、13.葡萄糖苷酸酶和脲酶活性,减少氨的产生。双歧杆菌不仅可以产生多种维生素,如维生素B,、维生素B:、维生素Bn烟酸和叶酸等以供机体所需,还能通过抑制某些维生

10、素分解菌来保障维生素的供应。双歧杆菌还可以降低血氨浓度以改善肝脏功能。肠道内腐生菌产生的大量吲哚、硫化氢、胺等代谢产物需在肝脏中解毒,随后以葡萄糖醛酸盐和硫酸盐等形式排出,若不及时解毒将导致肝功能紊乱和循环系统失常。双歧杆菌在肠道内可吸收利用这些含氮有害物质,抑制产胺的腐败菌,降低肠道pH值,使氨转变为难于吸收的离子型,达到降低血氨的功效。2.4形成生物膜屏障以调节肠道茵群平衡益生菌在宿主消化道内通过占位保护,形成生物屏障,以调节肠道的菌群平衡。益生菌参与致病菌的生存和繁殖的空间竞争、时间竞争、定居部位的竞争以及对营养素的竞争,抑制致病菌的生存繁殖及其在消化道内的定居和附着。研究证实,乳酸杆菌

11、和致病菌一样,也是通过糖蛋白或糖脂质与消化道内壁相结合,并在消化道内生成致密性膜菌群,形成微生物屏障。M.Juntunen等(2003发现,乳酸菌与小肠黏膜结合粘蛋白MUC3粘着,同时能促进MUC3mRNA转录。Y.K.Lee等的研究表明,存在于肠道上皮中过量的糖类物质可能充当某些致病菌的特异受体,乳糖的存在能显著减少沙门氏菌在肠道上皮上的吸附,这是因为乳糖能促进乳酸杆菌的大量增殖,从而抑制沙门氏菌在肠道上皮的吸附。3动物微生态营养的应用微生态制剂基于动物微生态营养理论,人们研制出一种新型绿色无公害饲料添加剂动物微生态制剂。动物微生态制剂是用于调节动物机体微生态平衡的、具有直接通过增强动物对肠

12、内有害微生物的抑制作用或通过增强非特异性免疫功能来预防疾病、从而促进动物生长或提高饲料转化率的一类药物或饲料添加剂,又称为益生素、促生素、利生素、生理菌苗等,是近几年发展起来的高科技产品。微生态制剂以其无毒副作用、无耐药性、无残留、成本低、效果显著、不污染环境等特点,逐渐得到广大养殖界同仁的首肯旧】。动物微生态制剂可以按不同的方法进行分类,各种微生态制剂具有不同的特点。222.-吉林医药学院学报2008年08月第29卷3.1按微生物种类划分芽孢杆菌类。此类菌属在动物肠道微生物群落中数量较低,目前应用的主要是蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等。与其他微生物制成的制剂不同是,

13、芽孢杆菌产品以内生孢子的形式存在,能耐受胃内酸性环境,对饲料加工、贮运过程的干燥、高温、高压、氧化等不良环境因素的抵抗力强,稳定性高,并有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,能降解植物饲料中一些复杂的化合物¨0|。乳酸菌类。此类菌属是动物肠道中的正常微生物,目前应用的主要有植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、粪链球菌等。因为该类制剂都是厌氧菌,所以活菌存活率低。由于生产技术、工艺水平所限,这类产品贮存期短、质量不稳定,进而影响了饲喂效果o L10J真菌及酵母菌类。与芽孢杆菌属一样,是动物肠道微生物群落中数量较少的菌种,主要以啤酒酵母、产朊假丝酵母等为主。其培养物可为动物提供蛋白质,帮助其消化,刺激

14、有益菌的生长,抑制病原微生物的繁殖,提高机体免疫力和抗病力,对防治畜禽消化道系统疾病起到有益作用【l0J。复合菌类活菌制剂。根据菌株的组成又可分为单一菌剂和复合菌剂,单一菌剂的研究和开发较多,目前的发展趋势是研制复合菌剂。这类益生素系列产品主要是由芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌及光合菌等多种菌构成o10-11。3.2按动物微生态制剂的用途和作用机制划分可分为微生态饲料添加剂和微生态药物。前者可直接提高饲料转化率,促进畜禽生长,同时可防治疾病。后者可直接防治疾病,从而间接提高饲料转化率,促进畜禽生长。此外,根据微生态制剂形态,产品类型有液体型和固体型,固体型有粉剂、片剂、包被颗粒和胶囊等。4动物微生态

15、营养学研究展望目前,动物微生态营养学的研究取得了显著成果,但在诸多方面仍有待于进一步研究,尤其是有关微生态制剂的研究。首先,微生态制剂作用机理的研究尚处在探索阶段,大多数研究仅限于效果水平上,尽管已从动物微生态学方面提出一些理论或假说,但缺少有效试验方法和数据,尤其在动物营养物质代谢和微生物代谢方面还需深入研究;其次,益生菌不是对各种动物都有广谱作用,同一种细菌对此种动物是有益菌,而对另外一种动物却可能是有害菌。因此,应研究及生产出适合不同动物的微生态制剂;第三,益生菌被混入饲料后其生物活性受到动物种类、生理状态及饲喂方式、饲料加工过程、饲料类型和成分、环境温度和pH值及保存时间等各种因素的影

16、响,虽然国内外学者已提出许多建设性意见,但尚需做深入研究;最后,微生态制剂具有抗生素等药物不具备的优点,但目前还不能取代抗生素的作用,并且不能单独使用微生态制剂以进行疾病治疗,因此,应进行以取代抗生素为目的的新一代微生态制剂的研究。总之,随着动物微生态营养研究的进一步发展,动物微生态营养理论将在动物保健、生产效益、畜禽品质量以及“绿色畜牧业”等方面发挥越来越突出的作用。参考文献:1何明清,程安春.动物微生态学M.成都:四川科学技术出版社,2002:2-3.2Dubos R,Sehaedler R W,Costello R,el以.Indigenous,nor-real,and autochth

17、onous flora of the gastrointestinal tractJ.J Exp Med,1965,122:67-76.3Savage D S.Microbial ecology of the gastrointestinal tractJ.Annu Rev Microbiol,1997,31:107133.4康白.微生态学M.大连:大连出版社,1988:114131.5Fuller R.Probiotics in mall and animalsJ.J Appl Bacterid,1989,66(5:365-378.6杨幼慧,Alan M McKAY.B.甘露聚糖酶的产酶菌种、条件及部分性质研究J.华南农业大学学报,2001,22(2:86-88.7常