第四章 动物肠道微生态环境与微生态营养

第四章动物肠道微生态营养与微生态环境主要内容本章概述1动物微生态营养原理2动物微生态环境的调控3本章小结4第一节本章概述1977年，联邦德国VoekerRuseh博士首先提出“微生态学”这一术语，并在德国建立起世界上第一个微生态学研究所。此后，微生态学以生命学科中的一门独立学科迅速发展起来，越来越显示出它的重要性。如今，国内外对微生态学基础理论和应用的研究都取得了较大的进展。微生态学即微观生态学，是“研究正常微生物的结构和功能，以及其与宿主关系的学科”。微生态学的发展历程第一节本章概述动物微生态营养是研究动物微生态环境与动物营养之间关系的一门科学。主要研究内容如下：①动物微生态营养原理，涉及动物消化道微生态系统、动物胃肠菌群对营养物质的代谢及微生态平衡失调与动物健康等。②动物微生态环境的调控，涉及营养、微生物饲料添加剂和滑雪益生素对动物微生态环境的调控原理。动物微生态营养的研究内容第二节动物微生态营养原理动物肠道微生物与营养物质之间存在互作关系一方面，微生物在动物胃肠道中直接参与动物饲料的消化过程，微生物分泌的酶通过分解饲料中的非淀粉多糖等物质释放出可被动物吸收的营养成分，并能合成某些维生素和氨基酸。另一方面，微生物也消耗动物胃肠道的营养物质来满足其菌群增殖的需要，并降低某些饲料成分的营养价值。第二节动物微生态营养原理一、动物消化道微生态环境（一）反刍动物消化道菌群

在反刍动物消化道，特别是瘤胃内栖息着复杂、多样的微生物，包括瘤胃原虫、细菌和厌氧真菌，还有少数噬菌体。其中，反刍动物瘤胃内细菌的种类繁多，也是瘤胃中数量最多的一种微生物。在1g瘤胃内容物中，细菌数为107-1012个。而肠道细菌具代表性的主要为乳酸菌、双歧杆菌和肠杆菌等。第二节动物微生态营养原理一、动物消化道微生态环境（二）猪的消化道菌群

胃酸有杀菌作用，大部分外来菌都可被杀死。猪胃内生存的菌主要是耐酸菌，如乳酸杆菌等。猪肠内菌群大致分为三类，即乳酸菌、厌氧菌和需氧菌。据报道，成年猪的粪便菌群总数在1010个/g以上，并以消化球菌、螺旋体等厌氧菌占绝对优势，它们和乳杆菌共同构成猪肠道绝对优势菌群；其次为双歧杆菌、巨球形菌，其菌群总数在108-109个/g；而链球菌、肠杆菌科一般为107-108个/g。第二节动物微生态营养原理一、动物消化道微生态环境（三）鸡的消化道菌群

鸡嗉囊内乳杆菌构成最优势菌群（109个/g），链球菌和肠杆菌也有附植。腺胃、肌胃、小肠和嗉囊内菌群类似，仅细菌总数有差异。盲肠内各种厌氧菌显著增殖，总菌数达1011个/g，双歧杆菌、消化链球菌等是绝对优势菌群，其次为乳杆菌（108个/g），而链球菌和肠杆菌为107-108个/g。第二节动物微生态营养原理ClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddText一、动物消化道微生态环境（四）其他动物消化道菌群兔

盲肠粪便中以杆菌占绝对优势，其次厌氧弯曲杆菌、消化球菌等菌数为108个/g，其他菌群出现的较少。狗绝对优势菌群为消化链球菌、链球菌、乳杆菌等，其菌数为1010个/g，双歧杆菌比人少，大肠杆菌菌数为107-108个/g。产气荚膜梭菌检出率比人稍高，但由于饲料不同，产气荚膜梭菌的菌数有很大变动。猫普通环境下得毛粉菌群与狗相似。据报道，绝对优势菌群同城为拟杆菌、真杆菌等，其菌数为1010个/g，与狗相比，双歧杆菌稍有减少，二产气荚膜梭菌呈增加状态。第二节动物微生态营养原理（一）碳水化合物的代谢1.淀粉的分解（1）放线菌和霉菌等都能产生此酶。（2）肠内菌群中的乳杆菌、双歧杆菌等菌种能分泌此类型的淀粉酶。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（一）碳水化合物的代谢2.纤维素和半纤维素的分解（1）（2）

一般能水解纤维素的细菌也能利用半纤维素，但某些能利用半纤维素的细菌却不能利用纤维素。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（一）碳水化合物的代谢3.果胶的分解果胶是构成高等植物细胞间质的主要物质。细菌中如芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌以及溶纤维拟杆菌等均具有分解国脚的能力。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（一）碳水化合物的代谢4.胃肠菌群对单糖的分解双磷酸己糖降解途径（EMP途径，糖酵解途径）单磷酸己糖降解途径（HMP途径，磷酸戊糖途径）2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径（ED途径，糖类的厌氧分解途径）磷酸解酮酶途径（少数细菌进行异型乳酸发酵时采用的途径）二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢1.蛋白质分解蛋白质及其降解产物常作为细菌生长的氮源或生长因子。在某些情况下，蛋白质及其降解产物也可作为机体的能源，如某些氨基酸可作为在厌氧条件下生长的梭状芽孢杆菌的的能源物质。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢2.氨基酸分解（1）脱羧作用是细菌氨基酸代谢的最初反应。氨基酸脱羧酶具有高度专一性。大肠杆菌、粪链球菌、腐败性梭状芽孢杆菌、产气杆菌等具有氨基酸的脱羧作用。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢2.氨基酸分解（2）脱氨作用按方式不同分为以下几种：氧化脱氨（在有氧条件下）还原脱氨（在厌氧条件下）水解脱氨不饱和化脱氨（生成不饱和的脂肪酸和氨）二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢2.氨基酸分解（2）脱氨作用：氧化脱氨氨基酸在有氧条件下脱氨生成氨与α-酮酸。催化脱氨的没有两种：一类是氨基酸氧化酶（专一性不强），另一类是氨基酸脱氢酶。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢2.氨基酸分解（2）脱氨作用：还原脱氨氨基酸在无氧条件下脱氨生成氨有机酸，有机酸可作为能源被利用。某些专性厌氧的细菌，如梭状芽孢杆菌在厌氧条件下生成时，可以进行还原脱氨。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢2.氨基酸分解（2）脱氨作用：水解脱氨氨基酸经水解产生羧酸与氨，羧酸经脱羧生成一元醇或氨基酸在水解过程中同时伴有脱羧过程，生成一元醇、氨和二氧化碳。一元醇经氧化生成一元酸，再按脂肪酸分解方式，分解和放出能量。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢3.氨的生成氨的生成时肠内菌最大作用之一。氨的来源：二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（二）蛋白质的代谢3.氨的生成氨的去向：二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（三）短链脂肪酸的生成短链脂肪酸又称挥发性脂肪酸，一般在消化道内的主要挥发性脂肪酸有醋酸、丙酸和丁酸。短链脂肪酸的来源：大部分是由反刍动物的前胃发酵以及所有动物的后段消化道（主要在大肠）的发酵而产生。另外，在肠内由于肠内厌氧性细菌的作用，使蛋白质分解和继续脱氨基反应，也可产生部分短链脂肪酸。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（三）短链脂肪酸的生成反刍动物的前胃发酵产生的短链脂肪酸大部分作为能源被消耗，而单胃动物从大肠吸收的短链脂肪酸作为能源的来源也不可忽视。另外，前胃以及大肠吸收的短链脂肪酸有一部分也能形成脂质合成的主要前体物。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（四）维生素合成动物肠内菌可合成B族维生素，经肠道吸收被利用，但如何合成及利用尚不清楚。现已知在鸡盲肠内能合成硫胺素、核黄素、生物素、泛酸、烟酸、叶酸、维生素B12等B族维生素，但是其中能被利用的只有叶酸。原因可能是由于合成的维生素有一部分在菌体内而被排出，在菌体外由于不能食粪也不能被利用。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（五）微生物在代谢中产酶作用及其调节微生物产生的酶按其催化作用不同可分为：（1）水解酶（2）发酵酶（3）呼吸酶（1）水解酶：各种微生物普遍具有的酶，其作用是促进蛋白质、糖和脂肪等有机物分解，使它们成为小分子量的易溶物质。其主要作用是破坏碳原子和氧原子或碳原子与氮原子之间的关系来起到水解作用的。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（五）微生物在代谢中产酶作用及其调节（2）发酵酶：将糖类物质分解为简单化合物，在产能反应中起催化作用，其催化作用主要是通过氧化还原反应和磷酸化反应完成的。（3）呼吸酶：此类没在微生物呼吸过程中氢和氧的转以上具有重要作用，如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理（五）微生物在代谢中产酶作用及其调节微生物在代谢中酶的调节作用有两种方式：（1）酶活性的调节（2）酶合成的调节酶活性的调节：是对已存在的酶的活性进行控制，因此与酶量的变化无关。酶合成的调节：是通过酶量的变化来控制代谢的速率，也就是通过酶的合成或停止没得合成来进行调节。从调节效果看，酶活性调节显得直接而迅速，而酶量调节则间接而缓慢，但是酶量调节可以阻止没得过量合成，因而节省了生物合成的原料和能量。二、动物胃肠菌群对营养物质的代谢第二节动物微生态营养原理动物微生态环境的调控过程是微生态失调状况向微生态平衡方向的转化过程（一）微生态平衡微生态平衡的概念：是指从微生物与宿主统一体的生态平衡出发，考察与研究微生物与微生物，微生物与宿主以及微生物与宿主和外界环境的生态平衡问题。胃肠道微生态平衡实际上指胃肠道微生物各种群之间以及与宿主之间存在的相互联系与制约的关系，由此形成微生态平衡。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（一）微生态平衡影响微生态平衡的因素：（1）外环境（2）宿主（3）微生物菌群外环境对微生态平衡影响包括对宿主的影响和对微生物菌群的影响两方面。此外，作为外环境因素之一的饲粮营养因素对有益微生物有十分重要的影响。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（一）微生态平衡（1）外环境外环境对宿主的影响：空气中氧含量过低；氨含量过高；病原微生物含量增多；气温高低、突变等环境因素；饲料与饮水变质、污染、组成成分的不全价；以及饥饿等均可造成宿主的代谢紊乱或感染，直至死亡。化学物质与辐射对宿主的影响主要表现在组织、器官遭受侵害，自然防御机制受到破坏，免疫机能降低或抑制。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（一）微生态平衡（1）外环境外环境对微生物菌群影响：以间接影响为主，主要是通过宿主生理功能改变来影响微生物菌群失调、定植状态异常（微生物从不同环境入到生物体，并能在某些部位定居和不断生长、繁殖后代的过程）以及微生物性能的改变。饲粮营养因素对有益微生物的影响：经研究表明，一些营养物质与益生菌混合可以显著影响益生菌活性。铜与肠道微生物区系之间具有交互作用。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（一）微生态平衡（2）宿主宿主是微生态系统的主要成员。因此，任何影响宿主生理功能的因素及其自身的免疫机能、遗传性状，均可直接或间接地影响微生态系统的平衡。免疫：免疫缺陷、同位素照射、营养失调、疾病等都可能引起免疫抑制的因素，均可造成微生态失调。遗传：有试验表明，不同种属的猪、鸡肠道菌群的组成与数量有显著差异，它们对某些疾病的易感性不同。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（一）微生态平衡（2）宿主生理功能：胃酸减少或缺乏，都会使胃内正常菌群菌数减少，使肠道厌氧及兼性厌氧菌在胃内的数量增多。肠蠕动过速与缓慢，直接影响微生物在肠道内存留时间及繁殖数量。胆汁酸分泌减少、肠道粘液过少等，都会影响正常微生物菌群的定植与数量，使得外来菌群易于侵入，打破微生态平衡。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（一）微生态平衡（3）微生物菌群在微生态成员中，正常微生物菌群是主要成员，对宿主是有益的，同时也是构成微生态平衡的重要因素。微生物菌群除受外环境、宿主状态及其生境影响外，其自身状态、与种群间相互关系的失调也是引起微生态失衡不可忽视的因素。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（二）微生态失衡及其原因微生态失调的概念：是指正常微生物群之间、正常微生物与其宿主之间的微生态平衡，在外环境影响下，由生理性组合转变为病理性组合的状态。微生态失调包括三方面的内容：（1）菌与菌间的比例失调（2）菌与宿主的生态失调（3）菌、宿主与外环境统一失调。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（二）微生态失衡及其原因微生态失调主要有两方面表现：（1）正常微生物菌群的种类、数量和定位的变化（2）宿主表现出患病或动物机体出现病理变化。引起微生态失调的原因是多方面的，如抗菌疗法、中毒、感染、肠炎和便秘等。此外原因还有（1）外界环境因素（2）机体正常生理结构被破坏（3）用免疫抑制疗法，导致免疫功能下降，可引起微生态失调。三、微生态平衡失衡与动物健康第二节动物微生态营养原理（三）微生态失衡与微生态平衡的转化微生态失调与微生态平衡可以互相转化，转化的条件是外环境。转化的过程是互生、抗生、和偏生的过程。互生：是指两种或两种以上共同生长的微生物相互受益，保持微生物菌群的平衡状态。抗生：是指使用