芽孢杆菌的应用

易易泰，发展的；和谐的芽胞杆菌制剂在畜牧生产中的应用我国畜牧生产中应用抗生素已有60多年的历史，起初只是用于疾病治疗，之后借鉴国外经验用于抗菌促长，意欲全面保驾护航。毋庸置疑，抗生素对规模化集约化养殖快速推进功不可没。现如今，抗生素在畜牧业中的应用日益显现一些负面结果，例如毒副作用、内源性感染、耐药性菌株、肠道菌群失衡、免疫力下降、药物残留以及环境污染等等问题，这些都将对养殖业、饲料工业和人类健康带来重大影响。生物安全是食品安全的源头，慎用抗生素的呼声越来越高，研究和开发新的抗生素替代品的工作日益紧迫。近年来，益生菌、酶制剂、中草药、肽制剂、酸化剂和寡糖类等生物安全性研究备受推崇，实为畜牧业福音。一、芽孢杆菌是常用动物饲用益生菌益生菌又叫有益微生物。研究发现，在正常动物体内存在着大量的有益微生物，数量约为1014个（100万亿个），其中肠道微生物占动物体内微生物总量的95%以上，而组成动物体的细胞数量为1013个（10万亿个），动物体内微生物数量一般是动物细胞数量的十倍，这些益生菌与机体细胞亲密接触，交换能量，交换物质，传递信息，调整平衡，提高免疫，强化营养，对动物的生理和生化功能有着重要的作用。它与抗生素不同的是，抗生素能够抑制消化道内大多数微生物(有害菌和有益菌)的生长或将其杀死，导致正常菌群失衡；而益生菌主要是通过向消化道内导入对动物有益的活菌，从而使有益菌处于主导地位，增强抗病力。益生菌具有无毒副作用、无耐药性、无残留、效果显著等诸多优点，得到了众多行业专家的首肯。畜牧生产常用益生菌特性见表1。表1常用益生菌特性对比芽孢杆菌乳酸杆菌双歧杆菌链球菌酵母菌肠道复活力++++++++++热稳定性+++++++++++世代间隔20min50min60min20min60min生活方式兼性厌氧厌氧厌氧厌氧兼性厌氧抑制病原菌++++++++消化作用+++++++++++++不同益生菌的耐热性差异较大，芽胞杆菌耐受性最强，110℃下5min活性损失3％～5％，而在80℃下5min，乳酸杆菌、酵母菌损失70％～80％，95℃下2min损失98％～99％。一般制粒80℃～100℃对芽胞杆菌影响很小，对乳酸杆菌、酵母菌和粪链球菌等影响较大；就耐水性，孢子型细菌耐受性最好，肠球菌、粪链球菌次之，乳酸杆菌最差；除耐酸性的芽胞杆菌和乳酸菌外，一般的活菌制剂在胃酸作用下大量被杀死，残存的少量活菌进入肠道后很难形成菌群优势，因此，不耐酸的活菌制剂其含菌量必须达到相当大的浓度才能发挥益生作用。芽孢杆菌抗性高的原因是芽孢壁中有一层叫做“皮质层”的物质，尽管其主要成分是肽聚糖，但交联的程度要高得多。由于上述特点，使芽孢杆菌制剂在动物生产中的应用广泛。研究和应用比较多的芽孢杆菌包括：枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)、纳豆芽孢杆菌(B.natto)以及蜡样芽孢杆菌(B.cereus)。美国官方(AAFCO,1991)批准使用的芽孢杆菌有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌。我国农业部(2003)批准使用的芽孢杆菌有枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。二、芽孢杆菌的生理学特性1、菌落呈杆状，芽孢中生或端生，世代间隔短，繁殖速度快。2、革兰氏阳性，兼性厌氧。耐酸碱，耐热性强。3、能分泌大量胞外蛋白酶，降解动植物来源的大分子物质。4、产生抗菌素物质，已记载的芽孢杆菌产生的抗菌素有169种，其中仅枯草芽孢杆菌就产生68种抗菌素。5、硝化作用和反硝化作用。芽孢杆菌对不良环境的抵抗能力较强，在自然界的硝化作用和反硝化作用过程中，也起着一定的作用。6、沉淀铁离子，还原硒和镁离子等。因此从理论上讲，芽孢杆菌制剂具有良好的促进消化和抑菌促长作用。三、芽胞杆菌作用机理和作用效果1.生物夺氧，调整肠道微生态平衡初生畜禽消化道内通常是无菌的，生后3小时在胃和小肠中可发现占位菌，12小时后可在大肠检测到。按照需氧菌、兼性厌氧菌、严格厌氧菌的演替顺序，最终形成以乳酸杆菌、双歧杆菌等严格厌氧菌为优势的肠道微生态菌群。芽胞杆菌为需氧的细菌，进入体内以后，消耗大量的游离氧，降低氧化还原电势，有利于厌氧微生物的生长，保持肠道微生态系统稳衡，保障动物持续健康。Maruta等（1996）的研究发现，采食含106个／g枯草芽胞杆菌的饲粮饲喂3周后，粪中双歧杆菌数量显著上升，而链球菌及梭菌的数量显著下降，并且这种趋势仔猪较母猪更明显。2、产生抗生素类物质，拮抗动物病原菌在正常情况下，动物肠道菌群处于一个动态平衡，当机体受到某些应激因素的影响，这种平衡可能被破坏，导致体内菌群失调，需氧菌如大肠杆菌增加，并使蛋白质分解产生胺、氨等有害物质，动物表现被毛粗乱、腹泻、生产性能下降等。研究表明，饲喂芽孢杆菌能产生蛋白多肽类抗菌物质，如乳酸菌素、嗜酸菌素、杆菌肽等，拮抗肠道病原菌，从而抑制病原菌的生长繁殖，使有益微生物在细菌种间的相互竞争中占优势，提高机体抗病能力，减少胃肠道疾病发生的机率。同时芽孢杆菌能够促进幼禽畜消化道生长发育，修复机体组织和肠绒毛损伤。陈惠等(1994)在给生长育肥猪饲喂地衣芽孢杆菌后，肠道菌群中厌氧菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)增多，而需氧菌及兼性厌氧菌特别是大肠杆菌显著减少(p<0．05)。母猪采食添加芽孢杆菌的饲料可降低哺乳仔猪消化道各部位肠杆菌的数量(P<0.01)，而断奶仔猪采食添加芽孢杆菌的日粮后，胃和十二指肠中肠杆菌的数量显著降低(P<0.05)(Jamadus等,2001)。Jiraphocakul等(1989)研究表明，枯草芽孢杆菌可以提高火鸡空肠食糜中乳酸菌的数量，但是对嗉囊和盲肠的影响差异不显著(P>0.05)。3、分泌大量胞外酶，促进营养物质消化吸收芽胞杆菌的另一大特点是能够分泌大量的胞外酶，参与饲料的降解、消化，提高饲料利用率。芽胞杆菌分泌的酶见表2。许多试验研究已经表明，芽胞杆菌代谢产生的酶类对宿主的生产性能或生理生化指标产生明显影响，改善消化，促进生长，减少发病。Popova等（1995）分离得到两株枯草芽胞杆菌，发现其除能分泌大量细胞外酶如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶及卵磷脂酶等，同时也分泌活性抗菌物质及挥发性代谢产物，并且此二株菌在pH4到pH8.6范围内均能增殖。Kerovuo（1998）已成功从枯草芽胞杆菌中分离出产植酸酶基因，并已成功地将其在胚芽乳杆菌中进行了表达（Kerovuo，2000）。Kyriakis等(1999)研究表明，采食芽孢杆菌仔猪的腹泻率降低90%以上(P<0.05)，粪便中溶血性大肠杆菌K88的含量明显降低，消化道氨的含量显著降低(P<0.05),这与Scheuermann(1993)研究结果相一致。因此，添加芽孢杆菌可以降低氨对动物所产生的毒副作用(Visek,1982)。张晓梅等（1999）报道，雏鸡早期饲喂芽胞杆菌制剂可显著提高肠道消化酶的活性。给肉鸡添加芽胞杆菌制剂，其消化道的淀粉酶和总蛋白酶活性都有明显提高。这对提高饲料转化率和促进肉鸡早期生长极为有利。表2芽胞杆菌分泌的部分酶酶菌种乙酰乳酸脱羧酶短杆菌碱性纤维素酶圆形芽胞杆菌﹑枯草杆菌α－淀粉酶枯草杆菌﹑淀粉液化芽胞杆菌﹑地衣芽胞杆菌淀粉酶巨大芽胞杆菌环糊精葡萄糖基转移酶圆形芽胞杆菌﹑地衣芽胞杆菌﹑软化芽胞杆菌细胞外蛋白酶枯草杆菌β－葡聚糖酶枯草杆菌﹑多粘芽胞杆菌β－内酰氨酶蜡样芽胞杆菌果聚糖酶枯草杆菌β－甘露聚糖酶圆形芽胞杆菌金属蛋白酶枯草杆菌中性蛋白酶淀粉液化芽胞杆菌﹑枯草杆菌ＲＮＡ酶淀粉液化芽胞杆菌木聚糖酶短小芽胞杆菌﹑淀粉液化芽胞杆菌植酸酶枯草杆菌4、增强动物体的免疫功能芽胞杆菌能促进肠道相关淋巴组织处于高度反应的“准备状态”，同时使免疫器官的发育增快，T、B淋巴细胞的数量增多，动物的体液和细胞免疫水平提高。潘康成（1997）研究地衣芽胞杆菌对家兔免疫功能的影响时发现，饲喂20天后试验组胸腺、脾脏和蚓突面积系数分别比对照组提高了5.8％、22.8％、15.5％；饲喂40天分别提高11.0％、8.0％、7.9％，结果表明地衣芽胞杆菌能促进家兔免疫器官的成熟，增强家兔的细胞免疫功能。Inooka等（1986）年的研究也表明，以106CFU／g的剂量将枯草杆菌饲喂雏鸡时，显著提高脾脏中T、B淋巴细胞的含量。5、提供维生素、有机酸、蛋白质等营养物质芽胞杆菌在动物肠道内生长繁殖，能产生多种营养物质如维生素、氨基酸、有机酸等，参与动物体新陈代谢，为机体提供营养物质。Ozols等（1996）对从肠道中分离的106株菌分析后认为，芽胞杆菌是体内维生素B1和B6的主要生产者。芽胞杆菌在代谢过程中产生的有机酸为机体提供能量和营养时，也会降低局部pH值，抑制有害菌的生长繁殖。范赖（1997）分离得到两株产乳酸的凝结芽胞杆菌，在体外能显著拮抗致病性大肠杆菌和沙门氏菌。芽孢杆菌可以调节动物消化道VFA的含量和组成，VFA是动物消化道微生物发酵的产物，其含量和组成可间接反应消化道微生态的情况。Jadamus等(2001)研究表明，芽孢杆菌可以提高仔猪消化道短链脂肪酸(SCFA)的含量。四、影响芽胞杆菌使用效果的因素1、使用时间微生态制剂在动物的整个生长过程都可以使用，但不同的生长时期其作用效果不尽相同。幼龄动物体内微生态平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力较弱，此时引入益生菌，可较快地进入体内，占据附着点，效果最佳。如新生反刍动物的肠道有益菌定植相当迅速，出生24h出现乳酸杆菌和链球菌，l周龄时，整个肠道内乳酸杆菌数量达10７～10９个／g。肠道内益生菌种群数量的增加不仅可以促进宿主动物对各种营养物质的消化吸收，而且有助于防止病原微生物侵害肠道。另外在断奶、运输、饲料转变、天气突变和饲养环境恶劣等应激条件下，动物体内微生态平衡遭到破坏，使用微生态制剂对形成优势种群极为有利，因此，把握益生菌的应用时机，尽早并长期饲喂，使其益生作用得到充分体现。2、使用剂量益生菌作用效果同施加的益生菌的种类和数量密切相关，尤其数量不够时，在体内不能形成菌群优势，难以起到益生作用。研究认为,要达到一定的作用效果，每克饲料中的活菌数不应低于106CFU／g饲料。活菌需进一步的萌发、增殖、分泌代谢产物后才能发挥其功能。Henderik(1986)报道，瘘管猪食用含106／g个芽胞杆菌的饲料后发现，空肠内容物中的芽胞杆菌数为1.26×106个，萌发率为50％～70％。每克粪便中的芽胞杆菌数为1.5×106个，萌发率为85％～90％。德国学者认为，仔猪饲料中加入微生态制剂其含菌量应达到（0.2～0.5）×107/g饲料，育肥猪饲料中加入每克含106个芽胞杆菌，粪中大肠杆菌减少65％。Kornegay等(1996)研究表明,饲喂枯草芽孢杆菌后，仔猪粪便中芽孢杆菌的数量远远超过对照组(P<0.01),但是停止饲喂24h后，粪便中芽孢杆菌的数量与对照组相同。Havenaar等(1993)利用Toyoi芽孢杆菌所做的研究也有相同的发现。这表明外源芽孢杆菌不会在消化道内长期定植,只有动物不断地采食添加芽孢杆菌的饲料才能发挥作用。3、抗生素的影响抗生素对于益生菌作用的抑制不言而喻。饲料工业抗生素类添加剂的广泛应用，限制了益生菌良好的表达。动物发病期，选用针对性较强的抗生素控制疾病是必须的。但抗生素在杀灭致病菌的同时，动物体内的正常菌群也遭到破坏，此时应及时引入微生态制剂，通过其独特的益生作用，使紊乱的肠道菌群平衡得到恢复，此所谓微生态制剂与抗生素的协同作用。五、芽胞杆菌的应用1、调理肠道，防病促长人们在充分认识到抗生素防治疾病和促进生长利弊之后，芽胞杆菌制剂的应用迎来春天。通过芽胞杆菌粘附、竞争性排斥、营养物质争夺和代谢产物益生作用，抑制有害菌繁殖，起到生物拮抗作用，从而防治疾病，促进生长。2、改善环境，缓解应激芽胞杆菌与体内原有正常菌协同作用，提高饲料转化率，减少蛋白质向氨及胺的转化，减少亚硝氨、氨、吲哚、粪臭素等有害物质的产生，消除恶臭气味，减少这些物质通过粪便对环境的污染，净化了舍内空气质量，有利于养殖业的持续发展。同时，能够有效缓解气候突变、饲料变更、运输、预防注射等外部环境的突变，减少应激病症，克服或降低因应激因素导致的生产力下降。3、生产安全食品食品安全关乎国民健康，饲料安全是动物性食品安全的源头。