枯草芽孢桿菌作用機(jī)制及其在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

王利賓，孫利娜（河北省獻(xiàn)縣農(nóng)業(yè)局，河北　滄州　062250）

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枯草芽孢桿菌作用機(jī)制及其在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

王利賓，孫利娜
（河北省獻(xiàn)縣農(nóng)業(yè)局，河北滄州062250）

摘要：枯草芽孢桿菌作為一種廣泛存在的益生菌，具有提高動物生產(chǎn)性能、免疫力等重要功能。目前已廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)中。文章對枯草芽孢桿菌作用機(jī)制及在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了簡要綜述。

關(guān)鍵詞：枯草芽孢桿菌；作用機(jī)制；養(yǎng)殖業(yè)；進(jìn)展

近年來，我國養(yǎng)殖業(yè)面臨著日益嚴(yán)峻的食品安全問題，傳統(tǒng)的抗生素雖然在治療動物疾病、促進(jìn)動物生長方面具有巨大的優(yōu)勢，但由于其降解慢、易產(chǎn)生耐藥性等缺陷而飽受詬病，在養(yǎng)殖業(yè)中受到了越來越多的限制[1]。中國是世界上最大的抗生素生產(chǎn)國和消費國。根據(jù)2012年美國《科學(xué)》雜志報道，中國年產(chǎn)抗生素達(dá)21萬t，2013年德國科學(xué)家發(fā)表了一份共同聲明，其中提到限制抗生素在獸醫(yī)獸藥中的使用，在這種背景下尋找安全綠色的抗生素替代品成為當(dāng)前研究的熱點[2]。微生態(tài)制劑由于其無殘留、無耐藥性、顯著提高飼料報酬等優(yōu)點而受到了越來越多研究者的重視，具有廣闊的應(yīng)用前景?？莶菅挎邨U菌作為眾多微生態(tài)制劑中的一種，由于其兼具提高動物生產(chǎn)性能和防御疾病等多重功能，顯示出巨大經(jīng)濟(jì)效益。早在1996年，枯草芽孢桿菌就作為我國農(nóng)業(yè)部正式批準(zhǔn)的6種生物獸藥之一投入工廠化生產(chǎn)。本文就枯草芽孢桿菌的作用機(jī)理及其在提高動物生產(chǎn)性能中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　枯草芽孢桿菌

人類研究和應(yīng)用枯草芽孢桿菌可以追溯到100多年前，1835年，Ehrenberg發(fā)現(xiàn)并命名了枯草芽孢桿菌“Vibrio subtilis”。1872年，Cohn建立了第一個細(xì)菌分類系統(tǒng)，將枯草芽孢桿菌重新命名為“Ba?cillus subtilis”，并使用至今[3-4]?？莶菅挎邨U菌作為芽孢桿菌屬的一種，呈革蘭氏陽性，直徑0.6～ 1.0 μm，長1.5～2.0 μm，芽孢中生，橢圓，孢囊不膨大，瓊脂平板上37℃培養(yǎng)36 h形成的菌落為圓形，直徑3.0～10.0 mm，淡黃色，中間色深，表面平整不光滑，無光澤，邊緣不整齊[5]?？莶菅挎邨U菌以孢子狀態(tài)存在，具有耐高溫、耐酸堿和耐擠壓等特性，穩(wěn)定性極好。冉崇銀等研究表明，枯草芽孢桿菌120℃下能存活20 min，在100℃下2 min損失5%～10%，可以在pH 2.2～7.0范圍內(nèi)擁有較高的存活率[6]。因其具有良好的穩(wěn)定性使得枯草芽孢桿菌在畜牧生產(chǎn)中具有巨大的應(yīng)用前景。

2　枯草芽孢桿菌作用機(jī)制

2.1改善腸道環(huán)境

畜禽腸道內(nèi)良好的微生物環(huán)境對畜禽全身機(jī)能都具有重要的促進(jìn)作用?？莶菅挎邨U菌是以芽孢形式存在的，穩(wěn)定性好，容易在動物腸道內(nèi)存活，這是其發(fā)揮改善腸道平衡功能的重要前提。關(guān)于改善腸道平衡的機(jī)理有兩種：一種認(rèn)為枯草芽孢桿菌作為需氧菌，定植到動物腸道后，大量繁殖，消耗腸道內(nèi)游離氧，創(chuàng)造一種有利于無害厭氧菌生長的腸道環(huán)境，同時抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌群生長，有學(xué)者稱此為“微生物奪氧說”；第二種觀點認(rèn)為枯草芽孢桿菌自身具有抑制有害菌生長，促進(jìn)其他腸道益生菌生長的功能?？莶菅挎邨U菌定植到腸道內(nèi)后，可以阻止病原菌與腸道黏膜受體黏附，防止條件致病菌的擴(kuò)散，同時促進(jìn)了益生菌的大量繁殖。這兩種觀點在原因上有所差別，但在結(jié)論上是一致的，均指出枯草芽孢桿菌在動物腸道內(nèi)具有抑制致病菌生長和促進(jìn)有益菌生長的雙重功能。關(guān)于這方面的研究報道已經(jīng)有很多。翟玲等在日糧中添加枯草芽孢桿菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日糧中添加枯草芽孢桿菌可以使肉雞空腸內(nèi)容物中需氧菌總數(shù)和大腸桿菌數(shù)分別下降10.94%和13.20%，芽孢桿菌和乳酸菌數(shù)量分別提高了10.64%和14.57%[7]。潘康成等研究發(fā)現(xiàn)，飼喂枯草芽孢桿菌后的肉雞十二指腸、空腸、回腸、盲腸的菌群條帶顯著多于對照組（P<0.05），飼喂枯草芽孢桿菌后肉雞腸道菌群增加[8]。

2.2促進(jìn)營養(yǎng)吸收

畜禽養(yǎng)殖的一個關(guān)鍵指標(biāo)是動物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用程度，這直接決定著養(yǎng)殖成本和效益?？莶菅挎邨U菌可以促進(jìn)動物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率，目前這方面的機(jī)理有兩種觀點。一種觀點認(rèn)為枯草芽孢桿菌具有產(chǎn)生多種酶類的特性。例如，枯草芽孢桿菌可以分泌產(chǎn)生纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶、木聚糖酶等，這些酶可以幫助動物有效降解非淀粉多糖及其他復(fù)雜化合物[9-10]。另一種觀點認(rèn)為枯草芽孢桿菌在動物腸道內(nèi)可以合成許多營養(yǎng)物質(zhì)。例如，枯草芽孢桿菌可以合成維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽、促進(jìn)蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、鈣等營養(yǎng)物質(zhì)。枯草芽孢桿菌在生長繁殖過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸能有效激活蛋白酶的活性，提高飼料利用率[11]。

2.3提高動物免疫力

枯草芽孢桿菌作為一種益生菌添加到飼料中可增強(qiáng)機(jī)體免疫功能?？莶菅挎邨U菌的芽孢被攝入動物體內(nèi)后，在小腸激活Th2細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子，繼而激活B細(xì)胞，激發(fā)IgA、IgG、IgM等體液免疫，通過淋巴細(xì)胞再循環(huán)活化全身免疫系統(tǒng)，從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。此外，枯草芽孢桿菌的芽孢還能激活Th1細(xì)胞，激活效應(yīng)性T細(xì)胞并產(chǎn)生細(xì)胞因子，促進(jìn)巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的吞噬，從而發(fā)揮免疫效應(yīng)。Selvam等研究表明，枯草芽孢桿菌分泌的表面活性劑能抑制炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵酶-磷脂酶A2，進(jìn)而改善結(jié)腸炎的炎癥反應(yīng)等[12]。

3　枯草芽孢桿菌在養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1禽類

家禽具有出欄快、養(yǎng)殖密度高等特點，從而加劇了疾病發(fā)生率，最終使得大量抗生素在家禽養(yǎng)殖中使用。近幾年，關(guān)于枯草芽孢桿菌代替抗生素在禽類中應(yīng)用的研究報道較多，主要集中在枯草芽孢桿菌對促進(jìn)雞、鴨生產(chǎn)性能、增強(qiáng)免疫力等影響上。

周立強(qiáng)等在黃羽肉雞日糧試驗中分別添加枯草芽孢桿菌制劑0.1、0.15、0.2 g·kg-1（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組，活菌數(shù)為108cfu·g-1），Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組日增重分別提高了49.03%、46.39%和37.04%；各試驗組飼料報酬均有所提高，但差異不顯著（P>0.05）；各試驗組可極顯著提高粗蛋白質(zhì)的代謝率（P<0.01），粗脂肪、鈣、磷及表觀代謝能的代謝率均有提高，試驗Ⅲ組極顯著提高黃羽肉雞對鈣、磷的吸收利用率（P<0.01），并且試驗Ⅲ組粗蛋白質(zhì)、粗脂肪的代謝率最高[13]。李衛(wèi)芬等分別在肉雞基礎(chǔ)日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑0.25、0.50、0.75 g·kg-1（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組，活菌數(shù)為108cfu·g-1），結(jié)果表明，與對照組相比，Ⅱ和Ⅲ組肉雞的日增重有所提高，但差異不顯著（P>0.05），Ⅳ組日增重顯著提高6.86%（P<0.05）；處理組空腸黏膜中總抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、維生素C和黃嘌呤氧化酶（XOD）含量顯著高于對照組（P<0.05），丙二醛（MDA）水平顯著降低（P<0.05）；與對照組相比，盲腸和回腸黏膜中細(xì)胞因子IL-2、IL-4、IL-10和TNF-α含量均極顯著提高（P<0.01）[15]。邢月騰等在肉鴨對照Ⅰ組中添加賴氨酸0.15%，對照Ⅱ組（抗生素組）中添加金霉素150 mg·kg-1，試驗Ⅰ、Ⅱ組日糧中分別添加枯草芽孢桿菌PL83 5.0× 108、5.0×1010cfu·g-1，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加枯草芽孢桿菌PL83的促生長及抗病效果優(yōu)于添加賴氨酸的效果；添加高劑量枯草芽孢桿菌PL83（5.0×1010cfu·g-1）的效果優(yōu)于添加抗生素的效果。枯草芽孢桿菌PL83有助于氨基酸的平衡，提高抗應(yīng)激及抗氧化能力[15]。宋俊峰等在肉鴨基礎(chǔ)日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑300～500 g·t-1，結(jié)果表明，在飼料中添加枯草芽孢桿菌可降低肉鴨料肉比0.06～0.07、肉鴨藥費成本0.08～0.30元·只-1，提高肉鴨生長速度和育成率，改善養(yǎng)殖環(huán)境[16]。

3.2畜類

當(dāng)前家畜養(yǎng)殖面臨著抗生素濫用、效益不佳、環(huán)境污染等問題，許多學(xué)者嘗試將枯草芽孢桿菌應(yīng)用于家畜養(yǎng)殖中，取得較好的效果。

陳旭東等、朱五文等和張靈啟等報道，仔豬日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑后可顯著提高斷奶仔豬的生長性能（P<0.05）[17-19]。唐偉研究了枯草芽孢桿菌對生長豬的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，添加枯草芽孢桿菌試驗組采食量提高2.17%，日增重提高17.8%，料肉比降低3.36%[20]。黃雪泉研究了枯草芽孢桿菌對仔豬生產(chǎn)性能的影響，在對照組基礎(chǔ)日糧中添加金霉素0.01%，試驗組在基礎(chǔ)日糧中分別添加枯草芽孢桿菌0.01%、0.05%、0.1%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加芽孢桿菌各組均比抗生素組在日增重上有顯著提高（P<0.05），腹瀉率降低，枯草芽孢桿菌對仔豬的生產(chǎn)性能具有較好的效果，可以完全替代金霉素[21]。張海濤等研究了日糧中添加納豆枯草芽孢桿菌對斷奶前犢牛生長性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斷奶前犢牛增重較對照組提高26.5%，開食料的日采量下降11.9%，顯著提高了犢牛的斷奶日齡（P<0.05）[22]。王振華研究了高產(chǎn)枯草芽孢桿菌對奶牛生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加枯草芽孢桿菌組的泌乳量相比對照組均有20%～27%的提高，脂肪下降3.21%，乳蛋白增加1.40%。說明枯草芽孢桿菌制劑不僅可以提高泌乳牛的產(chǎn)奶量，還可以減少乳脂率降低和提高乳蛋白的含量[23]。

3.3水產(chǎn)

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水質(zhì)的好壞直接決定了水產(chǎn)養(yǎng)殖的成敗。目前我國養(yǎng)殖主要以靜水為主，池塘老化嚴(yán)重，水體自我凈化能力較差，傳統(tǒng)的投放化學(xué)試劑會帶來新的污染，微生態(tài)制劑成為未來發(fā)展的方向。枯草芽孢桿菌由于其分解轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)，無污染，還兼具促進(jìn)水生動物消化、提高免疫力等優(yōu)點而廣受研究者關(guān)注。

王文娟等研究了飼料中添加不同水平的枯草芽孢桿菌對羅非魚生長、飼料系數(shù)和部分免疫指標(biāo)的影響，生長試驗結(jié)束后，注射嗜水氣單胞菌進(jìn)行攻毒試驗，觀察魚死亡情況，計算成活率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌對羅非魚生長起到一定的促進(jìn)作用，其原因可能是枯草芽孢桿菌對羅非魚腸道微生態(tài)環(huán)境的改善及枯草芽孢桿菌在腸道內(nèi)生長繁殖中的有益分泌；同時還可以提高魚體的抗病力，其原因可能是活菌對羅非魚的免疫刺激作用，也可能是通過改善腸道微生態(tài)環(huán)境從而間接增強(qiáng)羅非魚免疫力[24]。沈斌乾等在青魚飼料中分別添加不同劑量的枯草芽孢桿菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飼料中添加枯草芽孢桿菌的試驗組青魚魚體終重和增重較未添加組顯著提高（P<0.05），而飼料系數(shù)則顯著降低（P<0.05）[25]。潘康成等將一種以枯草芽孢桿菌及其代謝產(chǎn)物為主要保健成分的微生態(tài)制劑應(yīng)用在南美白對蝦育苗上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在水體中潑灑枯草芽孢桿菌微生態(tài)制劑能顯著提高對蝦育苗成活率（P<0.05），降低病死率（P<0.05），試驗組的平均成活率比對照組提高了31.05%，兩組間差異極顯著（P<0.01）[26]。

4　問題及對策

4.1存在的問題

枯草芽孢桿菌作為一種綠色、高效的有益微生物，已經(jīng)在畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但在實際生產(chǎn)中還存在以下問題，制約著其較好地發(fā)揮作用：目前使用的多是自然培養(yǎng)的枯草芽孢桿菌，受環(huán)境影響較大，活力低，持續(xù)時間短；目前對枯草芽孢桿菌的利用較為粗放，缺乏針對性，不同動物、不同飼料種類對枯草芽孢桿菌的最終效果都會有影響；對枯草芽孢桿菌的作用機(jī)理研究還不太透徹，目前的研究報道多限于對其功能效果上的開發(fā)。

4.2對策

利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)，諸如負(fù)載、微膠囊化等手段對枯草芽孢桿菌進(jìn)行改良，提高其在加工、貯存、利用過程中的穩(wěn)定性，較好的滿足畜禽生產(chǎn)的要求；根據(jù)不同動物、不同生長階段、不同飼料組成，進(jìn)一步篩選出適合各自需要、穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)大的菌種；對枯草芽孢桿菌在動物體內(nèi)的作用機(jī)理進(jìn)行深入研究，尤其是關(guān)于枯草芽孢桿菌合成消化酶、刺激機(jī)體的免疫防御、應(yīng)答、有關(guān)反應(yīng)的分子機(jī)制方面，這些機(jī)制的進(jìn)一步研究將為人類更好的利用枯草芽孢桿菌創(chuàng)造理論條件。

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Research Progress of BacillusSubtilisAction Mechanism and Application in Breeding Industry

WANG Libin, SUN Lina
（Xian Country Agricultural Bureau of Hebei Province, Cangzhou 062250, Hebei China）

Abstract:As a widely existing probiotics, bacillus subtilis can improve animal performance, immunity and oth?er important functions, it has been widely used in aquaculture now. This paper reviewed the progress of Bacillus subtil?is action mechanism and application in aquaculture.

Key words:bacillus subtilis; action mechanism; breading industry; progress

作者簡介：王利賓（1984-），男，河北邢臺人，碩士，中級畜牧師，主要從事畜禽養(yǎng)殖技術(shù)推廣和飼料新資源的開發(fā)利用。

收稿日期：2014-12-29

中圖分類號：S816.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-0084（2015）01-0035-04