丁酸梭菌在家禽生產中應用的研究進展

范 雪， 于 潔， 趙敏孟， 龔道清， 耿拓宇

（揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225009）

在畜禽養(yǎng)殖中， 過量或不合理的使用抗生素會使畜禽體內殘留大量的藥物， 引起耐藥菌株的產生以及動物免疫力的下降，并對環(huán)境造成污染。動物產品中殘留的抗生素被人攝入后會影響人的健康、 產生耐藥性以及造成體內微生態(tài)失衡等負面影響（杜銀峰，2013）。這引發(fā)了人們對動物性食品安全的廣泛擔憂， 因此開發(fā)可代替抗生素的新型微生物飼料添加劑顯得十分重要。 在我國2003年發(fā)布的《中國飼料添加劑品種目錄》中，丁酸梭菌是飼料添加劑的一個品種。 隨著對丁酸梭菌研究的深入以及畜禽無抗養(yǎng)殖的迫切需求， 丁酸梭菌作為飼料添加劑在畜禽生產中的應用越來越受到重視。 本文對丁酸梭菌對家禽生產性能的影響及其作用機理進行綜述， 以期為丁酸梭菌在家禽生產中的應用提供參考。

1 丁酸梭菌的生物學特性

丁酸梭菌屬于梭菌屬， 為革蘭氏陽性厭氧芽孢桿菌。 在微生物分類學上丁酸梭菌屬于厚壁菌門 （Firmicutes）、 梭菌綱 （Clostridia） 、 梭菌目（Clostridales）、梭 菌 科 （ Clostridiaceae）、 梭 菌 屬（Clostridium），菌體可以產生芽孢，有鞭毛，可以運動（趙敏孟等，2018）。丁酸梭菌具有很強的環(huán)境適應能力， 在溫度 25 ～ 37 °C 和 pH 4.0 ～ 9.8 下均能生長。 最適生長溫度為37 °C， 最適生長的pH 為 7，耐酸的最低 pH 為 4.0（李娟等，2019）。大量存在于土壤、動物和人的腸道等厭氧環(huán)境中。

2 丁酸梭菌的生物學作用及機理

2.1 產生有益物質 丁酸梭菌在代謝過程中產生的丁酸屬于酸性物質，可降低環(huán)境的pH，改變菌群的生長環(huán)境，影響其他菌群的生長繁殖，維持腸道菌群的平衡。 研究表明，發(fā)酵pH 是影響丁酸梭菌孢子形成的關鍵因素，pH 的降低可能是加快丁酸梭菌形成的誘因（Li 等，2020）。 因此，丁酸梭菌在腸道內產生的丁酸可以為丁酸梭菌孢子的形成提供有利的低pH 環(huán)境， 有助于丁酸梭菌在腸道中發(fā)揮更大的作用。再者，丁酸梭菌所產生的丁酸可促進短鏈脂肪酸和維生素 B2、B6、B12、 葉酸、維生素C 等多種有益物質的合成。 短鏈脂肪酸可在腸道上皮中作為營養(yǎng)和能量成分促進腸道上皮細胞的生長與分化，增進腸道的消化吸收功能。維生素 B2、B6、B12、葉酸、維生素 C 等有益物質則有助于動物避免維生素缺乏癥的發(fā)生 （李善玉等，1997）。 維生素B6的缺乏會導致細胞功能和體液免疫功能受損。因此，丁酸梭菌在動物體內的增多在提高機體免疫力， 促進動物生長發(fā)育等方面發(fā)揮著重要的作用。

丁酸梭菌在腸道無氧環(huán)境中參與動物的營養(yǎng)代謝，其所具有的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖苷酶、 纖維素酶等可與腸道內動物所分泌的消化酶共同作用， 將進入腸道的大分子物質如碳水化合物、蛋白質和脂肪等降解為單糖、短肽或氨基酸、脂肪酸和甘油等小分子物質， 被小腸直接吸收利用（林華林等，2019）。 此外，丁酸梭菌所具有的酶類，還可促進物質的氧化與能量代謝，促進機體內鐵的吸收， 因而丁酸梭菌也可通過提供多種合成代謝酶類加快機體對營養(yǎng)成分的吸收利用， 促進動物的生長發(fā)育。

2.2 增強腸道屏障， 保護腸道健康 丁酸梭菌具有耐酸、耐膽汁、耐熱的特性，因而能夠經過胃和小腸而定植到盲腸、結腸，使其在厭氧環(huán)境中得以充分繁殖，并在營養(yǎng)代謝中發(fā)揮作用（Hagihara 等，2019）。丁酸梭菌可改變機體腸道菌群的組成，提高普雷沃氏菌在腸道中的數(shù)量，升高厚壁菌門與擬桿菌間的比率，增加腸道菌群的豐度和多樣性（Chen 等，2019）。 因此，丁酸梭菌可以調節(jié)腸道菌群的組成，促進有益菌的增殖，從而為腸道提供良好的生物屏障，有助于機體免疫功能的提升。

另一方面，丁酸梭菌可緩解腸道黏膜的糜爛，并抑制胃酸灼傷引起的促炎因子如IL-6 和TNF-α 的升高，減輕腸道的損傷，在保護腸道上皮屏障的完整性和改善腸道環(huán)境中發(fā)揮重要作用。 有研究表明，動物的腸道損傷與丁酸梭菌密切相關，腸道損傷反過來也會降低丁酸梭菌的相對豐度，即丁酸梭菌的相對豐度與腸道的損傷呈負相關（Zhang 等，2020）。 再者， 丁酸梭菌可通過增加Muc-2 基因的表達而誘導糖蛋白的分泌，增加結腸黏液，有利于腸道抵抗微生物的入侵，維持腸道的健康（Wang 等，2020）。 在患有腸易激綜合征的腸道中， 丁酸梭菌還可促進LPDCs 轉化生長因子-β1 的表達， 進而促進腸道調節(jié)性T 細胞的產生，并通過改變腸黏膜中LPDCs 的數(shù)量和功能狀態(tài)， 誘導多種抗炎細胞因子的表達而減輕腸道的炎癥反應（Zhao 等，2019）。 丁酸梭菌的這種抗炎作用可能與MAPK 信號傳導有關。 p38 絲裂原活化蛋白激酶所介導的信號通路， 在環(huán)境應激引起的綜合征中是一種功能十分明確的信號通路，參與炎癥反應、 細胞增殖和細胞存活的調節(jié)以及Th17 細胞的分化誘導 （Chen 等，2019）。

3 丁酸梭菌在家禽生產中的應用研究

3.1 提高生產性能，改善肉品質 丁酸梭菌所具有的多種蛋白酶、脂肪酶和發(fā)酵相關酶類，可增強動物對碳水化合物、脂肪和蛋白質的消化吸收（趙娜等，2018）。 飼料中添加丁酸梭菌有利于提高畜禽的飼料利用率和動物的生長性能。研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加400 g/t 丁酸梭菌可顯著降低22～42 日齡肉雞的耗料增重比，且不同劑量添加組的采食量和日增重與不添加的對照組相比均有一定增加，且隨著丁酸梭菌添加量的增加，耗料增重比均呈現(xiàn)降低的趨勢，因此，添加丁酸梭菌對改善畜禽生長性能具有良好的促進作用 （張偉等，2016）。 徐晨希等（2018）研究結果表明，在肉仔雞飼料中添加5×108cfu/kg 的丁酸梭菌， 可顯著降低1～21 日齡肉仔雞的料重比。 在雛鴨研究中，飼料中添加5×108cfu/kg 的丁酸梭菌可顯著提高28日齡雛鴨的平均日增重，顯著降低耗料增重比（趙文文，2019）。

作為評價肉品質最重要的指標之一， 肉品質的保水能力主要由滴水損失率和蒸煮損失率來衡量。肌肉的保水性不僅直接影響肉的滋味、嫩度等食用品質，而且具有重要的經濟意義（祝超智等，2013）。 鄭愛娟（2015）研究表明，在肉仔雞中添加丁酸梭菌（≥1×109cfu/kg）可顯著降低肉仔雞胸肌的滴水損失率和蒸煮損失率。 在肉雞飼養(yǎng)中，添加500 g/t 丁酸梭菌能顯著提高Ross 308 肉雞胸肌的 pH，并降低滴水損失（鄧文等，2017）。 因此，丁酸梭菌可提高肌肉的保水性能，具有改善畜禽肉品質的作用。

3.2 改善腸道形態(tài)，維持腸道健康 小腸是動物機體消化與吸收營養(yǎng)物質的主要場所， 小腸的絨毛高度與隱窩深度直接影響小腸對營養(yǎng)物質的消化吸收效率。 絨毛高度增加，隱窩深度減小，可增大腸道對營養(yǎng)物質的消化吸收面積， 意味著小腸對營養(yǎng)物質的利用率會提高，促進動物的生長。袁文華等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，用添加 1×108cfu/kg 丁酸梭菌的飼料飼喂青年鴿， 可顯著提高其十二指腸的絨毛高度/隱窩深度間的比值。添加丁酸梭菌也有利于改善腸道的形態(tài)。 趙文文（2019）研究發(fā)現(xiàn)，在雛鴨日糧中添加5×108cfu/kg 丁酸梭菌，可降低雛鴨空腸和回腸的隱窩深度， 顯著增加回腸的絨毛高度/隱窩深度間的比值。 此外，體外抑菌試驗表明， 丁酸梭菌發(fā)酵液上清可抑制肉仔雞腸道致病菌（腸埃希氏菌、銅綠假單胞桿菌、金黃色葡萄球菌、 副溶血性弧菌和產氣莢膜梭菌） 的增殖， 而發(fā)揮抑菌作用的物質包括有機酸和抑菌性蛋白或多肽（賈麗楠等2017）。 該發(fā)現(xiàn)提示丁酸梭菌也可通過抑菌物質破壞腸道中有害菌的生長環(huán)境?？傊?，丁酸梭菌產生的丁酸不僅有利于腸道上皮細胞的生長，改善腸道的形態(tài)，而且可改變腸道的微生態(tài)環(huán)境，促進有益菌的增殖，抑制有害菌的生長繁殖，從而增強腸道的消化吸收功能，維持動物的腸道健康。

3.3 提高免疫力，抵抗應激反應 免疫器官指數(shù)是衡量機體細胞和體液免疫功能的重要指標。 胸腺是細胞免疫的中樞器官， 法氏囊是禽類特有的體液免疫器官， 脾臟則是禽類最大的外周免疫器官，參與全身的細胞免疫和體液免疫。在乳鴿飼養(yǎng)中， 添加丁酸梭菌顯著提高了乳鴿免疫器官指數(shù)和血清中 IgG、IgA 的含量（袁文華等，2019）。研究發(fā)現(xiàn)， 在肉雞日糧中添加3×108cfu/kg 丁酸梭菌可顯著提高7、21 日齡和42 日齡肉雞血清中的IgG 含量， 顯著提高21 日齡和42 日齡肉雞血清中的IgM 含量， 顯著提高42 日齡肉雞血清中的IgA 含量，因此，丁酸梭菌有提高肉雞血清免疫球蛋白含量的作用（賈聰慧等，2016）。 再者，補體系統(tǒng)是機體內天然免疫的重要部分， 機體內的免疫調節(jié)及炎癥反應均與補體系統(tǒng)具有相關性 （馮曉鴻等，2019）。 C3、C4 是免疫系統(tǒng)中補體的重要組成成分。劉硯涵等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，在填飼飼料中添加丁酸梭菌并對北京鴨進行填飼， 可使北京鴨的體重增加，使血清中的 IgA、IgG、C3 和 C4 的含量顯著升高， 以及使血清中的SOD 活性上升，然而， 添加丁酸梭菌的填飼卻顯著降低了填飼北京鴨血清中的 IL-6 和 IL-17 含量及 CORT、ROS 和MDA 的含量。 此外，對于容易感染壞死性腸炎或球蟲病的海蘭褐蛋雞群， 在其飼料或飲水中適量加入丁酸梭菌、 糞鏈球菌和枯草芽孢桿菌等益生菌， 則可有效減少壞死性腸炎和球蟲并發(fā)感染的機率（張寶鎖，2019）。 總之，丁酸梭菌可提高血液中的免疫球蛋白含量， 具有增強免疫功能和減輕腸道炎癥的作用。

3.4 增強抗氧化能力 孫玲玲等（2018）研究發(fā)現(xiàn)， 在五龍鵝雛鵝飼料中添加250 g/t 的丁酸梭菌，血清中總的抗氧化能力提高了3.39%，總超氧化物歧化酶活性也提高了3.30%。因此，飼料中添加一定數(shù)量的丁酸梭菌有助于提升機體的抗氧化能力。 對蛋用雛鴨的研究發(fā)現(xiàn)， 在其飼料中添加250 g/t 的丁酸梭菌，其血清和肝臟中的總抗氧化能力和總超氧化物歧化酶、 谷胱甘肽過氧化物酶的活性均顯著升高（趙文文等，2018）。 另外，在蛋雞飼料中添加丁酸梭菌可降低回腸和盲腸的活性氧水平， 并降低血清中 MDA 的含量 （Xiang 等，2019）。 由于氧化應激與免疫炎癥的內在關系，丁酸梭菌提高動物的抗氧化能力可能是增強動物免疫力和維護動物健康的一種機制。

4 總結

在家禽養(yǎng)殖中添加丁酸梭菌有利于改善家禽的腸道形態(tài)，維持腸道的健康，提高家禽的免疫力和抗氧化能力，從而提高家禽的生產性能，改善家禽的肉品質，最終降低家禽的養(yǎng)殖成本，增加養(yǎng)殖單位的經濟收益。目前關于丁酸梭菌的應用與研究主要集中在蛋肉雞上，在鴨和鵝水禽上的研究還比較少，仍有待加強。針對不同品種、不同性別和不同飼養(yǎng)階段如何添加丁酸梭菌也需要明晰。 此外，丁酸梭菌和其他益生菌復合使用的相關研究目前還非常稀少，但這是今后養(yǎng)禽業(yè)面臨的問題之一。 最后，目前對丁酸梭菌的研究已揭示其主要通過丁酸和酶類調節(jié)腸道菌的組成、改善腸道形態(tài)與結構以及促進營養(yǎng)物質的消化吸收來發(fā)揮益生效應，但是否存在其他機制則需要更多深入的研究。