地衣芽孢桿菌調(diào)控反芻動(dòng)物胃腸道微生態(tài)的研究進(jìn)展

何金童 程雨辰 任文義 徐曉鋒

(寧夏大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,銀川 750021)

在當(dāng)下“減抗”“替抗”趨勢(shì)下,開發(fā)綠色、安全、高效的新型飼料添加劑是目前飼料添加劑的研究熱點(diǎn)。芽孢桿菌是一類安全、無(wú)殘留、無(wú)耐藥性,同時(shí)還能通過營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)保護(hù)動(dòng)物胃腸功能、調(diào)節(jié)腸道菌群、改善腸道屏障功能的益生添加劑[1-3],是一種很好的抗生素替代品。作為一種極有發(fā)展?jié)摿Φ难挎邨U菌,地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis,B.licheniformis)于2003年被納入國(guó)家《飼料添加劑品種目錄》。地衣芽孢桿菌可以在高溫和酸性等惡劣的外部環(huán)境中作為內(nèi)生孢子存在,它的存活時(shí)間長(zhǎng)且無(wú)需消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),不易喪失活性,轉(zhuǎn)移到良好環(huán)境中以生長(zhǎng)態(tài)形式繼續(xù)發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)作用[1,4],添加到畜禽飼糧中能夠提高動(dòng)物機(jī)體免疫能力和維持腸道微生態(tài)平衡等[3],在畜禽飼糧中具有很好的應(yīng)用前景。近年來(lái),對(duì)于地衣芽孢桿菌在反芻動(dòng)物上的研究逐漸得到重視,但針對(duì)地衣芽孢桿菌在反芻動(dòng)物腸道微生態(tài)調(diào)控方面的綜述還相對(duì)較少。因此,本文對(duì)地衣芽孢桿菌的生物學(xué)特性、生理功能及其在反芻動(dòng)物胃腸道微生態(tài)調(diào)控方面的應(yīng)用效果進(jìn)行綜述,以期為地衣芽孢桿菌在反芻動(dòng)物領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 地衣芽孢桿菌的生物學(xué)特性及生理功能

地衣芽孢桿菌是一種革蘭氏陽(yáng)性兼性厭氧的嗜熱細(xì)菌,屬于細(xì)菌界,厚壁菌門,芽胞桿菌科,芽胞桿菌屬[4-5]。地衣芽孢桿菌可形成近中生的橢圓形芽孢,周生鞭毛稀疏,可運(yùn)動(dòng),抗逆性好,能耐受胃腸的不利條件,也可在飼料加工及存放過程中保持良好的穩(wěn)定性[6]。此外,地衣芽孢桿菌能產(chǎn)生多種抑菌物質(zhì)(如桿菌肽、抗菌類蛋白等)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如維生素、促生長(zhǎng)因子等),能抑制腸道病原菌生長(zhǎng),促進(jìn)機(jī)體新陳代謝[7];地衣芽孢桿菌還能分泌多種酶類,如蛋白酶、植酸酶、α-淀粉酶、葡聚糖酶等[8-11],及時(shí)補(bǔ)充動(dòng)物缺乏的腸道內(nèi)源酶,降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子,提高飼料利用率。并且,地衣芽孢桿菌能夠通過生物奪氧機(jī)制,消耗腸道內(nèi)氧氣而形成厭氧環(huán)境,為腸道優(yōu)勢(shì)厭氧菌提供有利環(huán)境,同時(shí)抑制需氧有害菌的生長(zhǎng)。因而,地衣芽孢桿菌作為一種對(duì)宿主健康有益的新型微生態(tài)制劑,在調(diào)控動(dòng)物胃腸道微生態(tài)平衡、增強(qiáng)腸道及機(jī)體免疫力等方面發(fā)揮著重要作用,在畜禽生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

地衣芽孢桿菌主要從調(diào)節(jié)胃腸道菌群和增強(qiáng)腸道及機(jī)體免疫功能方面發(fā)揮生理功能。1)調(diào)節(jié)胃腸道菌群:地衣芽孢桿菌可以促使腸道中正常生理性厭氧菌生長(zhǎng),改善腸道菌群失調(diào),恢復(fù)腸道功能。秦宋柯等[12]研究表明,飼糧中添加地衣芽孢桿菌能夠減少黃羽肉雞盲腸中的病原菌數(shù)量,增加其盲腸中的益生菌數(shù)量,進(jìn)而調(diào)控其腸道健康。Ye等[13]在大菱鲆上得到了類似的研究結(jié)果。其機(jī)理是:地衣芽孢桿菌作為兼性厭氧菌,可以通過感應(yīng)環(huán)境中氧濃度對(duì)細(xì)胞代謝進(jìn)行調(diào)整,在有氧條件下,它所分泌的地衣素能夠迅速地消耗周圍的游離氧,利用生物奪氧作用形成厭氧環(huán)境,為腸道內(nèi)生理性厭氧菌(如雙歧桿菌、消化鏈球菌、乳酸桿菌、類桿菌等)的生長(zhǎng)繁殖提供良好的生存環(huán)境[14],同時(shí)也會(huì)因?yàn)槿毖醵鴮?dǎo)致需氧有害病原菌(如大腸桿菌)的生長(zhǎng)被抑制。此外,地衣芽孢桿菌還可產(chǎn)生脂肽類、磷脂類等多種抑菌物質(zhì)及短鏈脂肪酸(short chain fatty acid,SCFA),降低腸道pH,使產(chǎn)氣莢膜梭菌、金黃色葡萄球菌等致病菌的生長(zhǎng)受到抑制,從而維持動(dòng)物腸道健康。2)增強(qiáng)腸道及機(jī)體免疫功能:地衣芽孢桿菌通過作用于腸道,激活腸黏膜上相關(guān)免疫組織,促使淋巴組織生長(zhǎng),增加抗體分泌和淋巴細(xì)胞數(shù)量,進(jìn)而產(chǎn)生更多的誘導(dǎo)因子,加速免疫器官的生長(zhǎng)發(fā)育,從而增強(qiáng)畜禽免疫力。研究發(fā)現(xiàn),地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的胞外多糖(exoplysaccharides,EPS)可通過調(diào)節(jié)脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激巨噬細(xì)胞中促炎和抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[15]。另外,地衣芽孢桿菌通過對(duì)病原菌的競(jìng)爭(zhēng)、排斥,抑制其在胃腸道中定植,使胃腸道中菌群結(jié)構(gòu)改變,進(jìn)而調(diào)控腸黏膜屏障功能[3,16]。研究發(fā)現(xiàn),從羊糞分離得到的羊源性地衣芽孢桿菌能夠抑制革蘭氏陽(yáng)性菌(如金黃色葡萄球菌)及革蘭氏陰性菌(如大腸桿菌)的增殖,從牛瘤胃內(nèi)容物分離的牛源性地衣芽孢桿菌對(duì)2種常見的腸道病原菌即大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌具有較好的抗菌活性,能夠增強(qiáng)機(jī)體對(duì)致病菌的抵抗力[17]。地衣芽孢桿菌還可通過調(diào)節(jié)免疫酶的基因表達(dá)和分泌,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能。研究顯示,飼糧中添加地衣芽孢桿菌可顯著提高雞血清總抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性,顯著降低血清丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量[12]。此外,地衣芽孢桿菌還能生成有機(jī)氮和有機(jī)硫等,可以有效降解惡臭氣體[18],有益于腸道環(huán)境的凈化,發(fā)揮除臭功能,間接改善機(jī)體免疫功能。

2 地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物胃腸道菌群及瘤胃發(fā)酵的調(diào)控作用

反芻動(dòng)物的瘤胃微生物區(qū)系是由細(xì)菌、古細(xì)菌、原生動(dòng)物和真菌組成的復(fù)雜的微生物群落。這些微生物群落將復(fù)雜的纖維基質(zhì)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)和氨態(tài)氮(ammonia nitrogen,NH3-N),并合成微生物蛋白(microprotein,MCP),為動(dòng)物提供能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[19]。瘤胃NH3-N和MCP濃度的變化反映了瘤胃微生物對(duì)氮的利用情況。Jia等[20]發(fā)現(xiàn),添加地衣芽孢桿菌對(duì)瘤胃pH沒有顯著影響,但降低了瘤胃NH3-N濃度,提高了瘤胃發(fā)酵效率。喬國(guó)華等[21]研究表明,在荷斯坦奶牛飼糧中添加地衣芽孢桿菌使瘤胃內(nèi)NH3-N濃度顯著降低,同時(shí)通過增加奶牛瘤胃細(xì)菌總數(shù)促進(jìn)瘤胃微生物對(duì)氨的利用。鮑文龍[22]報(bào)道,荷斯坦奶牛飼糧中添加副地衣芽孢桿菌可顯著提高瘤胃MCP濃度,說(shuō)明添加副地衣芽孢桿菌能夠促進(jìn)瘤胃細(xì)菌的合成能力,進(jìn)而提高M(jìn)CP合成的效率。由瘤胃中碳水化合物發(fā)酵而產(chǎn)生的VFA(如乙酸、丙酸、丁酸等)是反芻動(dòng)物主要的能量來(lái)源,也是機(jī)體合成體脂肪、乳脂肪的重要原料。研究顯示,地衣芽孢桿菌的添加顯著提高了杜寒雜交肉羊瘤胃液中丙酸和丁酸濃度,顯著降低了乙酸濃度和乙丙比[23]。在羔羊飼糧中單獨(dú)添加地衣芽孢桿菌或與釀酒酵母復(fù)合添加可使羔羊瘤胃的乙酸率降低,丙酸率增加,且差異均達(dá)到顯著水平[20]。但Qiao等[24]發(fā)現(xiàn),地衣芽孢桿菌增加了瘤胃中乙酸的濃度,同時(shí)丙酸的濃度保持不變。以上不一致的試驗(yàn)結(jié)果可能是地衣芽孢桿菌菌株或試驗(yàn)品種的不同所導(dǎo)致,有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

瘤胃中乙酸與丙酸的產(chǎn)量及其比例是影響甲烷(methane,CH4)生成的關(guān)鍵因素。乙酸可促使CH4產(chǎn)生,并通過噯氣排出體外,其中部分能量不能為機(jī)體所用;而作為動(dòng)物體內(nèi)葡萄糖來(lái)源底物的丙酸,可以為動(dòng)物提供有效能[23]。CH4的產(chǎn)量與乙酸產(chǎn)量、乙丙比成正比,與丙酸產(chǎn)量成反比[25]。Wang等[26]研究表明,在體外發(fā)酵過程中加入地衣芽孢桿菌可使乙酸濃度和乙丙比分別下降56.4%和31.9%,同時(shí)CH4產(chǎn)量降低4.8%。鄭瑋才等[27]在綿羊飼糧中添加不同濃度的地衣芽孢桿菌,結(jié)果顯示,隨著地衣芽孢桿菌添加量的增加,丙酸濃度先升高后降低,CH4含量先降低后升高,且當(dāng)?shù)匾卵挎邨U菌添加量為2×1011CFU/kg時(shí)丙酸濃度達(dá)到最高(4.483 mmol/L),甲烷含量達(dá)到最低(26.83%)。這可能是因?yàn)榱鑫钢斜釢舛鹊脑黾訙p少了CH4合成底物中可利用氫的供應(yīng)量,從而影響CH4的產(chǎn)量[28];亦有可能是地衣芽孢桿菌進(jìn)入瘤胃后與瘤胃微生物相互作用,抑制了甲烷菌和產(chǎn)氫菌的活性,通過改變菌群平衡使CH4合成量減少。地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵的影響見表1。

反芻動(dòng)物胃腸道菌群對(duì)植物性飼料中纖維的降解起著至關(guān)重要的作用,而地衣芽孢桿菌能夠影響動(dòng)物胃腸道菌群組成,改善瘤胃內(nèi)環(huán)境,維持胃腸道健康。研究顯示,在杜寒雜交肉羊飼糧中添加地衣芽孢桿菌后,羔羊瘤胃微生物中拉克氏梭狀芽孢桿菌屬10(Lachnoclostridium10)的相對(duì)豐度顯著提高,同時(shí)瘤胃微生物中黏膠球形菌門(Lentisphaerae)和軟壁菌門(Tenericutes)的相對(duì)豐度均有升高的趨勢(shì)[23]。拉克氏梭狀芽孢桿菌屬(Lachnoclostridium)是一種能將單糖、雙糖轉(zhuǎn)化為乙酸的細(xì)菌,而乙酸能夠通過抗炎和免疫抑制作用有效地穩(wěn)定腸道內(nèi)環(huán)境[29]。在早期斷奶羔羊飼糧中添加地衣芽孢桿菌顯著提高了羔羊空腸內(nèi)容物中雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)和夏普氏菌屬(Sharpea)的相對(duì)豐度[30]。Bifidobacterium是一類能夠預(yù)防或緩解傳染性腹瀉的腸道益生菌,而Sharpea能夠生成乳酸,通過被腸道其他菌群利用進(jìn)而轉(zhuǎn)化為具有抗炎和改善腸道屏障功能的丁酸[31]。以上研究結(jié)果提示地衣芽孢桿菌能夠在一定程度上影響羔羊胃腸道菌群。給犢牛飼喂地衣芽孢桿菌及其復(fù)合菌可使瘤胃發(fā)酵參數(shù)的穩(wěn)定性增強(qiáng),8周齡犢牛瘤胃液內(nèi)的細(xì)菌種類數(shù)和優(yōu)勢(shì)條帶數(shù)進(jìn)一步提高,更有利于纖維降解菌在瘤胃中的定植和增殖[32]。由此推測(cè),地衣芽孢桿菌及其復(fù)合菌可能通過調(diào)控瘤胃內(nèi)環(huán)境、增強(qiáng)機(jī)體對(duì)飼料環(huán)境變化的抗性,進(jìn)而促進(jìn)犢牛的健康成長(zhǎng)。飼糧中添加不同地衣芽孢桿菌可使綿羊和羔羊糞便中乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量增加以及大腸桿菌、腸球菌和酵母菌的數(shù)量減少[7],說(shuō)明地衣芽孢桿菌在維持良好的腸道健康方面具有潛力。盧佳偉等[33]研究發(fā)現(xiàn),地衣芽孢桿菌單獨(dú)添加或與枯草芽孢桿菌復(fù)合添加均可提高擬桿菌門(Bacteroidetes)的豐度,減少變形菌門(Proteobacteria)的豐度,對(duì)脂質(zhì)的吸收具有促進(jìn)作用,有利于維持?jǐn)嗄躺窖虻哪c道屏障。

3 地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物腸道及機(jī)體免疫功能的影響

幼齡反芻動(dòng)物腸道內(nèi)一部分來(lái)自初乳的特定菌群定植在腸道內(nèi),進(jìn)而促使腸黏膜相關(guān)淋巴組織成熟。倘若不能建立適當(dāng)?shù)哪c道菌群,會(huì)導(dǎo)致腸道免疫功能受損、淋巴組織發(fā)育不全、免疫細(xì)胞及抗體水平下降等,從而引發(fā)某些腸道疾病[34]。地衣芽孢桿菌作為一種益生菌,可通過調(diào)節(jié)胃腸道微生態(tài)環(huán)境來(lái)提高機(jī)體的免疫性能[35]。地衣芽孢桿菌通過促進(jìn)機(jī)體免疫器官的發(fā)育,激活淋巴細(xì)胞,使自身的免疫球蛋白含量和抗體水平提高,進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)體特異性和非特異性免疫應(yīng)答,使巨噬細(xì)胞的吞噬活性增加,從而提高機(jī)體的免疫功能。球蛋白能阻擋細(xì)菌入侵,發(fā)揮屏障作用;白蛋白能維持血漿膠體滲透壓,運(yùn)輸各種物質(zhì),間接影響肝臟蛋白質(zhì)形成功能。研究顯示,飼糧中添加地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌能夠提高綿羊血液中總蛋白質(zhì)、白蛋白和球蛋白含量,減少血液中膽紅素和膽固醇含量,同時(shí)提高了綿羊和羔羊的殺菌指數(shù)和吞噬指數(shù)[7]。Jia等[20]研究顯示,在育肥羔羊飼糧中添加地衣芽孢桿菌顯著提高了羔羊血清免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)、免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)和免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM)的含量,有利于增強(qiáng)羔羊機(jī)體的免疫能力。

氧化應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體免疫力下降,影響動(dòng)物健康和最終產(chǎn)品的質(zhì)量[36]。細(xì)胞因子[白細(xì)胞介素-1α(interleukin-1α,IL-1α)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白細(xì)胞介素-4(interleukin-4,IL-4)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-8(interleukin-8,IL-8)、白細(xì)胞介素-10(interleukin-10,IL-10)、白細(xì)胞介素-12(interleukin-12,IL-12)、γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和轉(zhuǎn)生長(zhǎng)因子(transforming growth factor,TGF)等]可以誘導(dǎo)和觸發(fā)免疫系統(tǒng)反應(yīng),對(duì)應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)節(jié)發(fā)揮著重要作用[37]。Toll樣受體4(Toll like receptor 4,TLR4)作為一種免疫細(xì)胞表面關(guān)鍵的非特異性免疫受體,通過連接蛋白髓樣分化因子88(myeloid differentiation protein 88,MyD88)介導(dǎo)下游的炎癥信號(hào),從而激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB),然后轉(zhuǎn)入細(xì)胞核,引發(fā)促炎細(xì)胞因子分泌和免疫相關(guān)細(xì)胞的細(xì)胞反應(yīng)[38]。研究顯示,用地衣芽孢桿菌MCC 2514進(jìn)行處理可使人結(jié)腸癌細(xì)胞系HT-29細(xì)胞的免疫平衡得到改善,其依據(jù)是IL-1α、IL-6、IL-8、IL-12和TNF-α的表達(dá)下調(diào)以及IL-4、IL-10、TGF-2和TGF-3的表達(dá)上調(diào)[39]。郝安琦[40]研究發(fā)現(xiàn),來(lái)自犢牛瘤胃液的地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌聯(lián)合應(yīng)用可顯著降低試驗(yàn)動(dòng)物血清中IL-6、IFN-γ和TNF-α的含量,顯著提高IL-4的含量。三碘甲腺原氨酸(triiodothyronine,T3)能夠提高機(jī)體抗應(yīng)激能力。湯志宏等[41]發(fā)現(xiàn),在熱應(yīng)激奶牛飼糧中添加芽孢桿菌與酵母培養(yǎng)物混合制成的復(fù)合益生菌可增加奶牛血清中T3的含量。Jia等[20]研究表明,地衣芽孢桿菌與釀酒酵母復(fù)合添加可顯著提高羔羊血清超氧化歧物酶(superoxide dismutase,SOD)和GSH-Px的活性,通過維持機(jī)體氧化平衡,清除自由基來(lái)增強(qiáng)羔羊抗氧化性能。Qiao等[24]發(fā)現(xiàn),飼糧中添加地衣芽孢桿菌可提高反芻動(dòng)物的產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)量,同時(shí)可減緩應(yīng)激狀況,增強(qiáng)奶牛對(duì)環(huán)境的抵抗力。這可能歸因于地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的多種生物活性物質(zhì),它們有助于飼料消化、免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)和腸道屏障功能增強(qiáng)。但也有報(bào)道稱,飼糧添加白藜蘆醇和地衣芽孢桿菌沒有改變?cè)缙跀嗄谈嵫驒C(jī)體的抗氧化能力[30],這可能與羔羊的斷奶應(yīng)激狀態(tài)有關(guān)。地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物腸道及機(jī)體免疫功能的影響見表2。

表2 地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物腸道及機(jī)體免疫功能的影響

此外,地衣芽孢桿菌通過提高動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu)及微生物群落的穩(wěn)定性,維持腸道生物屏障,從而有效抵御外界致病菌的侵襲,增強(qiáng)腸道免疫屏障功能[3]。腸道屏障的完整性在維持上皮細(xì)胞功能方面發(fā)揮著重要作用,因?yàn)樯掀ぜ?xì)胞對(duì)某些病原體及其毒素是可滲透的。參與緊密連接的跨膜蛋白[封閉蛋白(claudin)、閉合蛋白(occludin)和閉鎖小蛋白(zonula occluden,ZO)]負(fù)責(zé)連接上皮細(xì)胞并調(diào)節(jié)細(xì)胞旁和細(xì)胞內(nèi)的滲透性[38]。Li等[5]研究表明,地衣芽孢桿菌可通過減輕腸道損傷和改善緊密連接來(lái)維持動(dòng)物腸道屏障完整性,并顯著增加了乳桿菌和乳球菌的比例。在體外試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),地衣芽孢桿菌PF9可以增加產(chǎn)腸毒素大腸桿菌F4感染后腸上皮細(xì)胞中ZO-1和occludin的表達(dá)水平[42]。地衣芽孢桿菌還可用于胃腸道疾病的治療。研究表明,地衣芽孢桿菌與枯草芽孢桿菌聯(lián)合飼喂使斷奶山羊的腹瀉率顯著降低[33]。地衣芽孢桿菌對(duì)犢牛腹瀉也具有良好的改善效果,而且與中藥復(fù)方聯(lián)合使用效果更好[43]。這可能是由于地衣芽孢桿菌通過促進(jìn)有益微生物的定植而抑制了腸道中大腸桿菌的增殖,或是產(chǎn)生了能中和腸毒素的某些代謝產(chǎn)物。在奶牛飼糧中加入含有地衣芽孢桿菌的復(fù)合菌劑,提高了奶牛血清中可溶性CD3(sCD3)的含量,同時(shí)對(duì)促炎因子的分泌具有抑制作用,從而減輕了奶牛的炎癥反應(yīng),改善了奶牛的免疫功能,使其抗病能力增強(qiáng)[44]。地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物胃腸道疾病的治療效果見表3。

4 地衣芽孢桿菌在反芻動(dòng)物腸道內(nèi)的定植研究

益生菌在動(dòng)物腸道中的定植能力是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵要素之一,一般定植在動(dòng)物消化道表面,與病原體共同競(jìng)爭(zhēng)附著位點(diǎn)[45]。而益生菌定植于宿主腸道的前提是與腸道上皮細(xì)胞組織的黏附作用,它決定著定植的成功和益生菌在宿主腸道中的持久性[46]。細(xì)菌的黏附一般要經(jīng)歷4個(gè)階段,即細(xì)菌向新的底物轉(zhuǎn)移、與底物的非特異性黏附、黏附素與腸上皮細(xì)胞表面受體結(jié)合發(fā)生特異性黏附以及在底物組織上的增殖。研究報(bào)道,益生菌能夠黏附在宿主腸道上皮細(xì)胞微絨毛的紋狀緣和黏膜層上,防止因腸蠕動(dòng)而帶走,同時(shí)能夠刺激腸上皮細(xì)胞分泌防御素、抗菌肽、SCFA和細(xì)菌素等,從而抑制病原菌的增殖,并能產(chǎn)生與病原菌表面抗原相結(jié)合的分泌型免疫球蛋白A(secreted immunoglobulin A,sIgA)以保護(hù)腸黏膜免受外源微生物入侵;此外,益生菌還可與病原菌爭(zhēng)奪生存與繁殖的吸附位點(diǎn)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),抑制腸道病原體的生長(zhǎng)(圖1)[47]。芽孢桿菌在其生長(zhǎng)發(fā)育后期會(huì)在細(xì)胞中產(chǎn)生一種具有極低含水量和極強(qiáng)抗逆性的橢圓形厚壁休眠體,即為芽孢。芽孢桿菌的孢子可以在腸道中發(fā)芽、定植并充當(dāng)益生菌[48]。已有研究表明,地衣芽孢桿菌可以在腸上皮細(xì)胞中定植而不會(huì)對(duì)細(xì)胞造成任何損害[49-50]。符運(yùn)勤[32]為明確地衣芽孢桿菌能否于后備牛胃腸道內(nèi)長(zhǎng)期定植,他以52周齡荷斯坦后備牛為試驗(yàn)對(duì)象,分別于停喂地衣芽孢桿菌1、3、5、7和14 d后取糞樣進(jìn)行芽孢數(shù)檢測(cè),結(jié)果表明,地衣芽孢桿菌組糞便芽孢數(shù)隨停喂天數(shù)的增加而顯著降低,且停喂1和3 d其糞便芽孢數(shù)量較對(duì)照組明顯增加,停喂5 d及5 d以后時(shí)則與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異。這說(shuō)明地衣芽孢桿菌對(duì)后備牛的消化道內(nèi)環(huán)境有較強(qiáng)的耐受性,可存活直至通過糞便排出,但不能長(zhǎng)時(shí)間在腸道中定植。而犢牛的胃腸道微生物區(qū)系正在形成,當(dāng)飼喂芽孢桿菌后,雖然它難以在機(jī)體腸系黏膜上皮中定植,但芽孢桿菌會(huì)對(duì)其他微生物的定植產(chǎn)生一定影響[51]。郝安琦[40]通過腸道定植試驗(yàn)也表明地衣芽孢桿菌不能長(zhǎng)期定植在腸道內(nèi),會(huì)隨糞便排出體內(nèi)。怎樣通過增加益生菌在動(dòng)物腸道內(nèi)的定植時(shí)間來(lái)提高益生菌的使用效率可作為進(jìn)一步的研究方向。

表3 地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物胃腸道疾病的治療效果

5 小 結(jié)

近年來(lái),地衣芽孢桿菌作為新型微生物制劑逐漸受到廣泛關(guān)注。地衣芽孢桿菌對(duì)反芻動(dòng)物腸道微生態(tài)的調(diào)控發(fā)揮著一定積極作用,其對(duì)反芻動(dòng)物的影響機(jī)制還尚未闡明。對(duì)地衣芽孢桿菌在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用效果及作用機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究,進(jìn)而篩選出不同生理階段、不同飼喂條件和不同生產(chǎn)目的反芻動(dòng)物所適用的地衣芽孢桿菌菌株是今后研究的重點(diǎn)。