微生態製劑應用試驗

1控制仔豬腹瀉和提高仔豬免疫力微生態製劑中的益生菌可以產生抗菌物質，並與有害細菌競爭生態位，抑制致病菌的生長繁殖，調整恢復腸道的菌群平衡，從而降低了仔豬腹瀉率。有人報道用乳酸桿菌飼餵仔豬，可減少下痢，改善仔豬發育；有人報道，豬攝人含芽孢桿菌飼料後，糞便中的大腸桿菌減少到原有的2％；有人給初生仔豬哺乳前1～2天灌服微生態製劑，結果表明微生態製劑對仔豬的黃白痢有抑制作用。此外，微生態製劑可成為非特異性免疫因子，通過細菌本身或細胞壁成分刺激宿主細胞，激活免疫系統，提高機體抗體水平或巨噬細胞活性，從而增強機體抵抗力。據報道，飼餵乾酪乳桿菌後仔豬白細胞總數和嗜中性細胞數目顯著增加。有人報道，應用兩株鼠乳桿菌、1株唾液乳桿菌、1株戊糖乳桿菌及1株片球菌聯合飼餵斷奶仔豬30天，結果表明試驗組豬只腹瀉發病率顯著降低，並且增重率較對照組顯著增高。2提高仔豬成活率和生長速度在仔豬和母豬飼料中添加微生態製劑，可明顯降低腸道疾病的發病率，提高仔豬的成活率和生長率。有人給初生仔豬哺乳前1-2天灌服微生態製劑，有效提高了仔豬的育成率和生長速度。此外，有人報道，利用抗體—微生態製劑和有益菌製劑餵給初生仔豬和保育豬，仔豬斷奶成活率達95．65％，21日齡斷奶體重達7．6千克，斷奶增重提高21．79％；有報道，對初產母豬飼餵腸球菌益生素，可顯著改善初產母豬採食量和胎仔數。3提高飼料利用率和降低料重比微生態製劑中的有益菌群在消化道繁衍，能促進消化道內多種氨基酸、維生素等一系列營養成分的有效合成和吸收利用，從而促進畜禽生長發育和增重。有人將主要含蠟狀芽孢桿菌、糞鏈球菌等4種(每克含活菌1X108)有益菌的複合益生菌劑加入到斷奶仔豬飼料中，與對照組對比，用複合益生菌製劑的試驗組可節約飼料、提高增重及減少藥物開支，每頭豬直接增加經濟效益5．96元；有人在斷奶仔豬飼料中添加0．1％益生素，結果使其日增重提高15．7％，飼料利用率提高14．5％；此外，有報道納豆菌生物飼料添加劑，能在一定程度上抑制仔豬腸道內大腸桿菌的生長，促進益生菌雙歧桿菌和乳酸桿菌的增值，顯著促進斷奶仔豬的生長並降低仔豬料重比。4微生態製劑與特異性疫苗的聯合效應隨著微生態學和疫苗學的不斷發展，人們也逐漸把目光放在了微生態製劑與特異性疫苗的聯合應用上，並取得了不錯的應用效果。有試驗證明，哺乳仔豬飼餵乳酸桿菌製劑與傳染性腸胃炎病毒疫苗有很好的聯合效應，可增加血清中抗體的生成，降低仔豬腹瀉率。此外，據研究報道，給出生後第2日的仔豬服用複合菌劑，14日齡以前每日灌服1次，每次250毫克，14日齡以後每日灌服350毫克，21日齡時肌肉注射豬瘟疫苗(28日齡時斷奶)至30日齡時分離、檢查、分析，結果表明，口服複合菌劑與豬瘟病毒菌具有很好的協同效應。5改善豬舍環境養豬場糞尿惡臭，不僅污染周圍環境，而且臭氣中所含的氨氣、硫化氫等有害物質會影響豬健康生長。在豬日糧中添加微生態製劑，不僅可增加營養，提高飼料的利用率，同時可清除糞尿惡臭，凈化生態環境。微生態製劑中的益生菌通過對有害物質進行發酵分解和合成，有效的降低了有毒有害物質的含量。據報導，飼餵微生態製劑的豬舍滅蠅效果可達到30．0％-34．6％，硫化氫的清除效果為50％，氨氣的去除也可達到較好效果。此外，定期使用微生態製劑水劑對豬舍進行消毒，可保持產房的衛生、乾燥、溫暖，從而為仔豬創造一個舒適、健康的生長環境。 微生態學是近年來發展的一門生命科學。微生態調節劑指在微生態學理論指導下，調整微生態失調，保持微生態平衡，提高宿主健康水平或增進健康佳態的益生菌及其代謝產物和生長促進物質製成的製劑。2002年聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）對微生態製劑中的益生菌定義為：益生菌是活的微生物，通過給予（攝入）充足的數量，對宿主產生一種或多種特殊且經臨床論證的功能性健康益處。動物腸道是一個巨大的細菌庫，在體內構成微生態平衡。若這種平衡破壞，出現菌群失調，將會引起許多相關疾病。芽孢桿菌由於穩定性好、抗逆性強、復活率高等優點，運用芽孢桿菌進行微生態製劑的研究開發與應用受到人們廣泛重視。本文針對芽孢桿菌對腸道菌群調節的研究進展進行綜述。　　1、腸道菌群　　1.1　胃腸道正常菌群　　胃腸道棲息著大約30屬500多種細菌，主要由厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌組成，其中專性厭氧菌佔99%以上，而僅類桿菌及雙歧桿菌就占細菌總數90%以上。胃、十二指腸、空腸細菌的種類及數量極少，主要由於胃酸、膽汁作用及小腸液流量大，蠕動節奏快，細菌在繁殖前即被沖洗到遠端迴腸及結腸，細菌濃度＜103/mL，主要為革蘭氏陽性需氧菌，如鏈球菌、葡萄球菌和乳酸桿菌。而迴腸未端由於腸液流量少，蠕動減慢，細菌數逐漸增加到105/mL～108/mL，主要含乳酸桿菌、大腸桿菌、類桿菌和梭狀芽孢桿菌等。至結腸，細菌數明顯增加，濃度109/mL～1012/mL，主要為厭氧菌：雙歧桿菌，類桿菌，乳酸桿菌占絕對優越，為優勢菌群，而有潛在致病性的梭狀芽孢桿菌和葡萄球菌僅少量。　　腸內菌群保持共生或拮抗關係，維持微生態平衡。與宿主健康及疾病有密切關係。腸道個體菌群分為三個部分：生理性細菌與宿主共生關係，為專性厭氧菌，是腸道的優勢菌群，如雙歧桿菌、類桿菌、優桿菌和消化球菌等是膜菌群的主要構成者，具有營養及免疫調節作用；條件致病菌與宿主共棲，以兼性需氧菌為主，為腸道非優勢菌群，如腸球菌、腸桿菌，在腸道微生態平衡時是無害的，在特定的條件下具有侵襲性，對人體有害；病原菌多為過路菌，長期定植的機會少，生態平衡時，這些菌數量少，不會致病，如果數量超出正常水平，則可引起人體發病，如變形桿菌、假單胞菌和常為韋氏梭菌等。　　1.2　菌群失調　　菌群失調是指腸道正常菌群的種類、數量和比例發生異常變化，偏離正常的生理組合，轉變為病理性組合狀態。臨床上以腹瀉為最明顯癥狀，其它如腸道菌群中潛在致病菌引起的內源性感染和一些過敏性疾病如特異性反應性濕疹、過敏性皮炎和炎症性腸病等，被認為與菌群變化致腸一屏障功能損害及免疫紊亂有關。隨著抗生素的廣泛應用，特別是抗菌譜過廣，應用時間長，是引起菌群失調的主要誘發因素。同位素、激素及放射治療和化療均可在治療疾病的同時降低抗體免疫力，影響益生菌，使潛在的致病菌定植。手術、外傷、感染和腫瘤以及環境惡化等均可引起菌群失調。正常微生物通過佔位起到保護作用，即競爭粘附位點來阻止病原菌附著。芽孢桿菌進入動物胃腸道後，通過生物奪氧作用在生長繁殖過程中消耗腸內過量的氣體，造成厭氧狀態，而抑制需氧的有害菌的生長繁殖。並且，芽孢桿菌在生長繁殖過程中可產生細菌素、有機酸等物質，改變腸內微生態環境，可以形成不利於有害菌生長繁殖的腸內環境。　　2、微生態調節劑組成　　微生態調節劑是所用正常活的微生物成員及其代謝產物和生長促進物質製成的製劑，可促進菌群失調的恢復。微生態調節劑包括益生菌、益生元和合生素三個部分。　　（1）益生菌（probiotics）：指含活菌(或包括菌體組分及代謝產物的死菌的生物製品)經口或其他粘膜投入，它們可直接作為食品添加劑服用，以維持腸道菌叢的平衡，旨在粘膜表面處改善微生物與酶的平衡或刺激特異與非特異性免疫。如芽孢桿菌，通過與病原菌競爭營養物質，抑制病原菌；提高機體的免疫機能，並提供營養物質等作用，調節消化道健康，增強動物體的免疫功能，達到促進目標動物的生長、提高飼料的轉化率的目的。　　（2）益生元（prebiotics）：通過選擇性的刺激一種或少數種菌落中的細菌的生長與活性而對寄主產生有益的影響從而改善寄主健康的不可被消化的食品成分，起著增進宿主健康的作用，如雙歧因子、各種寡聚糖，常見的有乳果糖、蔗糖寡聚糖和棉子寡聚糖及寡聚麥芽糖，只能被人體少數幾種細菌利用，可以起益生菌同樣效果，促進益生菌生長，抑制有害菌達到調整腸道微生態平衡的目的。近年來，我國研製的中草藥作為微生態調節劑，引起國內外高度重視，發現阿膠、五味子、刺五加等中藥對雙歧桿菌有明顯促進作用，這可能與中藥的低聚糖類等物質有關。　　（3）合生素（synbiocs）：合生元作為新一代微生態調節劑，是益生菌與益生元合併使用的製劑，既可發揮益生菌的生理性細菌活性，又可選擇地增加這種菌的數量使益生作用更持久，從而維護動物機體的微生態平衡。　　3、芽孢桿菌在畜牧業中的應用　　3.1　在養豬業中的應用　　試驗結果表明，斷奶仔豬（21-61日齡）日糧中添加0.10％的芽孢桿菌製劑，與對照組、抗生素組相比，日增重分別比提高13.1%和2.9%；料重比分別改善10.7%和4.3%。Sogarrd（1988）研究表明，芽孢桿菌對斷奶仔豬具有類似於泰樂菌素和喹乙醇促生長效果。Peo（1987）試驗結論，枯草芽孢桿菌可使生長豬日增重提高6-7%，飼料轉化率提高3-4%。　　3.2　在養禽業中的應用　　芽孢桿菌製劑對肉仔雞的生產性能有顯著的提高作用（p<0.05），日增重提高14.33%，料重比改善13.57%，與抗生素組相比也體現出仔雞生產性能改善趨勢（p>0.05）。芽孢桿菌製劑還顯著提高蛋雞的入舍雞產蛋率和產蛋量（p<0.10），對其它生產性能指標有一定改善作用。劉延賀等（1999）試驗結果也表明，芽孢桿菌能使蛋雞產蛋率提高13.09%。　　3.3　在養魚業中的應用　　芽孢桿菌製劑在鯉魚上的應用效果實驗中，芽孢桿菌製劑組在促生長和提高抗病力方面表現出良好的取代抗生素的效果。芽孢桿菌製劑組增重率比對照組提高了21.65%，餌料係數比對照組降低了8.61%，成活率比對照組提高了10.6%（p<0.05）。Kumar（2006）報道飼料中添加枯草芽孢桿菌的試驗組鯉魚增重率比對照組提高了6.86%-15.57%；成活率比對照組高50%-69%，具有很大的經濟價值。攻毒實驗表明在攻毒後的14天內，對照組和黃黴素組的累計死亡率分別為78.77%和67.13%，而芽孢桿菌製劑組的累計死亡率是30.45%，顯著提高了鯉魚的抗病力。　　3.4　在養蝦業中的應用　　在南美白對蝦上的應用效果試驗中，添加芽孢桿菌製劑的試驗組增重率比對照組提高11.65%，餌料係數比對照組降低0.2，成活率比對照組提高了7.96%（p<0.05）。姚健(1994)在培育對蝦苗種時投喂芽孢桿菌,發現蝦苗的成活率比對照組提高了10%～15%。Luis Balcazar等（2007）在南美白對蝦飼料中添加枯草芽孢桿菌，試驗組增重率比對照組提高了31.2%，飼料係數比對照組低0.2，成活率比對照組提高了5.01%；顯著降低了致病弧菌攻毒後14d內的累計死亡率（p<0.05）。　　4、微生態製劑的問題　　微生態製劑臨床應用尚有許多待解決的問題：（1）目前尚無微生態製劑的葯代動力學的系統描述，益生菌在腸道發揮作用的有效劑量及定植所需劑量無法明確。（2）尚沒有一種微生態製劑長期在腸道定植，停用益生菌後，其作用只能維持1～2 d ，最長一周作用即消失。（3）微生態製劑發揮作用確切的機制尚有待於進一步闡明，目前提到的有：生態佔位，定植抗力，生物奪氧，免疫調節，降低腸腔pH 和細菌代謝產物抗菌作用等。各種益生菌作用機理需進一步研究。長期以來，由於動物飼養和飼料中廣泛使用抗生素、化學合成藥物、激素、β-興奮劑、重金屬、鎮靜劑等促生長保健劑，導致了諸多現實的問題：畜禽和水產產品中藥物殘留嚴重，畜禽產品品質下降，缺乏市場競爭力和信任感；細菌耐藥性增強，威脅人類安全；破壞生態環境等。應用益生菌製成微生態製劑，是近年發展起來的一種新型綠色飼料添加劑。它可提高健康水平及生產性能，對動物無毒無害、無殘留等特點。益生菌的促生長效果受多種因素影響，如動物生理狀態、飼料加工工藝、菌株組成及其定植能力、溫度、pH值、活菌的保存時間等。目前，可用於飼料添加劑領域工業化生產的菌種很多，我國農業部（2008）公布的飼用微生物添加劑有15種。其中芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌是應用最多的微生物添加劑菌種。芽孢桿菌由於穩定性好、抗逆性強、復活率高，通過與病原菌競爭營養物質，抑制病原菌；提高機體的免疫機能，並提供營養物質等作用，調節消化道健康，增強動物體的免疫功能，達到促進目標動物的生長、提高飼料的轉化率的目的。本文將介紹芽孢桿菌的生長繁殖及其營養和免疫的特點，以及作用機理的研究進展。

　　一、芽孢形成和結構　　某些細菌在生長後期能夠形成一種特有的休眠狀態的細胞，稱為內生孢子，亦稱芽孢。芽孢桿菌的芽孢直徑一般小於菌體直徑，圓形、橢圓形，為好氧細菌。芽孢的形成是一個極其複雜的過程，包括形態結構、化學成分等多方面的變化。光學顯微鏡和電子顯微鏡觀察研究的結果，表明芽孢的形成在結構上主要經歷以下幾個階段：核物質融合成軸絲狀（桿狀）；在細胞中央或一端，細胞膜內陷形成隔膜包圍核物質，產生一個小細胞；小細胞被原來的細胞膜包圍，生成前孢子。前孢子實質上是一個被兩層同心膜包圍著的原生質體。在光學顯微鏡下觀察未染色的活細菌，可以看到前孢子是一個清亮的、與菌體其他部分明顯不同的區域；前孢子再被多層膜包圍，如皮層、孢子衣等，最後成為成熟的芽孢，由於細胞壁的潰溶而釋放出來。　　芽孢形成過程中在化學成分方面也發生很大變化。生芽孢的細胞大量吸收鈣離子並大量合成營養細胞中沒有的吡啶二羧酸。在成熟的芽孢中，芽孢原生質體含有極高的吡啶二羧酸鈣，在新合成的、具有特殊化學構造的外層（皮層和孢子衣，有時還有芽孢外壁）中也有這種物質。芽孢的壁含有一種特殊的肽聚糖，所有芽孢基本上都一樣，但與營養細胞的細胞壁肽聚糖卻不一樣。同時，芽孢中還含有一些特殊的蛋白質。　　二、芽孢桿菌的特性　　由於芽孢在結構和化學成分上均有別於營養細胞，所以芽孢也就具有了許多不同於營養細胞的特性。芽孢最主要的特點就是抗性強，對高溫、紫外線、乾燥、電離輻射和很多有毒的化學物質都有很強的抗性。同時，芽孢還有很強的折光性。在顯微鏡下觀察染色的芽孢細菌塗片時，可以很容易地將芽孢與營養細胞區別開，因為營養細胞染上了顏色，而芽孢因抗染料且折光性強，表現出透明而無色的外觀。研究表明芽孢抗逆性的機制主要由於其含水量低（40％），含有耐熱的小分子酶類、富含大量特殊的吡啶二羧酸鈣和帶有二硫鍵的蛋白質，以及具有多層次厚而緻密的芽孢壁等原因，使得芽孢具有了抗逆性。自由存在的芽孢沒有明顯的代謝作用，只保持潛在的萌發力，稱為隱藏的生命。一旦環境條件合適，芽孢便可以萌發成營養細胞。　　在孢子狀態下穩定性好，能耐氧化；耐擠壓；耐高溫，能長期耐高溫，如枯草芽孢桿菌一般在95℃溫度下5分鐘89%能保持存活；耐酸鹼，在酸性胃環境中能保持活性，可以耐唾液和膽汁的攻擊，加工成飼料後95%可在動物體內的可以萌發成營養體。　　三、芽孢桿菌對動物的營養和免疫特性　　3.1　產生多種消化酶　　芽孢桿菌能產生多種消化酶，芽孢桿菌具有很強的蛋白酶、脂肪酶、澱粉酶活性，可降解飼料中的某些抗營養因子，提高飼料轉化率可達8%以上。在腸道內生長繁殖，能產生各種營養物質如維生素、氨基酸、未知促生長因子等，參與機體的新陳代謝，促進動物生長。　　這是其提高動物生產性能的一個重要方面。Collington報道枯草芽孢桿菌能產生多種消化酶包括蛋白酶、澱粉酶和脂肪酶，幫助動物消化吸收營養物質，同時還具有降解飼料中複雜碳水化合物的酶，如降解果膠、葡聚糖、纖維素等酶，其中很多是動物本身不具有的酶。芽孢桿菌生長繁殖過程中還能夠產生植酸酶，促使動物對植酸磷的利用和對脂肪的消化吸收；產生的氨基氧化酶及分解硫化氫的酶類，可將吲哚類氧化成無毒、無害的物質，從而降低畜禽舍內氨氣、硫化氫的濃度和臭味，減少環境的污染。芽孢桿菌的芽孢在形成前後產生活性很強的澱粉酶和中性蛋白酶，這兩種酶不是誘導酶而是與芽孢形成有關，其中的澱粉酶能把澱粉水解成糊精，也能把葡萄糖聚合成多糖；中性蛋白酶與多肽類物質的出現密切相關，這些多肽類的合成與芽孢形成前後中性蛋白酶的出現同步。兩種酶與芽孢在動物腸道內代謝時產生的澱粉酶、中性蛋白酶不是一種酶，所用底物不同產物也不同。　　3.2　產生多種營養物質　　芽孢桿菌能夠合成多種維生素如尼克酸、葉酸、煙酸，維生素B1、B2、B6、B12等，促進機體對蛋白質的消化、吸收。凝結芽孢桿菌、芽孢乳桿菌等菌株能產生乳酸，可提高動物對鈣、磷、鐵的利用，促進維生素D的吸收。此外，芽孢桿菌在其生長繁殖過程中能夠產生乙酸、丙酸、丁酸等揮發性脂肪酸，這些酸類能夠降低動物腸道的pH 可有效抑制病原菌的生長，為乳酸菌的生長創造了條件，其中丙酸還能夠參與三羧酸循環，為動物新陳代謝提供能量。　　3.3　增強動物體的免疫功能　　研究表明，芽孢桿菌能促進腸道相關淋巴組織，使之處於高度反應的「準備狀態」，同時使免疫器官的發育增快，免疫系統成熟快而早，T、B淋巴細胞的數量增多，使動物的體液和細胞免疫水平提高，增強機體抗病能力。Fuller、Inooka指出芽孢桿菌可提高動物抗體水平或提高巨噬細胞的活性。實驗表明，該菌能顯著提高動物脾臟的T、B淋巴細胞比例，對動物的細胞免疫有重要的作用。芽孢桿菌能促進機體免疫特別是局部免疫提高，使分泌型IgA的分泌增加。芽孢桿菌可使動物血清中的中性粒細胞吞噬率提高17%，能顯著增加血清中總蛋白、球蛋白的含量，也能增加機體內蛋白質的沉積，顯著增加血清中特異性抗體的水平，增強特異性免疫應答能力，當機體遇到病原攻擊時，可以產生高水平的抗體以消滅侵入的病原菌。　　3.4　拮抗作用　　正常微生物通過佔位性保護作用，即競爭粘附位點來阻止病原菌附著。芽孢桿菌進入動物胃腸道後，通過生物奪氧作用在生長繁殖過程中消耗腸內過量的氣體，造成厭氧狀態，而抑制需氧的有害菌的生長繁殖。並且，芽孢桿菌在生長繁殖過程中可產生細菌素、有機酸等物質，改變腸內微生態環境，形成了不利於有害菌生長繁殖的腸內環境。芽孢桿菌在動物腸道內產生大量細菌素、包括桿菌肽、多粘菌素、線性環多肽複合物等，可有效地抑制和殺滅進入體內的大腸桿菌和沙門氏菌等致病菌。　　3.5　防止有害物質的產生　　芽孢桿菌在腸道內可產生氨基氧化酶及分解硫化物的酶類，可降低血液及糞便中氨、吲哚等有害氣體濃度，形成對動物機體更有利的平衡狀態；同時，動物排泄物、分泌物中的有益微生物數量也增多，病原微生物減少，從而凈化了體內外環境，減少疾病的發生。

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