枯草芽孢杆菌在畜禽养殖应用中的研究进展_叶兵兵.pdf

综述NO.06 2023142饲料研究 FEED RESEARCH枯草芽孢杆菌在畜禽养殖应用中的研究进展叶兵兵 杨玲玲 刘锐兰 陈雪 赖世林（四川民族学院农学院，四川 康定 626001）摘要：枯草芽孢杆菌是畜禽养殖中常用的益生菌之一，在土壤及植物体表广泛存在，可形成芽孢，抗性好，并且在芽孢状态下具有良好的稳定性。枯草芽孢杆菌具有提高动物生长性能、稳定肠道菌群、提高免疫力及改善肉品质等作用。文章综述了枯草芽孢杆菌的生理特性、作用机制及其在常见动物生产中的应用研究进展，以期为饲用枯草芽孢杆菌的进一步开发和利用提供参考。关键词：枯草芽孢杆菌；畜禽养殖；微生物制剂中图分类号：S 816.7 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）06-0142-04 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.06.029Research progress on application of Bacillus subtilis in livestock and poultry breedingYE Bing-bing YANG Ling-ling LIU Rui-lan CHEN Xue LAI Shi-linAbstract:Bacillus subtilis is one of the commonly used in livestock and poultry production,which exists widely in soil and plant surface,can form spore,has good resistance and good stability in spore state.Bacillus subtilis plays an important role in improving animal growth performance,stabilizing intestinal flora,enhancing immunity and improving meat quality.The paper reviews the physiological characteristics,mechanism of action and application in common animal production of Bacillus subtilis,to provide reference for further development and utilization of Bacillus subtilis for feeding.Key words:Bacillus subtilis;livestock and poultry breeding;microbial preparation近年来，使用抗生素引发的细菌耐药性、药物残留、食品安全及生态环境污染等问题日益严峻1。因此，寻找一种绿色、无残留、无耐药性的安全饲料添加剂替代抗生素具有重要意义。枯草芽孢杆菌在土壤及植物体表广泛存在，可形成芽孢，抗性好，并且在芽孢状态下具有良好的稳定性。枯草芽孢杆菌在 120 下能够存活20 min，酸性环境下可保持活性2。枯草芽孢杆菌可在畜禽养殖生产应用过程中维持较高活性，属于一种微生态高效制剂菌种。枯草芽孢杆菌可提高饲料营养价值，增加饲料转化效率，提高畜禽机体免疫力、抗病力，改善畜禽肠道健康，是替代抗生素的理想饲料添加剂之一3。本文简要介绍了枯草芽孢杆菌的生理特性，综述了其在畜禽养殖中的应用进展，为枯草芽孢杆菌在畜禽养殖业中的进一步应用提供参考。1枯草芽孢杆菌的生理特性枯草芽孢杆菌属于内生孢子的革兰氏阳性好气性菌，芽孢状态下对外界不良环境具有很强的抗逆性，是一种耐酸、耐胆盐、耐高温、抗氧化的细菌，利于运输和保存。枯草芽孢杆菌可产生枯草菌素、短杆菌肽、制霉菌素等，这些活性物质在抑制病原菌方面发挥重要作用4。菌种可以迅速消耗肠道中的游离氧，在肠道中形成低氧环境，促进有益厌氧菌生长，对其他致病菌生长具有间接抑制效果，促进肠道有益菌乳杆菌和双歧杆菌生长。枯草芽孢杆菌可以促进动物免疫细胞和器官的生长发育，活化白细胞，使机体抗体水平显著提升，有助于形成后天免疫，增强机体免疫力。2枯草芽孢杆菌的生物学功能2.1溶菌、抗菌作用枯草芽孢杆菌可附着于病原真菌的菌丝上共同生长，在此过程中会产生溶菌物质起到消解菌丝作用，如-淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶等5-6，从而使菌丝断裂、崩解或胞质消解；还会产生溶菌酶破坏致病菌细胞壁，使致病菌溶解坏死。枯草芽孢杆菌产生以磷脂类、氨基糖苷类、肽类和脂肽类等为主的抗生素，其中最重要的抗菌物质是脂肽类抗生素和细菌素，这些物质可以有效抑制病原体生长，并且枯草芽孢杆菌在代谢过程中会产生大量酸性物质，降低肠道内的pH值，从而在一定程度上抑制了有害菌的生长与繁殖。有些菌株合成的细菌素仅针对相同菌种的细菌，有些菌株甚至具有抗真菌和抗原虫活性。2.2调节肠道菌群平衡，改善肠道健康枯草芽孢杆菌能够在畜禽肠道内生产营养细胞，与肠道黏膜位点结合、定植，形成生物屏障后可有效阻止第一作者：叶兵兵，硕士，讲师，研究方向为兽医微生物。基金项目：四川省转移支付科技计划项目（项目编号：210025）；四川省大学生创新创业项目（项目编号：S202111661003）收稿日期：2022-05-26综述NO.06 2023143饲料研究 FEED RESEARCH病原微生物的吸附与生长7。正常情况下，健康动物肠道内优势种群绝大部分为厌氧型，而需氧型和兼性厌氧型细菌较少8。枯草芽孢杆菌作为需氧菌可以通过迅速消耗肠道内游离氧，形成厌氧环境，从而促进厌氧菌等在胃肠道内形成，有效提高营养物质利用效率9。枯草芽孢杆菌还可以分泌脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶等多种内源酶，在一定程度上弥补动物体内酶的不足10。枯草芽孢杆菌能够促进免疫球蛋白A分泌，提高免疫球蛋白水平，维持肠道上皮屏障的完整，增强黏膜免疫。2.3提高生长性能枯草芽孢杆菌通过产生各种消化酶，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，促进可被机体直接吸收的营养物质产生，提高饲料转化率。枯草芽孢杆菌可以产生有机酸，从而促进动物机体对维生素D、钙、铁的吸收。枯草芽孢杆菌可以合成一些能够直接被动物吸收的营养物质和维生素，如氨基酸、短链脂肪酸、维生素K、B族维生素等，促进机体的营养代谢。枯草芽孢杆菌可以通过改变宿主小肠绒毛与隐窝的形态，提高小肠绒毛的面积，进而促进小肠绒毛对营养物质的吸收，提高生长性能。3枯草芽孢杆菌在畜禽生产中的应用3.1枯草芽孢杆菌在猪生产中的应用枯草芽孢杆菌能够分泌高活性内源酶，激活体内酶原，增加分泌消化酶，提高肠道中常用消化酶活性，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。研究发现，饲喂15%枯草芽孢杆菌可显著提高泌乳母猪血清中磷含量，从而促进相应比例钙质吸收。王晓丹等11研究表明，与对照组相比，日粮添加 250 g/t 的枯草芽孢杆菌制剂（活菌数4.0109 CFU/g）可以显著提高断奶仔猪的末重和平均日增重，与万根等12研究结果一致。魏立民等13研究发现，日粮中添加0.2%枯草芽孢杆菌，可以显著提高断奶仔猪抗氧化酶活性，清除自由基，达到抗氧化的作用。原因可能是枯草芽孢杆菌能够在肠道内产生胞外多糖清除自由基，或是通过调控 NRF2/ARE信号通路，提高其下游抗氧化基因表达，提高体内抗氧化酶活性。秦红14研究发现，日粮添加0.1 g/kg芽孢杆菌制剂（1.0109 CFU/kg）可显著提高育肥猪分泌型免疫球蛋白（SIgA）在空肠和回肠中的表达量，使肠道免疫功能增强。枯草芽孢杆菌进入动物胃肠道后，作用于肠道抗原结合位点，促进机体淋巴组织的生长，增加白细胞数量，促进抗体分泌，通过淋巴细胞再循环活化全身免疫系统，从而提高免疫机能15。枯草芽孢杆菌本身作为非特异性免疫因子，可刺激宿主细胞，激活巨噬细胞，从而达到增强免疫的效果。枯草芽孢杆菌具有稳定肠道菌群、促进消化器官发育的功能16。Hu等17研究表明，日粮中添加2109、4109、20109 CFU/kg的枯草芽孢杆菌KN-42，可以明显降低仔猪粪便中大肠杆菌的数量，显著增加乳酸杆菌的数量，且与添加剂量呈正相关。程志斌等18报道，日粮添加枯草芽孢杆菌有利于早期断奶仔猪肠道、消化腺等主要消化器官的生长发育，对提高仔猪生长性能以及免疫系统具有显著效果，断奶仔猪肠道有害菌明显减少，肠绒毛数量增加，可有效降低仔猪因胃肠道发育不全对饲料利用率低引起的腹泻。晏崇伟等19研究发现，饲喂枯草芽孢杆菌，育肥猪肌肉的滴水损失、灰分与对照组相比略有提高但不明显，日粮中添加0.1%的枯草芽孢杆菌，可减少猪屠宰后肉的滴水损失和腌制损失。也有研究发现，喂食枯草芽孢杆菌可维持肌肉的保水能力，提高猪肉品质20。枯草芽孢杆菌可与有益菌发生协同作用，增加肠道活动，减少粪便中有害气体排放；能够产生可分解有害气体化合物的酶类，将有害气体转化成无害无臭无污染物质，减少有害气体的排放量21。枯草芽孢杆菌可使动物粪便中产气荚膜梭菌、沙门氏菌等有害菌的数量减少22。因此，枯草芽孢杆菌对减少畜禽微生物污染物具有积极作用。研究表明，利用枯草芽孢杆菌研制而成的微生物制剂可以显著降低畜舍空气中氨气（NH3）、硫化氢（H2S）有害气体含量23，达到改善猪舍内养殖环境的效果。3.2枯草芽孢杆菌在鸡生产中的应用枯草芽孢杆菌能够提高鸡的生长性能，增强免疫功能，提高消化酶活性，降低肠道病原菌数量，改善肠道组织结构，提高十二指肠蛋白酶活性13。枯草芽孢杆菌可提升鸡蛋品质，能够产生多种常见消化酶和多种必需维生素，降低饲料中的抗营养成分，提高饲料利用率24。邹昕羽25研究发现，添加枯草芽孢杆菌可提高蛋鸡产蛋量和蛋壳厚度，改善料蛋比，提高存活率，显著降低鸡蛋破损率和淘汰率。雪山鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌可提高仔鸡增重和存活率，改善鸡肉品质26。Ma等27研究发现，饲喂添加1.0109 CFU/g枯草芽孢杆菌DSM 32315的基础日粮，提高了肉鸡的平均体重，且全期的平均日采食量显著高于对照组；在肉鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌后，可使盲肠中的有害菌相对丰度和数量降低。袁文菊等28研究发现，在肉鸡日粮中添加12 g/kg枯草芽孢杆菌，提高了饲料消化率，不影响肌肉品质，还减少了肠道有害菌的数量。Whelan等29研究表明，添加枯草芽孢杆菌DSM 32315可防止肉仔鸡空肠弯曲菌、大肠埃希菌等致病菌引起的肠道疾病。肉鸡出生后可通过后天采食、空气吸入等途径接触到微生物，微生物进入机体后在肠道内定植，形成肠道菌群30。赵效南等31研究发现，枯草芽孢杆菌能够促进益生菌在肠道中的生长，抑制有害菌生长，达到促进家禽健康生长的效果。进入动物体内的枯草芽孢杆菌可作为非特异性免疫因子，通过刺激相关淋巴组织，引起局部体液免疫反应，从而增强肠上皮细胞的免疫功能32。有研究表明，枯草芽孢杆菌可以增强畜禽机体免疫能力，综述NO.06 2023144饲料研究 FEED RESEARCH确保动物健康发育的机制是通过在肠道集合淋巴结的抗原结合位点33，使肠道相关淋巴组织得到生长，增加T淋巴细胞、B淋巴细胞数量，增加血液中免疫球蛋白抗体和黏膜表面的IgA分泌34。饲喂枯草芽孢杆菌可显著提升肉鸡各项生长、免疫指标6,35。研究发现，喂食枯草芽孢杆菌能够增加肉鸡淋巴组织细胞数量，显著提高接种新城疫疫苗后的抗体滴度。禽类免疫器官的发育状态直接反映禽类免疫水平36。在畜禽日粮中适当添加饲用枯草芽孢杆菌对脾脏、胸腺和法氏囊等免疫器官发育具有刺激作用，对免疫器官产生细胞因子具有诱导作用，增强动物机体的免疫水平。微生物菌群自身可产生多种消化酶，还可促进动物机体产生多种酶类，发挥消化作用，降解饲料中的抗营养素。枯草芽孢杆菌在肠道中生长繁殖时产生的乳酸、乙酸等挥发性脂肪酸能够降低肠道pH值，激活酸性蛋白酶的活性；合成的多种维生素如叶酸、维生素C、维生素B12等，促进动物对维生素的吸收37-38，提高饲料利用率。Li等38在肉鸡日粮中添加1.0107 CFU/g枯草芽孢杆菌，饲喂2周内，发现试验组肉鸡的平均日增重比对照组提高了27.7%，饲料转化率提高10.3%。3.3枯草芽孢杆菌在牛生产中的应用枯草芽孢杆菌为好氧菌，能够通过快速消耗胃肠道中的氧气，为瘤胃内厌氧菌生长提供适宜的低氧环境，维持瘤胃内微生态平衡；通过减少有害菌的生长繁殖减少腹泻和预防疾病，刺激瘤胃内碳水化合物（草料）发酵39-40。枯草芽孢杆菌能够促进厌氧益生菌生长繁殖，抑制大肠杆菌、沙门氏菌等的生长，改善肠道微生物区系，利于肠道菌群41，提高有机物消化率、微生物蛋白产量以及挥发性脂肪酸含量。枯草芽孢杆菌与酵母培养物混合制剂可显著提高乳牛采食量及泌乳量42。研究表明，在奶牛泌乳中期，饲料中添加枯草芽孢杆菌制剂可使尿液含氮量显著下降，增强奶牛的细胞免疫功能，有效调控奶牛的抗氧化功能43。王卫正等44研究发现，枯草芽孢杆菌可以增加奶牛的产奶量，降低乳体细胞数，促进奶牛对饲料的消化。赵珺等45发现，在荷斯坦泌乳牛的饲料中加入不同剂量的枯草芽孢杆菌与酵母培养物混合制剂可改善奶牛乳品质。研究表明，在断奶前公犊牛奶中添加枯草芽孢杆菌，犊牛的日增重比对照组提高了26.5%，断奶日龄由57.0 d提前至49.7 d46。李靖47研究发现，在牛日粮中加入枯草芽孢杆菌可显著改善体尺参数。4存在问题目前，关于饲用枯草芽孢杆菌的研究理论和应用方面均较成熟，但仍有不足，如表达载体缺乏、质粒不稳定、蛋白质变性易错等。未来需要研究枯草芽孢杆菌的应用从早期分离鉴定、功能鉴别等基础领域逐渐转向微生物领域，如在枯草芽孢杆菌转化方面。Nadle等48依靠寄主天然的感受性和同源重组能力，开发出异源基因表达调控自动化系统，适用性较广，对基因损伤微小，极大解决了枯草芽孢杆菌剂量达不到应用需求等问题。在寻找枯草芽孢杆菌适合的表达载体方面，Ruangurai等49使用乳酸菌的天然质粒做载体，运用启动子和信号肽，实现了酶在重组枯草芽孢杆菌中的高效分泌型表达。5结论枯草芽孢杆菌已经在动物生产中广泛应用，但需要进一步探讨饲用枯草芽孢杆菌对动物生长性能、养分消化、粪便特征以及经济效益等相关因素的影响。目前研究多集中于可以替代抗生素的微生态制剂研发，因此饲用枯草芽孢杆菌作为绿色无害的新型制剂，具有广阔的应用前景。参考文献1 Dibner J J,Richards J D.Antibiotic growth 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