認識枯草芽孢桿菌
枯草芽孢桿菌，是芽孢桿菌屬的一種。單個細胞 0.7～0.8×2～3微米，著色均勻。無莢膜，周生鞭毛，能運動。革蘭氏陽性菌，芽孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，橢圓到柱狀，位于菌體中央或稍偏，芽孢形成后菌體不膨大。菌落表面粗糙不透明，污白色或微黃色，在液體培養(yǎng)基中生長時，常形成皺醭。好氧菌，可利用蛋白質(zhì)、多種糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚，廣泛分布在土壤及腐敗的有機物中，易在枯草浸汁中繁殖，故而得名。
美國食品和藥物管理局在1950年允許將抗生素添加到飼料中，之后抗生素即被作為添加劑廣泛使用。隨著時間的推移由抗生素引起的各種弊端和危害日益明顯，因此益生菌作為抗生素的替代品之一在飼料加工業(yè)和畜牧養(yǎng)殖業(yè)中也越趨重要?？莶菅挎邨U菌是于1989年被美國藥物管理局批準使用的，2006年時我國農(nóng)業(yè)部予以批準使用。
枯草芽孢桿菌的作用機理
1.調(diào)整腸道微生態(tài)平衡
腸道微生態(tài)平衡是指動物腸道中的正常微生物群落在長期進化中形成的各個細菌成員種類和數(shù)量的動態(tài)平衡。在微生態(tài)系統(tǒng)中，優(yōu)勢種群對整個微生物群有明顯的控制作用，一旦優(yōu)勢種群改變，就會導(dǎo)致菌群失調(diào)，從而引發(fā)微生態(tài)失調(diào)。微生態(tài)制劑可通過生物奪氧理論和生物屏障理論調(diào)整腸道微生態(tài)平衡。正常情況下，動物腸道內(nèi)優(yōu)勢種群幾乎全是厭氧型，而需氧型和兼性厭氧型細菌很少?？莶菅挎邨U菌可以通過消耗胃腸道內(nèi)的氧氣維持微生態(tài)平衡。這是因為枯草芽孢桿菌是需氧菌，當(dāng)它進入動物體內(nèi)，會快速繁殖消耗掉局部氧氣，造成厭氧環(huán)境，促進體內(nèi)乳酸菌、雙歧桿菌等腸道優(yōu)勢菌的生長繁殖，防止需氧有害菌的入侵定植。
機體抵抗致病因子的侵入，除了皮膚和管腔壁粘膜的屏障作用和腺體分泌物的殺菌稀釋作用外，還有一種特殊的防御機制，即正常菌群的平衡。在機體的皮膚、黏膜或其他生物膜樣結(jié)構(gòu)的表面，長期、有序地定植著一些微生物，它們能有效地防止外來致病菌的侵入。有益菌群和有害菌群通常是人們根據(jù)腸道細菌對宿主有益或有害作用而劃分的兩大類菌群。有益菌通過與病原菌競爭定植位點，占據(jù)腸粘膜表面，形成對機體起防御作用的生物學(xué)屏障，它可通過細胞代謝阻止病原菌的入侵和定植，減少病原菌對宿主的侵害。有益菌還可通過產(chǎn)生細菌素、降低腸道pH等方式抑制病原菌的生長，如乳酸菌可產(chǎn)生乳酸鏈球菌肽抗菌，并能產(chǎn)生有機酸降低消化道內(nèi)酸度，從而抑制家禽病原體的生長，并能促進飼料的消化吸收。細菌素是由某些細菌產(chǎn)生的一種多肽類抗生代謝產(chǎn)物，抑菌譜較窄，生產(chǎn)上多將幾種細菌素聯(lián)合使用，擴大其抑菌范圍。研究表明，枯草芽孢桿菌在代謝過程中可以產(chǎn)生蛋白類、肽類抗菌物，可以抑制或殺死腸道致病菌，維持腸道微生態(tài)平衡，保持腸道健康。此外，枯草芽孢桿菌代謝產(chǎn)生的乳酸還能使動物腸道內(nèi)的pH下降，抑制有害菌生長繁殖，減少有害菌對腸粘膜的破壞，促進動物對Ca、P、維生素D的吸收和利用。
2.增強機體免疫力
正常菌群能夠促進免疫器官的形成，研究發(fā)現(xiàn)無菌動物的淋巴組織發(fā)育不全，淋巴細胞功能低下，漿細胞形成受阻，免疫記憶時間縮短。而微生態(tài)制劑可以建立腸道非免疫調(diào)節(jié)屏障，其中包括增加腸粘膜的通透性和平衡腸道微生態(tài)菌群。此外，微生態(tài)制劑還可通過自身成分激活宿主免疫細胞，作為非特異免疫調(diào)節(jié)因子，增強巨噬細胞和體液細胞的活性，提高宿主非特異性免疫機能，有效增強機體免疫力。益生菌能夠刺激動物產(chǎn)生干擾素，提高腸道免疫球蛋白濃度，從而減輕腸道炎性反應(yīng)，改善腸粘膜功能，穩(wěn)定腸道，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)機能。
芽孢桿菌能通過分泌抑菌物質(zhì)、激活免疫細胞等方式增強機體免疫力。大量研究表明，枯草芽孢桿菌分泌的胞外抗菌物質(zhì)，如細菌素、抗菌蛋白質(zhì)及蛋白酶的抑菌活性較強，枯草芽孢桿菌也可以通過與病原菌競爭粘附位點和降低腸道pH、造成腸道厭氧環(huán)境來減少病原菌對宿主細胞的感染。
3.產(chǎn)生有益代謝產(chǎn)物
枯草芽孢桿菌可以在體內(nèi)產(chǎn)生多種消化酶，這些消化酶可以與體內(nèi)的酶協(xié)同，共同促進機體攝入營養(yǎng)成分的消化吸收，提高飼料的轉(zhuǎn)化率。芽孢桿菌具有很強的淀粉酶活性，可降解植物飼料中的某些抗?fàn)I養(yǎng)因子和難降解的碳水化合物；還具有較強的脂肪酶活性，可降解動物飼料中的甘油三酯。
芽孢桿菌產(chǎn)生的多種揮發(fā)性脂肪酸可以加強胃腸蠕動，降低腸道pH值，抑制大腸桿菌等有害菌的生長繁殖，同時促進飼料中鈣、鐵、鋅等礦物元素的吸收。
枯草芽孢桿菌自身就能合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等酶類，增強消化道內(nèi)酶類的活性，并且產(chǎn)生分解植物中較難降解的有機物的酶，如果聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等。在枯草芽孢桿菌中存在植酸酶的基因。用芽孢桿菌制成的微生態(tài)制劑飼喂動物，能夠提高消化道的酶活，促進動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。
4.改善環(huán)境衛(wèi)生
脲酶廣泛存在于動物腸道中，會引發(fā)動物胃腸道感染?？莶菅挎邨U菌不僅可以通過產(chǎn)生的枯草菌素減弱脲酶活性，防止其將脲分解為氨和二氧化碳或者碳酸銨，還可產(chǎn)生氨基氧化酶等酶類，從而降低消化道內(nèi)氨濃度和血液中血氨濃度，削弱高濃度氨對生長的影響，并降低糞便中尿素分解產(chǎn)生的氨等有害氣體濃度減少有害氣體的釋放。
大腸桿菌等有害菌的增多，會導(dǎo)致機體微生態(tài)失調(diào)，有害菌分解蛋白質(zhì)時會產(chǎn)生氨、胺等有害物質(zhì)?？莶菅挎邨U菌可通過生物奪氧理論和生物屏障作用顯著降低一些有害菌的數(shù)量，從而恢復(fù)微生態(tài)平衡，減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生，從而使得腸道內(nèi)氨含量降低，腸上皮細胞可以更好的吸收營養(yǎng)物質(zhì)。新鮮的家禽排泄物中，70%左右的氮是以尿素和尿酸的形式存在，但是，尿素和尿酸中的氮轉(zhuǎn)化為氨氣，會降低家禽排泄物作為肥料的價值，氨排放到空氣中還會對動物體的健康和生產(chǎn)有消極的影響。
枯草芽孢桿菌在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
枯草芽孢桿菌在養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用遍及反芻動物、單胃動物及水產(chǎn)動物領(lǐng)域。
1.在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用
研究表明，在豬飼料中添加枯草芽孢桿菌可以減少豬腸道內(nèi)有害菌的定植，增強抗病能力，有效防治仔豬斷奶時的腹瀉，并能提高飼料利用率，提高生長性能。Alexopoulos 等用含有地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌孢子的復(fù)合微生態(tài)制劑飼喂豬，研究其在豬的斷奶、生長和肥育階段對豬的健康狀況和生產(chǎn)力的影響，試驗表明，處理組的豬的發(fā)病率和死亡率均低于對照組，主要由大腸桿菌引起的斷奶后的腹瀉率也降低，豬的體重、飼料利用率和酮體品質(zhì)都顯著高于對照組，中、高劑量組的效果更加明顯。Alexopoulos 等還將上述復(fù)合微生態(tài)制劑以1.28×106 CFU/g的含量添加到哺乳期母豬飼料中，發(fā)現(xiàn)其可以提高母豬的飼料消耗，降低母豬因哺乳而造成的體重下降，還可以提高母豬血清膽固醇和總脂含量，母豬乳脂和乳蛋白含量也有所提高。Xiaohua Guo等將枯草芽孢桿菌MA139以2.2×105、2.2×106、2.2×107 CFU/g三種不同含量飼喂仔豬，研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌添加組與對照組比能提高仔豬日增重，顯著提高飼料轉(zhuǎn)化率，與飼喂抗生素組的豬的生長性能沒有顯著差異。飼喂含量為2.2×105 CFU/g枯草芽孢桿菌組的豬的糞便中的乳桿菌數(shù)顯著提高，大腸桿菌數(shù)顯著降低。李興華在給哺乳仔豬飼喂枯草芽孢桿菌添加劑后發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，試驗組平均日增重顯著增加、腹瀉指數(shù)顯著降低，血清中總蛋白、球蛋白和堿性磷酸酶含量顯著提高，糞樣中的乳酸桿菌與雙歧桿菌數(shù)量顯著提高，大腸桿菌數(shù)量顯著降低。
2.在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用
大量試驗證明，在禽飼料中添加枯草芽孢桿菌能改善腸道健康，顯著提高生產(chǎn)性能，改善產(chǎn)品品質(zhì)，增強免疫性能，提高成活率，提高飼料報酬，減少糞臭味。Fritts 等在1日齡的肉仔雞飼糧中添加30 g/ton 枯草芽孢桿菌C-3102 ，研究其對肉雞生長性能和酮體微生物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗組的雞在42日齡時雞體重和21～42日齡期間的飼料轉(zhuǎn)化率都有了顯著提高（P＜0.05），雞胴體中的菌落總數(shù)，大腸菌群（非大腸桿菌）和空腸菌群都有了顯著降低（P＜0.05）。對照組中所有選取檢測的雞都顯示沙門氏菌陽性，而試驗組僅有一小半顯示陽性。這說明了在家禽飼料中添加枯草芽孢桿菌可以替代抗生素提高其生長性能，并可能有助于減少雞場病原體。Samanya等給肉雞飼喂納豆芽孢桿菌后發(fā)現(xiàn)，試驗組的飼料效率顯著提高，血氨濃度顯著降低，血糖濃度，腸道內(nèi)容物中的淀粉酶、脂肪酶活性沒有顯著改變，試驗組肉雞的腸道組織學(xué)形態(tài)，如絨毛高度、細胞面積和細胞有絲分裂相比于對照組都有了很大程度的改善，這可能是因為血氨濃度的降低激活了腸道功能。U.Santoso 等研究了干燥的枯草芽孢桿菌制劑對雞舍氨氣含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2%的枯草芽孢桿菌制劑能極顯著降低雞舍和雞糞存儲設(shè)施的氨氣含量，并能降低雞糞中氨氣釋放量，而對糞中的總氮、尿素氮、氨氮的含量沒有影響；1%的枯草芽孢桿菌提高了蛋雞對氮的利用率，降低了血清尿素氮的含量。C L Xu等研究發(fā)現(xiàn)，500 mg/kg干燥的枯草芽孢桿菌制劑能顯著改善羅曼褐殼蛋雞的產(chǎn)蛋率、耗料量和飼料轉(zhuǎn)化率，除此之外，試驗組的蛋殼厚度、蛋黃顏色、哈氏單位都有顯著提高，蛋黃膽固醇含量顯著降低，然而，添加過多劑量的枯草芽孢桿菌卻不能改善蛋雞的生產(chǎn)性能。
3.在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
枯草芽孢桿菌可以跟瘤胃微生物一起，根據(jù)飼料類型進行發(fā)酵，在不改變發(fā)酵類型的基礎(chǔ)上對瘤胃的發(fā)酵有明顯的促進作用。它能利用生物耗氧作用和降低腸道pH值，平衡消化道內(nèi)的微生態(tài)系統(tǒng)，提高動物的飼料利用率，并增強機體的抵抗力，達到促生長和抗病二合一的作用效果。于萍等研究表明，在犢牛開食料中添加納豆枯草芽孢桿菌有助于增加瘤胃球菌的數(shù)量，促進犢牛瘤胃中微生物區(qū)系的建立。Folmer 等用蘇云金芽孢桿菌飼喂奶牛，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗組的飼料利用率有了顯著提高。周振峰報道稱，在試驗各組奶牛精料中分別添加地衣芽孢桿菌1×109 CFU/kg、2×109 CFU/kg、3×109 CFU/kg后，結(jié)果顯示，與對照組相比，試驗組產(chǎn)奶量分別有所提高，其中添加量為2×109 CFU/kg組的差異最為顯著，乳脂和乳蛋白含量相比于對照組也均有所提高。Kritas 等用含枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌的復(fù)合微生態(tài)制劑飼喂羊羔和哺乳期母羊時發(fā)現(xiàn)，試驗組的羊羔死亡率降低了5.3%，試驗組母羊的日產(chǎn)奶量、乳蛋白以及乳脂肪含量都顯著高于對照組。
4.在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
當(dāng)將含有微生態(tài)制劑的飼料投入到水中飼喂水產(chǎn)動物，微生態(tài)制劑不僅可以對動物所生長的水環(huán)境發(fā)揮作用，還可以在被動物攝取后作用于動物機體?？莶菅挎邨U菌可以通過改變宿主腸道菌群來提高宿主生長和消化能力，通過刺激免疫器官的發(fā)育增強機體免疫功能，并能通過硝化作用將水中的氨氧化成硝酸來改善水質(zhì)。張克強等將芽孢桿菌發(fā)酵后投入養(yǎng)殖水體中，通過對養(yǎng)殖水體中各項水質(zhì)因子進行檢測發(fā)現(xiàn)，NH3-N、NO2-N、COD等污染物的存留量僅是試驗前的3.03%、12.22%、26.34%，說明了芽孢桿菌發(fā)酵液對養(yǎng)殖水質(zhì)具有顯著改善作用。李卓佳等研究了芽孢桿菌對于蝦池水質(zhì)的調(diào)控作用，結(jié)果表明，芽孢桿菌能夠抑制水體異氧細菌尤其是弧菌的生長，卻能促進底泥異養(yǎng)細菌以及弧菌的生長，對藻類的繁殖有促進作用，能夠抑制致病菌的繁殖，間接促進蝦的生長。Rengpipat等研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌能有效的激活對蝦淋巴細胞的吞噬功能，提高對蝦細胞和體液免疫能力，將對蝦暴露在具有致病性的弧菌后，飼喂芽孢桿菌組的對蝦成活率顯著提高。由此可見，在水產(chǎn)動物飼料中添加芽孢桿菌，可以改善水質(zhì)，減少水體中和動物體內(nèi)的有害菌，防治動物疾病。
此外，芽孢桿菌應(yīng)用于水產(chǎn)動物養(yǎng)殖，還能增強其消化酶的活性，改善動物生長性能。沈斌乾在青魚飼料中添加枯草芽孢桿菌后發(fā)現(xiàn)，試驗組青魚的腸淀粉酶、腸蛋白酶、胰蛋白酶活性均比對照組顯著升高，且試驗組的青魚魚體終重和魚體增重比對照組顯著提高，而飼料系數(shù)則顯著降低。劉波等研究表明，添加地衣芽孢桿菌顯著增強了異育銀鯽體內(nèi)消化酶的活性，加強了魚對干物質(zhì)、粗蛋白、磷等礦物元素的消化吸收，提高了餌料利用率。Olmos發(fā)現(xiàn)在南美白對蝦飼料中補充枯草芽孢桿菌能顯著促進蝦的生長，提高飼料轉(zhuǎn)化率，建議選擇優(yōu)良的枯草芽孢桿菌菌株作為制作南美白對蝦功能性飼料的一員。
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