枯草芽孢桿菌作用機制及其在養殖業中的應用研究進展

王利賓，孫利娜（河北省獻縣農業局，河北　滄州　062250）

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枯草芽孢桿菌作用機制及其在養殖業中的應用研究進展

王利賓，孫利娜
（河北省獻縣農業局，河北滄州062250）

摘要：枯草芽孢桿菌作為一種廣泛存在的益生菌，具有提高動物生產性能、免疫力等重要功能。目前已廣泛應用于養殖業中。文章對枯草芽孢桿菌作用機制及在養殖業中的應用進展進行了簡要綜述。

關鍵詞：枯草芽孢桿菌；作用機制；養殖業；進展

近年來，我國養殖業面臨著日益嚴峻的食品安全問題，傳統的抗生素雖然在治療動物疾病、促進動物生長方面具有巨大的優勢，但由于其降解慢、易產生耐藥性等缺陷而飽受詬病，在養殖業中受到了越來越多的限制[1]。中國是世界上最大的抗生素生產國和消費國。根據2012年美國《科學》雜志報道，中國年產抗生素達21萬t，2013年德國科學家發表了一份共同聲明，其中提到限制抗生素在獸醫獸藥中的使用，在這種背景下尋找安全綠色的抗生素替代品成為當前研究的熱點[2]。微生態制劑由于其無殘留、無耐藥性、顯著提高飼料報酬等優點而受到了越來越多研究者的重視，具有廣闊的應用前景?？莶菅挎邨U菌作為眾多微生態制劑中的一種，由于其兼具提高動物生產性能和防御疾病等多重功能，顯示出巨大經濟效益。早在1996年，枯草芽孢桿菌就作為我國農業部正式批準的6種生物獸藥之一投入工廠化生產。本文就枯草芽孢桿菌的作用機理及其在提高動物生產性能中的應用研究進展進行綜述。

1　枯草芽孢桿菌

人類研究和應用枯草芽孢桿菌可以追溯到100多年前，1835年，Ehrenberg發現并命名了枯草芽孢桿菌“Vibrio subtilis”。1872年，Cohn建立了第一個細菌分類系統，將枯草芽孢桿菌重新命名為“Ba?cillus subtilis”，并使用至今[3-4]?？莶菅挎邨U菌作為芽孢桿菌屬的一種，呈革蘭氏陽性，直徑0.6～ 1.0 μm，長1.5～2.0 μm，芽孢中生，橢圓，孢囊不膨大，瓊脂平板上37℃培養36 h形成的菌落為圓形，直徑3.0～10.0 mm，淡黃色，中間色深，表面平整不光滑，無光澤，邊緣不整齊[5]。枯草芽孢桿菌以孢子狀態存在，具有耐高溫、耐酸堿和耐擠壓等特性，穩定性極好。冉崇銀等研究表明，枯草芽孢桿菌120℃下能存活20 min，在100℃下2 min損失5%～10%，可以在pH 2.2～7.0范圍內擁有較高的存活率[6]。因其具有良好的穩定性使得枯草芽孢桿菌在畜牧生產中具有巨大的應用前景。

2　枯草芽孢桿菌作用機制

2.1改善腸道環境

畜禽腸道內良好的微生物環境對畜禽全身機能都具有重要的促進作用。枯草芽孢桿菌是以芽孢形式存在的，穩定性好，容易在動物腸道內存活，這是其發揮改善腸道平衡功能的重要前提。關于改善腸道平衡的機理有兩種：一種認為枯草芽孢桿菌作為需氧菌，定植到動物腸道后，大量繁殖，消耗腸道內游離氧，創造一種有利于無害厭氧菌生長的腸道環境，同時抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌群生長，有學者稱此為“微生物奪氧說”；第二種觀點認為枯草芽孢桿菌自身具有抑制有害菌生長，促進其他腸道益生菌生長的功能?？莶菅挎邨U菌定植到腸道內后，可以阻止病原菌與腸道黏膜受體黏附，防止條件致病菌的擴散，同時促進了益生菌的大量繁殖。這兩種觀點在原因上有所差別，但在結論上是一致的，均指出枯草芽孢桿菌在動物腸道內具有抑制致病菌生長和促進有益菌生長的雙重功能。關于這方面的研究報道已經有很多。翟玲等在日糧中添加枯草芽孢桿菌，結果發現，日糧中添加枯草芽孢桿菌可以使肉雞空腸內容物中需氧菌總數和大腸桿菌數分別下降10.94%和13.20%，芽孢桿菌和乳酸菌數量分別提高了10.64%和14.57%[7]。潘康成等研究發現，飼喂枯草芽孢桿菌后的肉雞十二指腸、空腸、回腸、盲腸的菌群條帶顯著多于對照組（P<0.05），飼喂枯草芽孢桿菌后肉雞腸道菌群增加[8]。

2.2促進營養吸收

畜禽養殖的一個關鍵指標是動物對營養物質的吸收利用程度，這直接決定著養殖成本和效益?？莶菅挎邨U菌可以促進動物對營養物質的吸收利用率，目前這方面的機理有兩種觀點。一種觀點認為枯草芽孢桿菌具有產生多種酶類的特性。例如，枯草芽孢桿菌可以分泌產生纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果膠酶、木聚糖酶等，這些酶可以幫助動物有效降解非淀粉多糖及其他復雜化合物[9-10]。另一種觀點認為枯草芽孢桿菌在動物腸道內可以合成許多營養物質。例如，枯草芽孢桿菌可以合成維生素、氨基酸、蛋白質、多肽、促進蛋白質、纖維素、淀粉、鈣等營養物質?？莶菅挎邨U菌在生長繁殖過程中產生的有機酸能有效激活蛋白酶的活性，提高飼料利用率[11]。

2.3提高動物免疫力

枯草芽孢桿菌作為一種益生菌添加到飼料中可增強機體免疫功能?？莶菅挎邨U菌的芽孢被攝入動物體內后，在小腸激活Th2細胞產生細胞因子，繼而激活B細胞，激發IgA、IgG、IgM等體液免疫，通過淋巴細胞再循環活化全身免疫系統，從而增強機體的免疫功能。此外，枯草芽孢桿菌的芽孢還能激活Th1細胞，激活效應性T細胞并產生細胞因子，促進巨噬細胞和樹突狀細胞的吞噬，從而發揮免疫效應。Selvam等研究表明，枯草芽孢桿菌分泌的表面活性劑能抑制炎癥反應的關鍵酶-磷脂酶A2，進而改善結腸炎的炎癥反應等[12]。

3　枯草芽孢桿菌在養殖中的應用

3.1禽類

家禽具有出欄快、養殖密度高等特點，從而加劇了疾病發生率，最終使得大量抗生素在家禽養殖中使用。近幾年，關于枯草芽孢桿菌代替抗生素在禽類中應用的研究報道較多，主要集中在枯草芽孢桿菌對促進雞、鴨生產性能、增強免疫力等影響上。

周立強等在黃羽肉雞日糧試驗中分別添加枯草芽孢桿菌制劑0.1、0.15、0.2 g·kg-1（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組，活菌數為108cfu·g-1），Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組日增重分別提高了49.03%、46.39%和37.04%；各試驗組飼料報酬均有所提高，但差異不顯著（P>0.05）；各試驗組可極顯著提高粗蛋白質的代謝率（P<0.01），粗脂肪、鈣、磷及表觀代謝能的代謝率均有提高，試驗Ⅲ組極顯著提高黃羽肉雞對鈣、磷的吸收利用率（P<0.01），并且試驗Ⅲ組粗蛋白質、粗脂肪的代謝率最高[13]。李衛芬等分別在肉雞基礎日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑0.25、0.50、0.75 g·kg-1（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組，活菌數為108cfu·g-1），結果表明，與對照組相比，Ⅱ和Ⅲ組肉雞的日增重有所提高，但差異不顯著（P>0.05），Ⅳ組日增重顯著提高6.86%（P<0.05）；處理組空腸黏膜中總抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、維生素C和黃嘌呤氧化酶（XOD）含量顯著高于對照組（P<0.05），丙二醛（MDA）水平顯著降低（P<0.05）；與對照組相比，盲腸和回腸黏膜中細胞因子IL-2、IL-4、IL-10和TNF-α含量均極顯著提高（P<0.01）[15]。邢月騰等在肉鴨對照Ⅰ組中添加賴氨酸0.15%，對照Ⅱ組（抗生素組）中添加金霉素150 mg·kg-1，試驗Ⅰ、Ⅱ組日糧中分別添加枯草芽孢桿菌PL83 5.0× 108、5.0×1010cfu·g-1，研究結果發現，添加枯草芽孢桿菌PL83的促生長及抗病效果優于添加賴氨酸的效果；添加高劑量枯草芽孢桿菌PL83（5.0×1010cfu·g-1）的效果優于添加抗生素的效果?？莶菅挎邨U菌PL83有助于氨基酸的平衡，提高抗應激及抗氧化能力[15]。宋俊峰等在肉鴨基礎日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑300～500 g·t-1，結果表明，在飼料中添加枯草芽孢桿菌可降低肉鴨料肉比0.06～0.07、肉鴨藥費成本0.08～0.30元·只-1，提高肉鴨生長速度和育成率，改善養殖環境[16]。

3.2畜類

當前家畜養殖面臨著抗生素濫用、效益不佳、環境污染等問題，許多學者嘗試將枯草芽孢桿菌應用于家畜養殖中，取得較好的效果。

陳旭東等、朱五文等和張靈啟等報道，仔豬日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑后可顯著提高斷奶仔豬的生長性能（P<0.05）[17-19]。唐偉研究了枯草芽孢桿菌對生長豬的影響，結果發現，與對照組相比，添加枯草芽孢桿菌試驗組采食量提高2.17%，日增重提高17.8%，料肉比降低3.36%[20]。黃雪泉研究了枯草芽孢桿菌對仔豬生產性能的影響，在對照組基礎日糧中添加金霉素0.01%，試驗組在基礎日糧中分別添加枯草芽孢桿菌0.01%、0.05%、0.1%，結果發現，添加芽孢桿菌各組均比抗生素組在日增重上有顯著提高（P<0.05），腹瀉率降低，枯草芽孢桿菌對仔豬的生產性能具有較好的效果，可以完全替代金霉素[21]。張海濤等研究了日糧中添加納豆枯草芽孢桿菌對斷奶前犢牛生長性能的影響，結果發現，斷奶前犢牛增重較對照組提高26.5%，開食料的日采量下降11.9%，顯著提高了犢牛的斷奶日齡（P<0.05）[22]。王振華研究了高產枯草芽孢桿菌對奶牛生產性能的影響，結果發現，添加枯草芽孢桿菌組的泌乳量相比對照組均有20%～27%的提高，脂肪下降3.21%，乳蛋白增加1.40%。說明枯草芽孢桿菌制劑不僅可以提高泌乳牛的產奶量，還可以減少乳脂率降低和提高乳蛋白的含量[23]。

3.3水產

在水產養殖中，水質的好壞直接決定了水產養殖的成敗。目前我國養殖主要以靜水為主，池塘老化嚴重，水體自我凈化能力較差，傳統的投放化學試劑會帶來新的污染，微生態制劑成為未來發展的方向?？莶菅挎邨U菌由于其分解轉化能力強，無污染，還兼具促進水生動物消化、提高免疫力等優點而廣受研究者關注。

王文娟等研究了飼料中添加不同水平的枯草芽孢桿菌對羅非魚生長、飼料系數和部分免疫指標的影響，生長試驗結束后，注射嗜水氣單胞菌進行攻毒試驗，觀察魚死亡情況，計算成活率，結果發現，枯草芽孢桿菌對羅非魚生長起到一定的促進作用，其原因可能是枯草芽孢桿菌對羅非魚腸道微生態環境的改善及枯草芽孢桿菌在腸道內生長繁殖中的有益分泌；同時還可以提高魚體的抗病力，其原因可能是活菌對羅非魚的免疫刺激作用，也可能是通過改善腸道微生態環境從而間接增強羅非魚免疫力[24]。沈斌乾等在青魚飼料中分別添加不同劑量的枯草芽孢桿菌，結果發現，飼料中添加枯草芽孢桿菌的試驗組青魚魚體終重和增重較未添加組顯著提高（P<0.05），而飼料系數則顯著降低（P<0.05）[25]。潘康成等將一種以枯草芽孢桿菌及其代謝產物為主要保健成分的微生態制劑應用在南美白對蝦育苗上，結果發現，在水體中潑灑枯草芽孢桿菌微生態制劑能顯著提高對蝦育苗成活率（P<0.05），降低病死率（P<0.05），試驗組的平均成活率比對照組提高了31.05%，兩組間差異極顯著（P<0.01）[26]。

4　問題及對策

4.1存在的問題

枯草芽孢桿菌作為一種綠色、高效的有益微生物，已經在畜禽水產養殖業中得到了廣泛的應用，但在實際生產中還存在以下問題，制約著其較好地發揮作用：目前使用的多是自然培養的枯草芽孢桿菌，受環境影響較大，活力低，持續時間短；目前對枯草芽孢桿菌的利用較為粗放，缺乏針對性，不同動物、不同飼料種類對枯草芽孢桿菌的最終效果都會有影響；對枯草芽孢桿菌的作用機理研究還不太透徹，目前的研究報道多限于對其功能效果上的開發。

4.2對策

利用現代生物工程技術，諸如負載、微膠囊化等手段對枯草芽孢桿菌進行改良，提高其在加工、貯存、利用過程中的穩定性，較好的滿足畜禽生產的要求；根據不同動物、不同生長階段、不同飼料組成，進一步篩選出適合各自需要、穩定性好、功能強大的菌種；對枯草芽孢桿菌在動物體內的作用機理進行深入研究，尤其是關于枯草芽孢桿菌合成消化酶、刺激機體的免疫防御、應答、有關反應的分子機制方面，這些機制的進一步研究將為人類更好的利用枯草芽孢桿菌創造理論條件。

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Research Progress of BacillusSubtilisAction Mechanism and Application in Breeding Industry

WANG Libin, SUN Lina
（Xian Country Agricultural Bureau of Hebei Province, Cangzhou 062250, Hebei China）

Abstract:As a widely existing probiotics, bacillus subtilis can improve animal performance, immunity and oth?er important functions, it has been widely used in aquaculture now. This paper reviewed the progress of Bacillus subtil?is action mechanism and application in aquaculture.

Key words:bacillus subtilis; action mechanism; breading industry; progress

作者簡介：王利賓（1984-），男，河北邢臺人，碩士，中級畜牧師，主要從事畜禽養殖技術推廣和飼料新資源的開發利用。

收稿日期：2014-12-29

中圖分類號：S816.7

文獻標志碼：A

文章編號：1001-0084（2015）01-0035-04