2株丁酸梭菌益生特性的比較研究

何光勝，付 彪，徐 詩，趙述淼，梁運祥，胡遠亮，

(1.廣東楊興農業集團有限公司，廣東 湛江 524100；2.華中農業大學 農業微生物學國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；3.湖北師范大學 生命科學學院食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室，湖北 黃石 435002)

丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)是嚴格厭氧的革蘭氏陽性內生芽胞桿菌，菌落形狀不規則，呈奶白色圓形，菌體形態直線或彎曲狀，中間部分略有突出，周圍有鞭毛，能運動，端圓，細胞直徑(0.6～1.2)×(3.0～7.0)μm[1].1933年日本科學家宮入近智首次發現丁酸梭菌，1935年成功從人體糞便中分離得到[2]。

研究表明丁酸梭菌生長代謝產生一系列短鏈脂肪酸，這不僅對腸道內的致病菌具有抑制作用，還能促進雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌的生長，有益于腸道健康[3～4]。丁酸梭菌可用于調節腸道微生態平衡，防治動物細菌性腹瀉，且丁酸梭菌產芽胞，與非芽胞類微生物相比其性能更加穩定，耐儲存，展現良好的應用前景，因此相關研究備受關注[5]。丁梭梭菌的腸道耐受能力與益生特性是重要的評價指標。本文通過比較2株丁酸梭菌的特性，為益生菌的篩選與評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum) M1、Q1，大腸桿菌(Escherichiacoli)K88和金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)由華中農業大學農業微生物國家重點實驗室提供。

梭菌增殖培養基(RCM培養基)：酵母浸膏3 g，牛肉浸膏10 g，胰蛋白胨 10 g，葡萄糖5 g，可溶性淀粉1 g，氯化鈉5 g，三水合乙酸鈉3 g，半胱氨酸鹽酸鹽0.5 g，0.5%美藍0.2 mL，蒸餾水1 000 mL，配制固體培養基以1.5%～2.0%加入瓊脂，調節pH至7.1 ± 0.1，115°C、20 min滅菌備用。

LB培養基：酵母浸粉5 g，胰蛋白胨10 g，氯化鈉10 g，蒸餾水1 000 mL，配制固體培養基以1.5%～2.0%加入瓊脂， 調pH至 7.2～7.4，121°C、15 min滅菌。

1.2 丁酸梭菌活化

將保藏的菌種分別接至RCM液體培養基中，37°C靜置厭氧培養48 h，水浴80°C、10 min，取0.1 mL轉接至9.9 mL RCM液體培養基試管中，37°C靜置厭氧培養16 h.

1.3 生長曲線和pH曲線的測定

取25支裝有9.9 mL RCM的液體培養基試管，分別吸取活化菌株0.1 mL，37°C厭氧培養。每隔2 h，分別測OD650值和pH值，每次取3支重復試管，以時間為橫坐標繪制生長曲線和pH曲線。

1.4 耐人工胃液能力

配制人工胃液調至pH3.0，滅菌備用。取1 mL活化的菌液，離心洗滌芽胞懸液，接種至9 mL人工胃液中，37°C靜置培養，每組3個重復，定期采樣，用試管法檢測活菌數量，計算存活率。

試管計數法：取1 mL丁酸梭菌發酵液，進行梯度稀釋。18 mm的試管倒入15 mL滅菌的RCM半固體培養基(0.6%瓊脂粉)，當溫度降低到55°C左右，取100 μL稀釋液，加入到半固體培養基中，混合均勻，并加入2～3 mL石蠟密封，培養37°C、16 h，取出計數。

1.5 耐豬膽鹽能力

取1 mL活化的菌液，離心洗滌芽胞懸液接種于含0.1%、0.3%和0.5%豬膽鹽的9 mL RCM液體培養基中，37°C靜置培養，每組3個重復，3 h后分別用試管計數法檢測活菌數量，計算存活率。

1.6 耐藥性實驗

分別取0.1 mL活化菌液接種至含抗生素的RCM培養基中，每組3個重復，置37°C厭氧培養24 h，觀察生長情況。

1.7 腸道致病菌體外拮抗實驗

致病菌活化：將豬大腸桿菌K88、金黃色葡萄球菌甘油管分別轉接于LB斜面培養基，置于37°C培養48 h后，取一環菌接種于9.9 mL RCM液體培養基中，厭氧靜置培養16 h.

單獨培養：取13支裝有9.9 mL的RCM液體培養基，取0.1 mL活化好的致病菌液接種到試管中，置于37°C靜置培養，定期采樣，測定活菌數和pH值。

丁酸梭菌和致病菌混合培養：取13只裝有9.8 mL RCM液體培養基試管，各取0.1 mL活化好的丁酸梭菌和致病菌菌液接種到試管中，置于37°C靜止厭氧培養，定期采樣，測定活菌數和pH值，并與單獨培養時的測量值對比。

致病菌計數采用梯度稀釋平板計數法，選用LB平板， 37°C培養48 h，進行計數。由于丁酸梭菌是嚴格厭氧菌，在有氧情況下無法長出，因此計算結果為致病菌菌數。

2 結果與分析

2.1 生長曲線和pH曲線的測定

由圖1可知，2株丁酸梭菌的生長趨勢大致相同，均在0～10 h生長平緩，處于遲緩期，12～16 h生長旺盛，吸光值快速上升，處于對數期，16 h后生物量趨于平穩，處于穩定期。M1的最終生物量比Q1略高；2株丁酸梭菌的pH變化趨勢也大致相同，最終pH均在4.5左右，這是由于丁酸梭菌在發酵過程中產生丁酸和乙酸等有機酸，導致對數期pH迅速下降。

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圖1 丁酸梭菌M1(A)和Q1(B)生長曲線和pH曲線

2.2 耐人工胃液能力

丁酸梭菌進入腸道內發揮作用首先必須耐受低pH值的胃液環境，人體胃液pH通常在3.0左右，食物在胃內停留的時間為1～3 h.由表1可以看到，2株菌對pH 3.0的人工胃液的耐受能力有一定差別，將0 h的丁酸梭菌活菌數定義為100%，3 h后菌株M1存活率仍在80%以上，菌株Q1存活率僅為21.4%.

表1 丁酸梭菌對pH 3.0人工胃液的耐受性

2.3 耐豬膽鹽能力

丁酸梭菌通過胃液進入小腸，它能在腸道中存活并發揮作用，必須具有一定的膽鹽耐受能力，人體腸道膽鹽濃度一般為0.03%～0.3%.從表2知，豬膽鹽濃度越高，丁酸梭菌存活率越低， 0.3%的豬膽鹽濃度下，存活率均為10%以上，表明這2株菌對豬膽鹽的耐受能力良好，菌株M1比菌株Q1的膽鹽耐受能力強。

表2 丁酸梭菌對不同豬膽鹽濃度的耐受性

2.4 耐藥性

由表3可知，丁酸梭菌Q1和M1對常見抗生素的耐受性大致相同，均對氨芐青霉素敏感，對紅霉素耐受能力較差，對氯霉素、慶大霉素和卡那霉素耐受能力較強。

表3 丁酸梭菌對抗生素耐受性

注：“+++”生長良好，“++”生長一般，“+”生長，“-”不生長。

2.5 對腸道致病菌體外拮抗能力

分別將2菌株與金黃色葡萄球菌混合培養， 16 h后金黃色葡萄球菌數量明顯低于單獨培養，數量差距達到2個數量級，說明這兩個菌株都能抑制金黃色葡萄球菌的生長(圖2)。金黃色葡萄球菌在生長過程中不產酸性物質，而丁酸梭菌產丁酸和乙酸等有機酸，這使得混合培養時的pH值降低，從而抑制金黃色葡萄球菌的生長。分別將2菌株與大腸桿菌K88混合培養，24 h后大腸桿菌K88數量明顯低于單獨培養，數量差距達到2個數量級，說明這2個菌株都能顯著抑制大腸桿菌K88的生長由(圖3)。

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圖2 丁酸梭菌對金黃色葡萄球菌的拮抗作用

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圖3 丁酸梭菌對大腸桿菌K88的拮抗作用

3 討論

本文對2株丁酸梭菌Q1和M1的益生特性進行了分析，研究發現2株菌生長性能和抗藥性相近，但耐胃酸、耐膽鹽能力有一定的差別。丁酸梭菌M1與Q1在pH 3.0人工模擬胃液中保持3 h，存活率分別為87.6%、21.4%，在0.5%豬膽鹽濃度培養基中保持3 h，存活率分別為11.0%、8.1%.丁酸梭菌B1在pH 2.0的人工模擬胃液中3 h后存活率在90%以上，在0.5%豬膽鹽濃度培養基中3 h后存活率在30%以上[6]。丁酸梭菌ZJUCB在pH 2.0的人工模擬胃液中3 h后存活率為25%左右，在0.5%豬膽鹽濃度培養基中3 h后存活率在60%以上[7]。這些結果說明，不同的丁酸梭菌，耐胃酸、耐膽鹽能力有較大差別，即使被鑒定是丁酸梭菌，也不一定具備飼料添加劑應用前景，耐胃酸和耐膽鹽能力應作為評價飼用丁酸梭菌的重要指標。

研究發現，2株丁酸梭菌都能夠顯著抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌K88的生長，與單獨培養病原菌相比，混合培養時金黃色葡萄球菌與大腸桿菌K88數量明顯下降。曹廣添等[8]體外研究表明，丁酸梭菌對大腸桿菌、沙門氏菌等致病菌具有抑制作用，對乳酸桿菌和雙歧桿菌有促進作用。目前，丁酸梭菌抑制某些致病菌的作用機理至今仍不明確，大部分學者認為是丁酸梭菌代謝產生的酸性物質降低了pH，從而抑制病原微生物的生長[9]。丁酸梭菌抑制病原菌生長及作用機理，應通過動物實驗進行深入研究。

本文通過比較2株丁酸梭菌的益生特性，發現不同菌株性質差別較大，丁酸梭菌M1具有更好的應用前景。本實驗為益生菌的篩選和評價提供參考。