復合微生物在畜禽養殖中的應用與發展前景

李兆龍 劉金林 陳新福 李東婭 羅錦義 黃耿光

（1.福建省農業科學院畜牧獸醫研究所 福州 350013；2.龍巖市農業學校 福建龍巖 364000；3.龍巖市瑞豐養殖有限公司 福建上杭 364200；4.泉州華惠生物科技有限公司 福建泉州 362000；5.南平市農業學校 福建南平 354200）

微生物的種類繁多，功能強大，不僅促進了人類的健康和發展，同時也推動了農業的發展。作為農業中的畜牧業，近幾年，受抗生素的濫用和超級耐藥菌影響，畜牧業生產和我國食品安全存在極大隱患。國家這兩年逐漸加強抗生素使用的管控， 出臺了系列抗生素添加和使用禁令。 為了保障畜牧業的健康生產和食品安全，充分利用微生物自身的作用，開發出健康高效的復合微生物菌劑， 成為當前我國畜牧業生產的一個發展方向。 為了讓更多人了解微生物的特點及功能作用， 同時讓更多人使用微生物來保障生產的健康發展，有必要把微生物的一些特點、發展及應用前景作簡要的概述， 以便更多的養殖戶能更好地選擇微生物菌劑來保障畜牧業的健康生產與發展。

1 微生物的概述

1.1 微生物的定義 微生物主要是指個體較小、單個細胞或個體結構簡單的多細胞、 甚至無細胞結構的低等生物的簡稱。它們通常肉眼難以看清，需要借助光學顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察到（但有些微生物是肉眼可以看見的， 如屬于真菌的蘑菇、 靈芝等）[1-2]。 它包括立克次氏體、支原體、衣原體細菌、細菌、病毒、真菌、放線菌、螺旋體和少數藻類等（見圖1）。

圖1 微生物示意圖

1.2 微生物的分類 微生物種類較多，包括原核生物的細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體，還有無細胞結構的病毒、類病毒、擬病毒等，此外，還包括真核生物的酵母菌和霉菌，單細胞藻類、原生動物等。 根據界來分類，可分為六類。（1）原核生物界（Monera）：放線菌、細菌等；（2）原生生物界（Protista）：原生動物、藻類和粘菌等；（3）真菌界（Fungi）：酵母、霉菌；（4）病毒界（virus）：指病毒及亞病毒；（5）動物界（Animalia）：指不具細胞壁、可運動、不進行光合作用的一類微生物；（6）植物界（Plantae）：指具有細胞壁、不運動、可進行光合作用的一類微生物[3]。

2 微生物的功能

人類與微生物處于一種動態平衡狀態。 在人體體表、人體及其外部交流的通道中存在大量微生物，如口腔、眼結膜、鼻腔、咽喉腔、泌尿生殖道和腸道等，其中有些微生物是長期寄居，當機體防御功能正常時，這些寄居菌對機體沒有傷害，我們把它稱為正常菌群或正常微生物群。 正常菌群數量巨大，約1014 個，其組成相對固定，也常定居在身體的某些部位，并成為身體的一部分。 除正常菌群外，還有過路菌群， 又稱外來菌群， 由致病性或潛在致病菌組成，可在短時間內大量繁殖，引起疾病[4-5]。

正常菌群有許多重要的生理功能：（1）菌群之間存在相互拮抗作用： 正常菌群在人體某一特定部位粘附、定植和繁殖，形成一層菌膜屏障。 通過拮抗作用，抑制并排斥過路菌群的入侵和群集，調整機體與微生物之間的相對平衡狀態，保持機體的健康發展。當拮抗被破壞，機體與微生物間的平衡失去，機體就容易出現紊亂，最終機體產生一系列的反應。 （2）參與機體的免疫調節： 不管分布在消化道還是呼吸道系統的微生物，或者是體表及體內的臟器微生物，都參與了機體免疫調節。（3）對營養物質的消化吸收功能：機體內的正常微生物，如芽孢菌、雙岐桿菌、乳酸桿菌、 腸菌等能合成多種人體和動物生長發育必需的維生素和微量元素，如B 族維生素、維生素K 等，并參與機體的物質代謝。（4）促進機體排泄毒物的功能：大部分的正常菌群，都能夠使腸道過多的革蘭氏陰性桿菌下降到正常水平，減少內毒素的吸收。 （5）抗腫瘤和抗癌癥的功能：體內微生物的代謝產物，一方面能夠通過激活體內的免疫系統，增加細胞免疫，抵抗腫瘤和癌癥的發生發展，同時它還能降解、清除體內的致癌因子等。 （6）抗衰老作用：人和動物體內有益菌能刺激體內產生的免疫相關物質， 進而協助機體及時清除體內的自由基，產生SOD（超氧化物歧化酶），最終緩解人體或動物在退化過程中過多自由基而加速老化的能力等[6]。

機體與微生物之間的動態平衡稱為微生態平衡， 這是機體保持正常的關鍵。 因為這個平衡是相對和動態的，因此，經常會受不同因素的影響，影響因素有外環境因素，也有內環境因素[7]。

3 微生物對人類健康的應用研究

3.1 微生物與人類健康相關的疾病

3.1.1 微生物與傳染性疾病 很多的傳染性疾病都是由微生物所引起，如病毒性疾病、細菌性疾病、真菌性疾病等。 大部分時間，菌群相對平衡，當平衡破壞后，就出現部分菌群的過分增殖而致的發病狀態。例如之前的研究證實，長期以來，抗生素給藥與艱難梭菌感染發展之間成正相關[8]。

3.1.2 微生物與腸道炎癥 不同于微生物在感染性疾病中的相互作用， 微生物群可以干擾一種典型的微生物病原體。 在炎癥性腸病（IBD）和潰瘍性結腸炎中，沒有任何經典的病原體被明確的識別出來。多項研究表明，有和沒有患IBD 的人群的腸道微生物群有差異[9]。 因此，IBD 確實是一種與微生物群有關的疾病，因為宿主和微生物，以及通過它們的相互作用而產生的環境，在這種情況下都發生了改變。

3.1.3 微生物與肥胖和代謝性疾病 腸道內的微生物群與宿主之間的復雜代謝相互作用， 具有里程碑意義的研究表明，在人類和老鼠的疾病模型中，肥胖與腸道微生物群之間存在著聯系。 微生物群可以影響腸道對營養物質的處理。 微生物產生的代謝產物（如短鏈脂肪酸和膽汁酸）可以影響重要的代謝調節肽的表達，如胰高血糖素樣肽[10]。最近的研究已經開始揭示出一些微生物群能夠影響宿主能量代謝的機制。其他的研究表明，調節宿主飲食對腸道菌群有影響。建立一個復雜的系統，通過該系統微生物內在的和外部的聯系可以改變宿主的新陳代謝。 一項有趣的研究引起了人們的廣泛關注， 那就是對微生物的無意改變（如抗生素給藥）如何破壞正常的微生物群平衡并導致代謝綜合征和肥胖癥的發展[11-12]。

3.1.4 微生物與心血管疾病的相關性 最近的工作已經研究了微生物的代謝對其它器官系統的影響。一個重要的例子是研究了氧化三甲胺（TMAO）代謝的作用[13-14]，該物質被用來預測心血管疾病的發病風險。膳食膽堿被腸道微生物群代謝，從而產生氧化三甲胺并調節微生物群， 然后增加動脈粥樣硬化的風險。這項工作提供了一種潛在的機制，通過這種機制，可以解釋某些飲食習慣與特定健康狀況（如心血管疾病）之間的聯系[15]。

3.1.5 微生物與肺部疾病的相關性 有些微生物群落在呼吸道的特定疾病狀態中存在， 在生物學上也很重要。人們早就知道，許多囊性纖維化的病人長期被致病的微生物所感染，最近，研究人員在這些患者的肺中發現包含一個比以前人們所認識到的更加多樣化的微生物群落。 這一發現對于肺病和囊性纖維化的發病機理的重要性仍有待進一步確定， 許多早期的研究都顯示哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD）與微生物關聯性而非因果關系[16-18]。

3.2 微生物在人類健康保障中的應用 眾所周知，我們現在臨床使用的抗生素有許多都是源自微生物的代謝產物，如青霉素就是青霉菌（屬真菌類）的代謝產物。此外，我們也應用一系列的微生物來制造維生素、輔酶、ATP 等藥物。在日常生活中，人們常接觸的酒類、醋類、醬油類、各種腌制品等，都是通過微生物發酵而來的。 近幾年，隨著科技的進步，不斷有研究結果證明，微生物與疾病的相關性。 因此，很多科研單位和醫院出現了各種應用微生物的治療方法。如微生態平衡療法， 它是指促進正常微生物與宿主及環境構成的微生態失調轉變為正常平衡的醫療措施，其中包括兩大措施：（1）應用抗菌藥物的生態療法， 即用對致病菌敏感的抗生素有選擇性地殺滅或抑制致病菌，防止內源性感染。 （2）應用微生態調節劑的生態療法， 微生態調節劑包括益生菌及其代謝產物和生長促進因子等，采用微生態療法，特別是在胃腸系統菌群失衡治療中獲得了成功[19]。

4 微生物在畜牧業生產中的應用

4.1 復合微生物的添加在畜禽養殖業中的應用

4.1.1 豬 此前很多研究結果證實， 在生豬養殖過程中添加一定比例的微生物， 能夠有效促進斷乳仔豬消化吸收和增強免疫力， 同時對育肥豬的飼料轉化率有明顯的提升[20]。也有很多研究表明，育肥豬中添加0.1%復合微生物，可以明顯提高育肥豬的生長速度，縮短育肥豬出欄期，大大節省了養殖成本，提高了養殖效益。 此外，有部分研究證實，使用微生物添加劑明顯增強機體的抵抗力，降低死淘率[21]。

4.1.2 反芻動物 復合微生物除了在生豬養殖產業中添加使用外，也常見于反芻動物的養殖生產中。它對幼齡反芻動物和成年反芻動物的營養消化吸收有積極的促進作用。有研究結果表明，在反芻動物的日糧中添加一定量的復合微生物， 可以明顯促進機體對營養的吸收，改善動物的生長，提高養殖效益。 趙華等[22]研究表明，添加復合微生物的飼料飼喂泌乳牛，乳牛平均日產標準乳比對照組提升11.4%。余淼等[23]采用食品工業廢棄物發酵制成的生物飼料添加到肉牛飼料中，血液生化和免疫指標結果表明，它可顯著提高總蛋白、 白蛋白、IgA、IgG、IgM 的含量，降低谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶的活性， 提高機體的抗氧化性。 楊寶珠[24]將添加了EM 菌的飼料飼喂肉牛，發現肉牛的日增重提高約30%， 有效提高了養殖效益。

4.1.3 家禽 肉雞的日糧中添加復合微生物， 可以有效減少抗生素和抗菌藥的使用，改善肉質。孫汝江等[25]將固態復合微生物添加到蛋雞日糧中，明顯增加雞的產蛋量，并且產蛋率也顯著提升。 此外，它對蛋的品質也有明顯的提升， 主要表現在蛋黃顏色有明顯改善。 閆理東等[26]在肉仔雞日糧中添加復合微生物，可明顯提高肉仔雞的平均日增重、采食量、肉料比，提高養殖效益。在火雞飼料中添喂芽孢桿菌后發現，嗉囊和盲腸中的芽孢桿菌數量顯著增加。高登文等[27]研究表明，在蛋雞日常飲用水中添加光合細菌后，明顯提高了蛋雞的蛋白高度、哈氏單位和蛋殼強度。王俊峰等[28]研究表明，用復合微生物飼喂愛拔益加肉雞42 d 后，試驗組前期耗料量、料重比及全期采食量極顯著低于對照組。

4.2 復合微生物的添加在生產和應用中存在的問題

4.2.1 生產中存在的問題 復合微生物是一個相對較新的行業， 對于微生物生產過程中的各個加工工藝的標準化和規范化非常重要。 因為復合微生物的發酵過程是相對動態平衡，稍有不慎，就可能導致產品變化，最終影響臨床使用。目前主要的問題還是我國微生物的發酵技術、設備和專業人才還相對落后，對于復合微生物的添加還沒有形成一定技術規范和生產過程管理監督制度，導致市場上產品多樣，批次不一致，使用效果不佳。 此外，因為環境中存在大量微生物， 復合微生物在生產過程中也容易受到外界環境污染，生產出來的產品存在一定的安全隱患。因此，需要規范行業的生產規范制度，建立相應的監管機構，對復合微生物的產品質量進行統一把控，保障行業不斷發展。

4.2.2 應用中存在的問題 復合微生物在應用過程中存在的問題主要體現在復合微生物的添加可能打破機體的腸道微生態平衡，如乳酸桿菌添加過量，很容易引起臨床感染。因為微生物的平衡是相對的，過多和過少都會破壞這個平衡，最終引起機體發病。此外，從免疫學的角度出發，復合微生物中的微生物和次級代謝產物對動物體都是抗原， 動物為抵抗這種抗原勢必會產生相應的抗體， 動物產生抗體要消耗大量的能量和蛋白質，這對機體有一定的副作用。除此之外， 復合微生物在應用過程中因為有地理位置差異和種屬差異，不同地區、不同種類的畜禽，其養殖效果有很大差異。 如何選取適應當地的微生物種群，對發酵底物進行發酵，是當前研究的重要方向。因此， 復合微生物的生產和應用還應結合動物營養學、動物生理學等相關學科，開發出安全、能夠有效提升養殖效益的產品，保障行業可持續發展。

5 小 結

我國是一個農業大國， 畜禽養殖業在我國國民經濟中占據著重要比例。 同時，我國人口眾多，也是畜牧業產品的消費大國， 如何為國民提供健康安全的食品， 是當前我國政府及相關部門必須重視的問題。特別是近兩年食品安全事故頻發、抗生素在畜牧業生產中濫用現象頻繁。 如何降低抗生素的使用同時又保障畜牧生產的健康發展是一個相對棘手的問題。而作為新興的復合微生物添加劑，因為可以有效降低飼料原料中的抗營養因子、 抑制動物腸道有害病原菌的繁殖、減少養殖行業抗生素的使用、可有效提高養殖效益，改善養殖業對環境的損害，業已成為一個綠色發展方向。此外，近些年國家對環保問題持續重視， 復合微生物在畜禽養殖業中添加應用將更加廣泛。 當然，當前復合微生物技術還不是很完善，很多人還不是有很高的使用意識，加工成本較高，原理機制的發現還需一定的過程。因此，除了加大對微生物作用原理的研究， 要將復合微生物的生產與動物營養學、動物生理學等相關學科結合，篩選一些功能性強、適應性強的菌株，選擇合理的科學配方，才能不斷滿足市場需求，提高養殖效益。 此外，還要在生產工藝上增加研發投入，開發一些規模化、自動化程度高的發酵設備。