乳酸片球菌在動物生產中的研究進展

王軼男 ， 胡詩悅 ， 于龍政

(1. 延邊大學農學院 ， 吉林 延吉 133002 ； 2. 長春市動物疫病預防控制中心 ， 吉林 長春 130000)

近些年來，抗生素在養殖業中的濫用造成的副作用日趨嚴重，飼料中禁止添加抗生素日趨重要。2020年農業農村部正式實施第194號公告，標志著藥物飼料添加劑將有序退出飼料行業，有效推動我國養殖飼料的發展轉型，因此微生物飼料添加劑在飼料替代和減少抗生素使用中的重要性進一步凸顯[1]。伴隨微生物領域研究的快速發展，大量試驗研究表明，乳酸菌制劑可有效抑制腸道有害細菌的生長繁殖[2-3]，提高機體免疫功能，改善動物生長性能。

乳酸菌被稱為一類利用發酵碳水化合物產生乳酸的細菌統稱，乳酸菌可劃分為41個屬，其中具有重要科學和應用價值的乳酸菌主要是乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)、片球菌屬(Pediococcus)、肉食桿菌屬(Carnobacterium)、鏈球菌屬(Streptococcus)、氣球菌屬(Aerococcus)、腸球菌屬(Enterococcus)、酒球菌屬(Oenococcus)、四聯球菌屬(Tetragenococcus)、漫游球菌屬(Vagococcus)、魏斯氏菌屬(Weissella)和明串珠菌屬(Leuconostoc)共12個[4]。乳酸片球菌(Pediococcusacidilactici)隸屬厚壁菌門芽孢桿菌綱乳桿菌目乳桿菌科片球菌屬，呈圓球狀，分裂后一般細胞成對或者成團排列，不成鏈狀；革蘭染色呈陽性，無運動性，兼性厭氧。在MRS培養基中菌落較小，呈白色。乳酸片球菌在pH 4.2～8.0均可生長，最適生長pH為6.0～6.5，最適生長溫度為25～40 ℃，乳酸片球菌具有較高的耐鹽特性，在NaCl濃度(m/V)為9%～10%時可以生長。乳酸片球菌具有治療便秘、腹瀉、增強免疫功能、維持腸道微生態平衡和調節胃腸道菌群的功能，位列在農業農村部允許使用的菌種目錄中[5]。

1 生理功能

1.1 增強機體免疫功能 乳酸片球菌在調節免疫方面主要有2種方式：(1)乳酸菌能激活巨噬細胞的吞噬作用，由于乳酸菌能在腸道內定植，進而在腸道內繁殖與代謝，其胞外多糖能刺激腸道黏膜免疫系統的發育成熟、刺激宿主建立完備的免疫系統，提高機體的免疫力;(2)乳酸片球菌谷氨酸脫羧酶(Glutamic acid decarboxylase，GAD)是催化L-谷氨酸α-羧基進行脫羧反應生成γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid，GABA)的關鍵限速酶和唯一酶，因此GABA是乳酸片球菌的重要代謝產物之一[6]。GABA通過影響消化系統胃腸道的物理與化學感受器的敏感性，進而抑制生長抑素(Somatostain，SS)的分泌。SS有免疫抑制作用，可抑制T淋巴細胞的增殖和免疫球蛋白的合成，并且能誘導單核巨噬細胞的凋亡，從而促進分泌型免疫球蛋白(Secretory immunoglobulin A，sIgA)的分泌，提高機體抵抗力。同時，GABA是抑制性神經遞質，當與抗焦慮的腦受體結合后對其激活，阻止焦慮信號和應激信息抵達大腦，因此能夠減輕應激程度和鎮定神經，增加機體免疫力。

1.2 維持腸道菌群平衡功能 健康的腸道內生活著數十萬億的細菌，這些細菌相互依存、相互制約，呈現動態平衡狀態，構成機體內的微生態系統，成為天然的防御屏障。目前，對益生菌的作用機理有微生物優勢種群學說、生物奪氧學說、免疫調節學說和生物屏障學說[7]。其中微生物優勢種群學說主要指：當動物機體的胃腸道受到致病菌的刺激時，適當添加外源乳酸菌，外源乳酸菌進入動物腸道后可在腸道壁進行定植，并能夠產生乳酸、乙酸等有機酸，可有效抑制病原性細菌的生長繁殖，促進乳酸菌等有益菌的增殖，維持腸道微生態的平衡，從而促進動物機體恢復健康[8]。秦紅等[9]在飼糧中添加乳酸片球菌，研究發現添加乳酸片球菌可以增加空腸和回腸乳酸菌和雙歧桿菌的數量及空腸的定植抗力、降低空腸中大腸桿菌的數量。表明添加乳酸片球菌能夠促進腸道有益菌的生長，并抑制有害菌的生長，調節腸道菌群平衡，進而改善腸道微生態平衡。

1.3 產生具有抑菌活性的代謝物 乳酸菌在代謝的過程中產生細菌素，某些乳酸片球菌的菌株可以通過核糖體合成機制產生乳酸片球菌素，是具有抗菌活性的蛋白質，同時有較好的熱穩定性，對李氏桿菌等革蘭陽性菌有顯著的抑制作用[10]。乳酸片球菌素的抑制機理是，乳酸片球菌素作用于敏感菌，結合到其細胞表面，使敏感菌的細胞表面的細胞膜上形成孔洞?？锥葱纬珊髮е录毎麅鹊男》肿游镔|，如鉀離子、無機磷酸鹽等離子的流失，從而導致ATP向外泄露，最終使質子驅動力(Proton motive force，PMF)發生耗散直至喪失，而PMF的耗散又導致細胞無法繼續形成ATP能量物質，同時細胞也無法進一步吸收氨基酸等營養物質，最終使細胞無法進行能量代謝，細胞衰竭而亡，從而起到抑菌、殺菌的作用。

1.4 改善動物機體腸道形態 動物機體對營養物質消化吸收的主要場所是小腸，對營養物質的消化、吸收和轉運的作用重大[11]。腸道的黏膜上皮、固有膜和黏膜肌層共同構成了腸道黏膜。小腸的隱窩深度、腸道絨毛高度和絨毛高度/隱窩深度(VH/CD)是衡量小腸消化吸收等功能狀態的重要指標。絨毛變長，其與營養物質的接觸面積增加，有助于營養物質的吸收；隱窩變淺，反映出腸上皮細胞生成率降低，更新變慢；VH/CD值反映出小腸的功能，比值越大說明腸內膜面積大，單位面積絨毛細胞數增多，意味著小腸功能較好，消化吸收功能越強。徐基利[12]研究發現，添加乳酸菌的試驗組肉仔雞小腸絨毛長度高于對照組，隱窩深度比對照組淺。秦紅等[9]在飼糧中添加乳酸片球菌，研究發現添加乳酸片球菌可以增加十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度，十二指腸和空腸的隱窩深度變淺，十二指腸、空腸和回腸的VH/CD值增加。Joysowal等[13]在飼料中添加豬源性乳酸片球菌對育肥豬進行飼喂，研究發現，乳酸片球菌組的絨毛長度和隱窩深度均有明顯改變。這些試驗結果都表明，乳酸片球菌具有改善腸道形態的作用。

1.5 調控血清生化指標 動物血清的成分變化可在一定程度上反映出動物的機體代謝、營養情況和疾病狀況等，從而間接反映出動物的生長性能[14]。血清生化試驗可以表明動物的生理性質，與其營養和健康狀況有關。血清總蛋白(Total protein，TP)由血清白蛋白(Serum albumin，ALB)和球蛋白(Globulin，GLB)組成，能夠反映機體蛋白質的代謝水平。血清粗纖維調節素(Undulin，UN)是動物機體蛋白質代謝和氨基酸代謝的終產物，能夠反映出機體蛋白質代謝和氨基酸之間的平衡狀態。程光民等[15]研究發現，益生菌組的血清TP含量增加。Joysowal等[13]研究發現，乳酸片球菌組的血清中葡萄糖、甘油三酯和膽固醇下降，這與Dilmibouras等[16]試驗結果相似。其作用原理可能是乳酸片球菌進入機體后產生有益的代謝產物，激活酸性蛋白酶的活性，從而促進蛋白質的消化吸收；同時分泌膽酸水解酶，通過直接吸收膽固醇或者間接抑制其合成來降低膽固醇含量。

2 在動物中的應用

2.1 在豬中的應用

2.1.1 在斷奶仔豬中的應用 Giancamillo等[17]在飼料中添加乳酸片球菌對斷奶仔豬進行飼喂，觀察仔豬的腸道、淋巴細胞和生產性能，研究發現，飼喂乳酸片球菌后能夠保護仔豬的小腸黏膜，提高斷奶期的局部抗感染壓力，提高仔豬斷奶后的日平均增重。劉公言等[18]研究發現，在日糧中添加乳酸片球菌后仔豬的粗蛋白、粗纖維和磷的消化率顯著提高，大腸桿菌數量降低，平均日增重和料重比提高，仔豬腹瀉的情況改善明顯，腸道中有益微生物乳酸菌增多且腹瀉指數下降，能夠提高斷奶仔豬的腸道健康。

2.1.2 在育肥豬中的應用 Joysowal等[13]在飼料中添加豬源性乳酸片球菌對育肥豬進行飼喂，研究發現，飼喂乳酸片球菌的育肥豬生長性能顯著提高，采食量、組蛋白消化率和氮保留量顯著提高；同時，飼喂乳酸片球菌后育肥豬的血清A∶G比值、甘油三酯、膽固醇等血液生化指標也有所提高，試驗研究表明，豬源乳酸片球菌是豬較好的益生菌來源，提高育肥豬的腸道形態和健康狀況。劉輝等[14]研究發現，在育肥豬的飼料中添加乳酸片球菌，豬的糞便中乳酸菌的數量明顯升高，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數量顯著降低，豬血清中TP、GLB含量增加，試驗結果表明，乳酸片球菌能夠促進豬腸道內益生菌的增殖和提高機體蛋白質代謝水平，進而提高豬腸道微生態環境和減少動物應激刺激。

2.2 在家禽中的應用

2.2.1 在雞中的應用 Quarantelli等[19]研究發現，在飼料中添加乳酸片球菌，有助于提高蛋雞的產蛋率和產蛋總量，并降低了蛋雞的飼料轉化率。吳玙彤等[20]對蛋雞的研究發現，在飼料中添加乳酸片球菌顯著提高了平均蛋重、總蛋重和蛋雞鈣沉積率，有助于降低雞蛋的破損率。在產蛋初期表現出改善雞蛋重量、蛋黃顏色、蛋殼質量和飼料效率的潛力，在產蛋后期能夠降低蛋黃膽固醇的水平。王利紅[21]在肉雞消化道內分離篩選出乳酸片球菌，并制出菌粉添加到日糧中，研究發現乳酸片球菌可改善腸道消化酶的活性和腸道組織形態，提高肉雞生產性能。Wajda等[22]在火雞的日糧中添加乳酸片球菌，研究發現乳酸片球菌可提高飼料轉化率和肉類脂肪含量。

2.2.2 在鴨中的應用 王建設等[23]在鴨空腸內容物中分離出1株乳酸片球菌，并對菌株益生功能進行研究，發現該乳酸片球菌在pH 4.0的存活率為98.8%，表現出較好的耐酸性；在0.2%的豬膽鹽下的存活率為96.8%，表現出較好的耐膽鹽性；在60 ℃ 處理5 min后的存活率為97.3%，表現出一定的耐高溫性；對產腸毒素性大腸桿菌K88和K99具有較強的抑菌效果。該試驗獲得了抗逆性強、益生性較好且具有一定安全性的鴨源益生菌，為下一步微生態制劑產品的開發提供了重要的菌種資源。

2.3 在反芻動物中的應用 反芻動物的胃為4個胃室，瘤胃是食物進入反芻動物胃腸道內第1個接觸的“暗室”。瘤胃是一個密閉的活體發酵罐，同時也是食物消化的主要場所，因此為篩選出反芻動物胃腸道中的乳酸菌，張海威等[24]利用厭氧菌分離技術從成年牛的瘤胃中分離出1株牛瘤胃乳酸片球菌，研究發現乳酸片球菌在牛瘤胃中能夠穩定的生長繁殖，更容易在動物腸道內發揮定植益生作用。同時具有良好的耐鹽能力和一定的生物學活性，有利于今后牛瘤胃微生態制劑的研制和牛瘤胃微生物發酵過程的控制。

此外，乳酸片球菌在反芻動物飼料中也有重要的應用。程光民等[8,15]在全株青貯玉米中添加乳酸片球菌與尿素混合添加劑飼喂杜泊綿羊，研究發現混合添加的日糧可提高杜泊綿羊的平均日增重、胴體重、屠宰率、凈肉率和肌肉中的賴氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、精氨酸，有助于營養物質的消化吸收和利用，提升羊肉品質。

2.4 在水產中的應用 近年來，隨著水產品需求量的增加，水產養殖在畜牧業中占比逐漸提高，水產養殖業發展突飛猛進，乳酸片球菌被廣泛應用于水產品生產中。郭本月[25]在加州鱸魚腸道篩選出的乳酸片球菌能有效解決水產養殖水體亞硝態氮較高的問題，改善環境水質，減少水產養殖動物病害發生的機率，同時改善機體消化道微環境，總抗氧化力以及血清中的超氧化物歧化酶、堿性磷酸酶、酸性磷酸酶活力分別提高了148.7%、45.8%、107.3%和13.0%，從而提高機體的免疫力和抵抗力，促進水產動物生長。趙士力等[26]研究發現，乳酸片球菌改善南美白對蝦養殖水體，提高存活率。Ferguson等[27]采用變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)技術研究乳酸片球菌對羅非魚腸道菌群的影響時發現，補充乳酸片球菌幾周后能成功定植在胃腸道內，調節胃腸道菌群平衡，增強羅非魚非特異性免疫能力。Castex等[28]研究發現，飼喂乳酸片球菌能有效避免狐菌病毒的影響，可提高的抗氧化防御能力和降低氧化應激水平，從而提高機體免疫力。

2.5 在其他動物中的應用 隨著寵物經濟的蓬勃發展，寵物跨區域運輸售賣日趨常態化，因此運輸應激成為幼犬收購的常見問題。王春鳳[29]在未斷奶幼犬糞便中分離出乳酸片球菌，通過給斷奶幼犬連續飼喂8周后發現，該菌可降低幼犬料重比達到30.93%，提高機體消化率，從而提升幼犬的生長性能；增加十二指腸和空腸的隱窩深度，表明乳酸片球菌可加大腸道與食物接觸面積，提高機體消化率；提高血清抗氧化能力和消化能力，有效緩解幼犬運輸中產生的食欲不振、腹瀉等應激反應，提前恢復幼犬正常采食量，減少運輸應激的經濟損失，為后續開發治療運輸應激犬用微生態制劑提供基礎。

3 展望

目前，利用乳酸菌制劑添加到畜牧養殖飼料中的研究報道逐年增加，將乳酸菌制劑加入動物飼料喂食動物后，其可在動物體內進行有效定植、生長和繁殖，可以競爭生態位點，抑制病原菌的生長，保持動物腸道內微生態菌群平衡，起到維持機體健康的作用。乳酸片球菌因具有無污染、無殘留等優勢，可代替或減少抗生素的應用，保證了肉制品的食品安全。在畜牧業中，合理使用乳酸片球菌，能提高畜禽的生產性能、免疫能力、維持腸道平衡和產生抑菌活性代謝物，在未來畜牧業中應用廣泛[30-31]。今后，乳酸片球菌作為抗生素替代物應用到動物時，可主要研究兩方面的內容：一是不同品種動物間或者同一品種動物的不同階段對乳酸片球菌的反應效果不同，多種益生菌復合或者基因工程重組乳酸菌，可能更好地發生益生作用[32-33]；二是乳酸片球菌的作用機理仍需更深入的研究。隨著畜牧業和科技的發展，乳酸片球菌應用前景廣闊，將會帶來更優的生態效益和經濟效益。