認(rèn)識(shí)枯草芽孢桿菌
枯草芽孢桿菌，是芽孢桿菌屬的一種。單個(gè)細(xì)胞 0.7～0.8×2～3微米，著色均勻。無(wú)莢膜，周生鞭毛，能運(yùn)動(dòng)。革蘭氏陽(yáng)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(zhǎng)時(shí)，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(jī)物中，易在枯草浸汁中繁殖，故而得名。
美國(guó)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(shí)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。枯草芽孢桿菌是于1989年被美國(guó)藥物管理局批準(zhǔn)使用的，2006年時(shí)我國(guó)農(nóng)業(yè)部予以批準(zhǔn)使用。
枯草芽孢桿菌的作用機(jī)理
1.調(diào)整腸道微生態(tài)平衡
腸道微生態(tài)平衡是指動(dòng)物腸道中的正常微生物群落在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成的各個(gè)細(xì)菌成員種類和數(shù)量的動(dòng)態(tài)平衡。在微生態(tài)系統(tǒng)中，優(yōu)勢(shì)種群對(duì)整個(gè)微生物群有明顯的控制作用，一旦優(yōu)勢(shì)種群改變，就會(huì)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(guò)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(dòng)物腸道內(nèi)優(yōu)勢(shì)種群幾乎全是厭氧型，而需氧型和兼性厭氧型細(xì)菌很少?？莶菅挎邨U菌可以通過(guò)消耗胃腸道內(nèi)的氧氣維持微生態(tài)平衡。這是因?yàn)榭莶菅挎邨U菌是需氧菌，當(dāng)它進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，會(huì)快速繁殖消耗掉局部氧氣，造成厭氧環(huán)境，促進(jìn)體內(nèi)乳酸菌、雙歧桿菌等腸道優(yōu)勢(shì)菌的生長(zhǎng)繁殖，防止需氧有害菌的入侵定植。
機(jī)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(jī)制，即正常菌群的平衡。在機(jī)體的皮膚、黏膜或其他生物膜樣結(jié)構(gòu)的表面，長(zhǎng)期、有序地定植著一些微生物，它們能有效地防止外來(lái)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(xì)菌對(duì)宿主有益或有害作用而劃分的兩大類菌群。有益菌通過(guò)與病原菌競(jìng)爭(zhēng)定植位點(diǎn)，占據(jù)腸粘膜表面，形成對(duì)機(jī)體起防御作用的生物學(xué)屏障，它可通過(guò)細(xì)胞代謝阻止病原菌的入侵和定植，減少病原菌對(duì)宿主的侵害。有益菌還可通過(guò)產(chǎn)生細(xì)菌素、降低腸道pH等方式抑制病原菌的生長(zhǎng)，如乳酸菌可產(chǎn)生乳酸鏈球菌肽抗菌，并能產(chǎn)生有機(jī)酸降低消化道內(nèi)酸度，從而抑制家禽病原體的生長(zhǎng)，并能促進(jìn)飼料的消化吸收。細(xì)菌素是由某些細(xì)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(xì)菌素聯(lián)合使用，擴(kuò)大其抑菌范圍。研究表明，枯草芽孢桿菌在代謝過(guò)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(dòng)物腸道內(nèi)的pH下降，抑制有害菌生長(zhǎng)繁殖，減少有害菌對(duì)腸粘膜的破壞，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)Ca、P、維生素D的吸收和利用。
2.增強(qiáng)機(jī)體免疫力
正常菌群能夠促進(jìn)免疫器官的形成，研究發(fā)現(xiàn)無(wú)菌動(dòng)物的淋巴組織發(fā)育不全，淋巴細(xì)胞功能低下，漿細(xì)胞形成受阻，免疫記憶時(shí)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(guò)自身成分激活宿主免疫細(xì)胞，作為非特異免疫調(diào)節(jié)因子，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞和體液細(xì)胞的活性，提高宿主非特異性免疫機(jī)能，有效增強(qiáng)機(jī)體免疫力。益生菌能夠刺激動(dòng)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(jī)能。
芽孢桿菌能通過(guò)分泌抑菌物質(zhì)、激活免疫細(xì)胞等方式增強(qiáng)機(jī)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(xì)菌素、抗菌蛋白質(zhì)及蛋白酶的抑菌活性較強(qiáng)，枯草芽孢桿菌也可以通過(guò)與病原菌競(jìng)爭(zhēng)粘附位點(diǎn)和降低腸道pH、造成腸道厭氧環(huán)境來(lái)減少病原菌對(duì)宿主細(xì)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(jìn)機(jī)體攝入營(yíng)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(qiáng)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(qiáng)的脂肪酶活性，可降解動(dòng)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(qiáng)胃腸蠕動(dòng)，降低腸道pH值，抑制大腸桿菌等有害菌的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)促進(jìn)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(qiáng)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(jī)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(dòng)物，能夠提高消化道的酶活，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)營(yíng)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(dòng)物腸道中，會(huì)引發(fā)動(dòng)物胃腸道感染?？莶菅挎邨U菌不僅可以通過(guò)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(duì)生長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致機(jī)體微生態(tài)失調(diào)，有害菌分解蛋白質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生氨、胺等有害物質(zhì)?？莶菅挎邨U菌可通過(guò)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(xì)胞可以更好的吸收營(yíng)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(huì)降低家禽排泄物作為肥料的價(jià)值，氨排放到空氣中還會(huì)對(duì)動(dòng)物體的健康和生產(chǎn)有消極的影響。
枯草芽孢桿菌在動(dòng)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(dòng)物、單胃動(dòng)物及水產(chǎn)動(dòng)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(qiáng)抗病能力，有效防治仔豬斷奶時(shí)的腹瀉，并能提高飼料利用率，提高生長(zhǎng)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(zhǎng)和肥育階段對(duì)豬的健康狀況和生產(chǎn)力的影響，試驗(yàn)表明，處理組的豬的發(fā)病率和死亡率均低于對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)性能沒(méi)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(duì)照組相比，試驗(yàn)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(yàn)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(qiáng)免疫性能，提高成活率，提高飼料報(bào)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(duì)肉雞生長(zhǎng)性能和酮體微生物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組的雞在42日齡時(shí)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(duì)照組中所有選取檢測(cè)的雞都顯示沙門氏菌陽(yáng)性，而試驗(yàn)組僅有一小半顯示陽(yáng)性。這說(shuō)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(zhǎng)性能，并可能有助于減少雞場(chǎng)病原體。Samanya等給肉雞飼喂納豆芽孢桿菌后發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)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(méi)有顯著改變，試驗(yàn)組肉雞的腸道組織學(xué)形態(tài)，如絨毛高度、細(xì)胞面積和細(xì)胞有絲分裂相比于對(duì)照組都有了很大程度的改善，這可能是因?yàn)檠睗舛鹊慕档图せ盍四c道功能。U.Santoso 等研究了干燥的枯草芽孢桿菌制劑對(duì)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(chǔ)設(shè)施的氨氣含量，并能降低雞糞中氨氣釋放量，而對(duì)糞中的總氮、尿素氮、氨氮的含量沒(méi)有影響；1%的枯草芽孢桿菌提高了蛋雞對(duì)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(yàn)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(guò)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(dòng)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(jìn)行發(fā)酵，在不改變發(fā)酵類型的基礎(chǔ)上對(duì)瘤胃的發(fā)酵有明顯的促進(jìn)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(dòng)物的飼料利用率，并增強(qiáng)機(jī)體的抵抗力，達(dá)到促生長(zhǎng)和抗病二合一的作用效果。于萍等研究表明，在犢牛開(kāi)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(jìn)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(yàn)組的飼料利用率有了顯著提高。周振峰報(bào)道稱，在試驗(yàn)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(duì)照組相比，試驗(yàn)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(duì)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(shí)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組的羊羔死亡率降低了5.3%，試驗(yàn)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(duì)照組。
4.在水產(chǎn)動(dòng)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(dòng)物，微生態(tài)制劑不僅可以對(duì)動(dòng)物所生長(zhǎng)的水環(huán)境發(fā)揮作用，還可以在被動(dòng)物攝取后作用于動(dòng)物機(jī)體?？莶菅挎邨U菌可以通過(guò)改變宿主腸道菌群來(lái)提高宿主生長(zhǎng)和消化能力，通過(guò)刺激免疫器官的發(fā)育增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，并能通過(guò)硝化作用將水中的氨氧化成硝酸來(lái)改善水質(zhì)。張克強(qiáng)等將芽孢桿菌發(fā)酵后投入養(yǎng)殖水體中，通過(guò)對(duì)養(yǎng)殖水體中各項(xiàng)水質(zhì)因子進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，NH3-N、NO2-N、COD等污染物的存留量?jī)H是試驗(yàn)前的3.03%、12.22%、26.34%，說(shuō)明了芽孢桿菌發(fā)酵液對(duì)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(duì)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(xì)菌尤其是弧菌的生長(zhǎng)，卻能促進(jìn)底泥異養(yǎng)細(xì)菌以及弧菌的生長(zhǎng)，對(duì)藻類的繁殖有促進(jìn)作用，能夠抑制致病菌的繁殖，間接促進(jìn)蝦的生長(zhǎng)。Rengpipat等研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌能有效的激活對(duì)蝦淋巴細(xì)胞的吞噬功能，提高對(duì)蝦細(xì)胞和體液免疫能力，將對(duì)蝦暴露在具有致病性的弧菌后，飼喂芽孢桿菌組的對(duì)蝦成活率顯著提高。由此可見(jiàn)，在水產(chǎn)動(dòng)物飼料中添加芽孢桿菌，可以改善水質(zhì)，減少水體中和動(dòng)物體內(nèi)的有害菌，防治動(dòng)物疾病。
此外，芽孢桿菌應(yīng)用于水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖，還能增強(qiáng)其消化酶的活性，改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能。沈斌乾在青魚(yú)飼料中添加枯草芽孢桿菌后發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組青魚(yú)的腸淀粉酶、腸蛋白酶、胰蛋白酶活性均比對(duì)照組顯著升高，且試驗(yàn)組的青魚(yú)魚(yú)體終重和魚(yú)體增重比對(duì)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(qiáng)了異育銀鯽體內(nèi)消化酶的活性，加強(qiáng)了魚(yú)對(duì)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(duì)蝦飼料中補(bǔ)充枯草芽孢桿菌能顯著促進(jìn)蝦的生長(zhǎng)，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(duì)蝦功能性飼料的一員。
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