益生菌对猪肠道菌群的调控研究进展

刘志林 （山东省聊城市畜牧局 252000）

随着肠道微生态学的发展，人们逐渐认识到益生菌对于维持动物肠道菌群平衡发挥着重要作用。本文综述了猪肠道菌群的建立和分布、益生菌对肠道菌群的调控作用以及益生菌制剂的合理应用等问题，旨在为益生菌的研究及相关产品开发提供知识储备。

1 猪肠道菌群的建立及分布

仔猪出生时肠道内是无菌的，分娩时由于受到母体产道、粪便及环境微生物的影响，在出生后的3～4h，肠道内开始检出大肠杆菌和链球菌。兼性厌氧菌作为第一批在仔猪肠道定植的菌株，在初生24h之后，大肠杆菌和链球菌菌数达到最大值。48h仔猪肠道内开始出现可以在微氧环境中生存的乳酸杆菌；72h专性厌氧菌、拟杆菌开始在肠内定植。仔猪体内的菌群发育情况因个体差异而有所不同。其种类和数量随动物年龄、食物、宿主对细菌、细菌与细菌之间相互作用而发生变化，这种变化存在整个生命过程中，并维持动态平衡，形成正常菌群。一般认为仔猪从出生到断奶后肠道菌的组成一直在发生连续的变化，直到育肥期才趋于平衡。在育肥期猪的肠道内至少发现有30多个属、100多种细菌(顾君华和王欣，2003)。

初生仔猪胃内pH为5，几小时后降为3～4，5周时为2～3，其后相对稳定，因此耐酸菌和兼性厌氧菌为优势菌，主要为乳杆菌和链球菌。小肠液是弱碱性混浊液体，pH值为8.2～8.7，十二指肠中的胆盐能抑制其中的细菌数目，因此，十二指肠内细菌数目较少，到达空肠和回肠后数目和种类逐渐增多。在猪的空肠和回肠内容物中，以乳酸杆菌和双歧杆菌为优势菌群，其次是消化球菌、肠球菌、小梭菌和葡萄球菌。大肠pH接近中性，是猪消化道微生物活动的主要场所，其中盲肠和结肠是细菌定值最大部位，主要由厌氧菌组成，如拟杆菌以及大量的革兰氏阳性菌。严格厌氧菌包括无芽孢菌(如真杆菌、双歧杆菌、链球菌、消化链球菌、消化球菌等)和产芽孢菌(如梭菌、槌形菌等)(张名涛等，2003)，而兼性厌氧菌比厌氧菌少10～100倍，常见的兼性厌氧菌有链球菌和乳酸杆菌。

2 益生菌对猪肠道菌群的调控作用

2.1 抑制病原菌的作用

2.1.1 与病原菌竞争黏附位点和营养 黏附能力通常被认为是病原菌的一种重要的毒性因子(Firday和Falkow，1997)，致病菌与肠道黏膜表面受体结合粘附于肠道黏膜，是其定植并产生临床症状的前提条件。因此，许多益生菌可以通过与致病菌竞争肠上皮微绒毛上的脂质和蛋白质上的相同复合糖(glycoconjugate)受体来达到阻止致病菌的定植(李树鹏和赵献军，2004)。而营养的竞争发生在小肠上皮细胞，主要是由于益生菌能够抢先吸收利用小肠上皮细胞内的营养物质进行生存和繁殖，抑制有害菌在消化道的增殖。

研究表明，益生菌可以黏附于微绒毛的刷状缘和黏膜层而不被肠蠕动冲走，并且参与其与致病菌之间生存与繁殖的时空竞争、定居部位竞争以及营养竞争，限制致病菌群的生存繁殖。Jin(1996a和1996b)报道乳酸菌可竞争性地抑制病原菌对肠黏膜的粘附，从而降低病原菌对宿主的侵害。Muralidhara等(1997)给刚出生的仔猪饲喂乳酸杆菌可以减少大肠杆菌的数目，试验结果证明粪便中乳酸杆菌与大肠杆菌的比例达到1280:1，而没有饲喂乳酸杆菌组，其比例为2:1，此比例的提高可以保护动物抵抗肠致病性大肠杆菌的侵袭，预防腹泻。

2.1.2 产生抑制病原菌生长的物质 乳酸菌通过自身以及代谢产物与其它的微生物之间的相互作用，调整菌群之间的关系，维持和保证微环境中微生物群最佳优势组合以及这种组合的相对稳定。某些乳酸杆菌和链球菌可产生细菌素(bacterin)、过氧化氢、二氧化碳、有机酸等(Robinson和Tamime，1990；Mishra和Lambert，1996)，它们在体外具有抑制沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella)、葡萄球菌(Staphylococcus)、变形菌(Proteus)、假单胞菌(Pseudomonas)和大肠埃希氏菌(E.coli)属细菌生长的作用(Gilliland和Speck，1977；Ozbas和Aytae，1995)。

如乳酸乳球菌产生的Nisin细菌素可抑制链球菌、葡萄球菌及梭状芽孢杆菌的生长，嗜酸乳杆菌产生的分子量为3500的肽能抑制大肠杆菌DNA的合成，乳酸杆菌产生的细菌素可以特异性地抑制革兰阳性菌(Alakomi等，2000)等；嗜酸乳杆菌、乳酸乳杆菌等可产生过氧化氢抑制葡萄球菌(Staphylococcus)的生长繁殖，使有益菌在细菌的种间竞争中占优势。

Williams指出，在母猪日粮中添加益生菌可增加肠道内挥发性有机酸和细菌发酵终产物的产量，为母猪提供更多的能量，有助于母猪养分利用和产奶量的增加(杜晋平，2002)。张国龙等(1994)在35日龄断奶仔猪日粮中添加0.2%～0.4%的蜡样芽孢杆菌产品，粪便中大肠杆菌总数明显降低。

2.2 对肠道的营养作用

益生菌能直接产生多种营养物质如维生素、氨基酸、短链脂肪酸、促生长因子等，参与动物体的新陈代谢，有的微生物在动物体内生长繁殖时能合成核黄素、泛酸、叶酸、VBl2等B族维生素，参与机体某些重要的代谢反应。益生菌产生的挥发性脂肪酸为大肠粘膜代谢提供了能源，也使肠道pH值和氧化还原电势降低，有利于矿物质钙、铁、镁、锌等的吸收(楚渠和彭云武，2004)。

给猪饲喂益生菌后，能够使小肠粘膜皱裂增多，绒毛长度增加，黏膜隐窝加深，小肠吸收面积增大，从而更加充分的吸收和转化饲料，以提高生产性能。

2.3 免疫作用

2.3.1 益生菌与体液免疫 SIgA是黏膜体液免疫的主要效应因子，它能预防肠道蛋白酶的分解，形成黏膜上的抗体。它经肠黏膜上皮细胞释放到肠腔内与肠黏膜表面的正常菌群混合存在，其在外分泌液中以双链和四链的形式存在，具有多链性、黏膜亲和性与抵抗蛋白酶作用的特性，比单链IgA更有抗原结合力，与IgA和IgG相比，SIgA可以从空间构象上阻止病毒的附着，从而中和细菌毒素，限制细菌的繁殖，维持肠道内的正常菌群平衡，在局部抗感染过程中起关键作用(李树鹏和赵献军，2004)。当SIgA抗体分泌增强时，提高免疫识别力，并诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统，从而增强机体的免疫功能。乳酸杆菌的代谢物和整个细胞等抗原物质能通过M细胞进入PP，激活Th2细胞，产生大量的IL-5，而IL-5是有效的IgA产生因子，能激活PP生发中心的B细胞，使其转化为浆细胞，在生产Ig的过程中向IgA 转化，从而使得SIgA水平上升。

Perdigon等(1991)研究证明干酪乳杆菌能促进肠道分泌免疫球蛋白IgA，增强宿主肠黏膜的肠道黏膜反应。Lessard和Brisson(1987)给断奶仔猪饲喂乳杆菌后，接种传染性胃肠炎病毒疫苗，试验组血清中的特异性抗体IgG水平显著高于对照组。

2.3.2 益生菌与细胞免疫 研究表明，益生菌能激活肠黏膜中巨噬细胞、T细胞和NK细胞的功能，增强机体免疫应答。活性酵母能够提高免疫机能可能与其胞壁物质( 即β－葡聚糖和磷酸化甘寡糖)和胞内活性肽有关(Indegrrew，1999)，β-葡聚糖能提高动物细胞免疫能力，可能归因于添加后刺激网状内皮细胞发育，导致巨噬细胞大量增生，后者通过噬菌作用破坏微生物和抗原的入侵(Macdonald，1995)。乳酸菌能够激活巨噬细胞、B淋巴细胞和NK细胞，增加IL-1、IL-2、IL-6、IL-5，TNF-a等细胞因子的产生量。

双歧杆菌具有免疫赋活作用，能激活机体免疫系统中NK细胞和B淋巴细胞，另外还能激活机体单核巨噬细胞系统，促进巨噬细胞的吞噬和杀菌功能。其机理可能是双歧杆菌可易位进入血液循环，被单核巨噬细胞吞噬，从而激活单核巨噬细胞系统。

据报道，口服或者腹腔注射乳酸杆菌能明显提高仔猪巨噬细胞和淋巴细胞的活性，引起白细胞数和血清总蛋白(主要是球蛋白)浓度的提高，增加小肠与结肠黏膜表面抗体的生成，从而有效提高机体的抵抗能力。

3 益生菌制剂的合理应用

3.1 益生菌制剂所使用的微生物菌种及分类

我国目前允许使用的饲料级微生物菌种有15种。优良菌种需具备的条件有：（1）对动物和人体无毒、无害、安全和无副作用；（2）具有存活能力并能进行工业化规模生产；（3）经加工后活菌存活率高、稳定性好；（4）有利于促进宿主的生长发育及提高抗病能力。

目前常用的益生菌种类主要有（1）乳酸菌：乳酸菌(Lactic acid bacteria)是一类可以分解糖类产生乳酸的总称。目前已发现的这一类菌在细菌分类学上有18个属，其中有益菌以乳杆菌属、双歧杆菌属为代表，已被证实在临床上能够治疗和预防人和动物的某些肠道疾病或者起保健作用(黄庆生和王加启，2002)。（2）芽孢杆菌(Bacillus)：芽孢杆菌是一类好氧菌，在一定条件下产生芽孢。目前使用的菌株有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、东洋芽孢菌等。（3）酵母菌(yeast)：饲用酵母的种类主要有热带假丝酵母、产阮假丝酵母、啤酒酵母、红色酵母等。

3.2 益生菌制剂的安全性

益生菌安全性评价一般包括病原性、毒性、代谢活性及菌株内在特性作为指标。现在多采用无特定病原和无菌动物来研究菌株的病原性及毒性，关于益生菌代谢活性安全性研究主要集中在它们是否产生氨、胺、吲哚、苯酚、致癌亚胆酸及降解黏膜的酶类上，通过细胞凝集活性来评价细菌表面特性。

虽然目前对益生菌安全性并没有公认的解释，但综合目前对益生菌的研究对益生菌安全性可以获得如下的认识：益生菌一定不能是致病菌而且不能产生有害物质，菌株不能通过遗传修饰获得有害基因或者具有把有害基因转移的潜力(袁铁峥和姚斌，2004)。

4 小结

综上所述，益生菌制剂能够抑制肠道病原菌的生长与繁殖，从而起到保健和治疗的作用。目前，益生菌制剂已广泛应用于我国养猪生产中，然而大部分主要是益生素制剂对猪的生产性能方面的研究，而关于猪的免疫等方面的报道较少。随着分子生物学的发展，利用基因工程技术培育出高质量的菌株来提高饲喂效果以及深入研究微生态制剂对猪免疫功能的影响极其作用机制成为今后发展的重点。

[1]顾君华, 王欣. 国内外饲用微生态制剂的研究进展[J]. 中国家禽,2003, 25(6): 32-34.

[2]Firday B B and Falkow S. Common themes in microbial pathogenicity revisitied. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 1997, 61: 136-169.

[3]李树鹏, 赵献军. 益生素与机体免疫作用研究进展[J]. 家畜生态,2004, 25(4): 134-138.

[4]Jin L Z. Adhesion of Lactobacillus isolates to intestinal epithe1ial cell of chicken. Leet Appl Microbiol, 1996a, 22(3): 229.

[5]Jin L Z. Effect of adherent to the intestinal epithelial cells of chicken.Leet-aook-microbiol, 1996b, 81(2): 201-206.

[6]Muralidhara K S, et a1. Effect of feeding lactobacilli on the coliform and Lactobacillus flora of the intestinal tissue and reces from pigs. Food Prot, 1997, 40: 288-295.

[7]Robinson R K and Tamime A Y. Microbiology of fermented maks.In:Robinson RK(ed). Dairy Microbiol. 1ondon: Elsevier Science Publishers Ltd, 1990. 247-280

[8]Mishra C and Lambert. Production of anfi-microbial substances by probiotics. Asia Pacific J Clin Nutr, 1996, 5: 20-24.

[9]Gilliland S E and Speck M L. Antagonistic action of Lactobacil1us acidophilus toward intestinal and food borne pathogens in associative cultures. J Food Prot, 1977, 40: 820-823.

[10]Ozbas Z Y and Aytae S A. Behaviour of Yersinia enteroeolitica and Aeromonas hydrophila in yogurt made with probiotic bacteria Bitldobacterium infants and Lactobaeillus acidophilus. Milchwissenschaft,1995, 50: 626-629.

[11]Alakomi H L, Skytta E, Saarela M, et a1. Lactic acid permeabilizes gram-negative bacteria by disrupting the outer membrane. Appl Environ Microbiol, 2000, 66(5) :2001-2005.

[12]楚渠, 彭云武. 益生菌菌种特性及主要作用[J]. 陕西农业科学,2004(1): 65-66.

[13]Indegrrew W M. Yeast: could you have a business on this bug. In:Biotechnology in the Feed Induxtry. Nottingham University Press,Loughborough, Leics. UK. 1999, 15: 27-50.

[14]Macdonald F. Use of immunostimulants in agricultural applications[A]. In: Biotechnology in the Feed Industry[C]. Nottingham University Press, Loughborough, Leics. UK. 1995, 11: 257-267.

[15]黄庆生, 王加启. 饲料乳酸菌类益生素的作用机制和应用[J]. 动物营养学报, 2002, 4: 12-17.

[16]袁铁铮, 姚斌. 分子水平上益生菌研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2004, 24(10): 27-31.

[17]张名涛, 顾宪红等. 猪消化道微生态制剂及其调控研究进展[J].兽药与饲料添加剂, 2003, 8(2): 30-33.

[18]杜晋平. 益生素添加剂的作用机理[J]. 四川畜牧兽医, 2002, 29(11):32-33.

[19]张国龙, 李德发等.活菌制剂对断奶仔猪生产性能、氮平衡、粪中大肠杆菌及血清SOD酶活性[J]. 饲料研究, 1994, 9: 2-6.

[20]Perdigon G, et al. Immunoadjuvant activity of oral Lactobacillus casi:influence of dose in the secretory immune response and protective capacity in intestinal infections. Dairy Sci, 1991, 58: 485.

[21]Lessard M and Brisson G. Effect of Lactobacillus fermentation product on growth, immune respond and enzyme activity in weaned pigs.Anim Sci, 1987, 67: 509.