酪酸梭菌的作用机理及其在动物生产中的应用

北京农学院动物科学技术学院 刘亭婷

首 都 师 范 大 学 王晓霞

酪酸梭菌也被称为丁酸梭菌，在细菌学分类上属于梭菌属，菌体为直或微弯，孢子圆形或椭圆形，内生芽孢，对外界环境有较强的抵抗力，耐酸、耐高温高湿。酪酸梭菌作为微生态饲用添加剂克服了双歧杆菌、乳酸杆菌等微生物制剂制粒过程生物活性降低、室温存活率低、胃酸通过率低等缺陷，具有防治消化道疾病、降低幼畜禽死亡率、提高饲料报酬、促进动物生长、提高机体免疫力等作用。本文综述了酪酸梭菌的作用机理及其在动物生产中的应用和存在的问题。

1 酪酸梭菌的作用机理

1.1 维持肠道微平衡 正常状况下动物肠道内的微生物群保持相对平衡的稳定状态，对动物的生长发育和抗御疾病具有十分重要的意义。当菌群失调时，则会导致动物生产性能下降和各种疾病的产生。酪酸梭菌能够分泌低聚糖酶，把多糖降解为低聚糖，促进肠道内有益菌群的繁殖和成长，快速恢复菌群平衡；酪酸梭菌与其他菌一起培养时，酪酸梭菌能够产生具有某些生物活性的成分，特别是培养液中含有能促进双歧杆菌发育的因子，使得酪酸梭菌能与双歧杆菌、乳酸菌、粪杆菌等肠道有益菌共生，并促进其发育（Kuroiwa等，1990）。酪酸梭菌能产生丁酸、乳酸等短链脂肪酸，抑制大肠杆菌、葡萄球菌等多种肠道有害菌，起到拮抗的作用；在离体培养基中生长，酪酸梭菌能够分离纯化得到一种抑制和杀灭某些梭状芽孢杆菌的蛋白——酪酸梭菌素，但关于其分子结构、作用机制和抗菌谱等尚不十分清楚（Clarke 等，1982）。

1.2 提供营养物质 酪酸梭菌在动物体内定植生长，能产生多种酶，这些酶不仅对细菌本身很重要，也为宿主带来很多益处。其产生的α-淀粉酶、β-淀粉酶、蛋白酶、脂酶、纤维素酶、半纤维素酶等，能促进动物对多糖、蛋白质、脂肪、纤维素、半纤维素等的消化吸收，还具有氨基酸载体的作用，能转运所有的氨基酸而不分解 （冉雪松等，2007；Yoshio 等，2002a）。 此外，研究发现，肠道中丁酸-拜仁梭菌组中的菌产生的内切和外切果胶裂解酶和果胶甲基化酶，能把肠道内的果胶降解为中间产物，最终分解为挥发性短链脂肪酸。动物每天摄入体内的大量纤维和果胶物质，经过这些酶系的作用，其中间产物可被双歧杆菌等乳酸菌利用，促进菌的生长繁殖，终产物又可被机体吸收利用。很多种微生物是部分自养的，酪酸梭菌便是其中之一。在特定条件下，酪酸梭菌仅需要从外界获得生物素，其他所有物质都可以全部自身合成。不仅如此，其在代谢过程中还可以合成多种维生素（B族维生素、维生素K等），这些维生素不仅保持在酪酸梭菌细胞内，还有一部分被分泌到细胞外，对宿主健康也有益处（Yoshio等，2002b）。

1.3 激活机体免疫 酪酸梭菌能够激活免疫系统，调节免疫功能，改善机体的健康状况。这与酪酸梭菌的主要代谢产物——丁酸的作用密不可分，酪酸梭菌能够通过胃液的极端环境到达小肠和结肠，并主要在结肠中发酵食物纤维而产生丁酸。首先，丁酸是肠黏膜细胞的主要能量来源，丁酸能够促进动物肠道上皮细胞繁殖，尤其对于炎症性肠道疾病，具有肠道黏膜修复和黏膜通透性增加逆转的功能 （Venkatraman等，2000；Sakata，1989；Sakata，1987）。 其次，丁酸还能够刺激肠道黏膜免疫活性，影响参与免疫调节的某些细胞因子。此外，也有研究认为丁酸能够通过调节黏蛋白基因的表达而影响黏膜黏液的组成和特性，从而保护肠道（Gaudier等，2004）。对于动物机体出现的炎症反应，丁酸能够调节基因表达，通过抑制NF-κB而抑制炎症 （Segain等，2000）。 酪酸梭菌能够调节免疫功能，降低炎症反应与其调整肠道微生物群平衡也是分不开的，益生菌的相应增加，导致致病菌和潜在致病菌无法或较少与肠黏膜接触，其启动下游事件的能力被降低，结果表现为各种促炎细胞因子、组织因子表达的下调，从而免疫功能增强，抑制炎症的发展 （刘凌云和杨伟峰，2009）。

2 酪酸梭菌在动物生产中的应用

2.1 在禽生产中的应用 施大林等（2006）研究了酪酸梭菌对肉鸡生产性能的影响，将酪酸梭菌直接添加到饲料中，结果表明试验组在增重和存活率方面均比对照组均有明显的提高，料肉比有所下降，并确定酪酸梭菌制剂在肉鸡饲料中最适添加量为0.5%。杜云平等（2009）将酪酸梭菌发酵液添加到水里对肉仔鸡进行限时饲喂，结果表明，肉仔鸡的生产性能大幅度提高，并且有效预防了肠炎的发生。杜云平等（2010）使用相同的方式对种鸡进行研究，结果表明，酪酸梭菌能够显著提高种鸡受精率，同时产蛋率也相应提高，但差异不显著。此外，杨欣（2010）研究表明，酪酸梭菌可以提高肉仔鸡肠道内有益菌的生长，提高其代谢产物短链脂肪酸含量，降低肠道pH，对有害菌生长产生抑制的作用。

2.2 在猪生产中的应用 张金生等（2009）在弱仔猪基础日粮中添加0.4%的酪酸梭菌，结果表明，酪酸梭菌添加组的弱仔猪平均日增重显著增加，腹泻率极显著降低。王保正等（2007）在仔猪教槽料中添加0.2%酪酸梭菌菌剂，结果表明，试验组仔猪在断奶时的育成率极显著提高；断奶后至转群时的日增重明显高于对照组，料重比显著低于对照组；出栏日龄（90 kg）比对照组提前8.1 d，但差异不显著。由此可见，酪酸梭菌菌剂能明显提高猪生长性能。此外，张彩云等（2009）研究表明，与对照组相比添加酪酸梭菌，血清中IgG水平和C3水平显著提高，血清IgA水平也有升高的趋势。邓斐月（2010）研究丁酸梭菌与谷氨酰胺对断奶仔猪生长性能的影响，表明二者联合使用除了改善生长性能之外，对于断奶应激带来的肠黏膜损伤也具有缓解的作用，并提高了仔猪非特异性免疫力。

2.3 在水产养殖中的应用 李恕和丛宁（1998）研究表明，酪酸梭菌制剂用于水产类，鱼及特种水产类动物日增重率提高15%~40%，杂食性鱼类提高了22%以上。还有研究表明，用酪酸梭菌、乳酸菌、蛋白酶、脂肪酶、糖化酶为有效成分制成特效鱼用饲料添加剂，以一定比例添加到饲料中，饲喂8周后，饲料效率和增重率比未添加剂组均有所提高，疾病率和死亡率均有所下降，并且摄食早，体表黏液分泌多，体色新鲜，肉质有适量脂肪，味感改善，粪臭减少且呈类状固体易清除 （杨桂苹，1998）。宋增福（2006）以从鸡肠道分离的酪酸梭菌C2菌株为研究对象，研究了该菌株对免鱼消化酶、体液免疫、肠道微生态调控效用的影响，结果表明，酪酸梭菌C2菌株可以提高免鱼肠道消化酶、血清和体表黏液溶菌酶、酸性磷酸和酚氧化酶的活性，增加血浆中的IgM浓度，而且添加该菌株可以降低鳗弧菌在 免鱼上皮细胞的黏附，并且活菌要优于灭活菌。Sakai等（1995）用酪酸梭菌和白蛋白饲喂弧菌感染虹鳟鱼，结果发现，酪酸梭菌处理的肾噬菌细胞的活力较高，表明了饲喂酪酸菌提高了虹鳟鱼对弧菌感染的免疫力。

3 酪酸梭菌在应用中存在的问题

目前，酪酸梭菌作为饲料添加剂在其应用过程中仍存在一些问题。首先，在筛选菌株时要认识到种属同源性的重要性，同时无杂菌。其次，针对不同种动物，酪酸梭菌作为饲料添加剂的推荐添加剂量无统一的界限，即使酪酸梭菌制剂的活菌数相同，在饲料中的添加量仍有较大的差别，以致影响实际生产。再次，很多情况下，肠道中的酪酸梭菌所产生的代谢产物和其宿主生命活动中的产物难以区分，因此，通常所讨论的是酪酸梭菌在培养基中生长的结果，这与其在肠道中的生长代谢情况是否存在差异值得思考。最后，虽然酪酸梭菌对动物有一定的促进作用，但仍然要始终关注酪酸梭菌的安全性问题。有研究表明，酪酸梭菌对腹泻小鼠的治疗，对改善小肠上皮组织的病变有明显疗效，但同时加重了肾脏组织的病变程度，但以往的使用健康小鼠的急性毒性实验并无这种结果（刘宗正等，2009）。

4 结语

酪酸梭菌作为新型饲料添加剂，有其优点，但同时也存在一些问题，还需要进一步深入研究。正确选择高品质的酪酸梭菌饲料添加剂，掌握科学合理的使用方法，才能使其在动物生产中发挥良好的作用，产生较高的经济效应。

[1]邓斐月.丁酸梭菌与谷氨酰胺对断奶仔猪生长性能的影响及其机理研究：［硕士学位论文］[D].浙江：浙江大学，2010.

[2]杜云平，周庆丰，赖万勇，等.日粮中添加丁酸梭菌对种鸡生产性能的影响[J].饲料广角，2010，1：25~26.

[3]杜云平，周庆丰，郑泽铭.丁酸梭菌对肉鸡生产生能的影响[J].饲料广角，2009，22.

[4]李恕，丛宁.微生物饲料添加剂-酪酸菌复合酶 [J].z渔业致富指南，1998，21：23~24.

[5]刘凌云，杨伟峰.联用乳酸杆菌和丁酸梭菌治疗小鼠急性溃疡性结肠炎的实验研究[J].实用医学杂志，2009，25（18）：3019~3021.

[6]刘宗正，徐轲，王剑，等.酪酸菌对腹泻小鼠的治疗效果及其安全性[J].山东大学学报，2009，47（9）：31~35.

[7]冉雪松，王振华，潘康成.丁酸梭状芽孢杆菌的研究进展[J].安徽农学通报，2007，13（4）：37~39.

[8]施大林，匡群，孙梅，等.酪酸菌制剂对肉鸡生产性能的影响[J].饲料工业，2006，27（21）：46~47.

[9]宋增福.丁酸梭菌C2菌株对鮸鱼肠道微生态调控作用与机理研究：［博士学位论文］[D].浙江：浙江大学，2006.

[10]王保正，杨清付，董晓东，等.酪酸菌对猪生长特性的影响[J].饲料工业，2007，28（16）：39~46.

[11]杨桂苹.丁酸菌的生物功能研究[J].中国微生态学杂志，1998，10（5）：306~310.

[12]杨欣.丁酸梭菌与日粮油脂调控肉仔鸡肌肉品质的研究：［博士学位论文］[D].北京：中国农业大学，2010.

[13]张彩云，刘来亭，杜灵广，等.酪酸芽孢杆菌对断奶仔猪生产性能和血清生化指标的影响[J].中国畜牧杂志，2009，45（13）：43~45.

[14]张金生，陈文，张科伟，等.酪酸菌对弱仔猪生长性能的影响[J].饲料工业，2009，30（8）：7~8.

[15]Clarke D J，Morley C D，Kell D B.On the mode of action of the bacteriocin butyricin 7423：effects on membrane potential and potassium-ion accumulation in Clostridium pasteurianum[J].Eur J Biochem，1982，127（1）：105~116.

[16]Gaudier E，Jarry A，Blottiere H M，et al.Butyrate specifically modulates MUC gene expression in intestinal epithelial goblet cells deprived of glucose.Am.J.Physiol[J].Gastrointest Liver Physiol，2004，287：G1168~G1174.

[17]Kuroiwa T，Iwanaga M，Kobari K.Preventive effect of Clostridium butyricum M588 against the prolferation of Clostridium difficile during antimicrobial therapy[J].J Pn AInf d，1990，64：1425~1432.

[18]Sakai M，Yoshida T，Atsuta S，et al.Enhancement of resistance to vibriosis in rainbow trout，Oncorhynchus mykiss （Walbaum），by Oral administration of Clostridium but gum bacteria[J].Journal of Fish Diseases，1995，18：2，187~190.

[19]Sakata T.Stimulatory effect of short-chain fatty acids on epithelial cell proliferation in the rat intestine：a possible explanation for trophic effects of fermentable fibre，gut microbes and luminal trophic factors[J].Br J Nutr，1987，58：95~103.

[20]Sakata T.Stimulatory effect of short-chain fatty acids on epithelial cell proliferation of isolated and denervated jejunal segment of the rat[J].Scand J Gastroenterol，1989，24：886~890.

[21]Segain J P，Raingeard de la Bletiere D，Bourreille A，et al.Butyrate inhibits inflammatory responses through NF-κB inhibition： implication for Crohn，s disease[J].Gut，2000，47：397~403.

[22]Venkatraman A，Ramakrishna B S，Pulimood A B，et al.Increased permeability in dextran sulphate colitis in rats：time course of development and effect of butyrate[J].Scand J Gastroenterol，2000，35：1053~1059.

[23]Yoshio A，Akira A，Yoshihide F，et al.Short-term oral administration of a product derived from a probiotic，Clostridium butyricum induced no pathological effects in rats[J].Internat J Mol Med.2002b，9：173~177.

[24]Yoshio A，Akira A，Yoshihide F，et al.Oral administration of a product derived from Clostridium butyricumin rats[J].Internat J Mol Med，2002a，9：53~57.