芽孢杆菌的研究进展及其在动物生产中的应用

鲍振国，张文举，胡 猛，吴研研

（石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832003）

芽孢杆菌（Bacillus）是一类需氧或兼性厌氧的革兰氏阳性细菌（G+），在一定条件下能产生抗逆性内生孢子的化能异养菌。芽孢杆菌具有抗逆性强、耐高温高压、易贮存等生物特性。本文主要论述了芽孢杆菌的研究历史、分类、作用机制及其在动物生产中的应用。

1 芽孢杆菌的研究历史及分类

芽孢杆菌属是一类产芽孢的G+，好氧或兼性厌氧生活。早在1835年，Ehrenberg就发现并命名了枯草芽孢杆菌（Bacillus Subtilis）。1872年，德国植物学家Cohn建立了第1个细菌分类系统，根据细菌的形态特征命名了芽孢杆菌属。2004年第9版《伯杰氏细菌系统学手册：原核生物分类纲要》将芽孢杆菌类细菌分为35个属，记述了芽孢杆菌属及其近缘属在内的芽孢杆菌共409种；我国学者刘波在2006年出版的《芽孢杆菌文献研究》中列出了244种芽孢杆菌。

芽孢杆菌的分类方法主要有经典分类法、数值分类法、分子分类法、化学分类和多相分类法。当前的研究大多采用多相分类法，即将形态、生理生化、化学（脂肪酸分析）、分子（DNA碱基分析、DNA同源性分析，16S rRNA测序）等多种分类方法相结合，并根据所得数据进行聚类分析的方式对芽孢杆菌进行分类。

2 芽孢杆菌的作用机制

2.1 生物夺氧，维持胃肠道厌氧环境

幼龄畜禽出生之后，胃肠道形成以乳杆菌、双歧杆菌等厌氧菌为优势菌群的肠道环境。芽孢杆菌为需氧菌，其进入动物肠道内，可消耗大量的游离氧，降低了肠内氧浓度，抑制了肠道中存在的大肠杆菌等需氧菌的生长，优化了乳杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌等厌氧菌的生长环境，有利于肠道微生态系统的稳定和平衡。Guo等研究发现，Bacillus sub⁃tilis MA139能显著抑制大肠杆菌K88和鼠伤寒沙门氏菌的增殖[1]。Fukushima等在动物日粮中添加芽孢杆菌，发现其可以增加胃肠道中乳酸杆菌的数量，并降低大肠菌群的数量[2]。施曼玲等试验表明，纳豆芽胞杆菌能促进双歧杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌和梭菌等厌氧菌的生长，抑制肠杆菌和肠球菌等需氧菌的生长[3]。郝生宏等试验表明，日粮中添加枯草芽孢杆菌可以极显著的降低肉仔鸡第1、3周龄粪便中的大肠杆菌数（P＜0.01）[4]。

2.2 产生多种酶类，促进营养物质的消化

芽孢杆菌进入肠道后可产生淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等多种酶类，促进动物对营养物质在消化道中的吸收。枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可产生果胶酶、葡聚糖酶、纤维素酶，从而降解饲料中的木聚糖、地衣聚糖、果胶、羧甲基纤维素、多聚半乳糖醛酸以及其他一些复杂的植物性碳水化合物，从而提高了饲料的转化率并增加可利用的饲料原料种类。Chen等用纳豆芽孢杆菌剂饲喂AA鸡，能提高十二指肠消化酶（总蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶）的活力52.2%～89.2%[5]。Tang等对AA肉鸡饲喂枯草杆菌测定其消化道酶活性，试验发现十二指肠内淀粉酶、胰蛋白酶和总蛋白酶活性以及空肠内的脂肪酶活性和盲肠内的总蛋白酶活性均显著高于对照组（P＜0.05）[6]。

2.3 生物颉颃，调节肠道生态平衡

动物饲喂芽孢杆菌后，能降低肠道大肠杆菌产气荚膜梭菌、沙门氏菌等致病菌的数量，使机体内的有益菌增加，潜在的致病菌减少，净化了体内外环境，减少疾病的发生。据报道，芽孢杆菌产生的颉颃物质，大多属于蛋白多肽类。地衣芽孢杆菌在一定条件下能产生抗逆性内生孢子，可产生脂肽类、肽类、磷脂类、多烯类和氨基酸类等多种抗生素，对多种病原菌起到很好的抑制作用。有试验证明，Doderlein芽抱杆菌对巴氏杆菌、大肠杆菌、葡萄球菌有颉颃作用。有学者研究发现，芽孢杆菌对4种肠道致病菌（鸡大肠杆菌、鸡沙门氏菌、猪大肠杆菌、猪沙门氏菌）具有颉颃作用。枯草芽孢杆菌对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肠炎沙门氏菌、奇异变形杆菌、痢疾志贺氏菌的生长能够起到一定的颉颃作用。

2.4 改善动物体内的免疫功能，增强抗病力

芽孢杆菌能促进动物肠道相关淋巴组织处于高度的“免疫准备状态”，促使免疫器官发育加快，免疫系统成熟快而早，T、B淋巴细胞数量增多，激发IgA、IgG、IgM等体液免疫、增强局部免疫特别是分泌型免疫球蛋白A（SIgA）的分泌增加，从而使动物体液和细胞免疫水平提高。研究发现，纳豆芽孢杆菌能促进雏鸡对抗绵羊红细胞的凝集抗体的产生。Xin等试验发现，添加芽孢杆菌0.75%可使仔猪胸腺器官指数提高（P＜0.05），提高了仔猪的免疫力[7]。

2.5 产生营养物质，促进营养物质的吸收

芽孢杆菌在动物肠道内生长繁殖，能产生有机酸、氨基酸、维生素、促生长因子等营养物质，促进营养物质的代谢吸收。芽孢杆菌在肠道生长繁殖过程中能够产生乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸使肠道pH降低，激活酸性蛋白酶活性，有助于动物特别是幼小动物对营养物质的消化吸收。地衣芽孢杆菌和芽孢乳杆菌可产生乳酸，提高动物对Ca、P、Fe的吸收，促进机体对VD的利用[8]。腊状芽孢杆菌在肠道下部产生挥发性脂肪酸，抑制有害微生物的生长。另有研究表明，芽孢杆菌产生的丙酸能够参与三羧酸循环，为动物新陈代谢提供能量。

2.6 促进动物肠道和机能的成熟

饲用芽孢杆菌具有促进动物肠道结构和机能成熟的功效。研究表明，在蛋鸡饲粮中添加芽孢杆菌可增大其回肠的派伊氏结细胞结构。芽孢杆菌可刺激与抗原结构有关的黏膜系统。王玉梅等指出，使用益生素后的动物小肠黏膜层增厚，小肠绒毛数量增多，促进小肠绒毛生长[9]。Chen等研究表明，添加不同水平的地衣芽孢杆菌和抗生素均可增高肠绒毛高度、降低隐窝深度、增加肠黏膜厚度，说明地衣芽孢杆菌可保护肠黏膜和促进绒毛生长，提高肠道对营养物质的消化吸收[10]。Qiu等在草鱼基础日粮中添加不同剂量的枯草芽孢杆菌，研究草鱼肠道黏膜形态变化，发现草鱼的肠道皱襞高度、肠道微绒毛高度、微绒毛宽度、微绒毛密度均高于对照组，表明枯草芽孢杆菌能够通过改善草鱼肠道黏膜形态，促进草鱼对饲料的吸收利用，促进草鱼生长[11]。

3 芽孢杆菌在动物生产中的应用

3.1 水产动物

在水产动物饲养中添加芽孢杆菌制剂可改善水体的环境、促进水产动物生长、提高免疫力和成活率等。Kumar等研究表明，饲料中添加枯草芽孢杆菌1.5×107cfu·g-1能显著提高鲤鱼的巨噬细胞呼吸爆发能力，促进非特异性免疫力的提高[12]。Aly等在罗非鱼的研究中也证实，饲料中添加枯草芽孢杆菌107cfu·g-1显著提高了罗非鱼血液嗜中性粒细胞黏附力及血浆溶菌酶活力[13]。有学者利用芽孢杆菌改善水质，结果降低了水中的化学耗氧量、提高了对虾产量。Shen等在三角帆蚌，水体中添加地衣芽抱杆菌试验表明，可提高三角帆蚌消化酶、免疫指标和抗氧化指标活性，促进蚌体生长[14]。Wu等在日本沼虾中的试验表明，在亚硝酸盐的污染胁迫下，饲料中添加丁酸梭状芽孢杆菌不仅可促进日本沼虾的生长，而且还可以增加日本沼虾对亚硝酸盐污染胁迫的耐受和抵抗能力[15]。

3.2 兔

芽孢杆菌制剂在兔中研究较少，相关研究表明，在兔日粮中添加芽孢杆菌可提高兔的生长性能、饲料转化率、增强免疫机能和抗疾病能力。Wu等在健康齐卡兔日粮中添加乳酸芽孢杆菌粉剂0、0.02%及0.05%，试验结果表明，乳酸芽孢杆菌制剂可促进肉兔的生长发育、提高饲料转化率、增强抗病力，提高肉兔的成活率[16]。Pan等在断奶仔兔试验腊样芽孢杆菌PAS38和甘露聚糖制剂对其家兔小肠SS免疫反应细胞的影响表明，腊样芽孢杆菌PAS38和甘露聚糖均能不同程度地降低SS细胞数量和表达，提高5-HT细胞数量和表达量，两者联合应用具有很好的协同效应[17]。

3.3 犬

在犬基础日粮中添加纳豆芽孢杆菌可促进犬的生长，提高犬的机体免疫能力和抗氧化能力，调节肠道菌群等。Du等在幼犬日粮中添加纳豆芽孢杆菌2‰，试验结果表明，纳豆芽孢杆菌可降低幼犬血液总蛋白含量6.03%（P＞0.05）；提高球蛋白含量7.90%（P＜0.01）；降低血液尿素氮含量9.51%（P＜0.01）；降低丙二醛（MDA）18.19%（P＜0.05），提高超氧化物歧化酶（SOD）16.50%（P＞0.05），增加谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）15.49%（P＜0.05），表明纳豆芽孢杆菌能够提高幼犬机体免疫力和抗氧化能力[18]。Wu等在断奶仔犬日粮中添加纳豆芽孢杆菌1‰和2‰，试验结果表明，添加纳豆芽孢杆菌可提高仔犬的日增重，增加粪便中的乳酸杆菌数量，降低粪便中的大肠杆菌数量，进而促进仔犬生长，调节肠道菌群[19]。

3.4 肉鸭

在肉鸭生产中添加芽孢杆菌制剂，可提高肉鸭的育成速度、体增重、降低料肉比，提高育成率。宋峻峰等试验发现，枯草芽孢杆菌（300～500 g·t-1）能提高樱桃谷肉鸭生长速度，降低料肉比，并改善养殖环境，降低养殖用药成本，获得社会效益与经济效益的双丰收[20]。刘晓琳等在樱桃谷肉鸭日粮中分别添加枯草芽孢杆菌500 g·t-1、液态枯草芽孢杆菌600 g·t-1和金霉素500 g·t-1，试验结果表明，枯草芽孢杆菌可提高肉鸭的生长、提高日增重、提高成活率以及降低料肉比[21]。雷剑等研究指出，给160日龄的蛋鸭日粮中添加枯草芽孢杆菌105cfu·kg-1，血清中血氨、尿酸以及胆固醇显著降低（P＜0.05），同时血清中IgA、IgG、IL-2和SOD水平极显著提高（P＜0.01），结果表明，枯草芽孢杆菌可以提高蛋鸭的免疫力，增强体内抗氧化能力，有利于动物的生长[22]。

3.5 其他

Zhang等添加不同水平的枯草芽孢杆菌饲喂1日龄黄羽雏鹑，试验表明，各处理组胰腺鲜重都有减小趋势，0.1%组胰腺鲜重差异显著（P＜0.05）；0.05%组脾脏干重差异显著（P＜0.05）；0.1%组和0.2%组胰腺干重显著降低（P＜0.05），说明芽孢杆菌可作用于鹌鹑免疫器官及内脏器官的发育[23]。谭荣炳等用枯草芽孢杆菌制剂（DBSC）250 g·t-1日粮和DBSC 500 g·t-1日粮饲喂1日龄杂交商品雏白鹅，试验结果表明，DBSC 250 g·t-1组可以提高肉鹅14日龄和28日龄的平均体重，降低各阶段料重比；同时不同水平的DBSC均可改进雏鹅的干物质和能量存留率[24]。

4 小结

芽孢杆菌制剂在动物生产中应用广泛，对于提高动物的生产性能、降低饲养成本、提高经济效益与社会效益具有重要的作用。随着国内外科研技术的发展，更多品种的芽孢杆菌制剂将会应用于动物的生产，芽孢杆菌的应用将更加广泛。

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