芽孢杆菌在动物营养与饲料中的应用

邱雪兴 骆宏机 刘文聪

（惠州仲恺高新技术产业开发区农村工作局，广东惠州 516000）

1 前言

随着农业技术的发展和地球环境的恶化，农药、化肥和激素类、抗生素类药物的应用虽然对生产有帮助，但是此类药物的消极影响也越来越受到人们的排斥，例如药物残留严重、产生耐药菌株、畜禽机体免疫力下降、引起畜禽内源性感染和二重感染等。环境保护和食品安全是当今世界关注的热点问题。就畜产品来说，人们关注的是消费品的安全性，对人体是否有害以及对人类生存环境是否会带来污染。而激素类以及抗生素等药物的过多应用导致的负作用不仅仅是对畜禽本身的影响，而且对人体和环境造成影响，人吃了这类畜禽产品后，会出现相应的病态。随着科学水平和人们意识的提高，开始寻找一种可以取代农药、化肥、抗生素等药物的替代品。当前，益生菌以其天然、绿色、无残留等特点成为研究热点之一。其中，酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌等是一种理想的微生物添加剂和生物发酵剂。从动物营养与饲料生产两方面考虑，芽孢杆菌既能提高畜禽生长性能，又具有较强的抗性，且在饲料制粒、贮存过程及在胃肠道的酸性环境中作用稳定并保持较高的活性，因此，其研究和应用受到了广泛关注。

2 芽孢杆菌的种类和生物学特性

芽孢杆菌类微生物添加剂是利用正常微生物群成员或环境中的有益芽孢杆菌，通过科学方法筛选、鉴定、培养、干燥等系列工艺制成的一种新型活菌制剂，具有防治疾病，促进生长等功效，且无毒，无残留。

2.1 饲用芽孢杆菌的种类

2008年我国农业部发布的《饲料添加剂品种目录》中允许添加的饲用微生物主要有地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、两歧双歧杆菌、粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、嗜酸乳杆菌、产朊假丝酵母、酿酒酵母菌、沼泽红假单胞菌等16种。而国外允许添加的菌种数比我国更多一些。目前国际上允许直接饲用的微生物菌种达42种（美国食品与药物管理局与美国饲料协会，1989）。美国官方（AAFCO.1991）批准使用的芽孢杆菌有凝结芽孢杆菌（Bacillus coaglans）、迟缓芽孢杆菌（Bacillus lentus）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）、短小芽孢杆菌（Bacillus pumillis）和枯草芽孢杆菌（Bacillussubtil），除此之外，国内外用于畜禽生产的芽孢杆菌还有蜡样芽孢杆菌（Bacilluscereus）、环 状 芽 孢 杆 菌（Bacillus cireldans）、巨大芽孢杆菌（Bacillus negaterium）、坚强芽孢杆菌（Bacillusgrmus）、东洋芽孢杆菌（Bacillus toyoi）、纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto）等。

2.2 芽孢杆菌的生物学特性

芽孢杆菌属归于芽孢杆菌科，为好氧或兼性厌氧，可形成芽孢的革兰氏阳性细菌。是包括我国在内的很多国家允许使用的饲料微生物菌种。在特定的环境下，菌体内结构发生变化，经过前孢子阶段，形成一个完整的芽孢。芽孢对热、放射线和化学物质等有较强的抵抗力。

3 芽孢杆菌的作用机理

3.1 对动物机体的作用

3.1.1 分泌活性代谢物，抑制致病微生物

动物体内存在百种以上的微生物，它们对机体的健康具有重要作用。在正常情况下，动物肠道微生物种群及其数量处于一个动态的微生态平衡，当机体受到某些应激时。这种平衡可能被打破，导致体内菌群比例失调，需氧菌如大肠杆菌增加，并使蛋白质分解产生胺、氨等有害物质，动物表现出病理状态，生产性能下降。大量研究表明，饲用芽孢杆菌具有拮抗肠道病原细菌，维持和调节肠道微生态平衡的作用。动物饲喂芽孢杆菌后，肠道内大肠杆菌、产气荚膜梭菌、沙门氏菌等潜在致病菌的数量显著降低，而有益菌增加的同时，动物排泄物、分泌物中的微生物数量也会发生相应的变化，从而净化体内外环境，减少疾病的发生。Kornegay和Risley（1996）给育肥猪饲喂芽孢杆菌产品BAC1和BAC2，结果表明：添加BAC1组，粪中芽孢杆菌孢子数和乳酸菌数量增多，大肠杆菌数量无显著变化；添加BAC2组，粪中芽孢杆菌孢子数增加，大肠杆菌数减少，乳酸菌数量无显著变化。张国龙等（1994）报道，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后，仔猪粪中大肠杆菌总数显著降低。

芽孢杆菌的营养体在形成芽孢过程中可分泌活性抗菌物质。纳豆芽孢杆菌可产生许多抗菌素，如杆菌肽、多黏菌素、2，6-吡啶二羧酸等.对沙门氏菌、伤寒菌和痢疾菌等有抑制作用，另外，还可以清除葡萄球肠毒素（牛丽亚和黄占旺，2008）。

3.1.2 分泌多种消化酶

芽孢杆菌的孢子进入动物肠道后，在肠道上部迅速复活，并在其生长繁殖过程中产生多种消化酶，如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等，另外还有一些畜禽本身不具有的酶，如果胶酶、纤维素酶、葡聚糖酶等。这些酶进入消化道中，对相应饲料成分进行降解，从而提高饲料转化率。芽孢杆菌产生消化酶的作用产物可以进一步被肠道微生物利用，例如，芽孢杆菌产生的淀粉酶，可将淀粉转化为单糖，再由肠道中其他菌种将这些单糖转化为乳酸，降低肠道中的pH值，从而起到抑制病原菌的作用。

3.1.3 产生多种营养物质

芽孢杆菌在动物肠道内生长繁殖，能产生多种营养物质，如有机酸、氨基酸、维生素、促生长因子等，参与动物机体新陈代谢。

芽孢杆菌在肠道内生长繁殖过程中能够产生乳酸和乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸，降低肠道pH值，使得有害微生物受到抑制，另一方面，肠道pH值降低有助于动物特别是幼小动物营养物质消化，尤其是对蛋白质的消化吸收。产生的丙酸还能够参与三羧酸循环，为动物新陈代谢提供能量。芽孢杆菌还能够产生较多的维生素B1、B6等B族维生素和维生素C，为动物提供维生素营养。

3.1.4 维持肠道厌氧环境

动物肠道原籍优势菌大多属厌氧菌，而有害菌和外来菌多为需氧菌，为了保持微生态平衡，肠道内必须保持厌氧状态。芽孢杆菌大多为需氧菌或兼性厌氧菌，进入动物肠道内。可消耗大量的游离氧，降低肠内氧浓度和氧化还原电势，维持肠道的厌氧环境。为消化道中的乳杆菌、肠球菌和乳球菌等兼性厌氧菌及拟杆菌等厌氧菌提供更为理想的生长环境。增强肠道对厌氧菌的定植能力。同时使肠道中原本存在的肠杆菌等需氧菌的生长因缺氧受到抑制，提高动物机体抗病能力，减少胃肠道疾病的发生几率。Maruta等（1996）研究发现，猪采食含 10 CFU/g枯草芽孢杆菌的饲粮3周后，粪中双歧杆菌数量显著上升，而链球菌和梭菌的数量显著下降。周望平和肖兵南（2002）研究显示，芽孢杆菌能显著降低大肠杆菌的数量，而双歧杆菌、芽孢杆菌、乳酸杆菌等肠道有益菌的数量明显高于对照组。

3.1.5 增强动物机体的免疫功能

芽孢杆菌能分泌活性抗菌物质及促进肠道相关淋巴组织处于高度反应的“准备状态”，同时能促进机体免疫器官、组织的成熟。使这些器官、组织处于高度反应准备状态，T、B淋巴细胞的数量增多.提高动物机体的体液和细胞免疫水平。Inooka和Uehara（1983）研究发现，纳豆芽孢杆菌能增强雏鸡对抗绵羊红细胞的凝集抗体的产生，并认为纳豆芽孢杆菌在增强雏鸡免疫上起重要作用。随后，进一步试验表明，该菌能显著提高仔鸡脾脏的T、B淋巴细胞比例，对鸡的细胞免疫有积极的影响。张灵启等（2008）研究了芽孢杆菌制剂对断奶仔猪免疫功能的影响，结果表明.日粮中添加芽孢杆菌对 IgA、IgM和C3的水平有一定的提高作用.可显著提高C4的水平。

3.2 在饲料发酵过程中的作用

3.2.1 软化饲料

芽孢杆菌是属于好氧或兼性厌氧型，在发酵饲料的过程中，芽孢杆菌会消耗大量的氧气产生热量，使发酵内室温度上升，这样饲料的细胞就因为温度的升高而发生破裂，细胞内的组织就会渗透出来，降低了饲料的硬度。同时芽孢杆菌会释放乳化剂使发酵的饲料的组织软化，使比较粗硬的纤维类饲料达到更好的适口性。

3.2.2 产生酵素

芽孢杆菌等一系列益生菌，还有一个功能就是产生对动物机体有益的酵素。酵素也叫做酶，就是一系列有对机体化学反应有催化作用的。这些酵素目前还没完全测明成分，但是绝大部分是对动物机体有促进作用。目前有不少科学工作者对酵素在不同动物之间进行试验，将不同比例的酵素进行是为实验，发现酵素有延长寿命，促进生长、提高机体免疫力的功效。可见酵素的产生让发酵饲料的营养成分发生改变、同时增加了促进生长、提高机体免疫力的作用，对增加饲料附加值有明显的促进作用。

3.2.3 改善pH值

植物的根、茎、叶等本身普遍因为含有生物碱的关系，都会呈现略微碱性，而芽孢杆菌在厌氧发酵过程中会产生酸，这样就中和了饲料的pH值，发酵的时间越久，饲料的pH值的酸度就会越高。这样就大大的增加了饲料的适口性，同时pH偏酸就会抑制其他有害腐败细菌的生长从而保证了发酵饲料过程中质量。

4 芽孢杆菌在实际生产中的应用效果

4.1 提高动物的生产性能

饲用芽孢杆菌可提高动物的生产性能，改善饲料转化率。Mongkol等（2002）研究表明，添加0.2%或O.5%的纳豆、枯草芽孢杆菌组与对照组相比.能显著提高肉鸡的生产性能。周振峰（2006）研究地衣芽孢杆菌对荷斯坦泌乳奶牛泌乳性能的影响，结果表明，地衣芽孢杆菌制剂可以缓解热应激.提高产奶量。栾广春等（2008）给泌乳期奶牛饲喂纳豆芽孢杆菌，可显著提高产奶量（P＜0.05），并且随着纳豆芽孢杆菌添加量的增加，产奶量也有增加的趋势。李丽红等（2005）试验表明，饲料中添加0.05%芽孢杆菌复合微生态制剂可以显著提高蛋鸡的产蛋量。朱五文等（2007）在断奶仔猪基础日粮中分别添加不同剂量的枯草芽孢杆菌制剂，试验末期平均净增重、日增重均高于空白对照组，且与添加枯草芽孢杆菌制剂的剂量成正比。刘晓琳等（2008）在断奶仔猪日粮中添加地衣芽孢杆菌，在试验末期（21日龄），添加组体重显著高于空白对照组，平均总增重和平均日增重分别比对照组提高了12.33%和13.89%，差异显著（P＜0.05）；而料肉比显著降低15.49%，差异极显著（P＜0.01）。

4.2 预防腹泻和防治疾病

芽孢杆菌用于防治畜禽腹泻具有明显效果。戴国俊等（2007）试验表明，地衣芽孢杆菌有降低仔猪腹泻的趋势。吴昌标等（2008）认为，苏云金芽孢杆菌可以用来防治动物捻转血矛线虫，防治动物血吸虫病、猪蛔虫病、绵羊绿铜蝇等。

4.3 改善畜舍的环境，减少环境污染

Prohaszka等（1990）对猪饲喂芽孢杆菌后，肠道内pH和NH3，含量下降，挥发性脂肪酸上升了I8%，丙酸和乙酸的产量也增加。安永义等（1996）研究证明，芽孢杆菌能使肉仔鸡粪便NH，产生量显著减少。Davis等（2008）将特殊筛选的微生物饲料添加剂（地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌）饲喂给生长育肥猪后，与对照组相比，粪便分解明显加强，分析其原因为芽孢杆菌在动物肠道中产生的氨基化氧化酶及分解硫化氢的酶类可将吲哚类氧化成无毒、无害的物质，从而降低动物体内氨气、硫化氢等有害气体的浓度，减少环境污染。

5 芽孢杆菌作为益生菌的要求及其作用效果的影响因素

5.1 芽孢杆菌作为益生菌使用应具备的条件

（1）安全性好：即使同一细菌，如蜡样芽孢杆菌，有的引起人类食物中毒，有的引起动物红细胞溶解，有的对于人和动物无任何不良反应。以上情况说明分离的菌种必须用合格、健康的小鼠进行严格的急性、亚急性毒性试验和致畸试验。证明确实属无毒、无致畸、无致病、无耐药性、无药残等不良反应后才可进行其他试验。（2）存活能力强。（3）能产生多种有益活性物质。（4）能在肠道内定植。一般的微生态制剂在应用时，要求其应以活的形式进入胃肠道，达到一定的数量，并进一步在肠道中增殖以及分泌代谢产物后才能发挥功能。芽孢杆菌能否在动物肠道中增殖是影响饲用效果的主要因素。（5）对抗菌药物敏感性强：筛选的菌种对常用的多种抗生素等具有较好的敏感性，这证明菌体内无耐药性质粒。若菌体内存在耐药性质粒，不可避免地在人和动物肠道内的细菌之间兼性传递，这比使用抗生素带来的危害更大。

5.2 影响芽孢杆菌作用效果的因素

Fuller（1989）指出，类似添加剂产品所用菌株的质量与其生产工艺、日粮类型及加工贮存条件等有关，芽孢杆菌也不例外。影响芽孢杆菌作用效果的因素有以下几方面：

（1）芽孢杆菌的种类：菌种是影响芽孢杆菌作用效果的主要因素之一。不同的菌种。其生理生化特性、代谢产物有一定的差异，这将导致在生长过程中分泌的代谢产物不同（有机酸、酶等），引起的作用效果也不同。甚至同种菌的不同菌株其生理特性也存在一定的差异，因此导致其作用也不一定相同。

（2）动物的生理基础：动物个体的生理状况也是影响作用效果的重要因素之一。研究发现，饲用芽孢杆菌对于处于应激和疾病（尤其是胃肠道疾病）状态下的动物，能起到良好的作用效果。而对于健康的、生产性能良好的动物仅起到一定的保健作用。同时，动物的年龄、性别、种类也影响其作用效果。

（3）氧化和抑菌物质：某些抗生素、磺胺类药物及其不饱和脂肪酸、矿物质预混料、浓缩料等都可使活菌数降低。

（4）使用的剂量：在饲料中添加剂量不同效果也不同。例如，在高营养水平的饲料中添加芽孢杆菌的饲喂效果不如低营养水平日粮。陈兵等（2003）在仔猪日粮中连续饲喂纳豆芽孢杆菌。研究不同添加水平对仔猪 日增重、料重比等的影响，结果表明低剂量添加组可获得较好的饲喂效果。

（5）其他因素的影响：随着保存时间的推移，活菌数量不断减少。另外，保存状态也会影响其存活率，继而影响其效果。微生物在干燥状态下，存活状态较好；当水分升高，随时间的延长，存活率降低。

6 展望

对于饲用芽孢杆菌，由于各国研究水平不同，其允许使用的菌种也不同。2008年我国农业部发布的《饲料添加剂品种目录》中允许添加的芽孢杆菌菌种有地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌。数量少于发达国家，因此，需要加强菌种研究，筛选出繁殖力强、性能稳定和安全无副作用的菌种供生产应用，另外，还需加强芽孢杆菌与其他益生菌及酸化剂、低聚糖、酶制剂等饲料添加剂之间组合使用技术：加强研究和制定芽孢杆菌产品生产质量、检验等标准，保证产品的质量和指导新产品的研发。

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