枯草芽孢杆菌作用机制及其在养殖业中的应用研究进展

王利宾，孙利娜（河北省献县农业局，河北　沧州　062250）



枯草芽孢杆菌作用机制及其在养殖业中的应用研究进展

王利宾，孙利娜
（河北省献县农业局，河北沧州062250）

摘要：枯草芽孢杆菌作为一种广泛存在的益生菌，具有提高动物生产性能、免疫力等重要功能。目前已广泛应用于养殖业中。文章对枯草芽孢杆菌作用机制及在养殖业中的应用进展进行了简要综述。

关键词：枯草芽孢杆菌；作用机制；养殖业；进展

近年来，我国养殖业面临着日益严峻的食品安全问题，传统的抗生素虽然在治疗动物疾病、促进动物生长方面具有巨大的优势，但由于其降解慢、易产生耐药性等缺陷而饱受诟病，在养殖业中受到了越来越多的限制[1]。中国是世界上最大的抗生素生产国和消费国。根据2012年美国《科学》杂志报道，中国年产抗生素达21万t，2013年德国科学家发表了一份共同声明，其中提到限制抗生素在兽医兽药中的使用，在这种背景下寻找安全绿色的抗生素替代品成为当前研究的热点[2]。微生态制剂由于其无残留、无耐药性、显著提高饲料报酬等优点而受到了越来越多研究者的重视，具有广阔的应用前景。枯草芽孢杆菌作为众多微生态制剂中的一种，由于其兼具提高动物生产性能和防御疾病等多重功能，显示出巨大经济效益。早在1996年，枯草芽孢杆菌就作为我国农业部正式批准的6种生物兽药之一投入工厂化生产。本文就枯草芽孢杆菌的作用机理及其在提高动物生产性能中的应用研究进展进行综述。

1　枯草芽孢杆菌

人类研究和应用枯草芽孢杆菌可以追溯到100多年前，1835年，Ehrenberg发现并命名了枯草芽孢杆菌“Vibrio subtilis”。1872年，Cohn建立了第一个细菌分类系统，将枯草芽孢杆菌重新命名为“Ba⁃cillus subtilis”，并使用至今[3-4]。枯草芽孢杆菌作为芽孢杆菌属的一种，呈革兰氏阳性，直径0.6～ 1.0 μm，长1.5～2.0 μm，芽孢中生，椭圆，孢囊不膨大，琼脂平板上37℃培养36 h形成的菌落为圆形，直径3.0～10.0 mm，淡黄色，中间色深，表面平整不光滑，无光泽，边缘不整齐[5]。枯草芽孢杆菌以孢子状态存在，具有耐高温、耐酸碱和耐挤压等特性，稳定性极好。冉崇银等研究表明，枯草芽孢杆菌120℃下能存活20 min，在100℃下2 min损失5%～10%，可以在pH 2.2～7.0范围内拥有较高的存活率[6]。因其具有良好的稳定性使得枯草芽孢杆菌在畜牧生产中具有巨大的应用前景。

2　枯草芽孢杆菌作用机制

2.1改善肠道环境

畜禽肠道内良好的微生物环境对畜禽全身机能都具有重要的促进作用。枯草芽孢杆菌是以芽孢形式存在的，稳定性好，容易在动物肠道内存活，这是其发挥改善肠道平衡功能的重要前提。关于改善肠道平衡的机理有两种：一种认为枯草芽孢杆菌作为需氧菌，定植到动物肠道后，大量繁殖，消耗肠道内游离氧，创造一种有利于无害厌氧菌生长的肠道环境，同时抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌群生长，有学者称此为“微生物夺氧说”；第二种观点认为枯草芽孢杆菌自身具有抑制有害菌生长，促进其他肠道益生菌生长的功能。枯草芽孢杆菌定植到肠道内后，可以阻止病原菌与肠道黏膜受体黏附，防止条件致病菌的扩散，同时促进了益生菌的大量繁殖。这两种观点在原因上有所差别，但在结论上是一致的，均指出枯草芽孢杆菌在动物肠道内具有抑制致病菌生长和促进有益菌生长的双重功能。关于这方面的研究报道已经有很多。翟玲等在日粮中添加枯草芽孢杆菌，结果发现，日粮中添加枯草芽孢杆菌可以使肉鸡空肠内容物中需氧菌总数和大肠杆菌数分别下降10.94%和13.20%，芽孢杆菌和乳酸菌数量分别提高了10.64%和14.57%[7]。潘康成等研究发现，饲喂枯草芽孢杆菌后的肉鸡十二指肠、空肠、回肠、盲肠的菌群条带显著多于对照组（P<0.05），饲喂枯草芽孢杆菌后肉鸡肠道菌群增加[8]。

2.2促进营养吸收

畜禽养殖的一个关键指标是动物对营养物质的吸收利用程度，这直接决定着养殖成本和效益。枯草芽孢杆菌可以促进动物对营养物质的吸收利用率，目前这方面的机理有两种观点。一种观点认为枯草芽孢杆菌具有产生多种酶类的特性。例如，枯草芽孢杆菌可以分泌产生纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果胶酶、木聚糖酶等，这些酶可以帮助动物有效降解非淀粉多糖及其他复杂化合物[9-10]。另一种观点认为枯草芽孢杆菌在动物肠道内可以合成许多营养物质。例如，枯草芽孢杆菌可以合成维生素、氨基酸、蛋白质、多肽、促进蛋白质、纤维素、淀粉、钙等营养物质。枯草芽孢杆菌在生长繁殖过程中产生的有机酸能有效激活蛋白酶的活性，提高饲料利用率[11]。

2.3提高动物免疫力

枯草芽孢杆菌作为一种益生菌添加到饲料中可增强机体免疫功能。枯草芽孢杆菌的芽孢被摄入动物体内后，在小肠激活Th2细胞产生细胞因子，继而激活B细胞，激发IgA、IgG、IgM等体液免疫，通过淋巴细胞再循环活化全身免疫系统，从而增强机体的免疫功能。此外，枯草芽孢杆菌的芽孢还能激活Th1细胞，激活效应性T细胞并产生细胞因子，促进巨噬细胞和树突状细胞的吞噬，从而发挥免疫效应。Selvam等研究表明，枯草芽孢杆菌分泌的表面活性剂能抑制炎症反应的关键酶-磷脂酶A2，进而改善结肠炎的炎症反应等[12]。

3　枯草芽孢杆菌在养殖中的应用

3.1禽类

家禽具有出栏快、养殖密度高等特点，从而加剧了疾病发生率，最终使得大量抗生素在家禽养殖中使用。近几年，关于枯草芽孢杆菌代替抗生素在禽类中应用的研究报道较多，主要集中在枯草芽孢杆菌对促进鸡、鸭生产性能、增强免疫力等影响上。

周立强等在黄羽肉鸡日粮试验中分别添加枯草芽孢杆菌制剂0.1、0.15、0.2 g·kg-1（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组，活菌数为108cfu·g-1），Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组日增重分别提高了49.03%、46.39%和37.04%；各试验组饲料报酬均有所提高，但差异不显著（P>0.05）；各试验组可极显著提高粗蛋白质的代谢率（P<0.01），粗脂肪、钙、磷及表观代谢能的代谢率均有提高，试验Ⅲ组极显著提高黄羽肉鸡对钙、磷的吸收利用率（P<0.01），并且试验Ⅲ组粗蛋白质、粗脂肪的代谢率最高[13]。李卫芬等分别在肉鸡基础日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂0.25、0.50、0.75 g·kg-1（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组，活菌数为108cfu·g-1），结果表明，与对照组相比，Ⅱ和Ⅲ组肉鸡的日增重有所提高，但差异不显著（P>0.05），Ⅳ组日增重显著提高6.86%（P<0.05）；处理组空肠黏膜中总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、维生素C和黄嘌呤氧化酶（XOD）含量显著高于对照组（P<0.05），丙二醛（MDA）水平显著降低（P<0.05）；与对照组相比，盲肠和回肠黏膜中细胞因子IL-2、IL-4、IL-10和TNF-α含量均极显著提高（P<0.01）[15]。邢月腾等在肉鸭对照Ⅰ组中添加赖氨酸0.15%，对照Ⅱ组（抗生素组）中添加金霉素150 mg·kg-1，试验Ⅰ、Ⅱ组日粮中分别添加枯草芽孢杆菌PL83 5.0× 108、5.0×1010cfu·g-1，研究结果发现，添加枯草芽孢杆菌PL83的促生长及抗病效果优于添加赖氨酸的效果；添加高剂量枯草芽孢杆菌PL83（5.0×1010cfu·g-1）的效果优于添加抗生素的效果。枯草芽孢杆菌PL83有助于氨基酸的平衡，提高抗应激及抗氧化能力[15]。宋俊峰等在肉鸭基础日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂300～500 g·t-1，结果表明，在饲料中添加枯草芽孢杆菌可降低肉鸭料肉比0.06～0.07、肉鸭药费成本0.08～0.30元·只-1，提高肉鸭生长速度和育成率，改善养殖环境[16]。

3.2畜类

当前家畜养殖面临着抗生素滥用、效益不佳、环境污染等问题，许多学者尝试将枯草芽孢杆菌应用于家畜养殖中，取得较好的效果。

陈旭东等、朱五文等和张灵启等报道，仔猪日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂后可显著提高断奶仔猪的生长性能（P<0.05）[17-19]。唐伟研究了枯草芽孢杆菌对生长猪的影响，结果发现，与对照组相比，添加枯草芽孢杆菌试验组采食量提高2.17%，日增重提高17.8%，料肉比降低3.36%[20]。黄雪泉研究了枯草芽孢杆菌对仔猪生产性能的影响，在对照组基础日粮中添加金霉素0.01%，试验组在基础日粮中分别添加枯草芽孢杆菌0.01%、0.05%、0.1%，结果发现，添加芽孢杆菌各组均比抗生素组在日增重上有显著提高（P<0.05），腹泻率降低，枯草芽孢杆菌对仔猪的生产性能具有较好的效果，可以完全替代金霉素[21]。张海涛等研究了日粮中添加纳豆枯草芽孢杆菌对断奶前犊牛生长性能的影响，结果发现，断奶前犊牛增重较对照组提高26.5%，开食料的日采量下降11.9%，显著提高了犊牛的断奶日龄（P<0.05）[22]。王振华研究了高产枯草芽孢杆菌对奶牛生产性能的影响，结果发现，添加枯草芽孢杆菌组的泌乳量相比对照组均有20%～27%的提高，脂肪下降3.21%，乳蛋白增加1.40%。说明枯草芽孢杆菌制剂不仅可以提高泌乳牛的产奶量，还可以减少乳脂率降低和提高乳蛋白的含量[23]。

3.3水产

在水产养殖中，水质的好坏直接决定了水产养殖的成败。目前我国养殖主要以静水为主，池塘老化严重，水体自我净化能力较差，传统的投放化学试剂会带来新的污染，微生态制剂成为未来发展的方向。枯草芽孢杆菌由于其分解转化能力强，无污染，还兼具促进水生动物消化、提高免疫力等优点而广受研究者关注。

王文娟等研究了饲料中添加不同水平的枯草芽孢杆菌对罗非鱼生长、饲料系数和部分免疫指标的影响，生长试验结束后，注射嗜水气单胞菌进行攻毒试验，观察鱼死亡情况，计算成活率，结果发现，枯草芽孢杆菌对罗非鱼生长起到一定的促进作用，其原因可能是枯草芽孢杆菌对罗非鱼肠道微生态环境的改善及枯草芽孢杆菌在肠道内生长繁殖中的有益分泌；同时还可以提高鱼体的抗病力，其原因可能是活菌对罗非鱼的免疫刺激作用，也可能是通过改善肠道微生态环境从而间接增强罗非鱼免疫力[24]。沈斌乾等在青鱼饲料中分别添加不同剂量的枯草芽孢杆菌，结果发现，饲料中添加枯草芽孢杆菌的试验组青鱼鱼体终重和增重较未添加组显著提高（P<0.05），而饲料系数则显著降低（P<0.05）[25]。潘康成等将一种以枯草芽孢杆菌及其代谢产物为主要保健成分的微生态制剂应用在南美白对虾育苗上，结果发现，在水体中泼洒枯草芽孢杆菌微生态制剂能显著提高对虾育苗成活率（P<0.05），降低病死率（P<0.05），试验组的平均成活率比对照组提高了31.05%，两组间差异极显著（P<0.01）[26]。

4　问题及对策

4.1存在的问题

枯草芽孢杆菌作为一种绿色、高效的有益微生物，已经在畜禽水产养殖业中得到了广泛的应用，但在实际生产中还存在以下问题，制约着其较好地发挥作用：目前使用的多是自然培养的枯草芽孢杆菌，受环境影响较大，活力低，持续时间短；目前对枯草芽孢杆菌的利用较为粗放，缺乏针对性，不同动物、不同饲料种类对枯草芽孢杆菌的最终效果都会有影响；对枯草芽孢杆菌的作用机理研究还不太透彻，目前的研究报道多限于对其功能效果上的开发。

4.2对策

利用现代生物工程技术，诸如负载、微胶囊化等手段对枯草芽孢杆菌进行改良，提高其在加工、贮存、利用过程中的稳定性，较好的满足畜禽生产的要求；根据不同动物、不同生长阶段、不同饲料组成，进一步筛选出适合各自需要、稳定性好、功能强大的菌种；对枯草芽孢杆菌在动物体内的作用机理进行深入研究，尤其是关于枯草芽孢杆菌合成消化酶、刺激机体的免疫防御、应答、有关反应的分子机制方面，这些机制的进一步研究将为人类更好的利用枯草芽孢杆菌创造理论条件。

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Research Progress of BacillusSubtilisAction Mechanism and Application in Breeding Industry

WANG Libin, SUN Lina
（Xian Country Agricultural Bureau of Hebei Province, Cangzhou 062250, Hebei China）

Abstract:As a widely existing probiotics, bacillus subtilis can improve animal performance, immunity and oth⁃er important functions, it has been widely used in aquaculture now. This paper reviewed the progress of Bacillus subtil⁃is action mechanism and application in aquaculture.

Key words:bacillus subtilis; action mechanism; breading industry; progress

作者简介：王利宾（1984-），男，河北邢台人，硕士，中级畜牧师，主要从事畜禽养殖技术推广和饲料新资源的开发利用。

收稿日期：2014-12-29

中图分类号：S816.7

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2015）01-0035-04