丁酸梭菌的生物学功能及其在养猪生产中的应用

陈 辉

（华中农业大学动物科学技术学院，武汉430070）

当前我国养殖已进入无抗养猪时代，并且在当前非洲猪瘟以及“新冠”疫情背景下造成生猪出栏量大幅下降，因而在养猪生产中寻求一种绿色高效的饲用抗生素可替代物对于养猪效益具有积极意义。丁酸梭菌（Clostridium Butyricum，CB）是以有机酸（乙酸、丁酸等）为主要代谢产物的细菌，为严格的厌氧革兰氏阳性芽孢杆菌，是一种优良的新型饲用微生态制剂[1]。研究表明，CB具有促进生长、改善机体肠道功能、改善机体抗氧化性能、改善机体免疫性能以及抑菌等诸多生物学功能，同时具有减少药物残留、耐热、耐酸、耐受多种抗生素等优良生物学特性[2]，因此在仔猪、生长育肥猪以及母猪中均有着良好的饲用价值。文章就CB的生物学功能及其在养猪生产中的应用现状展开综述，并分析其生物学特性，以期为养猪生产中CB的合理运用以及推广提供理论依据和数据参考，进而有效地推动我国生猪养猪朝着健康绿色高效的发展方向前进。

1 CB的生物学特性

CB在形态上呈现杆状或弯曲状，无荚膜，丝状菌体，为革兰氏阳性菌（但培养时间较长（24h左右）可转为阴性）[3]；当温度25℃～37℃、pH为4.0～9.8为CB最适生存环境，但CB在酸性环境（pH 1.0～5.0）仍可存活，且在高温环境（55℃）存活率达100%[4]；对抗生素（庆大霉素等）、胆盐（0.35%）、酸（pH=2或3）、人工胃液以及肠液具有很好的耐受性和遗传稳定性[5，6]；这显示了CB作为潜在饲料抗生素可替代物的潜力。同时，研究也显示CB对于多种致病菌具有抑制作用，研究证实CB上清培养液分别与鼠伤寒沙门氏菌、猪霍乱沙门氏菌和大肠杆菌三种致病菌作用1h后，对致病菌具有明显的抑制作用（抑菌力均在78%以上）[7]；经酸驯化后的酪丁酸梭菌（1.0×1011个/mL）对于饲料中玉米赤霉烯酮毒素含量具有显著的清除效果，其吸附率高达98.5%，有效降低饲料毒素[8]。由此表明，CB具有良好的耐受性、抑菌活性等优良生物学特性，这为CB作为抗生素可替代物奠定了坚实的生物学基础。

2 CB的生物学功能

2.1 促生长

大量研究显示，CB对于动物机体生长（生产）性能具有促进作用。仔猪中的研究证实，21日龄断奶仔猪日粮中添加1000mg/kgCB可显著提高仔猪平均日采食量（ADFI）以及平均日增重（ADG）（P<0.05），且显著降低料重比和腹泻率（P<0.05）[9]；在家禽方面，王成森[10]研究表明海兰褐蛋鸡日粮中分别添加5×106、10×106CFU/gCB菌粉，饲喂6周，检测生长性能指标，与基础日粮组相比，CB组蛋鸡产蛋率、蛋黄颜色、蛋壳厚度均显著提高（P<0.05），料蛋比和死淘率则显著降低（P<0.05）；郑超等[11]报道，在380日龄京粉2号蛋鸡日粮中添加1×105 CFU/gCB，饲喂12周后可显著将产蛋率提高了3%、哈氏单位提高了12.2%、料蛋比降低了6.7%（P<0.05）；乳鸽中的研究显示，在1日龄乳鸽日粮中联合添加5×109CFU/kg乳酸菌+1×108CFU/kgCB可显著提高其ADG以及28日龄体重（P<0.05），但与抗生素组（金霉素）相比无显著差异[12]；而郑爱娟等[13]研究表明，1日龄爱拔益加肉鸡日粮中添加2.5×108CFU/kgCB对肉鸡21日龄以及42日龄体重、1～21日龄ADG以及料重比无显著影响；造成差异的原因可能是CB添加剂量不一所致。犊牛中的研究证实，其日粮添加2×108CFU/kgCB可显著提高其ADG（P<0.05）[14]。综上显示，CB对于畜禽生长性能具有良好地促进作用。

2.2 改善肠道

CB作为一种活性微生态制剂，对于肠道菌群平衡以及肠道形态具有改善作用，进而维持机体肠道微生态平衡。在改善肠道菌群方面，杨晓伟发现[9]，在21日龄断奶仔猪日粮中添加1000mg/kgCB可显著提高其肠道有益菌乳酸菌以及双歧杆菌数量（P<0.05），而显著降低有害菌大肠杆菌数量（P<0.05）；王成森[10]研究证实，海兰褐蛋鸡日粮中分别添加5×106、10×106CFU/gCB菌粉可显著提高蛋鸡盲肠中乳酸菌数量、显著降低大肠杆菌数量（P<0.05）；陆江等[15]研究了CB对慢性肾衰竭(CRF)犬肠道菌群的影响，对其灌胃1.0 g/kg BWCB，干预4周，发现CB可通过调节CRF肠道菌群稳态，进而清除血清小分子尿毒素。CB也可通过改善肠道形态而改善肠道功能，袁文华等[12]研究报道，1日龄乳鸽日粮中联合添加5×109CFU/kg乳酸菌+1×108CFU/kgCB可显著提高绒毛高度及绒毛高度/隐窝深度(V/C)值（P<0.05）、而隐窝深度显著降低（P<0.05），且空肠、回肠V/C值显著高于抗生素组；类似的研究证实，1日龄绍兴公鸭日粮中联合添加800 mg/kg的黄芪多糖+250 mg/kg的丁酸梭菌制剂可显著降低隐窝深度（P<0.05），且显著增加V/C值（P<0.05）[16]；这提示CB对于机体肠道形态具有改善作用。由此表明CB通过改善机体肠道菌群平衡以及肠道形态而有效改善机体肠道功能。

2.3 改善抗氧化性能

机体在正常情况下氧化自由基与抗氧化系统处于动态平衡，当机体处于应激状态时，系统失衡，进而造成机体氧化损伤，而机体抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等酶活性为机体抗氧化性能评价的参考指标。耿正颖等[17]研究表明，断奶仔猪日粮中添加5×109CFU/kgCB，饲喂28d后，检测抗氧化酶指标，与基础日粮组相比，CB组仔猪血清GSH-Px活性、总抗氧化能力（T-AOC）以及超氧化物歧化酶(SOD)活性均显著增加（P<0.05）。在改善家禽抗氧化性能方面，袁文华等[18]给1日龄肉鸽日粮中添加1×108CFU/kgCB，饲喂28d后发现肉鸽肝脏中GSH-Px活性以及过氧化氢酶(CAT)活性均显著提高，且联合添加5×109CFU/kg乳酸菌效果更佳；肉鸡中的研究证实[19]，其日粮添加3×108CFU/kgCB可显著提高其血清GSH-Px活性以及T-SOD活性（P<0.05）；赵文文等[16]在1日龄康绍兴公鸭日粮中添加250mg/kgCB，饲喂28d后检测抗氧化指标，结果显示，CB组康绍兴公鸭肝脏和血清中T-AOC、T-SOD以及GSH-Px活性均显著提高（P<0.05）；孙玲玲等[20]在1日龄五龙鹅雏鹅日粮联合添加250mg/kgCB+250mg/kg枯草芽孢杆菌，与对照组相比，CB组雏鹅血清T-AOC提高12.33%（P<0.05）、GSH-Px活性提高7.69%（P<0.01）。反刍动物犊牛中的研究证实[14]，50日龄荷斯坦公犊牛日粮中添加2×108CFU/kgCB，饲喂20d，检测抗氧化指标，结果表明，与基础日粮组相比，CB组血清GSH含量增加（P=0.06），血清MDA含量则极显著降低（P<0.01）。综合本段显示，CB通过改善机体抗氧化相关酶活性进而有效改善畜禽机体抗氧化性能。

2.4 改善免疫功能

研究显示，CB对于畜禽机体免疫因子水平以及免疫器官指数具有改善作用，进而有效调控畜禽机体免疫性能。断奶仔猪中的研究显示，21日龄断奶仔猪日粮添加1000mg/kgCB可显著其免疫球蛋白A（IgA）水平、IgG水平以及脾脏指数（P<0.05）[9]。刘砚涵等[21]发现，1日龄北京鸭日粮中添加200mg/kgCB可显著提高其血清IgA、IgG、补体C3和补体C4水平（P<0.05），并显著降低血清IL-6和IL-7含量（P<0.05）。肉鸡中的研究证实，1日龄罗斯308肉鸡日粮中添加3×108CFU/kgCB可显著提高其血清IgA和IgG水平（P<0.05）[19]；何菊等[22]研究表明，1日龄Cobb500肉鸡日粮中添加100g/t或200g/tCB1制剂，饲喂42d后发现，与基础日粮组相比，CB组肉鸡脾脏指数、法氏囊指数、气管黏膜SIgA水平以及肠道黏膜SIgA水平均显著增加（P<0.05）。袁文华等[23]研究显示，1日龄肉鸽日粮添加1×108CFU/kgCB可显著提高其胸腺指数、血清IgA和IgG水平（P<0.05）。李文茜等[14]研究了CB对断奶犊牛免疫性能的影响，在其日粮中添加了1×108CFU/kgCB，饲喂20d，结果显示CB组犊牛血清IgA、IgM和IgG水平极显著增加（P<0.05）。水产动物虹鳟中的研究显示，在其日粮中添加7.35×109CFU/kgCB可显著提高其血清杀菌能力、补体C3水平（P<0.05），显著降低其累积死亡率（P<0.05），对其具有良好的免疫保护率[24]。由此表明，CB通过改善畜禽机体免疫因子水平以及免疫器官指数而有效改善其免疫性能。

2.5 抑菌活性

CB作为益生菌制剂，对多种致病菌具有良好的抑制作用。何光胜等[25]研究显示，将CB分别与大肠杆菌K88以及金黄色葡萄球菌培养24h后，发现细菌数量较单独培养相比下降了两个数量级，这提示CB对两种细菌具有明显的抑制作用。王倩等[7]研究证实，将CB培养上清液分别与鼠伤寒沙门氏菌、猪霍乱沙门氏菌和大肠杆菌三种致病菌作用1h后，对致病菌具有明显的抑制作用（抑菌力均在78%以上）。谢丽静等[26]研究表明，CB对大肠杆菌以及沙门氏菌等9种常见致病菌均具有良好的抑制能力。贾丽楠等[27]发现CB发酵液对5种常见的肠道致病菌（大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌等）均具有良好的抑菌效果，研究发现是CB通过发酵所产生的有机酸和多肽等物质而发挥抑菌作用。由此表明CB具有良好的抑菌能力，对多种致病菌具有抑制作用。

3 CB在养猪生产中的应用

3.1 仔猪

CB对于仔猪的生长性能、免疫性能、肠道功能以及抗氧化功能等方面具有积极意义。杨晓伟[9]研究表明，21日龄断奶仔猪日粮添加1000mg/kgCB可有效改善其生长性能、免疫性能、肠道功能以及抗氧化性能。王海亮等[28]在断奶仔猪日粮中添加1×105CFU/gCB，发现仔猪ADG以及ADFI显著提高（P<0.05），而料重比显著降低（P<0.05）。孙健等[29]研究表明，给断奶仔猪饲喂1×108CFU/kgCB28d，结果显示仔猪料重比以及粪便中乳杆菌科微生物的比例均显著降低（P<0.05）。郑有秀等[30]研究证实，22～55日龄断奶仔猪日粮添加250mg/kg或500mg/kgCB，饲喂30d，结果表明仔猪空肠绒毛高度、肠绒毛高度/隐窝深度、血清IgA和IgG水平均显著提高（P<0.05），而腹泻率显著降低（P<0.05）。耿正颖等[17]发现，断奶仔猪日粮添加5×108CFU/kgCB可提高血清GSH-Px活性（P<0.05）、T-AOC（P<0.05）以及IL-4含量（P<0.01），降低肿瘤坏死因子-α水平（P<0.05）和IL-6水平（P<0.01），但对仔猪生长性能无显著影响。CB也可联合其他添加剂而用于仔猪，尹会方等[31]研究表明，21日龄断奶仔猪日粮中联合添加4×108CFU/kgCB+4×108CFU/kg地衣芽孢杆菌，饲喂30d，检测指标，与基础日粮组相比，联合CB组仔猪末重、ADG、血清SOD、血清GSH-Px、T-SOC、IgA以及和IgG水平均显著提高（P<0.05），而FCR显著降低（P<0.05）。杨玲等[32]报道，将CB复合益生菌以100%的比例替代抗生素可显著降低腹泻率（P<0.05）、极显著降低沙门氏菌、产气荚膜菌以及大肠杆菌数量（P<0.01），且CB组仔猪生长性能与抗生素组相当，但腹泻率降低，这提示CB可作为完全替代抗生素的潜在饲料添加剂。综合本段表明CB对于仔猪生长性能、免疫性能、肠道功能以及抗氧化性能等方面均有积极的饲用价值

3.2 生长育肥猪

CB在生长育肥猪中的应用主要集中在改善生长性能、免疫性能等方面。孙华等[33]研究了日粮添加CB对育肥猪前期生长性能的影响，在25kg左右保育猪日粮中添加2.5×108CFU/kgCB对其生长性能具有改善作用，而添加剂量为0.5×108CFU/kgCB时对于饲料转化率具有改善作用。张秀江等[34]研究显示，生长猪日粮添加0.02%CB可使生长猪ADG提高7.5%、料肉比降低2.2%、经济效益提高0.6%。有研究显示，4月龄育肥猪日粮添加0.1%酪宝（CB≥5.0×107cfu/g，嗜酸乳杆菌≥5.0×107cfu/g）可显著降低其背膘厚（P<0.05），对于生长性能、剪切力等肉质指标均有改善的趋势[35]。关青龙[36]在生长育肥猪（44±2.4kg）日粮中添加了2×104CFU/gCB菌粉，结果显示日粮添加CB对生长性能无明显影响，但CB组粪便乳酸菌数量、血清IgG、GSH-Px活性、T-SOD活性均显著增加，而粪便大肠杆菌数量显著降低，提示CB对生长育肥猪肠道功能、免疫功能以及抗氧化功能具有改善作用。何婷等[37]研究显示，杜长大去势公猪日粮添加100mg/kgCB显著降低了蛋氨酸的全肠道表观消化率（P<0.05）、血清中顺式-5，8，11，14，17-二十碳五烯酸含量则显著增加，且CB与蛋白水平存在明显互作。

3.3 母猪

CB在母猪中的应用主要在改善其繁殖性能方面。李严[38]给妊娠90日龄母猪日粮添加0.2%CB，饲喂至21日断奶，结果显示，与基础日粮组相比，仔猪平均出生间隔降低（P<0.01）、产程降低（P<0.05）、断奶窝重以及窝增重有增加趋势（P=0.07）、母猪分娩当天血清MDA水平以及14日龄仔猪血清MDA水平降低（P<0.05）、21日龄哺乳仔猪T-AOC增加（P<0.01）、母猪常乳IgM水平增加（P<0.05），同时改善了母猪肠道菌群，提示CB通过改善母猪免疫性能、抗氧化性能以及肠道功能而有效改善其繁殖性能。赵雷等[39]研究了CB对母猪繁殖性能的影响，在妊娠长大以及大长母猪日粮中添加CB（试验前2周添加0.2%CB复合制剂，2周后添加0.1%CB，饲喂至产后21d），与对照组相比，CB组母猪采食量、产活仔数、初生体重以及仔猪21日龄体重均显著增加（P<0.05），而死胎率均显著降低（P<0.05）。表明CB对于母猪繁殖性能具有改善作用，但相关应用研究报道较少。

4 小结与展望

综合全文，在当前无抗养猪背景下，CB具有诸多生物学功能以及优良的生物学特性，作为一种潜在的优良饲用抗生素可替代物，近年在养猪生产中的应用发挥了积极的饲用价值，在一定程度上对于养猪生产的效益起到了积极作用。但值得指出的是，尽管近年有关CB的应用研究报道较多，但其作用机制尚不完全明确，仍需进一步深入研究，提示今后CB的作用机制将会是一个研究热点[40]；其次有关CB的应用研究主要集中在仔猪中，在生长育肥猪以及母猪中的报道较少，而CB具有改善肠道健康、抗氧化以及调控脂肪代谢等生物学活性，对于母猪繁殖性能的改善、猪肉品质的改善等方面均具有良好的饲用潜力，这提示今后需进一步扩大CB在生长育肥猪以及母猪生产方面应用的研究。总而言之，CB作为一种新型微生态制剂（潜在的饲用抗生素可替代物）在养猪生产中发挥着积极作用，对于实现绿色高效养猪具有促进意义！