复合微生物在畜禽养殖中的应用与发展前景

李兆龙 刘金林 陈新福 李东娅 罗锦义 黄耿光

（1.福建省农业科学院畜牧兽医研究所 福州 350013；2.龙岩市农业学校 福建龙岩 364000；3.龙岩市瑞丰养殖有限公司 福建上杭 364200；4.泉州华惠生物科技有限公司 福建泉州 362000；5.南平市农业学校 福建南平 354200）

微生物的种类繁多，功能强大，不仅促进了人类的健康和发展，同时也推动了农业的发展。作为农业中的畜牧业，近几年，受抗生素的滥用和超级耐药菌影响，畜牧业生产和我国食品安全存在极大隐患。国家这两年逐渐加强抗生素使用的管控， 出台了系列抗生素添加和使用禁令。 为了保障畜牧业的健康生产和食品安全，充分利用微生物自身的作用，开发出健康高效的复合微生物菌剂， 成为当前我国畜牧业生产的一个发展方向。 为了让更多人了解微生物的特点及功能作用， 同时让更多人使用微生物来保障生产的健康发展，有必要把微生物的一些特点、发展及应用前景作简要的概述， 以便更多的养殖户能更好地选择微生物菌剂来保障畜牧业的健康生产与发展。

1 微生物的概述

1.1 微生物的定义 微生物主要是指个体较小、单个细胞或个体结构简单的多细胞、 甚至无细胞结构的低等生物的简称。它们通常肉眼难以看清，需要借助光学显微镜或电子显微镜才能观察到（但有些微生物是肉眼可以看见的， 如属于真菌的蘑菇、 灵芝等）[1-2]。 它包括立克次氏体、支原体、衣原体细菌、细菌、病毒、真菌、放线菌、螺旋体和少数藻类等（见图1）。

图1 微生物示意图

1.2 微生物的分类 微生物种类较多，包括原核生物的细菌、放线菌、立克次氏体、衣原体，还有无细胞结构的病毒、类病毒、拟病毒等，此外，还包括真核生物的酵母菌和霉菌，单细胞藻类、原生动物等。 根据界来分类，可分为六类。（1）原核生物界（Monera）：放线菌、细菌等；（2）原生生物界（Protista）：原生动物、藻类和粘菌等；（3）真菌界（Fungi）：酵母、霉菌；（4）病毒界（virus）：指病毒及亚病毒；（5）动物界（Animalia）：指不具细胞壁、可运动、不进行光合作用的一类微生物；（6）植物界（Plantae）：指具有细胞壁、不运动、可进行光合作用的一类微生物[3]。

2 微生物的功能

人类与微生物处于一种动态平衡状态。 在人体体表、人体及其外部交流的通道中存在大量微生物，如口腔、眼结膜、鼻腔、咽喉腔、泌尿生殖道和肠道等，其中有些微生物是长期寄居，当机体防御功能正常时，这些寄居菌对机体没有伤害，我们把它称为正常菌群或正常微生物群。 正常菌群数量巨大，约1014 个，其组成相对固定，也常定居在身体的某些部位，并成为身体的一部分。 除正常菌群外，还有过路菌群， 又称外来菌群， 由致病性或潜在致病菌组成，可在短时间内大量繁殖，引起疾病[4-5]。

正常菌群有许多重要的生理功能：（1）菌群之间存在相互拮抗作用： 正常菌群在人体某一特定部位粘附、定植和繁殖，形成一层菌膜屏障。 通过拮抗作用，抑制并排斥过路菌群的入侵和群集，调整机体与微生物之间的相对平衡状态，保持机体的健康发展。当拮抗被破坏，机体与微生物间的平衡失去，机体就容易出现紊乱，最终机体产生一系列的反应。 （2）参与机体的免疫调节： 不管分布在消化道还是呼吸道系统的微生物，或者是体表及体内的脏器微生物，都参与了机体免疫调节。（3）对营养物质的消化吸收功能：机体内的正常微生物，如芽孢菌、双岐杆菌、乳酸杆菌、 肠菌等能合成多种人体和动物生长发育必需的维生素和微量元素，如B 族维生素、维生素K 等，并参与机体的物质代谢。（4）促进机体排泄毒物的功能：大部分的正常菌群，都能够使肠道过多的革兰氏阴性杆菌下降到正常水平，减少内毒素的吸收。 （5）抗肿瘤和抗癌症的功能：体内微生物的代谢产物，一方面能够通过激活体内的免疫系统，增加细胞免疫，抵抗肿瘤和癌症的发生发展，同时它还能降解、清除体内的致癌因子等。 （6）抗衰老作用：人和动物体内有益菌能刺激体内产生的免疫相关物质， 进而协助机体及时清除体内的自由基，产生SOD（超氧化物歧化酶），最终缓解人体或动物在退化过程中过多自由基而加速老化的能力等[6]。

机体与微生物之间的动态平衡称为微生态平衡， 这是机体保持正常的关键。 因为这个平衡是相对和动态的，因此，经常会受不同因素的影响，影响因素有外环境因素，也有内环境因素[7]。

3 微生物对人类健康的应用研究

3.1 微生物与人类健康相关的疾病

3.1.1 微生物与传染性疾病 很多的传染性疾病都是由微生物所引起，如病毒性疾病、细菌性疾病、真菌性疾病等。 大部分时间，菌群相对平衡，当平衡破坏后，就出现部分菌群的过分增殖而致的发病状态。例如之前的研究证实，长期以来，抗生素给药与艰难梭菌感染发展之间成正相关[8]。

3.1.2 微生物与肠道炎症 不同于微生物在感染性疾病中的相互作用， 微生物群可以干扰一种典型的微生物病原体。 在炎症性肠病（IBD）和溃疡性结肠炎中，没有任何经典的病原体被明确的识别出来。多项研究表明，有和没有患IBD 的人群的肠道微生物群有差异[9]。 因此，IBD 确实是一种与微生物群有关的疾病，因为宿主和微生物，以及通过它们的相互作用而产生的环境，在这种情况下都发生了改变。

3.1.3 微生物与肥胖和代谢性疾病 肠道内的微生物群与宿主之间的复杂代谢相互作用， 具有里程碑意义的研究表明，在人类和老鼠的疾病模型中，肥胖与肠道微生物群之间存在着联系。 微生物群可以影响肠道对营养物质的处理。 微生物产生的代谢产物（如短链脂肪酸和胆汁酸）可以影响重要的代谢调节肽的表达，如胰高血糖素样肽[10]。最近的研究已经开始揭示出一些微生物群能够影响宿主能量代谢的机制。其他的研究表明，调节宿主饮食对肠道菌群有影响。建立一个复杂的系统，通过该系统微生物内在的和外部的联系可以改变宿主的新陈代谢。 一项有趣的研究引起了人们的广泛关注， 那就是对微生物的无意改变（如抗生素给药）如何破坏正常的微生物群平衡并导致代谢综合征和肥胖症的发展[11-12]。

3.1.4 微生物与心血管疾病的相关性 最近的工作已经研究了微生物的代谢对其它器官系统的影响。一个重要的例子是研究了氧化三甲胺（TMAO）代谢的作用[13-14]，该物质被用来预测心血管疾病的发病风险。膳食胆碱被肠道微生物群代谢，从而产生氧化三甲胺并调节微生物群， 然后增加动脉粥样硬化的风险。这项工作提供了一种潜在的机制，通过这种机制，可以解释某些饮食习惯与特定健康状况（如心血管疾病）之间的联系[15]。

3.1.5 微生物与肺部疾病的相关性 有些微生物群落在呼吸道的特定疾病状态中存在， 在生物学上也很重要。人们早就知道，许多囊性纤维化的病人长期被致病的微生物所感染，最近，研究人员在这些患者的肺中发现包含一个比以前人们所认识到的更加多样化的微生物群落。 这一发现对于肺病和囊性纤维化的发病机理的重要性仍有待进一步确定， 许多早期的研究都显示哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD）与微生物关联性而非因果关系[16-18]。

3.2 微生物在人类健康保障中的应用 众所周知，我们现在临床使用的抗生素有许多都是源自微生物的代谢产物，如青霉素就是青霉菌（属真菌类）的代谢产物。此外，我们也应用一系列的微生物来制造维生素、辅酶、ATP 等药物。在日常生活中，人们常接触的酒类、醋类、酱油类、各种腌制品等，都是通过微生物发酵而来的。 近几年，随着科技的进步，不断有研究结果证明，微生物与疾病的相关性。 因此，很多科研单位和医院出现了各种应用微生物的治疗方法。如微生态平衡疗法， 它是指促进正常微生物与宿主及环境构成的微生态失调转变为正常平衡的医疗措施，其中包括两大措施：（1）应用抗菌药物的生态疗法， 即用对致病菌敏感的抗生素有选择性地杀灭或抑制致病菌，防止内源性感染。 （2）应用微生态调节剂的生态疗法， 微生态调节剂包括益生菌及其代谢产物和生长促进因子等，采用微生态疗法，特别是在胃肠系统菌群失衡治疗中获得了成功[19]。

4 微生物在畜牧业生产中的应用

4.1 复合微生物的添加在畜禽养殖业中的应用

4.1.1 猪 此前很多研究结果证实， 在生猪养殖过程中添加一定比例的微生物， 能够有效促进断乳仔猪消化吸收和增强免疫力， 同时对育肥猪的饲料转化率有明显的提升[20]。也有很多研究表明，育肥猪中添加0.1%复合微生物，可以明显提高育肥猪的生长速度，缩短育肥猪出栏期，大大节省了养殖成本，提高了养殖效益。 此外，有部分研究证实，使用微生物添加剂明显增强机体的抵抗力，降低死淘率[21]。

4.1.2 反刍动物 复合微生物除了在生猪养殖产业中添加使用外，也常见于反刍动物的养殖生产中。它对幼龄反刍动物和成年反刍动物的营养消化吸收有积极的促进作用。有研究结果表明，在反刍动物的日粮中添加一定量的复合微生物， 可以明显促进机体对营养的吸收，改善动物的生长，提高养殖效益。 赵华等[22]研究表明，添加复合微生物的饲料饲喂泌乳牛，乳牛平均日产标准乳比对照组提升11.4%。余淼等[23]采用食品工业废弃物发酵制成的生物饲料添加到肉牛饲料中，血液生化和免疫指标结果表明，它可显著提高总蛋白、 白蛋白、IgA、IgG、IgM 的含量，降低谷草转氨酶和谷丙转氨酶的活性， 提高机体的抗氧化性。 杨宝珠[24]将添加了EM 菌的饲料饲喂肉牛，发现肉牛的日增重提高约30%， 有效提高了养殖效益。

4.1.3 家禽 肉鸡的日粮中添加复合微生物， 可以有效减少抗生素和抗菌药的使用，改善肉质。孙汝江等[25]将固态复合微生物添加到蛋鸡日粮中，明显增加鸡的产蛋量，并且产蛋率也显著提升。 此外，它对蛋的品质也有明显的提升， 主要表现在蛋黄颜色有明显改善。 闫理东等[26]在肉仔鸡日粮中添加复合微生物，可明显提高肉仔鸡的平均日增重、采食量、肉料比，提高养殖效益。在火鸡饲料中添喂芽孢杆菌后发现，嗉囊和盲肠中的芽孢杆菌数量显著增加。高登文等[27]研究表明，在蛋鸡日常饮用水中添加光合细菌后，明显提高了蛋鸡的蛋白高度、哈氏单位和蛋壳强度。王俊峰等[28]研究表明，用复合微生物饲喂爱拔益加肉鸡42 d 后，试验组前期耗料量、料重比及全期采食量极显著低于对照组。

4.2 复合微生物的添加在生产和应用中存在的问题

4.2.1 生产中存在的问题 复合微生物是一个相对较新的行业， 对于微生物生产过程中的各个加工工艺的标准化和规范化非常重要。 因为复合微生物的发酵过程是相对动态平衡，稍有不慎，就可能导致产品变化，最终影响临床使用。目前主要的问题还是我国微生物的发酵技术、设备和专业人才还相对落后，对于复合微生物的添加还没有形成一定技术规范和生产过程管理监督制度，导致市场上产品多样，批次不一致，使用效果不佳。 此外，因为环境中存在大量微生物， 复合微生物在生产过程中也容易受到外界环境污染，生产出来的产品存在一定的安全隐患。因此，需要规范行业的生产规范制度，建立相应的监管机构，对复合微生物的产品质量进行统一把控，保障行业不断发展。

4.2.2 应用中存在的问题 复合微生物在应用过程中存在的问题主要体现在复合微生物的添加可能打破机体的肠道微生态平衡，如乳酸杆菌添加过量，很容易引起临床感染。因为微生物的平衡是相对的，过多和过少都会破坏这个平衡，最终引起机体发病。此外，从免疫学的角度出发，复合微生物中的微生物和次级代谢产物对动物体都是抗原， 动物为抵抗这种抗原势必会产生相应的抗体， 动物产生抗体要消耗大量的能量和蛋白质，这对机体有一定的副作用。除此之外， 复合微生物在应用过程中因为有地理位置差异和种属差异，不同地区、不同种类的畜禽，其养殖效果有很大差异。 如何选取适应当地的微生物种群，对发酵底物进行发酵，是当前研究的重要方向。因此， 复合微生物的生产和应用还应结合动物营养学、动物生理学等相关学科，开发出安全、能够有效提升养殖效益的产品，保障行业可持续发展。

5 小 结

我国是一个农业大国， 畜禽养殖业在我国国民经济中占据着重要比例。 同时，我国人口众多，也是畜牧业产品的消费大国， 如何为国民提供健康安全的食品， 是当前我国政府及相关部门必须重视的问题。特别是近两年食品安全事故频发、抗生素在畜牧业生产中滥用现象频繁。 如何降低抗生素的使用同时又保障畜牧生产的健康发展是一个相对棘手的问题。而作为新兴的复合微生物添加剂，因为可以有效降低饲料原料中的抗营养因子、 抑制动物肠道有害病原菌的繁殖、减少养殖行业抗生素的使用、可有效提高养殖效益，改善养殖业对环境的损害，业已成为一个绿色发展方向。此外，近些年国家对环保问题持续重视， 复合微生物在畜禽养殖业中添加应用将更加广泛。 当然，当前复合微生物技术还不是很完善，很多人还不是有很高的使用意识，加工成本较高，原理机制的发现还需一定的过程。因此，除了加大对微生物作用原理的研究， 要将复合微生物的生产与动物营养学、动物生理学等相关学科结合，筛选一些功能性强、适应性强的菌株，选择合理的科学配方，才能不断满足市场需求，提高养殖效益。 此外，还要在生产工艺上增加研发投入，开发一些规模化、自动化程度高的发酵设备。