乳酸片球菌在动物生产中的研究进展

王轶男 ， 胡诗悦 ， 于龙政

(1. 延边大学农学院 ， 吉林 延吉 133002 ； 2. 长春市动物疫病预防控制中心 ， 吉林 长春 130000)

近些年来，抗生素在养殖业中的滥用造成的副作用日趋严重，饲料中禁止添加抗生素日趋重要。2020年农业农村部正式实施第194号公告，标志着药物饲料添加剂将有序退出饲料行业，有效推动我国养殖饲料的发展转型，因此微生物饲料添加剂在饲料替代和减少抗生素使用中的重要性进一步凸显[1]。伴随微生物领域研究的快速发展，大量试验研究表明，乳酸菌制剂可有效抑制肠道有害细菌的生长繁殖[2-3]，提高机体免疫功能，改善动物生长性能。

乳酸菌被称为一类利用发酵碳水化合物产生乳酸的细菌统称，乳酸菌可划分为41个属，其中具有重要科学和应用价值的乳酸菌主要是乳杆菌属(Lactobacillus)、乳球菌属(Lactococcus)、片球菌属(Pediococcus)、肉食杆菌属(Carnobacterium)、链球菌属(Streptococcus)、气球菌属(Aerococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、酒球菌属(Oenococcus)、四联球菌属(Tetragenococcus)、漫游球菌属(Vagococcus)、魏斯氏菌属(Weissella)和明串珠菌属(Leuconostoc)共12个[4]。乳酸片球菌(Pediococcusacidilactici)隶属厚壁菌门芽孢杆菌纲乳杆菌目乳杆菌科片球菌属，呈圆球状，分裂后一般细胞成对或者成团排列，不成链状；革兰染色呈阳性，无运动性，兼性厌氧。在MRS培养基中菌落较小，呈白色。乳酸片球菌在pH 4.2～8.0均可生长，最适生长pH为6.0～6.5，最适生长温度为25～40 ℃，乳酸片球菌具有较高的耐盐特性，在NaCl浓度(m/V)为9%～10%时可以生长。乳酸片球菌具有治疗便秘、腹泻、增强免疫功能、维持肠道微生态平衡和调节胃肠道菌群的功能，位列在农业农村部允许使用的菌种目录中[5]。

1 生理功能

1.1 增强机体免疫功能 乳酸片球菌在调节免疫方面主要有2种方式：(1)乳酸菌能激活巨噬细胞的吞噬作用，由于乳酸菌能在肠道内定植，进而在肠道内繁殖与代谢，其胞外多糖能刺激肠道黏膜免疫系统的发育成熟、刺激宿主建立完备的免疫系统，提高机体的免疫力;(2)乳酸片球菌谷氨酸脱羧酶(Glutamic acid decarboxylase，GAD)是催化L-谷氨酸α-羧基进行脱羧反应生成γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid，GABA)的关键限速酶和唯一酶，因此GABA是乳酸片球菌的重要代谢产物之一[6]。GABA通过影响消化系统胃肠道的物理与化学感受器的敏感性，进而抑制生长抑素(Somatostain，SS)的分泌。SS有免疫抑制作用，可抑制T淋巴细胞的增殖和免疫球蛋白的合成，并且能诱导单核巨噬细胞的凋亡，从而促进分泌型免疫球蛋白(Secretory immunoglobulin A，sIgA)的分泌，提高机体抵抗力。同时，GABA是抑制性神经递质，当与抗焦虑的脑受体结合后对其激活，阻止焦虑信号和应激信息抵达大脑，因此能够减轻应激程度和镇定神经，增加机体免疫力。

1.2 维持肠道菌群平衡功能 健康的肠道内生活着数十万亿的细菌，这些细菌相互依存、相互制约，呈现动态平衡状态，构成机体内的微生态系统，成为天然的防御屏障。目前，对益生菌的作用机理有微生物优势种群学说、生物夺氧学说、免疫调节学说和生物屏障学说[7]。其中微生物优势种群学说主要指：当动物机体的胃肠道受到致病菌的刺激时，适当添加外源乳酸菌，外源乳酸菌进入动物肠道后可在肠道壁进行定植，并能够产生乳酸、乙酸等有机酸，可有效抑制病原性细菌的生长繁殖，促进乳酸菌等有益菌的增殖，维持肠道微生态的平衡，从而促进动物机体恢复健康[8]。秦红等[9]在饲粮中添加乳酸片球菌，研究发现添加乳酸片球菌可以增加空肠和回肠乳酸菌和双歧杆菌的数量及空肠的定植抗力、降低空肠中大肠杆菌的数量。表明添加乳酸片球菌能够促进肠道有益菌的生长，并抑制有害菌的生长，调节肠道菌群平衡，进而改善肠道微生态平衡。

1.3 产生具有抑菌活性的代谢物 乳酸菌在代谢的过程中产生细菌素，某些乳酸片球菌的菌株可以通过核糖体合成机制产生乳酸片球菌素，是具有抗菌活性的蛋白质，同时有较好的热稳定性，对李氏杆菌等革兰阳性菌有显著的抑制作用[10]。乳酸片球菌素的抑制机理是，乳酸片球菌素作用于敏感菌，结合到其细胞表面，使敏感菌的细胞表面的细胞膜上形成孔洞。孔洞形成后导致细胞内的小分子物质，如钾离子、无机磷酸盐等离子的流失，从而导致ATP向外泄露，最终使质子驱动力(Proton motive force，PMF)发生耗散直至丧失，而PMF的耗散又导致细胞无法继续形成ATP能量物质，同时细胞也无法进一步吸收氨基酸等营养物质，最终使细胞无法进行能量代谢，细胞衰竭而亡，从而起到抑菌、杀菌的作用。

1.4 改善动物机体肠道形态 动物机体对营养物质消化吸收的主要场所是小肠，对营养物质的消化、吸收和转运的作用重大[11]。肠道的黏膜上皮、固有膜和黏膜肌层共同构成了肠道黏膜。小肠的隐窝深度、肠道绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度(VH/CD)是衡量小肠消化吸收等功能状态的重要指标。绒毛变长，其与营养物质的接触面积增加，有助于营养物质的吸收；隐窝变浅，反映出肠上皮细胞生成率降低，更新变慢；VH/CD值反映出小肠的功能，比值越大说明肠内膜面积大，单位面积绒毛细胞数增多，意味着小肠功能较好，消化吸收功能越强。徐基利[12]研究发现，添加乳酸菌的试验组肉仔鸡小肠绒毛长度高于对照组，隐窝深度比对照组浅。秦红等[9]在饲粮中添加乳酸片球菌，研究发现添加乳酸片球菌可以增加十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度，十二指肠和空肠的隐窝深度变浅，十二指肠、空肠和回肠的VH/CD值增加。Joysowal等[13]在饲料中添加猪源性乳酸片球菌对育肥猪进行饲喂，研究发现，乳酸片球菌组的绒毛长度和隐窝深度均有明显改变。这些试验结果都表明，乳酸片球菌具有改善肠道形态的作用。

1.5 调控血清生化指标 动物血清的成分变化可在一定程度上反映出动物的机体代谢、营养情况和疾病状况等，从而间接反映出动物的生长性能[14]。血清生化试验可以表明动物的生理性质，与其营养和健康状况有关。血清总蛋白(Total protein，TP)由血清白蛋白(Serum albumin，ALB)和球蛋白(Globulin，GLB)组成，能够反映机体蛋白质的代谢水平。血清粗纤维调节素(Undulin，UN)是动物机体蛋白质代谢和氨基酸代谢的终产物，能够反映出机体蛋白质代谢和氨基酸之间的平衡状态。程光民等[15]研究发现，益生菌组的血清TP含量增加。Joysowal等[13]研究发现，乳酸片球菌组的血清中葡萄糖、甘油三酯和胆固醇下降，这与Dilmibouras等[16]试验结果相似。其作用原理可能是乳酸片球菌进入机体后产生有益的代谢产物，激活酸性蛋白酶的活性，从而促进蛋白质的消化吸收；同时分泌胆酸水解酶，通过直接吸收胆固醇或者间接抑制其合成来降低胆固醇含量。

2 在动物中的应用

2.1 在猪中的应用

2.1.1 在断奶仔猪中的应用 Giancamillo等[17]在饲料中添加乳酸片球菌对断奶仔猪进行饲喂，观察仔猪的肠道、淋巴细胞和生产性能，研究发现，饲喂乳酸片球菌后能够保护仔猪的小肠黏膜，提高断奶期的局部抗感染压力，提高仔猪断奶后的日平均增重。刘公言等[18]研究发现，在日粮中添加乳酸片球菌后仔猪的粗蛋白、粗纤维和磷的消化率显著提高，大肠杆菌数量降低，平均日增重和料重比提高，仔猪腹泻的情况改善明显，肠道中有益微生物乳酸菌增多且腹泻指数下降，能够提高断奶仔猪的肠道健康。

2.1.2 在育肥猪中的应用 Joysowal等[13]在饲料中添加猪源性乳酸片球菌对育肥猪进行饲喂，研究发现，饲喂乳酸片球菌的育肥猪生长性能显著提高，采食量、组蛋白消化率和氮保留量显著提高；同时，饲喂乳酸片球菌后育肥猪的血清A∶G比值、甘油三酯、胆固醇等血液生化指标也有所提高，试验研究表明，猪源乳酸片球菌是猪较好的益生菌来源，提高育肥猪的肠道形态和健康状况。刘辉等[14]研究发现，在育肥猪的饲料中添加乳酸片球菌，猪的粪便中乳酸菌的数量明显升高，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的数量显著降低，猪血清中TP、GLB含量增加，试验结果表明，乳酸片球菌能够促进猪肠道内益生菌的增殖和提高机体蛋白质代谢水平，进而提高猪肠道微生态环境和减少动物应激刺激。

2.2 在家禽中的应用

2.2.1 在鸡中的应用 Quarantelli等[19]研究发现，在饲料中添加乳酸片球菌，有助于提高蛋鸡的产蛋率和产蛋总量，并降低了蛋鸡的饲料转化率。吴玙彤等[20]对蛋鸡的研究发现，在饲料中添加乳酸片球菌显著提高了平均蛋重、总蛋重和蛋鸡钙沉积率，有助于降低鸡蛋的破损率。在产蛋初期表现出改善鸡蛋重量、蛋黄颜色、蛋壳质量和饲料效率的潜力，在产蛋后期能够降低蛋黄胆固醇的水平。王利红[21]在肉鸡消化道内分离筛选出乳酸片球菌，并制出菌粉添加到日粮中，研究发现乳酸片球菌可改善肠道消化酶的活性和肠道组织形态，提高肉鸡生产性能。Wajda等[22]在火鸡的日粮中添加乳酸片球菌，研究发现乳酸片球菌可提高饲料转化率和肉类脂肪含量。

2.2.2 在鸭中的应用 王建设等[23]在鸭空肠内容物中分离出1株乳酸片球菌，并对菌株益生功能进行研究，发现该乳酸片球菌在pH 4.0的存活率为98.8%，表现出较好的耐酸性；在0.2%的猪胆盐下的存活率为96.8%，表现出较好的耐胆盐性；在60 ℃ 处理5 min后的存活率为97.3%，表现出一定的耐高温性；对产肠毒素性大肠杆菌K88和K99具有较强的抑菌效果。该试验获得了抗逆性强、益生性较好且具有一定安全性的鸭源益生菌，为下一步微生态制剂产品的开发提供了重要的菌种资源。

2.3 在反刍动物中的应用 反刍动物的胃为4个胃室，瘤胃是食物进入反刍动物胃肠道内第1个接触的“暗室”。瘤胃是一个密闭的活体发酵罐，同时也是食物消化的主要场所，因此为筛选出反刍动物胃肠道中的乳酸菌，张海威等[24]利用厌氧菌分离技术从成年牛的瘤胃中分离出1株牛瘤胃乳酸片球菌，研究发现乳酸片球菌在牛瘤胃中能够稳定的生长繁殖，更容易在动物肠道内发挥定植益生作用。同时具有良好的耐盐能力和一定的生物学活性，有利于今后牛瘤胃微生态制剂的研制和牛瘤胃微生物发酵过程的控制。

此外，乳酸片球菌在反刍动物饲料中也有重要的应用。程光民等[8,15]在全株青贮玉米中添加乳酸片球菌与尿素混合添加剂饲喂杜泊绵羊，研究发现混合添加的日粮可提高杜泊绵羊的平均日增重、胴体重、屠宰率、净肉率和肌肉中的赖氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸，有助于营养物质的消化吸收和利用，提升羊肉品质。

2.4 在水产中的应用 近年来，随着水产品需求量的增加，水产养殖在畜牧业中占比逐渐提高，水产养殖业发展突飞猛进，乳酸片球菌被广泛应用于水产品生产中。郭本月[25]在加州鲈鱼肠道筛选出的乳酸片球菌能有效解决水产养殖水体亚硝态氮较高的问题，改善环境水质，减少水产养殖动物病害发生的机率，同时改善机体消化道微环境，总抗氧化力以及血清中的超氧化物歧化酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶活力分别提高了148.7%、45.8%、107.3%和13.0%，从而提高机体的免疫力和抵抗力，促进水产动物生长。赵士力等[26]研究发现，乳酸片球菌改善南美白对虾养殖水体，提高存活率。Ferguson等[27]采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究乳酸片球菌对罗非鱼肠道菌群的影响时发现，补充乳酸片球菌几周后能成功定植在胃肠道内，调节胃肠道菌群平衡，增强罗非鱼非特异性免疫能力。Castex等[28]研究发现，饲喂乳酸片球菌能有效避免狐菌病毒的影响，可提高的抗氧化防御能力和降低氧化应激水平，从而提高机体免疫力。

2.5 在其他动物中的应用 随着宠物经济的蓬勃发展，宠物跨区域运输售卖日趋常态化，因此运输应激成为幼犬收购的常见问题。王春凤[29]在未断奶幼犬粪便中分离出乳酸片球菌，通过给断奶幼犬连续饲喂8周后发现，该菌可降低幼犬料重比达到30.93%，提高机体消化率，从而提升幼犬的生长性能；增加十二指肠和空肠的隐窝深度，表明乳酸片球菌可加大肠道与食物接触面积，提高机体消化率；提高血清抗氧化能力和消化能力，有效缓解幼犬运输中产生的食欲不振、腹泻等应激反应，提前恢复幼犬正常采食量，减少运输应激的经济损失，为后续开发治疗运输应激犬用微生态制剂提供基础。

3 展望

目前，利用乳酸菌制剂添加到畜牧养殖饲料中的研究报道逐年增加，将乳酸菌制剂加入动物饲料喂食动物后，其可在动物体内进行有效定植、生长和繁殖，可以竞争生态位点，抑制病原菌的生长，保持动物肠道内微生态菌群平衡，起到维持机体健康的作用。乳酸片球菌因具有无污染、无残留等优势，可代替或减少抗生素的应用，保证了肉制品的食品安全。在畜牧业中，合理使用乳酸片球菌，能提高畜禽的生产性能、免疫能力、维持肠道平衡和产生抑菌活性代谢物，在未来畜牧业中应用广泛[30-31]。今后，乳酸片球菌作为抗生素替代物应用到动物时，可主要研究两方面的内容：一是不同品种动物间或者同一品种动物的不同阶段对乳酸片球菌的反应效果不同，多种益生菌复合或者基因工程重组乳酸菌，可能更好地发生益生作用[32-33]；二是乳酸片球菌的作用机理仍需更深入的研究。随着畜牧业和科技的发展，乳酸片球菌应用前景广阔，将会带来更优的生态效益和经济效益。