枯草芽孢杆菌的益生特性及其在动物生产中的应用

王宏浩，赵素娟，石虎，侯翼飞，邢国胜，牛志勇

（1.河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄 050000；2.河北科星药业有限公司，河北石家庄 050000；3.河北省发酵工程技术研究中心，河北石家庄 050000；4.河北省动物微生态制剂产业技术研究院，河北石家庄 050000；5.河北省兽用液体制剂创新中心，河北石家庄 050200）

引言

青霉素在1929年被发现后开始大规模投入使用，帮人们解决了诸多问题。但青霉素却如同一把双刃剑，具有双面性，适量使用，可以起到促进动物生长性能、提高饲料转化率、提高机体对营养物质吸收等重要作用，然而青霉素不合理的使用以及滥用现象层出不穷，导致养殖食用动物机体药物残留超标、细菌易产生耐药性、容易引发二次感染，更有甚者导致“超耐药菌”的产生，人们对以动物为源头的食品安全问题造成了极大的恐慌。故而，找寻安全、高效、应用成本相对较低的抗生素替代品一直都是我国畜禽养殖行业的当务之急。

枯草芽孢杆菌是中国农业农村部允许使用的新型绿色的益生菌型饲料添加剂，具有绿色无毒、零残留、安全性好等特点。在食品加工、畜牧饲料、水产养殖及医药生产领域均得到了广泛应用，且代谢产物对促进微生态饲料工业发展具有重要的意义。本文针对近年枯草芽孢杆菌的生理特性、主要的生理生化功能及其在养殖动物中的应用情况展开了一系列的综合阐述，目的是为现代企业、科研院所、高等院校等关于枯草芽孢杆菌特性研究的科技工作者提供有益的参考和依据。

1 枯草芽孢杆菌的生物学特性

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种在畜牧业中常见且多用的新型绿色益生菌种，在众多的芽孢杆菌中被认为是目前世界上应用最广泛的益生菌之一。枯草芽孢杆菌是好氧兼性厌氧，隶属于芽孢杆菌属的革兰氏阳性菌，常以孢子形式存在，是目前研究者热衷并重点研究的益生菌种之一。其细胞形态为杆状，单个菌体在（0.8～1.0）微米×（1.5～3.0）微米之间，可产生夹膜，菌体周生鞭毛，能运动；菌体分布广泛、繁殖迅速、在极其恶劣的环境下可自生生成抗逆性孢子，一般处于菌体中间部位；呈圆形或椭圆状，成型的菌落表面多为粗糙不光滑，周生且不透明，菌落颜色一般呈现淡黄色或白色。枯草芽孢杆菌在人类及动物体内均无任何抗生素的耐药性和毒害作用，且不会产生环境污染等任何问题。另外，其自身可分泌出多种抗菌肽、蛋白质、抗生素、糖及酶类等不同的活性物质，其分泌的抗菌物质具有极其广泛的抑菌谱。

2 枯草芽孢杆菌的生理功能

2.1 提高机体免疫力

大量研究表明，枯草芽孢杆菌可作为一种非特异性免疫因子显著提升动物机体免疫力，其作用机制主要如下：一方面通过巨噬菌体或动物细胞壁的成分直接刺激宿主细胞，从而在一定程度上间接激活巨噬细胞达到不断增强对动物机体自身免疫力的作用。另一方面通过刺激淋巴组织引起局部体液免疫反应，提高肠上皮细胞的免疫功能等发挥其辅助作用。

在动物日粮中直接添加枯草芽孢杆菌，免疫系统被其激活，T、B淋巴细胞、黏膜表面的SIgA抗体及血液中免疫球蛋白抗体的含量均有显著增加，同时有效增强畜禽机体的免疫功能，促进动物健康发育，保证动物健康成长。在肉鸡日粮中添加不同量的枯草芽孢杆菌，经过对肉鸡饲喂试验后其研究结果表明，0.06%的添加量可有效改善肉鸡十二指肠的肠道形态，0.09%的添加量对肉鸡空肠的肠道形态改善效果为最佳，这表明饲粮添加枯草芽孢杆菌能够通过改善鸡的肠道黏膜结构来增强肉鸡的机体免疫力。饲喂不同添加量的枯草芽孢杆菌对肉鸡的生长产生不同影响，2.5×106CFU·g-1为保证幼龄肉鸡最佳生长性能的枯草芽孢杆菌添加量。

2.2 调节肠道微生态平衡

枯草芽孢杆菌作为饲料上重点使用的益生菌添加剂在动物肠道内定植并起到一定优势作用一般具有如下两种形式：其作为好氧菌在进入动物肠道内后可以消耗大量氧气，将好氧环境转变为厌氧环境，从而有效地抑制肠道内好氧型致病菌，同时弥补动物肠道内有益微生物不足的现象，使消化道的不平衡得以改善。然而当其处于厌氧环境时，部分厌氧型枯草芽孢杆菌在其生长代谢中会产生很多挥发性脂肪酸，使肠道pH降低，同时阻碍病菌的生长。与此同时，其内生孢子还可产生多种对致病菌有明显拮抗作用的抑菌物质，进而维持肠道微生态平衡。饲喂枯草芽孢杆菌可以促进肠道有益菌群生长，有效改善肥育猪的生长性能和胴体品质。在饲粮中添加1×106CFU/克枯草芽孢杆菌WEI-62可调节仔猪肠道内容物的菌群结构，改善耗料增重比。在乳鼠生长前期饲粮中添加枯草芽孢杆菌，试验研究证明其可使小肠杯状细胞数量以及小肠中MUC2的mRNA相对表达量和MUC2含量均有显著增加。同时促进肠道屏障功能的成熟，激活乳鼠的Wnt信号通路，降低肠道致病菌产气荚膜梭菌的相对丰度，增加肠道益生菌双歧杆菌属的相对丰度。枯草芽孢杆菌作为饲料添加剂对罗非鱼进行饲养，试验结果表明，枯草芽孢杆菌可以阻遏其肠道菌群的变化，使菌群多样性达到相对稳定，降低肠道优势菌群希瓦氏菌肠道富集现象，另外，可显著延缓冰鲜鱼体的腐败进程。

2..3提高机体抗氧化能力

氧化应激通常是以导致正常机体功能以外的副作用形式发生的，由于机体内各种蛋白质的中性氧化与其他抗氧化剂的反应相互作用从而发生高度失衡,导致长期进行中性氧化，致使蛋白质氧化酶分泌数量增多,中性氧化中间体和产物也随之大量产生。在动物饲料中使用芽孢杆菌可使其在机体中产生具有清除自由基功能的多糖，还可以直接或间接诱导T-SOD或CAT等酶的合成，加速清除MDA等过氧化物，抑制氧化应激的产生，提高动物抗氧化能力，有益于动物的健康。在肉鸡的基础日粮中以0.75克/千克的添加量加入枯草芽孢杆菌，其活菌数在108CFU/克时，可以显著提高肉鸡的抗氧化功能，氧化应激的反应大大减少。熊永洁等研究表明，当枯草芽孢杆菌以300毫克/千克饲料添加剂加入发生热应激后鸡的日粮中，结果其睾丸的抗氧化能力与未使用菌剂之前的对照相比得到了明显地提升，大大提高了鸡的种用价值。

2.4 提高饲料转化率

大量研究表明枯草芽孢杆菌在肠道中有多种代谢途径，其自身可以分泌多种具有较高活性的酶类。其次，也可分泌一些可以有效降解非淀粉多糖及其他复杂碳水化合物的酶类，如：麦芽糖酶、β-葡萄糖酶、植酸酶和糖化酶等其本身不能合成的酶类，将肠道内源酶不足的缺点加以补充，促使肠道高效蠕动，从而使各种营养物质能够高效快速的在小肠内消化吸收。其次枯草芽孢杆菌通过在肠道代谢中参与小分子类物质的合成，如：多肽、氨基酸和促生长因子等，从而有效促进机体对纤维素、蛋白质、脂类及微量元素等营养物质的正常消化和吸收。并最终成功实现如何提高动物饲料营养综合利用率这一研究目的。在9～24周龄育肥猪饲粮中添加饲用枯草芽孢杆菌（3×108CFU/千克）100～200毫克/千克可有效改善饲料利用率，提高育肥猪的生长性能，促进其机体内养分消化。

3 枯草芽孢杆菌的应用

3.1 在家禽生产上的应用

枯草芽孢杆菌作为微生物饲料添加剂在家禽畜牧业生产中的应用非常普遍，尤其是在肉鸡生产上尤为突出。枯草芽孢杆菌作为益生饲料添加剂加入肉仔鸡的基础日粮中能够高度提升其十二指肠和空肠绒毛的活性，从而更加高效快速地促使小肠对食物消化和吸收，与此同时盲肠中乳酸杆菌数量也大大增加，更好地促进肉仔鸡的正常生长发育。在肉鸡基础饲料中添加0.1%枯草芽孢杆菌不仅能够降低料肉比，肉鸡体重增高，还可以显著提高养分利用率。另外，枯草芽孢杆菌在家禽日粮中长期添加能增强家禽产品质量，增加家禽产品的生产经营效益。饲粮中添加0.02%枯草芽孢杆菌可使肉鸡的胸肌量显著提高。肉鸡基础日粮中添加枯草芽孢杆菌菌剂在一定程度上能够降低黄曲霉毒素B1对其生产性能的影响且显著改善其对多种酶类活性的影响，使以上指标均恢复到正常水平。此外，通过黄曲霉毒素B1导致的肝脏重量变化及其在肝脏和粪便中的残留量显著降低。同时使其对血清蛋白含量造成的不利的影响恢复到正常水平。在AA鸡的饲粮中以不同添加量的方式添加枯草芽孢杆菌，可使血清NDV-Ab的含量显著提高，同时IgG和LZM的含量均高于未添加的对照组。

3.2 在反刍动物生产中的应用

有研究表明，反刍动物的胃肠道内共同生存多种微生物，其中的枯草芽孢杆菌可以改善反刍动物胃肠道生物区系、提高生产性能、增强免疫力及肉乳品质。日粮中加入抑菌性很强的枯草芽孢杆菌制剂，可使瘤胃中常见的腹泻致病菌弯曲杆菌的数量大量减少，从而降低奶牛腹泻的发病率，枯草芽孢杆菌对于患有急性腹泻的小型母畜崽和生产奶牛有明显的预防和处理作用，也可以使感染葡萄球菌的数量减少，降低动物疾病的治疗难度。相关研究发现，体外瘤胃液的培养试验中在奶牛日粮中添加枯草芽孢杆菌，通过氨态氮浓度明显增加可发现瘤胃微生物蛋白和挥发性脂肪酸的含量也有明显提高。同时奶牛的产奶率及乳脂率均有明显升高。此外，通过在奶牛新鲜的日粮中增加精料和青饲料的采食量，可以使饲料成本得到大幅度的降低。还发现在饲粮中添加一些富含枯草芽孢杆菌的复合微生态饲料添加剂，可以有效调节初生畜崽肠道菌群的同时又能够降低犊牛因腹泻病而导致的较高死亡率。

3.3 在水产动物生产上的应用

枯草芽孢杆菌作为一种益生菌，已被广泛地用作各种饲料添加剂，能够有效地提高各种水产动物的繁殖性能及其免疫系统。有研究表明，通过在饲料中添加枯草芽孢杆菌可增加草鱼的增重率，提高草鱼的抗氧化和自身的免疫功能。在青鱼饲料杂粮中分别添加2×106、2×107、2×108、和5×108CFU/克的枯草芽孢杆菌，结果显示，鱼体末重有显著增高，同时饲料质量系数比重大大降低，且青鱼肠道内的淀粉分解酶等一些酶类活性均明显得到改善。另外，枯草芽孢杆菌还能调节养殖池的水质，能够快速分解养殖水体中各种营养有机质的活性细胞内分解酶，使得养殖水体的丰富营养化。同时还可减少水中由于亚硝酸盐、氨氮和其他发生化学反应的物质需要量和氧含量，对水产动物生长具有良好的抗氧促进作用。综上，0.10%～0.20%的枯草芽孢杆菌添加量可显著降低饵料系数，增强鱼体对血糖和脂肪的利用和转化能力。

3.4 在其他动物生产上的应用

由于枯草芽孢杆菌具有一些其特有的生理功能，因此在动物生产应用的领域中被广泛使用。有报导显示在新西兰大白兔的日粮中添加106CFU/克的枯草芽孢杆菌可有助于提高其机体免疫应答、免疫球蛋白含量、免疫器官指数以及盲肠微生物菌群的多样性，促进肠道健康。早期断奶仔猪饲喂枯草芽抱杆菌对其生长性能具有显著的改善效果，以及对其主要消化器官的发育具有明显的优势，如肠道、肝脏等。对哺乳期母猪的饲料中添加一定量的B.subtilis B6液体菌剂可使仔猪平均窝重提高28.8%,平均断奶窝重提高18%,显著提高母猪及仔猪免疫力。在保育猪的基础日粮中添加一定量的枯草芽孢杆菌DSM32315菌剂效果显示，断奶仔猪机体的氮的利用率与糖类脂类代谢有关的血浆生化参数均有显著改善，有效治疗机体腹泻。在7～28日龄湖羊幼崽的代乳粉中添加枯草芽孢杆菌对其胃肠道生长发育无显著影响，但可提高小肠屏障功能并减少上皮细胞凋亡，有利于保持小肠结构和功能完整。用添加了枯草芽孢杆菌的饲料连续饲喂断奶湖羊28天后，可以改善湖羊免疫力和消化功能，提高其生长性能和耐受抗氧化能力。此外，还可利用枯草芽孢杆菌对动物粪便进行固态发酵来生产羧甲基纤维素酶和蛋白酶，实现畜牧业中的生物垃圾废弃物绿色利用。

4 展望

枯草芽孢杆菌作为市场上应用最广泛的饲用益生菌之一，具有耐酸碱、耐挤压、耐高温等益生特点，同时具有促营养物质消化吸收，提高生产性能、饲料报酬和免疫力等生理作用。

枯草芽孢杆菌根据其独特的安全性，因其在我国畜禽养殖行业的巨大发展潜力和前景中得到了很好的重视和利用，被认为是世界上替代抗生素最佳菌种之一。目前枯草芽孢杆菌在猪、禽和反刍动物牛上的应用研究较多，但枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等多种益生菌一起应用到养殖动物的研究还比较少，因此对复合微生制剂在猪、禽和反刍动物上的应用还需进一步加强研究。另外，对于枯草芽孢杆菌的研究大多是针对其自身特性，因此菌种益生特性优化后的使用效果以及与其他饲料或微生物制剂的联合使用效果研究，将会是我国养殖业中绿色饲料进一步探索的方向与重点。