丁酸梭菌在生猪养殖中的应用研究进展

王德刚，李嘉慧

(浙江省台州市农业科学研究院，浙江 台州 317000)

丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)是1种严格厌氧的革兰氏阳性菌，因其可以产生大量丁酸而得名，广泛存在于动物粪便、土壤、干酪中。丁酸梭菌菌体呈直杆状或稍有弯曲，两端钝圆，中间部分轻度膨胀，周身鞭毛，具有运动性，偶见有丝状菌体[1]；可以有效耐受饲料制粒过程中的高温高压环境，能耐受胃液、胆汁酸、消化液的作用[2]，具有良好的稳定性，可作为饲料添加剂应用于养殖生产中。2019年《中华人民共和国农业农村部公告 第194号》发布，自2020年1月1日起，退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种。在此大背景下，丁酸梭菌作为饲料添加剂因具有促进动物生长、改善肠道健康、提高机体免疫力等作用而受到广泛关注，可望成为替代饲用抗生素的理想选择之一。

1 丁酸梭菌对猪健康及生长性能的影响

1.1 断奶仔猪断奶仔猪阶段是生猪养殖的重要环节，断奶仔猪由于免疫系统及消化系统发育不全，在断奶应激等多重因素作用下，极易发生腹泻[3]，影响仔猪健康及生猪养殖生产效益。因此，断奶仔猪腹泻已成为生猪养殖行业亟待解决的问题。众多研究表明，丁酸梭菌可有效提高断奶仔猪日增重，降低料重比及腹泻率。在日粮中添加丁酸梭菌6×109CFU/kg，可显著提高断奶仔猪日增重，显著降低料重比及腹泻率[4]。与抗生素组(日粮中添加抗生素及锌1 125 mg/g)相比，丁酸梭菌组(日粮中添加丁酸梭菌1×108CFU/kg、锌1 125 mg/g)能显著提高断奶仔猪日增重，显著降低料重比和腹泻率[1]。另有研究表明，丁酸梭菌对腹泻的改善作用与基础日粮的消化率相关。低消化率日粮中添加丁酸梭菌可显著降低仔猪腹泻率，高消化率日粮中添加丁酸梭菌对仔猪腹泻无显著改善，但腹泻率较对照组仍呈下降趋势[5]。

1.2 生长育肥猪生长育肥猪作为生猪养殖的主体，其生长性能、饲料利用率直接影响养殖效益。有研究表明，在生长育肥猪日粮中添加0.02%丁酸梭菌，日增重可提高7.5%，料重比下降2.2%，经济效益提高0.6%[6]。丁酸梭菌(1×109viable spores/g)及枯草芽孢杆菌(1×1010viable spores/g)联合饲喂可显著提高生长育肥猪日增重，显著降低料重比，增加能量以及氮的表观消化率[7]。另有研究表明，在整个试验周期(1～34 d)中，饲喂丁酸梭菌2×105CFU/g对日增重及料肉比无显著改善作用，仅在试验后半阶段(17～34 d)日增重有升高趋势[8]。也有研究表明，日粮中添加丁酸梭菌1×109CFU/g 对生长育肥猪的生长性能无显著影响，并且显著降低了精氨酸、组氨酸等多种氨基酸的消化率[9]。关于丁酸梭菌对生长育肥猪生长性能的研究结果并不一致，可能与猪体肠道健康状态相关，当猪体肠道处于亚健康甚至紊乱状态时，其对丁酸梭菌制剂的使用更为敏感，进而丁酸梭菌对猪体生长性能、饲料利用率的改善更为明显。此外，丁酸梭菌制剂的菌种来源、稳定性、与其他益生菌制剂的联用、日粮组成等都会影响其在生长育肥猪上的使用效果。

1.3 妊娠母猪有研究表明，妊娠母猪饲喂不同浓度剂量的丁酸梭菌(0.1%、0.2%、0.4%)均可显著降低仔猪平均出生间隔，0.2%添加量可显著降低母猪产程，0.4%添加量可显著提高泌乳14 d母乳中的乳蛋白水平及乳糖浓度[10]。另有研究表明，日粮中添加复合丁酸梭菌制剂2×1010CFU/g可显著降低妊娠母猪粪便臭味，缓解母猪便秘，显著提高母猪产活仔数和仔猪初生重[11]。还有研究表明，接种猪流行性腹泻(Porcine epidemic diarrhea，PED)疫苗的妊娠母猪，在日粮中补充丁酸梭菌复合酶制剂15 g/d后，可以显著提高接种PED疫苗母猪的采食量，保证母猪达到合理分娩体重，减少疫苗接种对母猪的刺激；同时，母猪产奶量、产仔数、初生仔猪重、仔猪成活率显著增加，发情期缩短，母乳中免疫球蛋白IgA、IgG显著增加，提示新生仔猪可以更好地从母猪获得先天性免疫力[12]。

2 丁酸梭菌影响猪生理机能的机理

2.1 促进肠道发育肠道健康直接影响动物对营养物质的消化吸收，进而影响动物生长。肠道的绒毛高度、隐窝深度、绒毛高度与隐窝深度比(简称“绒隐比”)是衡量肠道健康的重要指标。肠道绒毛边缘可分泌多种消化酶，因此绒毛越长其消化能力越强。隐窝深度可以反映肠道上皮细胞生成速率，隐窝越浅细胞成熟度越好，分泌功能越好，若深度增加则分泌功能变差。绒隐比可以系统反映肠道的消化吸收水平，绒隐比升高表明肠上皮成熟细胞数量增加，肠道吸收面积增加，对营养物质的消化利用率提高；绒隐比下降则表明肠道对营养物质消化利用率下降。丁酸梭菌具有促进肠道发育，维系肠道健康的作用[13]。有研究表明，日粮中添加不同水平的丁酸梭菌(250、500、1 000、2 000 mg/kg)均可以显著增加断奶仔猪肠绒毛高度以及绒隐比[14]。另有研究表明，二元杂交猪以及三元杂交猪日粮中添加丁酸梭菌5×1011CFU/kg可显著增加仔猪回肠绒毛高度以及绒隐比，降低隐窝深度[13]。此外，丁酸梭菌还可以抑制炎性反应，修复有害菌对肠道的损伤。体外试验表明，在产肠毒素大肠杆菌(EnterotoxigenicEscherichiacoli，ETEC)感染的猪肠道上皮细胞IPEC-J2培养液中添加不同浓度丁酸梭菌(1×106～1×108CFU/mL)，可以改善IPEC-J2细胞生长状态，且随着丁酸梭菌浓度的升高，细胞损伤脱落比例显著降低，促炎因子IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8的表达均显著下降，抗炎因子IL-10的表达显著升高[15]。体内试验表明，脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)攻毒仔猪饲喂0.4%丁酸梭菌后，仔猪十二指肠、空肠、回肠绒毛高度以及空肠绒隐比显著增加，促炎因子TNF-α表达水平下降，抗炎因子IL-10、TLR-2表达水平升高[5]。有研究表明，丁酸梭菌细胞壁成分——磷壁酸在抑制炎症方面发挥了重要作用，磷壁酸可以特异性刺激Toll样受体2信号传导通路，引发一系列免疫应答反应，最终达到抑制炎症的作用[15]。

2.2 调节肠道微生物丁酸梭菌可以调节动物肠道菌群平衡。体外试验表明，丁酸梭菌可有效抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的生长，促进双歧杆菌、乳酸菌等益生菌的生长[16]。体内试验表明，丁酸梭菌能改善断奶仔猪肠道菌群结构，提高粪球菌属、罗斯氏菌属等有益菌的相对丰度，降低肠杆菌科、假单胞菌属等有害菌的相对丰度[17]。丁酸梭菌调节肠道微生物的作用机理主要为：(1)丁酸梭菌分泌的丁酸、乙酸等短链脂肪酸可以降低肠道pH值，有效抑制肠道内有害菌的生长，同时丁酸等脂肪酸的生成可以促进有益菌的生长。丁酸梭菌还可以产生淀粉酶，通过水解日粮中的碳水化合物产生低聚糖供给有益菌生长所需。(2)丁酸梭菌及其代谢产物可以有效抑制有害菌的粘附力，并能有效抑制有害菌引起的肠道细胞凋亡[1,15,18]。(3)丁酸梭菌分泌的抗菌肽可以有效抑制有害菌的生长[1]。

2.3 增强机体免疫力丁酸梭菌可以调节动物免疫系统。研究表明，随着日粮中丁酸梭菌添加水平的提高(1×108、1×109、5×109CFU/kg)，仔猪血清中的免疫球蛋白IgG水平上升[19]；日粮中添加丁酸梭菌250～2 000 mg/kg可显著提高断奶仔猪血清中免疫球蛋白IgA、IgG水平[14]。免疫球蛋白具有抗菌、抗病毒功能，因此丁酸梭菌可通过调控免疫球蛋白水平增强动物免疫力。另有研究表明，日粮中添加丁酸梭菌500 mg/kg可显著提高断奶仔猪血清中补体C3的水平，而C3是血清中补体的主要成分，在补体经典激活途径及旁路激活途径中发挥重要作用，因此丁酸梭菌可通过激活补体系统增强动物免疫力[20]。黏膜是机体免疫系统的重要组成部分，分布于胃肠道、泪道、唾液分泌管、呼吸道等器官内，其中胃肠道黏膜占据了全身黏膜系统的大部分，因此胃肠道黏膜的完整性直接影响黏膜免疫[21]。研究表明，饲喂丁酸梭菌5×105CFU/g可显著提高断奶仔猪空肠和回肠中的紧密连接蛋白claudin-1和ZO-2表达水平，这些紧密连接蛋白的表达有助于维系肠道黏膜完整性，帮助机体发挥肠道屏障功能[22]。另有研究表明，丁酸梭菌可显著提高断奶仔猪肠道营养物质的消化率，降低肠道通透性，增加肠道紧密连接蛋白的表达，进而维系肠道上皮细胞屏障功能的完整性[23]。

3 小结

丁酸梭菌对外界环境有较强的抵抗力，具有较好的稳定性，可作为动物饲料添加剂生产应用。已有大量研究表明丁酸梭菌可以提高猪的日增重，降低料重比及腹泻率，改善猪的生长性能。因此，丁酸梭菌应用于生猪养殖具有很好的前景。在当前药物饲料添加剂严格限制的背景下，探寻丁酸梭菌与其他酸化剂、益生菌、酶制剂、植物提取物等新型饲料添加剂的联用模式，达到完全替代抗生素的目的，将会是未来的研究热点和方向。此外，丁酸梭菌对能繁母猪及猪肉品质的影响和机理也需要进一步研究探讨。