張昊雪，胡鳳明，樸泯宇，魯 琳，屠 焰

(1.中國農業(yè)科學院飼料研究所奶牛營養(yǎng)學北京市重點實驗室，北京 100081； 2.北京農學院動物科學技術學院，北京 102206)

抗生素的使用在畜牧養(yǎng)殖中顯露出諸多弊端，例如使動物體內菌群紊亂，藥物殘留于機體組織，產生抗藥性等，我國從2020-07-01起禁止在飼料中使用抗生素。微生物制劑可作為促生長飼料添加劑替代抗生素[1],具有提高日糧消化率和免疫力的作用[2]，一定程度上可以增加養(yǎng)殖者的經濟收益[3]。但微生物制劑對畜產品質量和安全的影響尚有待于研究。

枯草芽孢桿菌，是我國允許使用的飼用微生物制劑之一，是消化道的一種過渡性微生物，對動物無致病性，能形成耐熱和耐寒的孢子?？莶菅挎邨U菌在一定程度上可以提升飼料的適口性[4]。作為可以添加到飼料中的微生態(tài)制劑，枯草芽孢桿菌對反芻動物有著重要的作用，它不僅可以改善瘤胃微生物區(qū)系、影響瘤胃發(fā)酵，還可以產生多種酶類，促進機體腸道消化吸收，增強動物抗病力、抵抗力，減少動物消化道氨氣等有害氣體排放，改善家畜生活環(huán)境。

1 枯草芽孢桿菌的特性

早在18世紀人們就已經發(fā)現(xiàn)了許多芽孢桿菌，包含地衣芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌等菌屬?！恫苁舷到y(tǒng)細菌學手冊》中將芽孢桿菌分為35個屬、409種[5]。其中在基因工程、食品和飼料行業(yè)中研究應用較多的有B.168枯草芽孢桿菌、B.Z-2枯草芽孢桿菌、B.WY-3枯草芽孢桿菌、B.WY-7枯草芽孢桿菌、B.WL-3枯草芽孢桿菌等。不同類型的枯草芽孢桿菌形態(tài)大致相同，但所作用的對象大不相同。

枯草芽孢桿菌主要來源于土壤、植物及腐殖質中，也因其多繁殖于枯草浸汁中而得名[6]，屬需氧型革蘭氏陽性菌，其生長、繁殖迅速，菌落顏色偏淡黃且凹凸不平，在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)有皺襞[7]。該菌大多呈圓柱狀，無莢膜，有鞭毛且可以運動，每個菌的大小為(0.7～0.8)μm×(2～3)μm，可形成芽孢，芽孢大小為(0.6～0.9)μm×(1.0～1.5)μm，略小于菌體自身，多形成于菌體的中央，形成后不使菌體膨脹[8]。枯草芽孢桿菌有著兩種不同的狀態(tài)，分別為孢子休眠狀態(tài)和生長繁殖狀態(tài)。當其處于不適宜生長，營養(yǎng)不充足的環(huán)境時，會自動進入孢子休眠期，為了能繼續(xù)存活下去，形成在各種惡劣環(huán)境中皆可存活的芽孢。當環(huán)境適合生長，養(yǎng)分足夠的時候，芽孢就會進入生殖生長期，重新生長為枯草芽孢桿菌[8]。

枯草芽孢桿菌對養(yǎng)分的需求并不高，有著很強的繁殖生長能力，其不僅能快速分泌多種參與機體新陳代謝的代謝產物，如氨基酸、維生素、有機酸、多種生長因子，還能分泌蛋白酶、淀粉酶、糖化酶等多種消化酶，從而促進蛋白質、淀粉、糖等有機物質降解。枯草芽孢桿菌還能分解植物組織的果膠和多糖，并可以使明膠急速液化[9]，使牛奶胨化、使硝酸鹽還原，從而提高植物性飼料的消化利用。

2 枯草芽孢桿菌對反芻動物胃腸道的作用

2.1 改善胃腸道微生物區(qū)系

反芻動物胃腸道內共生著大量的微生物，其胃腸道菌群穩(wěn)態(tài)對于機體健康至關重要。枯草芽孢桿菌可以調節(jié)動物腸道菌群，維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定[10]。實際生產中枯草芽孢桿菌活菌制劑通常以芽孢的形式存在，芽孢耐高溫、耐酸堿，使其極易在腸道中存活?？莶菅挎邨U菌在腸道中迅速復蘇、增殖，消耗掉腸道內大量的氧氣，從而促進雙歧桿菌、乳酸桿菌等厭氧益生菌的生長繁殖，抑制大腸桿菌、沙門氏菌、產氣莢膜梭菌、彎曲菌屬和葡萄球菌屬等的生長，使腸道微生物區(qū)系趨于穩(wěn)定，腸道內菌群得到改善[11]。彎曲桿菌是一種常見的腹瀉病原菌，日糧中加入枯草芽孢桿菌制劑，特別是抑菌性較強的枯草芽孢桿菌制劑，瘤胃中彎曲菌數(shù)的數(shù)量明顯降低了，從而降低了奶牛腹瀉的發(fā)病率；葡萄球菌是一種感染菌，很容易引起傷口的感染，日糧中加入強抑菌性枯草芽孢桿菌制劑同樣可以使葡萄球菌的數(shù)量明顯降低，大大減輕了疾病治療難度。有研究發(fā)現(xiàn)，在荷斯坦育成奶牛全混合日糧(TMR)中加入枯草芽孢桿菌制劑可降低瘤胃中彎曲菌屬和葡萄球菌屬的相對豐度[12]。反芻動物的瘤胃中有著眾多有益的微生物，如厭氧真菌、瘤胃細菌和原蟲，以及一小部分噬菌體。相關研究發(fā)現(xiàn)，添加納豆枯草芽孢桿菌可以增進奶牛瘤胃中的淀粉和蛋白質分解菌、原蟲數(shù)量，促進瘤胃微生物繁殖生長，有利于瘤胃發(fā)酵，提高了奶牛的產奶量，乳成分也有所改善[13]。Sun[14]將納豆枯草芽孢桿菌飼喂犢牛，發(fā)現(xiàn)其能使犢牛瘤胃和瘤網胃占復胃的比例明顯上升，分別從526 g/kg和69.1 g/kg提高到557 g/kg和78.2 g/kg，瘤胃乳頭密度和表面積增大。于萍等[15]研究發(fā)現(xiàn)，納豆枯草芽孢桿菌還有利于斷奶后犢牛消化道中的有益菌生長和繁殖，有利于其建立瘤胃中的細菌區(qū)系。

2.2 影響瘤胃發(fā)酵

健康瘤胃內的pH值大約在6～7，其大小影響著瘤胃內環(huán)境[6]。瘤胃中的揮發(fā)性脂肪酸生成的數(shù)量和速度是影響瘤胃pH值的重要因素，而日糧的種類影響著乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等揮發(fā)性脂肪酸的生成[17]。很多研究顯示，枯草芽孢桿菌制劑對控制瘤胃pH值是有作用的，見表1。但康海英[20]的實驗結果卻顯示枯草芽孢桿菌對瘤胃pH值沒有影響。造成研究結果不一致的原因可能是由于試驗中枯草芽孢桿菌劑量、動物種類、日糧差異及微生態(tài)制劑本身的緩沖作用導致的瘤胃pH值結果不一致[21]。

表1 添加納豆枯草芽孢桿菌對奶牛體外發(fā)酵瘤胃液pH值的影響

氨態(tài)氮濃度影響著瘤胃氮代謝水平，日糧中蛋白質在瘤胃中的降解程度和氨態(tài)氮濃度有著密切的關系，反芻動物瘤胃中氨態(tài)氮的濃度應在50～300 mg/L，超出則表示氮利用失衡[22]。研究發(fā)現(xiàn)，將納豆枯草芽孢桿菌添加到日糧中，奶牛瘤胃中的氨態(tài)氮濃度顯著增加[19，23]，原蟲數(shù)量顯著提高[23]，見表2。原蟲可以吞噬細菌，從而抑制了瘤胃微生物蛋白的合成[24]，可能會減少微生物蛋白的合成和瘤胃的氮代謝。

表2 納豆枯草芽孢桿菌對奶牛瘤胃液氨態(tài)氮濃度的影響

反芻動物用來合成體脂肪、乳脂肪的原料和主要的能量來源是揮發(fā)性脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，它們是瘤胃中碳水化合物發(fā)酵所生成的[18]。不一樣的微生物區(qū)系和飼料類型，發(fā)酵所生成的各種酸的比例也是不同的。添加劑可以控制一些原蟲和細菌的繁殖從而使發(fā)酵種類有所改變，能使丙酸比例上升的添加劑是人們一直在探尋的。許多研究顯示，枯草芽孢桿菌可以使奶牛瘤胃中的乙酸濃度增加，丙酸濃度降低，見表3。奶牛瘤胃中乙酸/丙酸的比例下降了，說明枯草芽孢桿菌可以將瘤胃的發(fā)酵類型推向丙酸型，有利于瘤胃纖維降解，日糧利用率增加。

表3 日糧中添加納豆枯草芽孢桿菌發(fā)酵產物對奶牛瘤胃丙酸和乙酸濃度的影響

有些研究顯示，相比于地衣芽孢桿菌，枯草芽孢桿菌對瘤胃發(fā)酵的影響并不明顯，需進一步實驗考證[26-27]。

2.3 增強免疫力

動物食用枯草芽孢桿菌后，在腸道中生成一層保護膜作用于腸壁上的靶細胞，代謝時會生成有機酸，降低胃腸道中的pH值，使有害微生物的滋生受到了控制[28]?？莶菅挎邨U菌在動物體中生成芽孢的同時，還會產生出很多種抗生素，如多粘菌、短桿肽等，這些抗生素可以有效地控制致病菌的繁殖和生長，促進雙歧桿菌等腸道益生菌快速生長，使動物的抗病力和免疫識別能力有所提高[29]。冉崇銀等[30]研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可以激活反芻動物腸道內的淋巴組織，使腸道免疫器官極速發(fā)育、有利于免疫功能的成熟，使T細胞和B細胞的數(shù)量增加，動物本身的抵抗力顯著提高。

2.4 產生多種酶，促進吸收

枯草芽孢桿菌在繁殖生長的時候，可以激活自身體內的酶原，產生多種酶類，如蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、淀粉酶、脂肪酶、麥芽糖酶，在這些酶中有許多是動物體內不具備或分泌量不足的。在不同的環(huán)境條件下，枯草芽孢桿菌所產生的酶的數(shù)量和品種是不一樣的[31]。在適宜生長的條件下，枯草芽孢桿菌所生成的酶可以促進動物降解碳水化合物和非淀粉多糖，提升動物的生產性能、吸收率和消化率[32]。

2.5 減少有害氣體產生

畜牧養(yǎng)殖過程中會產生一些有害氣體使環(huán)境受到污染，如何減少畜牧養(yǎng)殖帶來的環(huán)境污染是大家都在關注的問題?？莶菅挎邨U菌既可以控制氨氣等有害氣體的排放，使畜舍環(huán)境有所改善；還可以使動物更好地消化吸收營養(yǎng)物質，從而減少大腸中的發(fā)酵底物[33]，促進了在動物消化道遠端的微生物代謝，有效抑制了惡臭源的生成，分解糞便的微生物數(shù)量也越來越多，快速把排泄物分解[34]。

3 枯草芽孢桿菌對反芻動物生產性能的影響

3.1 對產奶性能及乳品質的影響

枯草芽孢桿菌有利于動物對營養(yǎng)物質的消化吸收和消化道微生物區(qū)系穩(wěn)定的維持，提高生產性能。相關研究顯示，飼料中添加枯草芽孢桿菌有利于增加奶牛干物質采食量和乳脂率，但會使乳蛋白率下降，見表4。在奶牛泌乳中期，飼料中添加枯草芽孢桿菌制劑可以使尿液中的含氮量由130 mg/L顯著下降到100 mg/L(P<0.05)，使奶牛的細胞免疫功能增強，還可以有效地控制奶牛的抗氧化功能，有利于牛奶乳制品質量的提升[36]。王衛(wèi)正等[37]研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌不僅可以增加奶牛的產奶量，還可以將乳體細胞數(shù)由26.68萬個/ml顯著降低到21.13萬個/ml(P<0.05)，促進了奶牛對飼料的消化。趙珺等[38]在荷斯坦泌乳牛的飼料中加入不同劑量的枯草芽孢桿菌與酵母培養(yǎng)物混合制劑(1%、1.2%、1.5%)，導致奶牛乳品質有所變化，乳脂肪、乳蛋白和乳糖的含量都有所增加但并不顯著。枯草芽孢桿菌對乳品質有一定的影響，但菌株不同、添加量不同，影響效果也是不一樣的[39]。還有研究表明，添加枯草芽孢桿菌的復合益生菌添加劑可以有效治療奶牛乳房炎，從而使奶牛的產奶量和乳品質有所提升[40]。曾有生產應用報告認為，日糧中添加枯草芽孢桿菌有可能是造成生鮮乳72 h不易凝固的因素，但尚未見到檢測數(shù)據(jù)報告，這提示我們對益生菌的安全性、有效性還需進行深入的研究[41]。

表4 日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑對荷斯坦奶牛生產性能的影響

3.2 對增重及肉品質的影響

枯草芽孢桿菌能夠增強反芻動物的生長性能，使其料重比降低，日采食量、日增重提升。李靖[3]研究發(fā)現(xiàn)，在荷斯坦育成牛日糧中加入枯草芽孢桿菌，牛的體斜長、胸圍和體重增長速度顯著提升，且菌株的抑菌性越強，效果越顯著；枯草芽孢桿菌還可以使牛的免疫性能增強、牛體體質改善。烏日勒格[42]研究發(fā)現(xiàn)，在杜寒雜交羔羊全混合顆粒日糧中加入0.03%枯草芽孢桿菌，羔羊的日增重、大腸重和消化道總重都顯著增加；羔羊血液的總蛋白、乳酸脫氫酶和血糖比例也有所提高，對機體的生長發(fā)育起到了促進作用。張海濤等[43]研究發(fā)現(xiàn)，將1%的枯草芽孢桿菌菌液加入到牛奶中飼喂犢牛，犢牛日增重顯著增加，且有提早斷奶，體高、體斜長、胸圍增長速度提升的趨勢?？莶菅挎邨U菌可以增加犢牛日增重，促進犢牛生長發(fā)育。王彩蓮等[44]將枯草芽孢桿菌飼喂育肥羊，羊肉的剪切力和失水率顯著降低，分別從4.85 kg和6.02%降低到3.47 kg和5.48%，熟肉率顯著提高，從42.30%提高到44.65%，使羊肉的品質得到了改善。

3.3 對細菌性腸道疾病的治療和預防

枯草芽孢桿菌不僅可以醫(yī)治犢牛細菌性腸道病和泌乳牛細菌性腸道病，還可以防治羔羊的細菌性腸道病，并且不會出現(xiàn)副作用。梁晉瓊等[45]研究發(fā)現(xiàn)，將不同濃度(8.58×1010、7.68×1010、8.10×1010CFU/頭)的枯草芽孢桿菌分別飼喂10頭腹瀉的犢牛，連續(xù)給藥3 d，3 d后犢牛止瀉率分別為100%、90%、90%；將不同濃度(7.15×109、6.70×109、6.55×109、0 CFU/頭)的枯草芽孢桿菌分別飼喂10頭腹瀉的羔羊，給藥1 d后，羔羊腹瀉率分別為30%、30%、30%、80%，可見枯草芽孢桿菌制劑對荷斯坦犢牛和羔羊腹瀉有明顯的治療效果。

4 影響枯草芽孢桿菌作用效果的因素

4.1 動物自身

不同的動物品種、不同的生長階段，它們的胃腸道菌群種類和其本身的免疫狀況也是不同的。動物的年齡、品種等個體因素會影響益生菌在腸道內的定殖。不同的動物所使用微生態(tài)制劑的效果可能不同，對豬有效果的微生態(tài)制劑對反芻動物不一定有效果[46]。不同年齡段使用微生態(tài)制劑的效果也是不同的，相關研究發(fā)現(xiàn)，犢牛斷奶前后飼喂N1型和Na型納豆枯草芽胞桿菌的效果是不同的，斷奶前N1型的飼喂效果要好于Na型的飼喂效果，斷奶后則相反，見表5。動物幼年時，身體內的微生態(tài)系統(tǒng)很容易被影響，年齡越大，身體內的微生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。因此，動物小時候使用微生態(tài)試劑會達到最好的效果。在動物體內定值的益生菌方可發(fā)揮其本身的作用[36]。

表5 不同納豆枯草芽孢桿菌對犢牛日平均采食量和日增重的影響[18]

4.2 環(huán)境

當外來菌種入侵動物胃腸道時，動物身體內的微生態(tài)系統(tǒng)會對他們產生排斥效果，動物胃腸道內的菌群易因動物受到外界刺激而使其無法保持平衡狀態(tài)，這時飼喂微生態(tài)制劑可使胃腸道的失衡狀態(tài)有所緩解，還可使益生菌更好地在胃腸道內定植，很大程度提升了微生態(tài)制劑的效果水平[36]。王喜峰等[47]對肉雞研究發(fā)現(xiàn)，熱應激時，枯草芽孢桿菌可以發(fā)揮出本身最好的效果，但目前在反芻動物上仍然有待研究。

4.3 腸道內微生物群落

枯草芽孢桿菌可以使動物生長的功能更加完善，它可以通過競爭性抑制有害微生物菌群生長繁殖，從而提升動物的生長性能，但如果身體內正常菌群缺失，則會影響枯草芽孢桿菌對機體的保護作用。Impey等[48]研究發(fā)現(xiàn)，能夠預防沙門氏菌感染腸道的雛雞都有48株以上的正常胃腸道細菌。益生菌有益于動物生長，它可以通過競爭的方式控制動物胃腸道內有害菌的生長，從而使動物的生長性能有所提升。動物的抗病能力和免疫力會因胃腸道內乳酸桿菌數(shù)量降低而下降。單獨的厭氧菌或需氧菌無法保護動物機體，所有的正常菌群都存在才能對機體產生很好的保護作用[46]。

4.4 飼喂方式

飼喂方式的不同，例如飼喂時間、飼喂次數(shù)、飼喂量的不同，都會對微生態(tài)制劑的作用效果有所影響。Tannock等[49]研究發(fā)現(xiàn)，構成仔豬腸道內微生態(tài)系統(tǒng)的元素會不停地改變。由此可見，細菌會在腸道內相同的位置定植，等到有其他合適動物體內環(huán)境的細菌出現(xiàn)才會將其替換。微生態(tài)制劑可以使動物身體中有益菌群數(shù)量提升，能夠使胃腸道內微生態(tài)系統(tǒng)趨于平衡，控制病原微生物的繁殖。要想使用微生態(tài)制劑的效果更顯著，就要在動物未感染病原菌時低劑量使用，感染時則應高劑量使用。

4.5 加工工藝

不同形態(tài)的枯草芽孢桿菌對動物的作用效果也是不一樣的。相關研究表明，經過固態(tài)發(fā)酵的枯草芽孢桿菌產品，對于動物來說安全性更高，營養(yǎng)更豐富，有利于動物的消化吸收[50]。

4.6 抗生素

枯草芽孢桿菌對抗生素非常敏感，如果和抗生素一同使用會大大降低其作用效果。顏陶[51]對蛋雞研究發(fā)現(xiàn)，加了抗生素會影響枯草芽孢桿菌對蛋雞產蛋的效果，但目前在反芻動物上仍然有待研究。

5 結語

當前，對枯草芽孢桿菌的研究很多，對其作用機制和產品應用等方面已有了不錯的成就，這些研究成果對實際應用有著重要的意義。枯草芽孢桿菌可以改善反芻動物腸道菌群結構、增強免疫力，提高生產性能和肉乳品質。在生產應用中我們還需對枯草芽孢桿菌活菌制劑在飼料制粒過程中的熱穩(wěn)定性、代謝產物的應用范圍、對畜禽和畜產品的安全性等進行研究，促進它在各個領域都能取得良好的發(fā)展。