地衣芽孢桿菌的研究進(jìn)展

山東寶來利來生物工程股份有限公司 張 菊 李金敏 張志焱李偉谷巍

地衣芽孢桿菌為中生芽孢的革蘭氏陽性需氧菌，是芽孢桿菌中目前較具有應(yīng)用潛力的菌種之一，具有調(diào)節(jié)動物微生態(tài)平衡，促進(jìn)腸道有益菌生長，降低病原菌的數(shù)量，增加動物機(jī)體的抗病力，提高機(jī)體的免疫功能。本文就地衣芽孢桿菌的作用機(jī)理及其在飼料生產(chǎn)和環(huán)境防治中的應(yīng)用作一綜述。

1 地衣芽孢桿菌的生物學(xué)特性

地衣芽孢桿菌最適生長溫度大約為50℃，但也能在更高的溫度下存活。酶分泌的最適溫度為37℃。可能以孢子形式存在，從而抵抗惡劣的環(huán)境；在良好環(huán)境下，則可以生長態(tài)存在。地衣芽孢桿菌是我國農(nóng)業(yè)部2003年3l8號公告批準(zhǔn)使用的飼料級菌株之一。與傳統(tǒng)的益生菌、雙歧桿菌和乳酸菌相比，地衣芽孢桿菌的活菌成分是芽孢休眠體，并具有耐高溫、耐干燥、耐酸性、耐膽鹽和人工胃液等特點（劉燕和王靜慧，2002；全艷玲，2002）。

2 地衣芽孢桿菌的作用機(jī)制

2.1 生物奪氧 地衣芽孢桿菌為需氧菌，在生長過程中消耗大量的氧氣，使得腸道內(nèi)氧氣濃度降低，為腸道內(nèi)的生理性厭氧菌，如雙歧桿菌、乳酸桿菌、消化鏈球菌、類桿菌等菌的生長繁殖創(chuàng)造有利條件。同時使得需氧的有害病原菌 （如大腸桿菌）的生長由于缺氧受到抑制。通過支持生理性厭氧菌的增殖，抑制致病菌的生長，使菌群失調(diào)得以調(diào)整，使腸道功能得以恢復(fù)，最終使胃腸道的微生態(tài)體系處在健康平衡的狀態(tài)，動物的免疫力得到提高（唐娟等，2008；Verschuere等，2000）。

2.2 生物拮抗 體外試驗表明，地農(nóng)芽孢桿菌對葡萄球菌、白色念珠菌有很強(qiáng)的拮抗作用。地衣芽孢桿菌在生長代謝過程能產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)，如短桿菌肽、枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素和頭孢菌素C等。因此，其對常見的致病性大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均有較強(qiáng)的抑制作用。

2.3 產(chǎn)生多種酶類和營養(yǎng)物質(zhì) 地衣芽孢桿菌在生長過程中，可分泌蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等多種有助于消化吸收的酶類，此外，在降低和消除抗?fàn)I養(yǎng)因子上也發(fā)揮了重要作用。地衣芽孢桿菌DSM13含有高度保守的蛋白分泌系統(tǒng)，沒有聚酮體合成體系，但能形成脂肽性地衣素。已經(jīng)確定的胞外酶有淀粉酶、β-半乳糖苷酶、纖維素酶、幾丁質(zhì)酶、果聚糖酶、麥芽糖淀粉酶、多聚糖降解酶、堿性蛋白酶、鋅蛋白酶等。目前，已經(jīng)從地衣芽孢桿菌不同菌株中克隆出的有關(guān)重要酶編碼基因有：青霉素酶、α-淀粉酶 、果膠裂解酶、多酚氧化酶、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、β-1，3-1，4-葡聚糖酶、蛋白酶、纖維素酶、β-半乳糖苷酶 、堿性磷酸酶等編碼基因（牛丹丹等，2009；Veith 等，2004）。這些酶具有降解飼料中復(fù)雜碳水化合物，如果膠、葡聚糖、纖維素等。

地衣芽孢桿菌在一定條件下能產(chǎn)生抗逆性內(nèi)生孢子，可以產(chǎn)生脂肽類、肽類、磷脂類、多烯類和氨基酸類等多種抗生素，對多種病原菌起到很好的抑制作用。地衣芽孢桿菌同時能產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì)，如維生素、氨基酸、有機(jī)酸、促生長因子等，參與動物機(jī)體新陳代謝，為機(jī)體提供營養(yǎng)物質(zhì)（Kim 等，2004）。

2.4 增強(qiáng)機(jī)體免疫功能 地衣芽孢桿菌生長條件要求低，繁殖快，能迅速定植在腸黏膜上，在短時間內(nèi)成為腸道的優(yōu)勢菌群。能調(diào)節(jié)動物腸道菌群平衡，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)動物生長、減少動物腸道疾病的發(fā)生，提高動物機(jī)體的抗病力；同時其還具有免疫抑制、競爭性吸附及合成抑菌物質(zhì)等多方面的作用。地衣芽孢桿菌能刺激動物免疫器官的生長發(fā)育，激活淋巴細(xì)胞，提高免疫球蛋白和抗體水平，增強(qiáng)細(xì)胞免疫和體液免疫功能，提高機(jī)體免疫力（Duc等，2004）。有試驗發(fā)現(xiàn)，仔兔飼喂地衣芽孢桿菌20 d及40 d后，其免疫器官生長發(fā)育較對照組迅速，成熟快，并且胸腺、脾臟重量等顯著提高（潘康成和何明清，1998；潘康成和楊漢博，1997）。地衣芽孢桿菌的免疫促進(jìn)作用的機(jī)理是：口服芽孢桿菌后，其作用于腸道集合淋巴結(jié)的抗原結(jié)合位點或通過調(diào)整動物的微生物菌群，尤其是增加雙歧桿菌菌群數(shù)量，從而間接地發(fā)揮免疫賦活的作用，提高機(jī)體的局部或整體防御功能，從而達(dá)到抗應(yīng)激、防病和抗病的作用。

3 地衣芽孢桿菌在飼料中的應(yīng)用

3.1 在豬飼料中的應(yīng)用 戴國俊等（2007）研究不同劑量地衣芽孢桿菌對斷奶仔豬腹瀉的影響，結(jié)果表明，與對照組相比，各地衣芽孢桿菌添加組仔豬腸道內(nèi)大腸桿菌和葡萄球菌增殖的作用受到顯著抑制（P＜0.05）。各不同劑量地衣芽孢桿菌添加組間仔豬腸道內(nèi)大腸桿菌和葡萄球菌的數(shù)量差異不顯著（P＞0.05），且呈不規(guī)則變化。

3.2 在家禽飼料中的應(yīng)用 李福彬等 （2010）試驗表明， 在基礎(chǔ)日糧中添加 1×109、2×109和 3×109CFU／kg地農(nóng)芽孢桿菌，蛋雞的免疫性能有隨其添加量增加而提高的趨勢，其中以2×109CFU／kg的添加量改善蛋品質(zhì)的效果最好。燕淑海和肖美華（2010）試驗表明，在基礎(chǔ)日糧中添加60 g/t的地衣芽孢桿菌制劑喂養(yǎng)蛋雞，在100 d飼喂階段內(nèi)能夠提高蛋雞的產(chǎn)蛋率達(dá)1.5%～4%。有研究表明，在肉雞日糧中添加地衣芽孢桿菌能夠優(yōu)化腸道組織結(jié)構(gòu)，抑制腸道有害菌的生長、促進(jìn)有益菌的生長或共生，從而提高了消化器官功能，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，促進(jìn)機(jī)體的生長。陳家祥等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加地衣芽孢桿菌有益于肉雞的腸道發(fā)育和盲腸微生物區(qū)系平衡，飼養(yǎng)前期50 mg／kg添加水平，飼養(yǎng)后期200 mg／kg添加水平顯著優(yōu)化了肉雞的腸道組織結(jié)構(gòu)，抑制了盲腸中有害菌的生長。

3.3 在反芻動物飼料中的應(yīng)用 周振峰（2006）研究發(fā)現(xiàn)，每千克精飼料中添加20億單位的地衣芽孢桿菌可顯著提高泌乳奶牛產(chǎn)奶性能 （P＜0.05）；同時奶品質(zhì)有所改善，但差異不顯著（P＞0.05）；并且奶牛抵抗熱應(yīng)激的能力增強(qiáng)。

3.4 在水產(chǎn)動物飼料中的應(yīng)用 趙衛(wèi)紅等（2008）研究表明，光合細(xì)菌、地衣芽孢桿菌及其1∶1的混合制劑均能提高異育銀鯽魚種血液中白細(xì)胞的免疫機(jī)能，其中混合制劑作用效果最佳，其次地衣芽孢桿菌，效果最差的是光合細(xì)菌。沈文英等（2009）研究表明，養(yǎng)殖水體中添加地衣芽孢桿菌可顯著提高三角帆蚌的消化酶活性、免疫功能和抗氧化能力，促進(jìn)蚌體生長；從促生長效果和經(jīng)濟(jì)效益考慮，地衣芽孢桿菌最適添加量為1.0×106cfu／mL，適宜間隔時間為15 d。

4 地衣芽孢桿菌在環(huán)境防治中的應(yīng)用

4.1 對豬糞的無公害化處理 由于地衣芽孢桿菌生存能力強(qiáng)，能充分利用豬糞液中的營養(yǎng)物質(zhì)大量繁殖，搶奪了沙門氏菌與志賀氏菌生長的生存空間和營養(yǎng)來源，限制了病原菌的繁殖。要對畜禽糞便進(jìn)行無害化處理，應(yīng)該對微生物之間的拮抗關(guān)系加以利用，應(yīng)用地衣芽孢桿菌處理豬糞液，既能將NH3轉(zhuǎn)化為生物量，又能抑制病原菌，是畜禽糞便無公害化處理的理想途徑（杜珍輝，2005）。

4.2 吸附環(huán)境中的重金屬 周鳴等（2006）認(rèn)為地衣芽孢桿菌死菌體菌體對Cr6+具有更好的吸附效果。在優(yōu)化條件下，即溫度為50℃，搖床轉(zhuǎn)速為140 r/min，溶液pH為2.5，吸附時間為2 h，菌體濃度為1 g/L，Cr6+起始濃度為300 mg/L時，菌體對Cr6+有最大吸附量，為60.5 mg/g。胡洪波等（2002）利用微生物吸附回收金、銀、鉑、鉛等重金屬的研究結(jié)果表明，地衣芽孢桿菌R08死菌體吸附Pd2+的最高吸附量可達(dá)到每克菌體吸附224.8 mgPd2+。

4.3 降解養(yǎng)殖水體中的污染物 微生態(tài)制劑調(diào)控技術(shù)已經(jīng)成為解決養(yǎng)殖水域污染病害問題的有效手段之一（楊學(xué)芬等，2003）。相對于傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法，微生態(tài)技術(shù)具有成本低、收效大、無二次污染等優(yōu)點。張慶華等（2011）研究地衣芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體氨氮、殘餌降解特性，結(jié)果表明，接種5%菌量的降解率均高于1%菌量的降解率，48 h內(nèi)接種5%菌量的蛋白質(zhì)和淀粉的降解率分別為35.2%和52.6%；地衣芽孢桿菌X3914菌株具有較好的氨氮、飼料蛋白質(zhì)和淀粉的降解能力，在水產(chǎn)養(yǎng)殖上具有潛在的應(yīng)用價值。

5 小結(jié)

地衣芽孢桿菌具有耐熱、酶系豐富、產(chǎn)酶量高和安全等諸多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是較理想的工業(yè)生產(chǎn)菌株。目前，地衣芽孢桿菌生產(chǎn)工藝較為成熟，但在飼料生產(chǎn)和環(huán)境污染治理等方面也只是處在起步階段，相信隨著研究地不斷深入，今后將有很廣闊的發(fā)展空間。

[1]傅明亮，劉曉杰，劉婧，等.地衣芽孢桿菌彈性蛋白酶純化和性質(zhì)研究[J].食品科學(xué)，2011，32（7）：216 ～ 219.

[2]陳家祥，張仁義，王全溪，等.地衣芽孢桿菌對麻羽肉雞腸道組織結(jié)構(gòu)及盲腸微生物區(qū)系的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2010，22（3）：757 ～ 761.

[3]杜珍輝.地衣芽孢桿菌10182對豬糞液的無害化處理與利用的初步研究[J].渝西學(xué)院學(xué)報，2005，4（2）：50～53.

[4]全艷玲.地衣芽孢桿菌對有害微生物的拮抗作用[J].食品科學(xué)，2002，23（8）：67 ～ 69.

[5]戴國俊，段忠進(jìn)，謝愷舟，等.不同劑量地衣芽孢桿菌對斷奶仔豬腹瀉的影響[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊，2007，3：40 ～ 41.

[6]胡洪波，梁潔，劉月英，等.微生物吸附貴金屬的研究與應(yīng)用[J].微生物學(xué)通報，2002，29（3）：94 ～ 97.

[7]解鑫，平文祥，葛菁萍.地衣芽孢桿菌HDYM-04產(chǎn)β-甘露聚糖酶補料分批發(fā)酵條件優(yōu)化[J].食品科學(xué)，2011，32（13）：218 ～ 224.

[8]李福彬，陳寶江，梁陳沖，等.地農(nóng)芽孢桿菌對蛋雞生產(chǎn)性能、蛋品質(zhì)及血清相關(guān)指標(biāo)的影響[J].中國飼料，2010，13：5 ～ 8.

[9]劉燕，王靜慧.微生態(tài)學(xué)理論和我國微生態(tài)制劑的研究現(xiàn)狀[J].中國獸藥雜志，2002，36（8）：35 ～ 38.

[10]牛丹丹，石貴陽，王正祥.分泌高效蛋白的地衣芽孢桿菌及其工業(yè)應(yīng)用[J].生物技術(shù)通報.2009，6：45 ～ 50.

[11]潘康成，何明清.地衣芽孢桿菌對家兔體液免疫功能的影晌研究[J].中國微生態(tài)學(xué)雜志，1998，10（4）：204 ～ 206.

[12]潘康成，楊漢博.飼用芽孢菌作用機(jī)理的研究進(jìn)展 [J].飼料工業(yè)，1997，18（9）：32 ～ 34.

[13]沈文英，余東游，李衛(wèi)芬，等.地衣芽孢桿菌對三角帆蚌消化酶活性、免疫指標(biāo)和抗氧化指標(biāo)的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2009，21（1）：95 ～ 100.

[14]唐娟，張毅，李雷雷，等.地衣芽孢桿菌應(yīng)用研究進(jìn)展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，47（3）：351 ～ 354.

[15]燕淑海，肖美華.地衣芽孢桿菌制劑對蛋雞產(chǎn)蛋率的影響[J].濰坊教育學(xué)院學(xué)報，2010，23（1）：74 ～ 75.

[16]楊學(xué)芬，楊瑞斌，齊振雄.微生態(tài)制劑在水質(zhì)調(diào)控中的應(yīng)用[J].水利漁業(yè)，2003，23（3）：40 ～ 42.

[17]張浩，張帥，張娜，等.地衣芽孢桿菌2709蛋白酶分離純化與性質(zhì)[J].現(xiàn)代食品科技，2010，26（2）：129 ～ 132.

[18]張慶華，封永輝，王娟，等.地衣芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體氨氮、殘餌降解特性研究[J].水生生物學(xué)報，2011，35（3）：448 ～ 503.

[19]趙衛(wèi)紅，陳立僑，劉曉利，等.地衣芽孢桿菌和莢膜紅假單胞菌對異育銀鯽魚種非特異性免疫機(jī)能的影響[J].上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報，2008，17（6）：757～760.

[20]周鳴，劉云國，李欣，等.地衣芽孢桿菌對Gr6+的吸附動力學(xué)研究[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2006，12（1）：84 ～ 87.

[21]周振峰.地衣芽孢桿菌對奶牛泌乳性能的影響[J].中國奶牛，2006，5：13～14.

[22]Duc L H，Hong H A ，Barbosa T M，et al.Characterization of Bacillus Probiotics Available for Human Use[J].Appl Environ Microbiol，2004，70（4）：2161～2171.

[23]Kim Y，Cho J Y，Ku K J H，et al.Identification and Antimicrobial Activity of Phenylacetic Acid Produced by Bacillus licheniformis Isolated from Fermented Soybean，Chungkook-Jang[J].Current Microbiology，2004，48（4）：312～317.

[24]Verschuere L，Rombaut G，Sorgeloos P.Probiotic Bacteria as Biological Control Agents in Aquaculture[J]Microbiol Mol Biol Rev，2000，64（4）：4655～4671.

[25]Veith B，Herzberg C，Steckel S，et al.The Complete Genome Sequence of Bacillus licheniformis DSM13，an Organism with Great Industrial Potential[J].J Mol Microbiol Biotechnol，2004，7（4）：204 ～ 211.