枯草芽孢桿菌在飼料生產及環境防治中的應用

山東寶來利來生物工程股份有限公司 李春鳳 林顯華 谷 巍

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）也稱枯草桿菌，是一類需氧型、內生抗逆孢子的桿狀革蘭氏陽性菌，是芽孢桿菌中應用較為廣泛的菌種之一。該菌可通過調節動物胃腸道菌群平衡，增強機體的免疫功能，提高動物的生產性能。本文就枯草芽孢桿菌的生物學特性、作用機理及其在飼料生產和環境防治中的應用作一綜述。

1 枯草芽孢桿菌的生物學特性

枯草芽孢桿菌最適生長溫度大約為37℃，但也能在80℃的溫度下存活，具有良好的耐高溫、耐酸性和耐膽鹽能力；適應環境能力很強，即使在極端環境下，也可誘導產生抗逆性很強的內源孢子。該菌自身沒有致病性，只具有單層細胞外膜，可以分泌α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等酶類；枯草芽孢桿菌是我國農業部公布的可直接飼喂動物且允許使用的益生菌菌種之一（楊鋒等，2011；辛娜等，2010）。

2 枯草芽孢桿菌的作用機理

2.1 生物奪氧 枯草芽孢桿菌為需氧菌，進入動物胃腸道內，可消耗大量的游離氧，創造一個有利于有益厭氧菌生長的微環境，促進消化道內酪酸菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、腸球菌和乳球菌等的生長繁殖；使需氧病原菌（如大腸桿菌、豬鏈球菌、梭菌）生長因缺氧受到抑制（Maruta，1996）。 該菌通過促進有益厭氧菌增殖，抑制病原菌生長，使失調的菌群得以調節，提高了動物的免疫力、抗病能力，有利于動物健康的維持（唐娟等，2008）。

2.2 生物拮抗 研究表明，枯草芽孢桿菌對大腸桿菌、產氣莢膜梭菌、沙門氏菌等致病菌具有明顯的拮抗作用。這是由于枯草芽孢桿菌在形成芽孢過程中可分泌許多抗生素，如伊枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短桿菌肽等。陳天游等（2004）研究報道，枯草芽孢桿菌對宋內志賀菌、腸致病性大腸桿菌及腸產毒性大腸桿菌拮抗作用較為明顯。

2.3 產生多種消化酶及營養物質 枯草芽孢桿菌可產生多種消化酶包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等，這些酶與動物機體內的消化酶一起發揮作用，降解飼料中的某些抗營養因子，提高飼料的利用率；此外，該菌還分泌降解飼料中復雜碳水化合物的酶，如降解果膠、葡聚糖、纖維素的酶，其中有些是動物本身并不具有的酶。

枯草芽孢桿菌能合成多種維生素，如尼克酸、葉酸、煙酸、維生素 C、維生素 B1、維生素 B2、維生素B6、維生素B12等，促進機體對維生素的吸收；此外，枯草芽孢桿菌在生長過程中產生乳酸和乙酸、丙酸、丁酸等揮發性脂肪酸，這些酸類能降低動物腸道的pH，有效抑制致病菌的生長，為乳酸菌的生長創造條件，并且腸道pH變低有利于幼齡動物對蛋白質的消化吸收；產生的丙酸還參與三羧酸循環，為動物新陳代謝提供能量（辛娜等，2010）。

2.4 增強機體免疫功能 枯草芽孢桿菌適應環境能力強，繁殖快，能迅速定植于動物的腸黏膜上，成為腸道的優勢菌群。此菌通過免疫刺激和免疫調節作用于機體，一方面可促進機體免疫器官、組織的發育成熟，刺激宿主建立完備的免疫系統；另一方面，可刺激機體產生免疫及清除功能，增加黏膜表面和血清的lgA、lgM、lgG水平，增強體液免疫，促進T、B淋巴細胞的產生，活化自然殺傷細胞并產生免疫球蛋白。余東游等（2010）研究表明，日糧中添加枯草芽孢桿菌顯著提高了肉雞胸腺指數、法氏囊指數和血清中lgG水平。Duc等（2004）研究發現，讓小鼠口服枯草芽孢桿菌的孢子后可提高血清的lgG水平，并能刺激黏膜slgA的分泌。枯草芽孢桿菌增強免疫作用的機理可能是由于動物口服芽孢桿菌后，調整腸道菌群（尤其增加雙歧桿菌菌群數量），或作用于腸道集合淋巴結的抗原結合位點，發揮免疫佐劑的作用，使SlgA抗體分泌增加，從而提高機體免疫識別力和抗病能力。

3 枯草芽孢桿菌在飼料中的應用

枯草芽孢桿菌作為飼料添加劑以內生孢子形式存在于飼料中，能耐高溫、耐酸、耐膽鹽。研究表明，枯草芽孢桿菌進入動物腸道能迅速萌發成具有新陳代謝作用的營養型細菌，調節腸道菌群平衡、提高飼料利用率、增強動物機體免疫力，從而提高動物的健康水平和生產性能 （周小輝等，2008）。

3.1 在家禽飼料中的應用 由于家禽的先天免疫器官及其功能相對其他動物而言都較差，導致家禽容易染病。在家禽飼料中添加枯草芽孢桿菌，可以在代謝過程中產生乳酸等有機酸，以及乙酸、丙酸、丁酸等揮發性脂肪酸，使胃腸道呈現酸性環境，提高胃蛋白酶的活性，有助于飼料的軟化、養分的溶解和水解，抑制病原菌生長，提高家禽的生產性能和抗病能力 （翟繼鵬等，2010）。鄭春芳等（2011）研究表明，添加枯草芽孢桿菌會顯著提高肉雞42日齡的體重（P＜0.05），并改善21～42日齡的飼料利用率。薛冬玲等（2005）研究指出，添加0.1%枯草芽孢桿菌的試驗組肉雞末期平均體重、凈增重和日增重均高于對照組，差異顯著（P＜0.05），采食量和飼料轉化率也有明顯提高。景翠等（2009）研究報道，在45周齡蛋雞日糧中分別添加80 g/t、100 g/t芽孢桿菌（枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌），平均采食量比對照組降低4.55% ～9.09%（P＜0.05），飼料轉化率比對照組提高4.81%～8.03%（P＜0.05）。余東游等（2010）研究表明，日糧中添加枯草芽孢桿菌對肉雞前期（1～22日齡）的生產性能無顯著影響，而后期（22～42日齡）的日增重和日采食量分別比對照組提高了 15.88%和13.27%（P＜0.05）， 全期分別提高了 12.20%（P＜0.05）和6.81%（P ＞ 0.05）。

3.2 在豬飼料中的應用 仔豬斷奶應激會導致消化吸收功能減弱和機體免疫力下降，造成斷奶仔豬的腹瀉。在仔豬日糧中添加枯草芽孢桿菌，利用該菌產生的各種消化酶及揮發性脂肪酸，可提高飼料的利用率，增強仔豬免疫力。周映華等（2012）研究表明，在日糧中添加0.05%枯草芽孢桿菌（活菌數≥1010cfu/g），斷奶仔豬日增重明顯高于對照組 （P＜0.05），飼料轉化率比對照組提高5.48%（P ＜ 0.05）。 王學東等（2008）研究報道，日糧中添加枯草芽孢桿菌 （活菌數為1×107cfu/g）有降低飼料系數和促進仔豬生長的趨勢，飼料系數較對照組降低了6.7%，平均日增重比對照組提高了3.61%，但差異均未達到顯著水平 （P＞0.05）。朱五文等（2007）試驗指出，仔豬日糧中添加枯草芽孢桿菌可明顯提高斷奶仔豬的生長性能。

3.3 在反芻動物飼料中的應用 在奶牛生產過程中，添加枯草芽孢桿菌可利用生物奪氧促進瘤胃內厭氧菌的生長，調節瘤胃內的菌群平衡，從而降低腹瀉和預防疾病（周小輝等，2009）。王振華等（2005）研究報道，添加不同劑量枯草芽孢桿菌的試驗組奶牛產奶量均高于對照組，并且不同的添加劑量 （活菌數不同）對產奶量的提高幅度也不同，同時牛乳中脂肪和蛋白質的含量一定程度提高。李杰梅等（2008）研究表明，在奶牛飼料中添加枯草芽孢桿菌C912，產奶量與乳脂率均高于對照組，且差異顯著（P ＜ 0.05）。

3.4 在水產動物飼料中的應用 枯草芽孢桿菌在水產動物腸道中能產生抗弧菌和酵母菌的活性物質，對嗜水氣單胞菌、大黃魚致病菌、中華金黃色葡萄球菌有強烈的抑制作用，可提高水產動物免疫力，促進其生長。沈文英等（2011）研究表明，試驗組草魚飼料中添加枯草芽孢桿菌（1×105cfu/g），其增重率和特定生長率均顯著高于對照組 （P＜0.05），并且可提高草魚的免疫能力和抗氧化功能，增強草魚的抗病力。潘康成等（2004）研究報道，在水體中潑灑枯草芽孢桿菌能顯著提高南美白對蝦（Penaeus vannamei）育苗成活率，降低病死率，試驗組的平均成活率比對照組提高了31.05%，差異極顯著（P ＜ 0.01）。

4 枯草芽孢桿菌在環境防治中的應用

4.1 凈化水質，改善水體環境 近幾年研究證明，微生態制劑能迅速降解、吸收和轉化水體中有機污物和氮、磷等，并能形成優勢菌群。枯草芽孢桿菌能將動物的排泄物、殘存飼料、硝酸鹽、磷酸鹽等分解為小分子有機酸、氨基酸，為小單胞藻提供營養，防止水體富營養化，維持水體生態平衡，提高生物成活率（潘康成等，2004）。胡詠梅等（2006）研究表明，枯草芽孢桿菌FY99-01能迅速降解污水中有機物，48 h化學需氧量（COD）的去除率達67%以上，144 h總殘渣、過濾性殘渣的降解率分別為61.3%和24.1%，96 h降解硫化物達100%。張峰峰等（2009）研究報道，枯草芽孢桿菌可迅速降低養殖水體中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量，去除率均達99%以上，可有效降低水體的pH。

4.2 對糞便的無公害化處理 由于枯草芽孢桿菌有很強的生物同化作用，能有效降低糞便中產生的氨氣、吲哚等有害氣體濃度，減輕糞便臭味，并且其代謝產物對蚊蠅的生長繁殖也有抑制作用，不僅改善養殖環境，也有利于糞便的資源化利用。另外，畜禽養殖過程中排出的廢渣、廢水等污染物也可用該菌處理，達到無害化的效果（翟繼鵬等，2010）。王宇等（2009）比較了幾種微生物對豬糞堆肥的升溫效果，發現碳氮比為30∶1左右時，升溫效果為枯草芽孢桿菌>黑曲霉>木霉>酵母。而將枯草芽孢桿菌、黑曲霉、木霉以3∶2∶3比例添加時，其協同作用可使豬糞堆肥在10 d左右腐熟。

4.3 吸附環境中的重金屬 Asuncion等（2002）研究指出，芽孢桿菌屬菌株均有強大的吸附金屬能力。這是因為金屬離子能夠與該菌細胞表面上的陰離子相互作用而被固定，當其結合到細胞壁上時，可以防止這些金屬滲透到細胞內部而減少毒害作用，然而，細菌必需的金屬離子可通過細胞膜進入細胞內部。代淑娟等（2010）研究表明，在電鍍廢水pH為8，枯草芽孢桿菌用量為10 g/L（濕重），攪拌轉數為800 r/min，吸附時間為10 min條件下，廢水中鎘的吸附率達到93%以上。

5 小結

枯草芽孢桿菌可分泌多種酶類，并具有抗逆性強、抑菌效果好等諸多優良特性，被認為是較理想的工業生產菌株。目前，枯草芽孢桿菌的作用效果逐步得到確認，相信隨著研究的不斷深入，枯草芽孢桿菌將會有更廣闊的應用空間。

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