微生物制劑在綠色生態(tài)養(yǎng)殖中的作用

吳逸飛，孫 宏，姚曉紅，王 新，柳 永，湯江武

微生物制劑在綠色生態(tài)養(yǎng)殖中的作用

吳逸飛，孫 宏，姚曉紅，王 新，柳 永，湯江武*

（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)與微生物研究所，浙江 杭州 310021）

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，開發(fā)友好可持續(xù)的綠色生態(tài)養(yǎng)殖手段，成為解決畜禽養(yǎng)殖污染的關(guān)鍵。微生物制劑作為一種安全高效的活菌制劑在抗生素替代、飼料原料品質(zhì)改良和養(yǎng)殖污染防控等方面具有重要的作用。本文就微生物制劑在綠色生態(tài)養(yǎng)殖中的作用進(jìn)行論述，探討解決畜禽養(yǎng)殖污染，構(gòu)建綠色生態(tài)養(yǎng)殖環(huán)境的思路和途徑。

微生物制劑；作用效果；機(jī)制；生態(tài)養(yǎng)殖

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，其在保障城鄉(xiāng)畜禽產(chǎn)品供應(yīng)、促進(jìn)農(nóng)民增收等方面發(fā)揮了重要作用。但養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展也導(dǎo)致了養(yǎng)殖過程中廢棄物大幅增加等問題，致使畜禽養(yǎng)殖污染日趨嚴(yán)重。根據(jù) 《全國畜禽養(yǎng)殖污染防治 “十二五” 規(guī)劃》中的調(diào)查數(shù)據(jù)，僅2010年，全國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的化學(xué)需氧量、氨氮排放量已分別達(dá)到1 184萬t和65萬t，占全國排放總量的45%和25%，畜禽養(yǎng)殖污染已經(jīng)成為我國環(huán)境污染的主要來源。因此，開發(fā)和構(gòu)建友好可持續(xù)的綠色生態(tài)養(yǎng)殖手段，減少污染物排放，成為解決畜禽養(yǎng)殖污染的急需解決的問題。

微生物制劑是一類在現(xiàn)代生物工程、發(fā)酵工程和細(xì)胞工程理論指導(dǎo)下，經(jīng)特殊加工工藝制成的活菌制劑，常用的微生物制劑主要包括芽孢桿菌、乳酸菌及酵母菌等［1］。狹義的微生物制劑主要指用于飼料添加劑的微生態(tài)制劑，其在畜禽養(yǎng)殖中主要用于改善畜禽腸道菌群，提高畜禽生產(chǎn)性能的作用；而廣義的微生物制劑還包括用于制備功能性發(fā)酵飼料的菌劑和用于畜禽養(yǎng)殖過程中污染物控制的微生物制劑等多個方面。本文對微生物制劑在畜禽養(yǎng)殖中的作用效果進(jìn)行概括和總結(jié)，并進(jìn)一步探討其可能的作用機(jī)制，旨在為解決畜禽養(yǎng)殖污染提供新的思路和途徑。

1 微生物飼料添加劑可替代抗生素使用，促進(jìn)食品安全

抗生素在畜牧養(yǎng)殖中的大規(guī)模使用在提高動物生產(chǎn)性能方面曾發(fā)揮了重要作用。但抗生素濫用，也造成了畜禽抗藥性增強(qiáng)，畜產(chǎn)品抗生素殘留等問題，嚴(yán)重危害人類健康。目前，歐盟已全面禁止抗生素在飼料中的添加，美國也僅保留了少數(shù)抗生素的使用，且對其用量有嚴(yán)格的控制，并已計劃從2015年開始，全面禁止抗生素在飼料中的添加。微生態(tài)制劑作為一種潛在的抗生素替代品，具有多種類似于抗生素的功能，可有效降低抗生素的使用。

1.1 降低腹瀉率，增強(qiáng)畜禽免疫力

腹瀉問題一直是仔豬健康養(yǎng)殖過程中無法忽視的問題。腹瀉不但可導(dǎo)致仔豬生長減慢，抵抗力下降，嚴(yán)重時還會造成仔豬死亡，給養(yǎng)殖業(yè)帶來了嚴(yán)重的損失。研究表明，微生態(tài)制劑可顯著降低幼齡動物的腹瀉率。伍淳操等［2］將乳酸桿菌添加到斷奶仔豬日糧后，可顯著降低仔豬腹瀉率；同時提高IgA、IgG等多種免疫球蛋白的水平。肉雞試驗也發(fā)現(xiàn)，日糧中添加微生態(tài)制劑可預(yù)防育雛期間的腸道白痢等疾病的發(fā)生，增強(qiáng)雞的免疫能力，降低死亡率［3］。微生態(tài)制劑降低幼齡動物腹瀉的功能可能具有多種機(jī)制，微生態(tài)制劑降低畜禽腹瀉率的作用可能與其可在腸道內(nèi)競爭性抑制大腸桿菌等病原菌有關(guān)。同時，飼料中的有益微生物也可通過黏附作用對胃腸壁細(xì)胞進(jìn)行保護(hù)，減少有害病原微生物與腸道細(xì)胞的接觸。此外，微生態(tài)制劑還可與有害菌爭奪氧、營養(yǎng)和附著點，競爭性的抑制有害菌的生長。本課題組前期研究表明，肉雞日糧中添加芽孢桿菌制劑后，腸道內(nèi)的致病性大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量顯著降低，而乳酸桿菌等有益菌的數(shù)量則顯著提高。同時，芽孢桿菌還能在肉雞腸道內(nèi)進(jìn)行正常代謝繁殖，從而在腸道微環(huán)境中作用很長的時間［4］。

微生態(tài)制劑在畜禽腸道內(nèi)的另一個作用是可充當(dāng)免疫激活劑，刺激胃腸道內(nèi)免疫功能的完善，從而增強(qiáng)畜禽免疫力。該作用與腸道淋巴系統(tǒng)的發(fā)育緊密相關(guān)。研究表明，微生態(tài)制劑可與腸道上皮細(xì)胞表面的特殊受體蛋白TLR（to11-1ike receptor）結(jié)合，通過一系列細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)，最終激活細(xì)胞核內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)，導(dǎo)致TNF-α等免疫細(xì)胞因子表達(dá)量的上調(diào)［5］。Tien等［6］報道采用乳酸菌預(yù)先處理Caco-2細(xì)胞可有效降低由沙門氏菌誘發(fā)的細(xì)胞內(nèi)NF-kB途徑的激活。因此，添加微生態(tài)制劑可通過提高機(jī)體免疫力來抵抗外源病原微生物的感染。

1.2 提高畜禽生長性能，減少排放

采用微生態(tài)制劑飼喂斷奶仔豬可顯著降低仔豬的料肉比，提高飼料的利用率。料肉比等生長性能的提升作用可能與畜禽在飼喂微生態(tài)制劑后消化功能的提高有關(guān)。微生物在腸道內(nèi)可產(chǎn)生多種消化酶，如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等，從而直接參與營養(yǎng)物質(zhì)的代謝，提高腸道內(nèi)食糜的消化水平。同時，乳酸菌在腸道內(nèi)發(fā)酵可進(jìn)一步降低腸道pH值，保護(hù)腸道乳酸菌等有益菌的數(shù)量。李維炯等［1］的研究發(fā)現(xiàn)，用微生態(tài)制劑飼喂育肥豬，可明顯提高育肥豬的生長速度，日增重可較對照組提高21%，飼料利用率提高15.1%。章世元等［7］研究也表明，斷奶仔豬飼喂微生態(tài)制劑后，仔豬的日增重較對照組增加了13.9%，料重比降低了4.21%，且飼料中脂肪、蛋白的表觀消化率均有所提高。

畜禽集約化養(yǎng)殖使得圈舍中氨氣、硫化氫等有害氣體濃度提高且很難排放。通過在飼料中添加微生態(tài)制劑，可有效抑制腸道內(nèi)腐敗細(xì)菌的生長繁殖，大量減少生物胺、吲哚等惡臭物質(zhì)的產(chǎn)生。據(jù)估算，豬場內(nèi)使用微生態(tài)制劑后，可有效降低氨氣的排放達(dá)30%以上。Jeon等［8］的研究也表明，通過在飼料中添加有益微生物，可顯著降低育肥豬糞便中的氨、氮含量及揮發(fā)性脂肪酸含量。此外，由于飼料的消化利用率提高，糞便和尿液的排放也減少，可進(jìn)一步減少對環(huán)境的污染。

2 作為飼料原料發(fā)酵劑，提高原料利用率，緩解飼料資源短缺

世界范圍內(nèi)的糧食和飼用資源緊缺，使得微生物發(fā)酵飼料的研究受到重視。發(fā)酵飼料是在特殊微生物制劑的作用下，對飼用原料進(jìn)行改良后的新型飼用原料。其不僅具有更佳的營養(yǎng)價值，同時還能起到促進(jìn)畜禽生長、維持畜禽體內(nèi)微生態(tài)平衡、增強(qiáng)畜禽免疫力的作用。

發(fā)酵功能飼料中乳酸菌大量繁殖，產(chǎn)生多種有機(jī)酸 （乳酸等），使飼料具有天然酸香味。發(fā)酵過程中通過微生物的作用還可有效去除飼料原料中的抗原和抗?fàn)I養(yǎng)因子，改善飼料的適口性。以發(fā)酵棉籽粕為例，本實驗室曾采用芽孢桿菌、干酪乳酸菌等菌種混菌發(fā)酵棉籽粕，與原棉籽粕相比，棉籽粕經(jīng)過發(fā)酵后可顯著提高粗蛋白、乳酸和粗灰分含量，降低粗纖維、粗脂肪和游離棉酚含量。與處理前的棉籽粕相比，微生物發(fā)酵使棉籽粕中的總氨基酸含量提高了13.4%［9］。Hong等［10］的研究表明，微生物發(fā)酵能有效降低豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子和多種大豆抗原。同時，微生物在生長繁殖過程中可降解發(fā)酵物料中的蛋白質(zhì)、多糖和脂肪為低分子量肽類、寡糖和游離氨基酸，同時產(chǎn)生多種功能營養(yǎng)成分，如有機(jī)酸、核酸、維生素等。此外，功能飼料中還含有大量益生菌，可作為微生態(tài)制劑進(jìn)入動物腸道，從而發(fā)揮類似微生態(tài)制劑的功能。

動物應(yīng)用試驗表明，采用發(fā)酵棉籽粕替代肉雞日糧中的豆粕后，飼糧中添加80 g·kg-1的發(fā)酵棉籽粕顯著增加了肉雞的日增重。飼糧中添加80 g/ kg和120 g·kg-1的發(fā)酵棉籽粕顯著增加了盲腸內(nèi)容物中的乳酸桿菌數(shù)，同時顯著降低了內(nèi)容物中的大腸桿菌數(shù)。由此可見，飼糧適當(dāng)添加發(fā)酵棉籽粕能提高肉雞的生長性能、菌群結(jié)構(gòu)、腸道形態(tài)和消化酶活。同樣，將發(fā)酵飼料飼喂 “杜長大” 三元雜交育肥豬，其中低添加量試驗組與對照組相比，可提高豬末重和平均日增重，降低料肉比和日腹瀉頭數(shù)。在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，研究表明飼喂最高至240 g·kg-1的發(fā)酵棉籽粕替代飼料中的魚粉，對魚類體長、全長、體高、肝體指數(shù)和肥滿度等體成分指標(biāo)，均無顯著影響，表明發(fā)酵飼料可用于替代海水魚飼料中的魚粉［11-14］。因此，發(fā)酵功能飼料可有效改善飼料的品質(zhì)和利用率，可用于替代高價值的飼料，以緩解優(yōu)質(zhì)飼料短缺和大大降低養(yǎng)殖成本。

3 作為養(yǎng)殖環(huán)境改良劑，減少污染物排放，改善生態(tài)環(huán)境

目前，全國范圍內(nèi)規(guī)模化養(yǎng)殖場的數(shù)量占全部畜禽養(yǎng)殖數(shù)量的比重較低。由于低、小畜禽散養(yǎng)戶往往將未經(jīng)處理的糞尿直接排放，造成糞便和污水中含有大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，使水生生物過度繁殖、溶解氧含量急劇下降，最終導(dǎo)致養(yǎng)殖周邊水田和土壤的污染。據(jù)統(tǒng)計，浙江省非規(guī)模化養(yǎng)殖場的污染物排放量占到全省總量的1/2左右。同時，養(yǎng)殖場內(nèi)氨氣和硫化氫濃度較高，也會導(dǎo)致大氣污染。目前，通過使用以光合細(xì)菌和有效微生物群（EM）為主的微生物制劑，調(diào)控養(yǎng)殖環(huán)境，降低污染物濃度，減少養(yǎng)殖環(huán)境中硫化氫和氨氣的濃度，取得了較好的效果。

3.1 養(yǎng)殖水體污染物控制

微生物制劑在養(yǎng)殖水體污染物的控制應(yīng)用主要集中于水產(chǎn)養(yǎng)殖方面。微生物在水體中的主要作用為：在有氧條件下，有氧作用產(chǎn)生的二氧化碳和水，可生成易被微生物、藻類和水生植物利用的氮、磷以及硫等營養(yǎng)鹽。在缺氧條件下，微生物的厭氧作用可將有機(jī)物分解為甲烷、氨和硫化氫。目前，光合細(xì)菌和EM菌劑是最為廣泛地用于水處理的菌劑。其主要作用是分解水中的有機(jī)物，降低水中的化學(xué)需氧量和生物需氧量，提升水中的溶解氧的含量，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的。本實驗室通過高通量篩選的方式獲得多株可用于凈水的反硝化菌株，將其施用于養(yǎng)殖水體中后，蝦池亞硝酸鹽濃度低于0.01 mg·L-1，2周后蝦池氨氮分別穩(wěn)定在0.26～0.33 mg·L-1和0.35～0.48 mg·L-1，試驗過程中水體硝酸鹽和COD保持穩(wěn)定，總氮的去除率達(dá)到34.1%以上［15-16］。

3.2 養(yǎng)殖固體污染物控制

養(yǎng)殖過程中最主要的固態(tài)污染物是畜禽糞便。糞便對環(huán)境的污染表現(xiàn)為多個方面。一是由于對飼料營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收不全，畜禽糞便中往往殘留了相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物，特別是含氮較多，極易被腐敗菌分解產(chǎn)生氨氣和硫化氫等惡臭物質(zhì)。二是糞便中還殘留有沙門氏菌、致病弧菌等多種病原微生物。三是由于目前常采用高銅、高鋅日糧飼喂動物，糞

4 小結(jié)

針對畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展過程中面臨的食品安全、糧食安全和生態(tài)安全等問題，建立健全的畜禽綠色養(yǎng)殖體系已成為是畜牧業(yè)發(fā)展中亟須完成的一個重大課題。目前，以篩選獲得的高效微生態(tài)制劑為核心，通過建立用于替代飼用抗生素的微生態(tài)制劑開發(fā)技術(shù)、發(fā)酵飼料的高效利用技術(shù)、畜禽養(yǎng)殖環(huán)境綜合減排的微生物處理技術(shù)，可實現(xiàn)飼料組分的高效利用，提高畜禽抗病能力、降低死亡率，同時去除糞便臭味、降低抗生素使用和氮、磷排放，最終達(dá)到畜禽產(chǎn)品品質(zhì)顯著改善和養(yǎng)殖環(huán)境的友好可持續(xù)。可以預(yù)見，隨著代謝工程、生物技術(shù)、發(fā)酵工程與微生物工程的進(jìn)一步發(fā)展，結(jié)合納米技術(shù)和分子生物學(xué)等新興學(xué)科、微生物制劑在畜禽綠色養(yǎng)殖方面的應(yīng)用將會越來越廣泛。

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（責(zé)任編輯：）

S 182

A

0528-9017（2014）12-0000-00

文獻(xiàn)著錄格式：吳逸飛，孫宏，姚曉紅，等.微生物制劑在綠色生態(tài)養(yǎng)殖中的作用 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，56（1）：000-000.

2014-10-15

農(nóng)業(yè)部 “948”項目 （2011-Z34）；浙江省 “生物三藥”重點創(chuàng)新團(tuán)隊項目 （2011R09027-11）；浙江農(nóng)科院創(chuàng)新提升工程項目

吳逸飛 （1975-），男，浙江東陽人，助理研究員，主要從事微生物技術(shù)研究工作。E-mai1：yifeiwu@sohu.com。

湯江武（1971-），浙江青田人，研究員，從事應(yīng)用微生物研究工作。E-mai1：tangjiangwu@sina.com。