益生菌的生物學功能及其在仔豬生產中的應用

孫朋朋，宋春陽

（青島農業大學動物科技學院，山東 青島 266109）

益生菌是指能夠在生物體內存活，對宿主的生命健康有益的一類微生物，一般把益生菌活菌制劑或含有微生物培養物的微生物制劑稱為益生菌。近年來人們開始認識到微生物及其產物能夠對機體產生影響，從細菌、真菌、酵母等微生物中篩選得到了大量被認為是益生菌的微生物；并且開始在動物生產中應用。在養豬生產中的應用主要是仔豬，由于仔豬腸道發育不完善，尚未建立起良好的腸道微生物區系，因此仔豬生長性能較低，容易生病，尤其是腹瀉問題。益生菌能夠調節仔豬胃腸道失調、增強仔豬腸道免疫功能，有效降低仔豬腹瀉率，提高仔豬生長性能。

1 益生菌的分類

益生菌又稱微生態調節劑、生態制品、活菌制劑，是取代或平衡體內系統中一種或多種菌系作用的微生物添加劑，即通過添加動物消化道內的有益微生物，改善體內消化道菌群平衡，從而對生物產生有益作用，迅速提高機體的抗病能力、代謝能力和對營養特質的消化吸收能力，達到防治消化道疾病和促進生長的雙重作用。益生菌的本質是細菌微生物，目前的研究認為，作為益生菌的細菌應該具備有對宿主有益、無毒性作用和無致病作用、能在消化道內存活、能適應胃酸和膽鹽、能在消化道表面定殖、能夠產生有用的酶類和代謝物、在加工和貯存過程中能保持活性等特點[1]。目前已發現的益生菌大體上可分為乳桿菌屬、雙歧桿菌屬和革蘭氏陽性球菌屬[2]。

1.1 乳桿菌屬

乳桿菌屬革蘭氏陽性兼性厭氧菌，最佳繁殖環境是35～40℃、pH為4.5～6.4的弱酸性環境，并且具有很強的抗酸抗鹽性。已發現的乳酸桿菌有56種，主要用于生產微生態制劑的約10種，包括短乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酷乳桿菌和德氏乳桿菌保加利亞亞種等乳桿菌屬。乳桿菌屬是動物體腸道中的重要微生物，與動物的健康密切相關。當其達到一定數量時，能改善調節動物腸道微生物菌群的平衡、增強機體的免疫力、降低膽固醇水平、緩解乳糖不耐癥以及抑制腫瘤細胞形成等。

1.2 雙歧桿菌屬

雙歧桿菌屬革蘭氏陽性專性厭氧菌，其最適繁殖溫度為37～42℃，pH為6.5～7.0。現已發現的雙歧桿菌有32種，其中14種是從人體中分離出來的，包括：B.adolescentis、B.angulaangu-latum、B.bifidum、B.breve、B.catenulatum、B.dentium、B.infantis、B.longum、B.pesudocatenulatum等[3]。雙歧桿菌是動物腸道內很重要的生理性菌群，通常寄生在人和動物的小腸后段。Fandl等研究發現，在嬰兒腸道內以嬰兒雙歧桿菌和短雙歧桿菌為優勢菌群，隨著年齡的增長，雙歧桿菌在腸道中的含量逐漸降低，而在成人腸道內則僅有少量兩歧雙歧桿菌、青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌存在，很多老年人的腸道已無雙歧桿菌的存在[4]。作為一種優良的生態菌種，雙歧桿菌具有維持腸道微生態平衡、生物頡頏、免疫調節和營養等多方面的生理功能，與人類的許多病理、生理現象密切相關，現已確認雙歧桿菌是人體健康的重要標志之一。同樣，雙歧桿菌在動物生產中也具有及其重要的作用。

1.3 革蘭氏陽性球菌及其他菌

革蘭氏陽性球菌屬兼性厭氧球菌，目前研究較多的革蘭氏陽性球菌有嗜熱鏈球菌、糞鏈球菌、乳球菌、乳酸腸球菌及屬于鏈球菌屬的中介鏈球菌等。此外，隨著對革蘭氏陽性球菌研究深入，近年來不斷開發出新的益生菌資源，例如一些明串球菌屬、丙酸桿菌屬和芽孢桿菌屬的部分菌種株及部分酵母菌和霉菌等亦可歸入益生菌的范疇[5]。以保拉迪酵母菌為例，該菌常被制成保拉迪酵母菌散劑，這種酵母菌制劑對治療兒童或成人急性感染或非特異性腹瀉、預防和治療抗菌素誘發的結腸炎和腹瀉及預防由管飼引起的腹瀉和腸應激綜合征有一定療效。

2 益生菌的生物學功能

2.1 在腸道內形成屏障

腸道菌群和腸黏膜共同構成一道保護屏障，阻止細菌、病毒的進入，從而保護腸道的健康。益生菌是腸道正常菌群的優勢菌群，與腸黏膜緊密結合構成腸道的生物屏障，抑制致病菌的過度生長及外來致病菌的入侵，維持腸道的微生態平衡。黃回等研究結果表明，乳酸桿菌能通過有機酸降低pH、營養競爭、占位、產生抑制毒素的代謝產物、合成有抗菌活性的細菌素、黏附定植及形成膜菌群等，抑制致病菌或條件性致病菌的生長，維持腸道固有菌群，保證溶菌酶、蛋白質分解酶的分泌，從而保護腸道生物屏障[6]。腸道細菌決定了腸道黏膜屏障的通透性。有害細菌可增加屏障的通透性，從而導致細菌黏膜壁。一些益生菌能預防和修復由食物抗原或藥物引起的黏膜損傷。Michail等研究發現，益生菌還能阻止由病原體引起的上皮細胞支架和緊密連接蛋白的破裂，從而提高黏膜屏障功能，防止電解質分泌作用受阻[7]。Ren等在研究肝臟移植手術后腸道障礙功能時發現相對于空白對照而言，喂食雙歧桿菌和乳桿菌對于術后腸道屏障功能的恢復與提高有顯著幫助，不僅如此，這些益生菌對于改善腸道微生物菌群結構也能起到積極、有效的作用[8]。

2.2 抵抗有害細菌

大量研究已證實，益生菌可通過多種機制抑制腸道內常規有機體或潛在病原體的生長，包括降低腸腔內pH、分泌細菌素、抑制細菌黏附于腸上皮細胞，減少腸道內細菌的易位。此外，益生菌還可促進腸隱窩產生具有抗菌效應的防御素。乳酸菌對幽門螺桿菌感染胃黏膜的影響是益生菌抵抗細菌的一個重要例子，Lammers等研究表明，一些乳酸菌和雙歧桿菌通過釋放細菌素或有機酸抑制幽門螺桿菌的生長，降低該病原菌黏附腸上皮細胞的能力[9]。少數乳酸菌通過降低尿素酶活性而減少幽門螺桿菌在鼠體內的定植并抑制其活性。近來研究者認為，益生菌并不能從根本上消除幽門螺桿菌，但可增加宿主對其的抗生能力，并且認為只有在病原體感染細胞之前使用益生菌才會發揮其作用。Van等研究卻發現，當干酪乳桿菌DN-114001與未分化和分化的人類上皮細胞系預培養或干酪乳桿菌與大腸埃希菌共同孵育后，干酪乳桿菌可抑制大腸埃希菌對上皮細胞的黏附[10]。這就說明，在病原體感染細胞前后加入益生菌都可能抑制病原對細胞的侵襲。Bandai等在從塞內加爾鰻魚腸道中分離的益生菌對美人魚發光桿菌抑制作用的研究發現對照和Pdp 11飼喂的鰻魚的腸道和肝臟細胞中出現大量脂肪球聚集。說明益生菌通過激發脂蛋白的合成來改變上皮細胞的功能，從而抑制有害微生物的生長[11]。

2.3 營養作用

有營養特性的益生菌主要是芽孢桿菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌等。其營養特性具體表現為芽孢桿菌在其生長繁殖過程中能夠產生乙酸、丙酸、丁酸等揮發性酸，這些酸類能夠降低動物腸道的pH，可有效抑制病原菌的生長，為乳酸菌的生長創造了條件；雙歧桿菌不僅可以產生各種維生素（如VB1、VB2、VB6、VB12、煙酸和葉酸等）以供機體所需，還能通過抑制某些維生素分解菌來保障維生素的供應；乳酸桿菌能合成動物所需要的多種維生素（如VB1、VB2、VB6、VB12）以及煙酸、泛酸、葉酸等，當腸道菌群失調時，動物會表現出維生素缺乏癥；因此在飼料中添加適量的益生菌將緩解維生素缺乏癥。

2.4 其他

當需氧型益生菌進入消化道后，其生長繁殖消耗腸道內大量氧氣，通過“生物奪氧”而使需氧型致病菌大幅下降，因而起到了預防動物患病的作用。能夠產生有益的代謝產物，如產生有機酸，降低腸道pH；產生過氧化氫和天然抗生素類物質，減少腸道內氨及胺等毒性物質的產生，形成抑制或殺死有害菌的環境。擁有完整腸道菌群的動物比無菌動物有更高的巨噬細胞活性和免疫球蛋白水平，例如乳酸桿菌能提高巨噬細胞的活性，并能防止腫瘤的生長；雙歧桿菌也具有良好的抗菌性，并能增強機體的免疫功能。

3 在仔豬生產中的應用

3.1 降低仔豬腹瀉率

仔豬斷奶過早容易造成應激，最直觀的表現就是采食量下降、生長緩慢和腹瀉頻率增加[12]。此外，病原性因素、環境因素、飼料因素等也會導致仔豬的腹瀉，腹瀉在一定程度上影響了仔豬的生長發育，進一步影響了養豬的經濟效益。在仔豬飼料中添加益生菌可以較好的減少仔豬腹瀉率的發生。陳碧紅選取平均體重為（6.47±0.04）kg的21日齡的杜×長二元雜交豬40頭，按性別、體重、窩源基本一致的原則隨機分兩組，每組兩個重復，每個重復10頭豬，對照組飼喂基礎日糧，試驗組在飼料中添加益生菌制劑0.2%，結果顯示，對照組的腹瀉率和腹瀉指數分別為2.6%和1.8，添加益生菌組的腹瀉率和腹瀉指數分別為1.2%和0.75，添加益生菌可以顯著降低腹瀉率和腹瀉指數（P＜0.05）[13]。石秋鋒等選擇日齡和體重相近、健康狀況良好的杜×長×大斷奶仔豬為試驗對象，隨機分成6組，每組4個重復，每個重復8頭豬，對照組飼喂基礎日糧，試驗組飼喂添加益生菌的飼糧，結果發現，與對照組相比，試驗組仔豬腹瀉率顯著降低（P＜0.05）[14]。薛淑梅選擇45日齡健康長白榮昌斷奶仔豬60頭，隨機分為對照組和試驗組，對照組飼喂基礎日糧，試驗組添加益生菌0.1%，結果顯示，與對照組相比，試驗組仔豬糞便中乳酸桿菌含量增加，大腸桿菌含量降低，差異極顯著（P＜0.01）；同時與對照組相比，試驗組斷奶仔豬的腹瀉率與腹瀉指數分別下降15.55%和83.5%，差異極顯著（P＜0.01）[15]。喬宏興等以年齡胎次近似、健康母豬所生產日期相近的仔豬為試驗對象，分為對照組和試驗組，對照組飼喂基礎日糧，試驗1、2、3組分別在基礎日糧中添加益生菌8%、10%、12%，結果發現，與對照組相比，試驗組仔豬腹瀉率、死亡率、腹瀉次數差異均顯著低于對照組（P＜0.05），但試驗組各組間無顯著差異（P＞0.05）[16]。劉虎傳等選擇平均體重為（6.39±0.42）kg的（21±2）d杜×長×大三元雜交斷奶仔豬48頭為試驗對象，按性別、體重和窩源基本一致原則隨機分為兩組，每組4個重復，每重復6頭豬，對照組飼喂基礎日糧，試驗組在基礎飼糧中添加益生菌1×109cfu·kg-1，試驗期為21 d，結果發現，28日齡時，益生菌組回腸內容物pH顯著低于對照組（P＜0.05），與對照組相比，添加益生菌制劑顯著增加空腸、回腸絨毛高度和上皮內淋巴細胞數量（P＜0.05），顯著提高回腸杯狀細胞數量（P＜0.05），試驗組顯著降低回腸隱窩深度（P＜0.05）；35日齡時，顯著增加空腸、回腸絨毛高度（P＜0.05），顯著提高空腸上皮內淋巴細胞數量（P＜0.05），顯著降低空腸、回腸隱窩深度（P＜0.05）；42日齡時，試驗組顯著增加空腸、回腸絨毛高度（P＜0.05），顯著提高空腸上皮內淋巴細胞和杯狀細胞數量（P＜0.05），顯著降低空腸隱窩深度（P＜0.05）；28日齡時，益生菌組盲腸內容物中丁酸和乳酸含量顯著高于對照組（P＜0.05）；35和42日齡時，益生菌組盲腸內容物中乙酸、丙酸、丁酸和乳酸含量顯著高于對照組（P＜0.05）[17]。益生菌可以通過改善斷奶應激對絨毛高度和隱窩深度的影響，提高腸道淋巴細胞數量和揮發性脂肪酸含量，降低腸道pH，從而緩解斷奶應激對腸道環境的影響，從而降低斷奶仔豬的腹瀉率。

3.2 提高仔豬生產性能

研究表明，添加益生菌能夠提高仔豬的生產性能，降低料重比，提高經濟效益。石秋鋒等研究證明，飼料中添加益生菌可顯著提高仔豬日增重（P＜0.05），顯著降低料重比（P＜0.05），并且能夠提高粗蛋白質表觀消化率[14]。薛淑梅研究表明，飼料中添加益生菌，飼料利用率和平均日增重都有較大的提高，其中飼料利用率提高11.0%，平均日增重提高6.53%，差異極顯著（P＜0.01）[15]。陳碧紅在飼料中添加益生菌制劑2 kg·t-1，結果顯示，與對照組相比，試驗組仔豬平均日增重顯著提高23%（P＜0.05），并顯著降低料重比和腹瀉率（P＜0.05）[13]。胡艷等以胎次相近、健康、28 d斷奶的杜×大×長三元雜交仔豬60頭為試驗對象，隨機分為兩組，每組5個重復，每重復6頭豬，進行為期32 d的飼養試驗，結果發現，日糧中添加復合益生菌能夠顯著降低料重比（P＜0.05），提高斷奶仔豬體重、平均日采食量和平均日增重，并降低料重比和腹瀉率；與對照組相比，添加益生菌，仔豬對干物質、粗蛋白質、能量表觀消化率和表觀消化能含量分別提高了6.96%、9.52%、5.70%和5.68%，差異顯著（P＜0.05），粗脂肪消化率提高5.07%[18]。周盟等研究結果發現，添加益生菌能顯著降低斷奶仔豬料重比（P＜0.05），提高仔豬對營養物質的消化率[19]。王虎偉選用平均體重為（6.39±0.42）kg的（21±2）d杜×長×大三元雜交斷奶仔豬48頭，按性別、體重和窩源基本一致的原則隨機分為兩組，每組4個重復，每個重復6頭豬，對照組飼喂基礎飼糧，試驗組在基礎飼糧中添加1×109cfu·kg-1活菌，試驗期21 d，結果表明，添加益生菌制劑可顯著提高斷奶仔豬平均日增重（P＜0.05），并顯著降低料重比和腹瀉率（P＜0.05）[20]。周映華等在基礎日糧中單獨或聯合添加益生菌、抗生素和小肽研究其對斷奶仔豬生產性能的影響，結果表明，與對照組相比，添加益生菌、抗生素和小肽日增重分別提高10.95%、13.01%和9.92%，飼料利用效率提高11.24%、12.36%和9.55%，仔豬腹瀉率降低34.95%51.46%和32.02%；與對照組相比，益生菌＋抗生素組、益生菌+小肽組仔豬日增重分別提高13.69%和20.21%，飼料利用效率提高10.68%和13.48%，仔豬腹瀉率降低33.99%和46.61%。因此，單獨或聯合添加能夠提高斷奶仔豬的生產性能，益生菌與小肽合用對仔豬生產性能存在一定的協同效應，而益生菌與抗生素合用未表現出協同效應[21]。董曉麗選擇35～37 d的斷奶仔豬（大×長）144頭，平均體重9.7±0.88kg，隨機分為4組，每組6個重復，每個重復6頭仔豬，試驗期35 d，分別飼喂基礎日糧組（對照組）、基礎日糧+植物乳桿菌（LB組）、基礎日糧+枯草芽孢桿菌（BS組）、基礎日糧+植物乳桿菌和枯草芽孢桿菌的混合物（LBS組），結果表明，試驗14 d，飼喂益生菌的仔豬日增重有增加趨勢，與對照組相比飼料轉化率得到顯著改善（P＜0.05），但添加不同益生菌的仔豬平均日采食量和飼料轉化率差異不顯著（P＞0.05）[22]。研究表明，益生菌不僅能夠提高仔豬的生產性能，而且可提高仔豬對飼料的消化率，降低飼料成本，是仔豬飼料中不可或缺的一種添加劑。

3.3 其他

益生菌制劑可以通過多種途徑和機理調節腸道微生態平衡，抑制有害菌在腸道內生長，減少毒素的產生，共同維持腸黏膜正常的形態和結構，從而改善斷奶仔豬的小腸吸收和黏膜免疫功能。斷奶可導致仔豬腸道吸收功能減弱。試驗結果表明，乳酸菌與致病菌之間存在非特異性的對腸上皮細胞頂端受體競爭黏附，可使致病菌在腸黏膜上的黏附受到抑制，乳酸菌還可分泌胞外多糖（EPS），提高菌株對腸道表面的非特異性黏附能力[23]。同時，益生菌能夠提高仔豬的抗氧化和免疫能力，黃俊文等研究結果表明，富硒益生菌不同程度地提高了豬的抗氧化能力，表現在血中谷胱甘肽氧化酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）活性的提高，丙二醛（MDA）含量下降，從而減輕對細胞膜的損傷和破壞，提高豬的免疫力。此外，在仔豬飼料中添加益生菌可以減少仔豬豬舍的臭味，試驗表明，飼喂益生菌劑后，仔豬糞便中硫化物及氨根離子、氮離子的含量與同期對照相比下降；硫化物平均下降17.4%，最高下降28.5%；氨根離子、氮離子平均下降19.4%，最高下降33.3%，從而減輕糞便的臭味[24]。王虎偉研究結果表明，添加益生菌制劑可以顯著提仔豬斷奶后第7天血清白介素-1β水平，也顯著提高第21天血清免疫球蛋白G、白介素-6和腫瘤壞死因子-α及回腸黏膜分泌性免疫球蛋白（IgA）水平（P＜0.05），空腸分泌性IgA水平稍高于對照組，但差異不顯著（P＞0.05），而糞便IgA及外周血T淋巴細胞CD3+、CD4+和CD8+及CD4+/CD8+比值并無顯著性差異（P＞0.05）[20]。

4 小結

益生菌在仔豬飼料中已經成為不可缺少的飼料添加劑，其作用效果也已經得到了驗證，適量的添加益生菌可以提高仔豬生產性能，降低仔豬腹瀉率，減少豬舍的環境污染等。但益生菌的種類眾多，而且添加量目前還沒有完全確定，因此，在仔豬飼料中的添加還沒有達到最好的效果，隨著研究的深入，可使益生菌在豬飼料中的應用效果更佳。

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