雞源益生菌的體外和體內生物學模擬

劉正旭

摘? 要：本文對雞源益生菌進行了體外和體內的生物學模擬，分析了在兩種情況下益生菌生長曲線4個階段的不同特點，為實際生產條件下益生菌的有效應用提供參考。

關鍵詞：雞源益生菌;體外;體內;生物學模擬

中圖分類號：S814 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）12-0047-03

基于氧氣和二氧化碳的濃度，家禽胃腸道可以分成三種不同的微生物群落。

它受以下各種因素的影響：

● 雞腸道不同部位形態學和生理學的差異導致各種營養素的消化吸收在空間和時間上存在差異。

● 在雛雞生命的早期（1～12日齡），快速生長的需氧菌和兼性厭氧菌會消耗氧氣，并最終會導致后腸中二氧化碳的濃度升高。

● 中腸和后腸中過度生長的兼性厭氧菌會取代需氧菌。

● 在雛雞出殼后第二周，專性厭氧菌在后腸占優勢。最后，到第12天，雞的胃腸道會出現大量的微生物：需氧菌、兼性厭氧菌和專性厭氧菌。

1? 體外益生菌生物學

益生菌在分批培養中生長時，所得的生長曲線通常有4個階段：遲滯期、指數生長期、平臺期和死亡期（圖1）。

1.1 遲滯期

將微生物接種到新鮮培養基時，細胞數量通常不會出現立刻增長。這一階段被稱為遲滯期。它不是一個不活動的時期。相反，細胞會識別新環境（例如新的培養基），并合成增殖所必需的新成分（加倍，從一個到二個）。

1.2 指數生長期

指數生長期，鑒于遺傳潛力、培養基性質和環境條件，益生菌以盡可能最大的速度開始生長和分裂。

在指數階段，細菌的生長速度是恒定的，即它們會定期完成細胞周期和數量加倍。因此，這個階段本質上需要更多的能量輸入，這是通過有氧/無氧呼吸（每個循環產生? ? 36 mol～38 mol三磷酸腺苷）來實現的。

1.3 平臺期

在一個密閉體系中，如分批培養，益生菌數量增長最終終止，生長曲線由于多種因素趨于水平，例如營養耗盡、氧氣/二氧化碳濃度有限（例如需氧菌和厭氧菌）、有毒廢物堆積、種群數量達到臨界水平等。本階段稱為平臺期。指數生長期向平臺期過渡需要的能量輸入較少。因此，在這一過渡中所需的維持能量是通過發酵（每個循環2 mol三磷酸腺苷）來實現的。

1.4 死亡期

在死亡階段，活細胞的數量呈指數下降，細胞以恒定速度死亡。

有另外兩種可能性：

● 在細胞暫時無法生長時會產生有活力但是無法培養的細胞（Viable but Non-culturable，VBNC）。一旦有合適的條件（例如溫度變化或進入宿主），VBNC益生菌會恢復生長。

● 程序性細胞死亡發生在一小部分微生物群中，并會釋放營養物質，使沒有開始細胞死亡的種群最終得以生長。

2? 體內益生菌生物學

雞腸道的環境顯著不同于實驗室（體外）條件。

根據所發表的關于雞腸道益生菌生命周期的各種研究數據，結果表明，其生長曲線階段劃分有相當大的相似性，可以分為4個階段：遲滯期、指數 （對數） 生長期/平臺（挑戰）期、孢子形成和飼料通過期（圖2）。為了更好地闡明體內生長曲線，我們以枯草芽孢桿菌為例進行說明，它是家禽飼料中廣泛使用的益生菌。

枯草芽孢桿菌主要以內生孢子形式進入雞腸道。孢子中的特殊受體能識別有利的環境（例如營養、氧氣濃度等），并萌發成營養細胞。據報道，給雞飼喂的孢子多達90%能于1 h內在嗉囊到肌胃部分上（上部胃腸道）萌發，這可能是由于此部位的條件適宜需氧菌生存（更高的氧氣濃度）。隨后，孢子在腸上皮細胞上定植，并為增殖做準備。雞腸道內益生菌生命周期的這一階段可定義為遲滯期。每克飼料的孢子數和同期的萌發率對下一階段的菌群密度有顯著影響。

枯草芽孢桿菌在雞腸道中的指數生長期比在體外條件短。這是由連續的飼料通過、細胞脫落、與其他微生物的競爭和惡劣的腸道環境造成的。然而，孢子的萌發率和嗉囊中飼料的滯留會促使細胞數量迅速增加一倍，足以形成其自身的生態小環境。事實上，幾乎沒有研究報告表明枯草芽孢桿菌在從嗉囊到泄殖腔的過程中經歷了一個完整的萌發和孢子形成周期。

枯草芽孢桿菌的指數生長期過渡為平臺期對于利用枯草芽孢桿菌益生菌的益處至關重要。與該階段主要受營養不足引起下降的體外條件不同，在雞腸道中，它是由下胃腸道中氧氣濃度降低和其他細菌/真菌的競爭引起。已經發表的一份關于枯草芽孢桿菌的報告表明，在過渡階段，它會分泌幾種酶（降解復雜的底物）、免疫調節劑（系統抵性）、抗生素、生物活性化合物（例如脂肽）等，以殺死競爭對手，防止它們入侵其生態位點。這些物質通過發酵作用產生，在體外條件下可以模擬其生物學（例如產生青霉素和酶）。有趣的是，在商業肉雞試驗中，益生菌處理組（枯草芽孢桿菌）和陰性對照組的生產性能參數（如增重和飼料轉化率）之間沒有顯著差異，可能表明雞腸道中益生菌缺少平臺期。此外，缺少平臺期往往會導致益生菌過度生長，從而導致與宿主（家禽）競爭營養。這種情況在幾個生產試驗中均有記錄（圖3和表1）。處理組在添加水平較低時生產性能明顯更佳。

當所有其他試圖生長、競爭和生存的努力都已用盡時，孢子形成通常被認為是最后的手段。許多研究工作者報道，枯草芽孢桿菌孢子形成的趨勢在雞后腸（回腸至泄殖腔）較上腸和中腸（嗉囊至空腸）增強。

這種現象歸因于嚴格的缺氧條件（二氧化碳濃度較高）、氨氣濃度升高以及專性厭氧菌（如產氣莢膜梭菌）比枯草芽孢桿菌能更高效地利用硝酸鹽/氨基酸/營養素等因素。

3? 結論

益生菌的營養形態對家禽具有重要的生物學意義。

考慮到飼料通過家禽腸道的時間短，孢子形成的益生菌必須快速萌發，與營養形態一致。

在雞腸道中，指數生長期之后應該有平臺期，以產生有益的生物活性分子。

單一型益生菌如枯草芽孢桿菌往往在后腸形成孢子，從而經歷飼料通過。因此，通過益生菌競爭作用以消除產氣莢膜梭菌并不現實，這導致雞群從第一天起就會面臨不可避免的壞死性腸炎的威脅。

在實際生產條件下，復合型益生菌（需氧菌和厭氧菌的戰略組合）在低添加水平時比單一型益生菌更有效。這可能是因為增強平臺期有助于產生有益的生物活性分子，擴大對微生物感染的保護范圍以及更好地利用腸道微生物群。