凝結芽孢桿菌的生物學功能及其在動物生產中的應用

陳明，朱愛萍，黃欣愛，趙建

(江蘇農牧科技職業學院， 江蘇 泰州 225300)

隨著畜牧業規模化生產不斷發展，集約化養殖造成動物疫病防治問題突顯，其中抗生素的過度使用，以及長期使用抗生素產生的耐藥性、藥物殘留等問題也愈加明顯。因而“減抗”、“替抗”產品的開發研究成為當前畜牧養殖中亟需解決的問題，對益生菌研究及合理利用成為畜牧業重要的研究課題，對凝結芽孢桿菌的研究，在益生菌領域已成為近年來國內外學者的研究熱點，并被研究者們所關注。凝結芽孢桿菌(Bacilluscoagulans，BC)于1932年被首次發現，通過小鼠試驗，證實了它的安全性[1-2]。凝結芽孢桿菌于1992年被美國食品與藥物管理局(FDA)和美國飼料控制官員協會列入可用于飼料的安全菌株名單中[3]。我國農業部將凝結芽孢桿菌收錄于《飼料添加劑品種目錄(2013)》中，其可以應用于豬、肉雞和水產3類動物中。作為一種新型的飼料添加劑，凝結芽孢桿菌可以在調節動物的腸道健康，維持腸道菌群平衡，改善腸道結構，提高機體免疫力，促進養分吸收，降低環境污染等方面發揮作用[4-6]。根據國內外相關研究成果，綜述了凝結芽孢桿菌的生物學功能、在動物生產中的應用，旨在為進一步開發利用凝結芽孢桿菌提供參考。

凝結芽孢桿菌的性狀及理化特性有利于其應用在動物生產中。凝結芽孢桿菌又稱為芽孢乳酸菌，屬于硬(或厚)壁菌門腸道乳酸菌，是兼性厭氧型革蘭氏陽性菌。它的大小為0.9×(3.0～5.0) μm，胞體呈桿狀，兩端鈍圓，單個、成對、少數呈短鏈狀，芽孢端生，無鞭毛，可運動，菌落形態呈不透明白色，且表面突出的圓形形狀。最適生長溫度為37～45 ℃，最適pH值為6.0～7.0[7-8]。凝結芽孢桿菌可利用葡糖糖、木糖等產生L-乳酸，具有乳酸桿菌和雙歧桿菌等腸道主要有益菌相似的益生功能。凝結芽孢桿菌芽孢狀態對環境具有相當強的抗逆性，對高溫、胃酸和膽鹽都有一定的耐受能力[9]。凝結芽孢桿菌在高溫100 ℃處理10 min，存活率仍可達96%，在干燥的室溫條件下，凝結芽孢桿菌以其活菌固體制劑的形式，可以在使凝結芽孢桿菌活菌數不減少的情況下保存3～5年。凝結芽孢桿菌在1%～8% NaCl溶液中可存活4周，pH值1.0時仍可以存活，但抗逆性下降。與雙歧桿菌、乳酸菌等其他益生菌相比，凝結芽孢桿菌能耐受胃酸和消化酶的雙重作用，并于腸道中定植存在。

1 凝結芽孢桿菌的生物學功能

1.1 促進養分的消化吸收，提高飼料利用率

凝結芽孢桿菌具有龐大的酶系統，可產生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶以及木聚糖酶等[10]，促進胃腸道飼料的消化，從而提高飼料的利用率。凝結芽孢桿菌在動物消化道內生長、繁殖和定植，直接產生維生素、氨基酸、短鏈脂肪酸等多種營養物質，加快小腸蠕動的速度，改善腸道消化功能，進而促進機體對飼料中各種營養成分的消化和吸收[11]。凝結芽孢桿菌分泌乳酸不僅能促進部分鈣、磷、鎂離子的產生，提高動物機體對鈣、磷離子的利用率，還能促進鐵和維生素D的吸收，促進動物健康生長。許多研究均表明，凝結芽孢桿菌增殖、增生過程能夠分泌包括蛋白酶、淀粉酶及多種非淀粉多糖酶[12-15]。邢冠潤等[16]研究也顯示，添加凝結芽孢桿菌可顯著提高產蛋后期蛋雞小腸黏膜消化酶(淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶)的酶比活力。黃世猛等[17]報道，凝結芽孢桿菌能促進蛋雞鈣， 磷的消化吸收。

1.2 抑制腸道有害微生物生長，保證腸道健康

大量的研究推測凝結芽孢桿菌的抑菌機理，主要觀點認為，凝結芽孢桿菌能產芽孢而耐受胃酸和膽汁等不利條件，它以活菌的形式進入腸道后，在小腸內消耗游離氧，降低腸內氧濃度。凝結芽孢桿菌的定植優化了腸道有益厭氧菌(乳酸菌和雙歧桿菌)的生長環境，從而調節了腸道微生物菌群的平衡。凝結芽孢桿菌對游離氧的消耗，抑制了需氧的有害菌。此外，凝結芽孢桿菌在代謝過程中分泌了一種抗菌肽，被稱為凝結素[18-23]。凝結素穿透細胞膜，不受α-淀粉酶、酯酶和有機溶劑影響，對腸球菌等多種有害菌有抑制效果；同時凝結芽孢桿菌產生的乳酸可降低腸道pH值，抑制有害菌生長。研究表明，凝結芽孢桿菌對沙門氏菌有一定抑制作用[24]。相關試驗結果證實，飼喂凝結芽孢桿菌能夠顯著降低斷奶仔豬糞便中的致病大腸桿菌的數量[25-26]。在雞上的研究證明，凝結芽孢桿菌可維持肉雞盲腸內環境穩定，促進蛋雞動物腸道乳酸菌的生長繁殖[27-29]。Kapse等[30]研究也表明，凝結芽孢桿菌可作為營養補充劑，消滅腸道病原體。

1.3 增強機體免疫力,提高抗病能力

凝結芽孢桿菌在腸道上皮黏附、定植，通過占位來阻礙致病菌在胃腸道的繁殖，有效激活單核吞噬細胞的吞噬活性，刺激機體分泌溶菌酶。凝結芽孢桿菌代謝可產生超氧化物歧化酶和短肽鏈的脂肪酸，降低機體內的自由基，中和胺類物質，降低體內毒素，減少動物肝臟的負擔。凝結芽孢桿菌通過促進B淋巴細胞增殖，增強IgA和IgG的分泌能力，提高機體的體液免疫水平；通過提高效應T淋巴細胞數量，增強巨噬細胞的活性，誘導細胞因子IL- 4 、 IL-6、IL-10、TNF-α和IFN-γ的分泌，提高機體的細胞免疫水平[31]。體外試驗表明，凝結芽孢桿菌的發酵上清液及細胞壁成分，可通過調節細胞因子、抑制活性氧和增強細胞吞噬作用來提高腸道免疫能力，另外凝結芽孢桿菌能促進消化道黏膜發生免疫反應[32-33]。在肉雞上添加飼用凝結芽孢桿菌，顯著提高了肉雞的胸腺指數和法氏囊指數，也顯著提高了肉雞脾臟指數[34]。 有研究報道，飼用凝結芽孢桿菌顯著提高了肉雞血清白蛋白含量[35]。Baron等[36]研究證明，凝結芽孢桿菌GBI-30能夠提高T細胞數量和腫瘤壞死因子的含量，認為凝結芽孢桿菌可用來防治腺病毒和甲型流感病毒等特定病毒感染。

2 凝結芽孢桿菌在動物生產中的應用

2.1 家禽生產上的應用

2.1.1 蛋禽

凝結芽孢桿菌廣泛使用在蛋禽日糧中，影響著蛋禽的生產性能，蛋品質，死淘率和機體的免疫力。趙必遷等[37]研究結果顯示，在雞產蛋高峰的飼糧中添加150 mg/kg的凝結芽孢桿菌后，顯著提高了羅曼粉殼蛋雞的產蛋率，降低了破蛋率，并且有降低料蛋比的趨勢。 也有研究報道，在飼料中添加100 mg/kg凝結芽孢桿菌，可顯著提高32周齡羅曼蛋雞蛋殼強度和蛋殼厚度，但對蛋雞日采食量、蛋質量、產蛋率和料蛋比等影響差異不顯著，除此之外，對雞蛋的蛋殼、蛋黃比例、蛋清比例和哈氏單位影響也不顯著[38]。在35周齡新羅曼蛋雞日糧中，添加含量為0.30×106～1.0×106cfu/g的凝結芽孢桿菌，具有改善蛋雞生產性能的效果[39]。邢冠潤等[16]研究顯示，在66周齡“京粉1號”蛋雞飼糧中，對3個試驗組分別添加含量為3.33× 106、1 × 107和3.33× 107cfu/g的凝結芽孢桿菌制劑，各試驗組次品蛋率、沙殼蛋率、腹瀉率均顯著降低；3個試驗組血清中IgG、IgA、IL-2、IL-4、IL-10、TNF- α以及小腸黏膜sIgA的含量均有顯著提高，同時提出其適宜添加劑量為3.33×106cfu/g。Anwar等[40]報道，飼用益生菌對于強制換羽期間蛋雞的產蛋率有迅速恢復的效果。

在蛋鴨飼料中添加凝結芽孢桿菌進行了相關試驗均證實，凝結芽孢桿菌可以提高日均蛋質量。王向榮等[41]研究發現，在200日齡產蛋率約80%的臨武鴨日糧中，添加凝結芽孢桿菌，顯著提高了鴨蛋蛋黃顏色，蛋白高度和哈氏單位，添加量以150 mg/kg 較為適宜。梁振華等[42]進行了相似研究，試驗結果則顯示，蛋鴨日糧中添加100 mg/kg凝結芽孢桿菌后，能提高蛋鴨的產蛋性能，但不影響蛋品質。

2.1.2 肉禽

凝結芽孢桿菌對其生產性能、免疫器官指數、血清生化指標及腸道菌群有影響。對黃羽肉雞的相關研究顯示，凝結芽孢桿菌能顯著提高黃羽肉雞的平均日增重[43-45]。對試驗組分別添加0.1%、0.15%、0.2%的凝結芽孢桿菌后，顯著提高了肉雞的全凈膛率、腿肌率、胸肌率[43]；腸道沙門氏菌、葡萄球菌則顯著降低，試驗證實在日糧中添加0.15%的凝結芽孢桿菌制劑效果明顯[43]。1～70日齡黃羽肉雞飼糧添加200 mg/kg 凝結芽孢桿菌效果最佳，全期肉雞成活率和胸肌率顯著提高，料重比顯著降低；肉雞血清中總抗氧化能力、超氧化物歧化酶活性顯著提高[44]。曹廣君等[45]給試驗組分別添加0.1%，0.15%，0.2%凝結芽孢桿菌，發現試驗組的日均采食量均顯著增加，料重比顯著下降。添加了0.15%和0.20%的肉雞，肌肉pH值顯著提高，可有效地減緩肌肉酸解速度，改善肉的品質。

給AA肉雞飼料添加1.6×107～4×107cfu/g的飼用凝結芽孢桿菌，結果添加試驗組與不含抗生素的對照組相比，添加4×107cfu/g飼用凝結芽孢桿菌，顯著降低了約9.20%的料重比，但平均日增重未顯著提高[46]。試驗證實，凝結芽孢桿菌使肉仔雞空腸中乳酸桿菌數量增加，大腸桿菌等有害菌數量減少，調節了腸道菌群的平衡[47]。

趙娜等[48]在AV500肉雞日糧中添加300 mg /kg凝結芽孢桿菌后發現，1～21日齡、22～42日齡肉雞死淘率顯著降低；21和42日齡肉雞血清中的丙氨酸氨基轉移酶、堿性磷酸酶活性及總蛋白、球蛋白含量顯著提高，肉雞盲腸、回腸食糜中凝結芽孢桿菌數量顯著升高，大腸桿菌數量顯著降低。 在白羽肉雞飼料中分別添加凝結芽胞桿菌BCO1，可顯著降低料重比，死淘率下降，胸腺指數、法氏囊指數顯著提高，腸道中的大腸埃希菌數量下降[49]。 試驗證實，凝結芽孢桿菌可以促進肉雞的生長，增加肉雞日增重，提高飼料報酬，降低病死率[50]。

曾麗莉等[51]研究了凝結芽孢桿菌對櫻桃谷肉鴨的影響，結果顯示，在櫻桃谷肉鴨配合飼料中添加200～300 mg /kg的凝結芽孢桿菌，可提高其日增重，降低料重比，提高血清中堿性磷酸酶活性和總蛋白含量，同時提高十二指腸內容物消化酶活性，增加盲腸乳酸桿菌含量和降低大腸桿菌含量，改善腸道微生態環境。

2.2 豬生產上的應用

隨著我國養豬業“減抗、替抗”的步伐的加快，研發與推廣替代抗生素等的飼料添加劑，以保障豬群的健康，尤其是幼齡仔豬的健康，已成為養豬業的緊要問題[52-54]。凝結芽孢桿菌應用于豬飼糧中能促進腸道中消化酶的分泌，改善機體新陳代謝，調節斷奶仔豬的腸道菌群，提高斷奶仔豬日增重，降低斷奶仔豬的腹瀉率。另外，凝結芽孢桿菌反硝化、降解氨、氮的數據顯示，其可以有力的改善斷奶仔豬保育舍環境，降低畜禽養殖糞尿污染[52]。

凝結芽孢桿菌可以提高斷奶仔豬日增重，降低腹瀉率的作用[53]。試驗證實，凝結芽孢桿菌是很好的“減抗”和“替抗”的產品[54-55]。余冬友等[53]研究在含有組合抗生素的仔豬飼料中額外添加凝結芽孢桿菌對斷奶仔豬生產性能的影響，結果顯示，未顯著提高仔豬的末體重、平均日增重，但是，在斷奶仔豬日糧組合使用多種常規飼用抗生素的基礎上，額外添加飼用凝結芽孢桿菌2×107cfu/g，具有進一步減少仔豬腹瀉、提高生長速度的作用。而在日糧中添加2.5×106cfu/g凝結芽孢桿菌，不僅保障了生長豬的生長速度，能夠完全替代飼用金霉素，不會產生耐藥性。王乙茹等[54]進行杜×長×大(DLY)生長豬試驗，對照組添加桿菌肽鋅40 g/t，試驗1、2、3組分別添加飼用凝結芽孢桿菌 2×106cfu/g、飼用枯草芽孢桿菌 2 × 106cfu/g、凝結芽孢桿菌2 × 106cfu/g+枯草芽孢桿菌2 × 106cfu/g，試驗結果顯示，試驗1組顯著提高了平均日增重、飼料增重比指標，同時與使用桿菌肽鋅相比，單一添加飼用凝結芽孢桿菌2 × 106cfu/g的生長豬生長性能最佳。

日糧中添加凝結芽孢桿菌可以促進斷奶仔豬腸道黏膜細胞的增殖與更新，改善了腸道黏膜形態和小腸內菌群結構[56]。余魁等[55]在試驗中分別添加凝結芽孢桿菌2.0×106和2.0×107cfu/g，均顯著提高了斷奶仔豬空腸和回腸的絨毛高度/隱窩深度的比值、回腸總蛋白(TP)的含量和RNA/DNA的比值。添加2.0×106cfu/g的凝結芽孢桿菌，顯著升高了回腸及結腸腸球菌、雙歧桿菌數量，添加2.0×107cfu/g顯著升高回腸腸球菌及結腸腸球菌及雙歧桿菌數量[56]。杜洛克×長白×大白斷奶仔豬飼料中分別添加凝結芽孢桿菌制劑2.0×106cfu/g和2.0×107cfu/g，顯著提高了仔豬回腸內容物中乳酸菌的數量，顯著降低了梭菌的數量，可以有效改善斷奶仔豬的腸道菌群，降低仔豬的腹瀉率[55]。將凝結芽孢桿菌添加在乳豬日糧中，使菌種定植于腸道中，顯著抑制了大腸桿菌的生長[57]。

此外，飼料中添加凝結芽孢桿菌制劑有利于改善養殖場環境。，飼糧中添加了0.15%凝結芽孢桿菌制劑50億cfu/g，添加試驗組糞樣的氨氣含量顯著降低7.20%，豬舍氨氣含量降低9.34%[26]。

2.3 草食動物生產上的應用

在國內，凝結芽孢桿菌也應用在草食動物生產上。據報道，添加凝結芽孢桿菌有提高黔北麻羊斷奶羔羊養分消化率，降低羔羊斷奶腹瀉率，促進羔羊增重的作用[58]。在35日齡新西蘭肉兔飼料中分別添加250 mg/kg和300 mg/kg凝結芽孢桿菌，顯著提高了日增重和料重比；腸道各段pH值和盲腸中大腸桿菌和總耗氧菌數量顯著降低，乳酸桿菌、雙歧桿菌及總厭氧菌數量顯著增加；十二指腸中淀粉酶、胰蛋白酶以及盲腸中纖維素酶的活性顯著提高[60]。

2.4 水生動物生產上的應用

水產養殖規模的逐步擴大，引發了養殖環境的惡化、水產疾病頻發，為解決這些問題，人們大量使用消毒劑和抗生素，從而形成了惡性循環。微生態制劑具有安全性高、無殘留的特性，有望成為治理水產養殖環境的利器。在水產養殖中，凝結芽孢桿菌一方面具有促生長、改善腸道菌群和免疫調節等功能；另一方面具有改善水質，抑制病原微生物的生長繁殖，創造優良水生生態環境的作用。

在奧尼羅非魚基礎日糧中分別添加凝結芽孢桿菌1.0×1011、3.0×1011和6.0×1011cfu/kg，均顯著提高了奧尼羅非魚胃、肝胰臟和腸道蛋白酶活性[61]。這與袁豐華等[62]研究尖嘴鱸魚的結果的一致。在異育銀鯽飼料中添加0.3%的凝結芽孢桿菌菌粉(含菌量為5.0 × 108cfu/kg)，能夠顯著提高魚體增重率、特定增長率，并能夠顯著降低餌料系數，提高了異育銀卿幼魚機體免疫力[63]。用添加不同濃度凝結芽孢桿菌NJ1701飼喂凡納濱對蝦，各添加組對蝦的成活率均在90%以上，顯著提高了凡納濱對蝦的體重、特定生長率、飼料效率和表觀消化率，有效促進了凡納濱對蝦的生長，提高其血清非特異性免疫水平和對副溶血弧菌的抗病力[59，64]。

Rengpipa等[65]試驗也證實，凝結芽孢桿菌制劑可以促進蝦的增重率。

3 小結

凝結芽孢桿菌是一種天然的生物活性制劑，通過在動物腸道內共生生長，抑制有害微生物的生長繁殖來調整維持胃腸道內的微生態平衡，達到預防疾病和促進生長的目的。并能解決使用抗生素帶來的諸多問題，現今凝結芽孢桿菌的廣泛使用已經成為一種趨勢。今后，專家學者應從多方面對它的使用進行考慮完善。針對不同品種和不同生長階段的動物，確定合適的添加量；進行凝結芽孢桿菌與其他益生素及“替抗”產品(天然植物提取物、寡糖、酶制劑)復配制劑的研究。隨著研究者更深層次的研究，相信在不久的將來，凝結芽孢桿菌制劑會成為替代抗生素使用的飼料添加劑之一。