枯草芽孢桿菌在畜禽生產中的研究進展

于 潔， 趙敏孟， 龔道清

（揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州225009）

抗生素在畜禽生產中的不合理使用， 會導致超級細菌、藥物殘留等問題，因此，對抗生素替代物的研究受到廣泛關注。 微生態制劑因具有活性高、作用廣、安全高效等特點而成為近年來的研究熱點。枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）是芽孢桿菌屬的代表菌種（Wang 等，2018），具有提高畜禽生長性能、改善畜禽腸道菌群平衡、增強機體免疫等多種功能。 另外， 由于枯草芽孢桿菌抗逆性強（Oelschlaeger，2010）， 在飼料加工的過程中易存活，在顆粒、粉料中相對穩定，儲藏時間長，因此，目前已廣泛應用于畜禽生產中。 本文主要綜述了國內外學者在畜禽營養試驗中添加枯草芽孢桿菌的研究進展， 并對今后枯草芽孢桿菌的研究重點進行了展望。

1 枯草芽孢桿菌的生物學特性及生理功能

1.1 枯草芽孢桿菌的生物學特性 枯草芽孢桿菌是芽孢桿菌屬的一種細菌，腐生、好氧或兼性厭氧，其細胞呈直桿狀，單個菌體（0.7 ～0.8）μm×（2 ～3）μm，著色均勻，可產莢膜（王曉閣，2012），有鞭毛，能產生內生孢子（Hong，2010），是廣泛生存于各種環境中的革蘭氏陽性菌。

1.2 枯草芽孢桿菌的生理功能 枯草芽孢桿菌屬于益生菌，在促進動物生長發育、維持動物機體健康等方面均有積極作用。 人與動物生長發育過程中腸道內會形成微生態平衡， 為機體腸道健康建立一道天然屏障。 當一些有害物質或微生物入侵時，微生態平衡會被破壞，機體容易產生疾病，造成生產性能的下降， 導致養殖戶的經濟損失。芽孢桿菌在動物腸道內定植后， 可釋放大量活性物質，抑制細胞的凋亡（張干等，2019），保護腸上皮細胞，維護腸道形態。枯草芽孢桿菌能分泌大量抑菌物質，如細菌素（Souza 等，2016）、類細菌素和有機酸等。 枯草芽孢桿菌可將腸道內的淀粉分解為單糖，腸道菌再將單糖合成為乳酸，可有效降低畜禽腸道的pH（Perezlopez 等，2016），酸性環境下內源酶作用增強， 可有效提高機體對營養物質的吸收利用。有報道稱，給斷奶仔豬灌喂枯草芽孢桿菌混合物可調節黏膜屏障滲透性， 提高屏障信號通路中相應酶活性（Yang 等，2016），降低炎癥因子的表達（Kong 等，2017），有效防止病原菌對腸道屏障的侵害。此外，枯草芽孢桿菌在提高機體免疫、抗氧化等方面均有積極作用。同時枯草芽孢桿菌的遺傳背景清晰， 被認為是下一代超高效分泌的細胞工廠（張維嬌等，2020）。

2 枯草芽孢桿菌在畜禽生產中的應用

2.1 對畜禽生長性能的影響 枯草芽孢桿菌在消化道內可產生大量的消化酶， 彌補機體內源酶的空缺，還可降低飼料中的抗營養因子，加大機體對營養成分的吸收，提高飼料的利用率。在家禽研究方面，Ma 等 （2018） 研究添加枯草芽孢桿菌（DSM 32315） 對肉仔雞生長性能的影響時發現，在基礎飼糧中添加1.0×109cfu/g 枯草芽孢桿菌，28 d 和42 d 時顯著提高了肉雞的平均體重，同時增加了生長期（1 ～28 d）和全期（1 ～42 d）的平均日增重（ADG），且全期的平均日采食量（ADFI）顯著高于對照組。這也提示，枯草芽孢桿菌對各周期肉雞飼料營養吸收皆有不同程度的促進作用，可能是其釋放的消化酶，提高了機體的營養吸收。Li 等（2016）在肉雞日糧中添加1.0×107cfu/g 枯草芽孢桿菌（1.1086），在2 周內，試驗組的ADG 比對照組提高了27.7%，飼料轉化率提高10.3%。 在豬生產方面，邢帥兵等（2020）在仔豬飼糧中加入活菌數≥5.0×108cfu/g 的枯草芽孢桿菌， 與飼喂基礎飼糧的對照組相比，1 ～14 d，ADFI、ADG 無顯著差異；15 ～49 d， 組間ADFI、ADG 同樣無顯著差異。 然而Tang 等（2019）在仔豬試驗中發現，飼喂500 mg/kg 枯草芽孢桿菌可以顯著提高仔豬ADG 并降低料重比。 這可能是由于飼喂方式與劑量的不同導致結果有所差異。 在犢牛的研究也發現，補充枯草芽孢桿菌（4×1010cfu/g）可顯著提高犢牛的體重、 采食量和飼料利用率 （Renjia 等，2018），這可能是犢牛作為反芻動物，瘤胃占據了重要地位， 枯草芽孢桿菌的添加改善了其內部微生物環境，促進了瘤胃對營養物質的吸收。可見枯草芽孢桿菌在不同畜禽的生長性能方面均有積極作用， 但在實際生產中要根據動物種類及生長階段的不同，制定不同的飼喂方案。

2.2 對腸道微生態平衡的影響 通常數量龐大的微生物在腸道中混合生存， 維持著一種動態平衡。 畜禽腸道的微生態環境穩定有利于機體生長發育及對營養物質的吸收和利用。研究發現，枯草芽孢桿菌在進入動物消化道后， 一方面可以產生抗菌肽等物質（朱沛霽，2017），抑制沙門氏菌等有害菌的生長，同時有利于乳酸桿菌、雙歧桿菌等益生菌的生長，對其數量有提升作用；另一方面，枯草芽孢桿菌在定植后， 作為好氧菌可消耗腸道內多余的氧氣，氧氣含量的降低也可抑制大腸桿菌、沙門氏菌等有害細菌， 維持了消化道微生態的動態平衡。在肉雞上的研究發現，日糧中添加枯草芽孢桿菌制劑能顯著增加盲腸、 回腸和排泄物中的乳酸菌數量， 同時減少盲腸和排泄物中大腸桿菌數量（Jeong，2014）。 此外，還可降低大腸和排泄物中產氣莢膜梭菌、 沙門氏菌的數量。 陳繼發等（2019）試驗發現，與對照組相比，給蛋雞飼喂≥1×109cfu/g 枯草芽孢桿菌后， 蛋雞十二指腸內氣莢膜梭菌、 沙門氏菌和大腸桿菌相對含量均顯著降低。腸道內沙門氏菌等的減少，也可降低蛋產品被細菌侵害的危險。 李娟等 （2019） 試驗發現，0.05%丁酸鈉與0.03%枯草芽孢桿菌聯用組與對照組相比，肉雞腸道內雙歧桿菌數量顯著提高。這也提示， 枯草芽孢桿菌的補充可以幫助畜禽調節腸道微生態平衡，利于畜禽的生長發育。枯草芽孢桿菌與其他制劑的聯合使用同樣有調節腸道菌群的作用，但其作用機制有待進一步研究。

2.3 對畜禽腸道形態的影響 小腸是機體營養物質吸收的關鍵部位， 良好的腸道形態是維持機體穩定的重要屏障（Forte 等，2016）。 枯草芽孢桿菌進入腸道內，可以減少有害菌的增殖，為腸道屏障的建立提供必要條件， 同時生成生物膜作為腸道另一層屏障。研究發現，飼糧中添加益生菌可提高空腸絨毛高度及黏蛋白基因的表達（Aliakbarpour，2012）。 邢帥兵等（2020）發現，在斷奶仔豬飼糧中添加20 mg/kg 枯草芽孢桿菌， 與對照組相比，回腸隱窩深度下降了18.1%（P=0.084）。 趙姝嫻等（2018）在蛋雞日糧中添加1 g/kg 枯草芽孢桿菌，與對照組相比顯著增加了十二指腸、空腸、回腸的絨毛高度、 隱窩深度以及絨毛高度/隱窩深度。 李玲茜等（2020）在海蘭褐殼蛋雞飼糧中添加1×1010cfu/kg 枯草芽孢桿菌，與對照組相比，空腸絨毛高度提高。 腸道隱窩變深說明腸道上皮細胞的成熟率下降，腸絨毛高度/隱窩深度比值能較好的描述腸道營養吸收能力（Yang，2020），比值越高證明腸道營養吸收能力越強。 枯草芽孢桿菌定植在腸道中， 不僅能減少有害微生物對腸道屏障的破壞，還可以改善畜禽的腸道形態結構，提高小腸對營養物質的消化率和飼料轉化率。

2.4 對肉品質和蛋品質的影響 枯草芽孢桿菌對畜禽肉品質改善也有一定作用。 晏崇偉等（2019）發現，飼喂枯草芽孢桿菌（200 mg/kg），育肥豬肌肉的滴水損失、 灰分與對照組相比略有提高但不明顯， 蛋白質含量與對照組相比有提高的趨勢。彭俊平等（2018）發現，在育肥豬飼糧中添加枯草芽孢桿菌等制劑，可明顯改善豬肉肉色。研究證明， 枯草芽孢桿菌對不同畜禽的肉品質均有不同程度改善。在湖羊上的試驗發現，添加枯草芽孢桿菌組的大理石紋顯著高于對照組 （朱愛文等，2017）。同時，給蛋雞飼喂枯草芽孢桿菌，可以顯著增加蛋殼厚度（Xu 等，2018）、蛋殼強度（Guo 等，2016）。 目前，關于枯草芽孢桿菌對肉品質影響的研究還相對較少， 其作用機理和有關功能還有待繼續研究。

2.5 對畜禽免疫力的影響 枯草芽孢桿菌可有效提高畜禽的免疫力，增強相關抗炎基因的表達，刺激機體免疫器官的生長發育。 還可以作為非特異性免疫因子， 刺激相關淋巴組織引起局部體液免疫反應（Cédric 等，2018），提高腸上皮細胞的免疫功能。研究證實，枯草芽孢桿菌可用于腸道集合淋巴結的抗原結合位點， 從而促進腸道相關的淋巴組織生長（Gadde 等，2017），T、B 淋巴細胞數量增多， 使黏膜表面的IgA 和血液中免疫球蛋白抗體的分泌增加（Rajput 等，2013），增強畜禽機體的免疫功能，保證動物的健康發育。 有試驗報道，飼喂枯草芽孢桿菌可顯著提升肉雞各項生長、 免疫指標（Jayaraman 等，2017），肝臟中IL-6、IL-10 含量顯著增加（Wang 等，2018），可有效調節免疫系統細胞的增殖、分化。 Kim 等（2019）研究報道，補充2.56×109cfu/kg 枯草芽孢桿菌雖沒有減少仔豬腹瀉的頻率， 但提高了仔豬的生長速度和飼料利用率，降低了腸道通透性，可能會改善斷奶仔豬的腸道健康。以上結果表明，枯草芽孢桿菌對于炎癥發生有抑制作用，可有效提高畜禽免疫力，促進免疫器官的發育，增強免疫細胞的活性，有利于動物的健康。

2.6 對畜禽抗氧化能力的影響 氧化應激是導致機體衰老和與之相關疾病的根本原因 （Bai 等，2017）， 過度的氧化應激以及炎癥反應會導致脂類和蛋白質的氧化，這是動脈粥樣硬化的一項發病機制。 低密度脂蛋白一旦被氧化，便會被巨噬細胞內化而產生泡沫細胞，這種細胞能釋放刺激病變的因子（Zhang，2010），同時氧化應激還會引起糖尿病、高血壓等疾病，枯草芽孢桿菌的添加可能會刺激相關基因的表達，對于這一機制有待進一步研究。 有試驗報道，在肉雞飼糧中添加1.0×1011cfu/g 枯草芽孢桿菌， 小腸線粒體錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）、谷胱甘肽（GSH）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性明顯升高（Bai 等，2018）。彭豫東等（2019）報道，添加300 mg/kg 枯草芽孢桿菌組與對照組相比， 石門土雞的血清總超氧化物歧化酶（T-SOD） 活性顯著提高；14、28 d 時， 添加300、600 mg/kg 枯草芽孢桿菌組的血清GSH-Px 活性極顯著高于對照組。在育肥豬方面，朱瑾等（2019）研究表明， 在育肥豬基礎日糧中添加200 mg/kg的枯草芽孢桿菌，與對照組相比，肥育豬血漿中丙二醛（MDA）含量顯著降低，過氧化氫酶（CAT）活性極顯著提高。上述結果表明，枯草芽孢桿菌可提高動物機體抗氧化能力， 從而減少氧化應激帶來的相關疾病的發生。

2.7 對畜禽血液生化指標的影響 在血液中除了含有血液細胞外，還有許多其他物質。檢測血液中的各種離子、糖類、脂類、蛋白質以及各種酶、激素和機體的多種代謝產物的含量可有效了解畜禽機體營養吸收、消化代謝等情況。丁浩等（2020）在飼糧中添加500 g/t 枯草芽孢桿菌制劑，改善了保育豬的機體氮利用和糖脂代謝相關的血漿生化參數，試驗表明，試驗組更利于脂肪的堆積及斷奶仔豬的生長發育。 Zhao 等（2019）報道，枯草芽孢桿菌可緩解血脂異常， 還可促進脂肪酸的β-氧化來降低肝脂質含量。 Ma 等（2012）飼喂蛋雞枯草芽孢桿菌后發現，與對照組相比，血清中的谷丙轉氨酶（ALT）和谷草轉氨酶（AST）無顯著變化，Li 等（2011）發現，添加枯草芽孢桿菌對紹興鴨血清中的ALT 和AST 活性無顯著影響。 另有研究報道， 飼糧中添加益生菌可以顯著降低蛋雞血清ALT 和AST 活性（Sobczak 等，2015）。 對于肝癌、脂肪肝等疾病，血液中ALT 會明顯增高，通過檢測ALT 含量，可有效判斷肝功能等情況。以上結果提示， 枯草芽孢桿菌可以降低血清ALT 活性， 或許可以用于脂肪肝等肝臟疾病的預防及治療。

2.8 對生態環境的影響 畜禽污染物未經處理就排放會導致水體富營養化， 不僅污染土壤和地下水，還會產生惡臭污染周邊大氣環境，并且其中的有害微生物會通過水體或空氣等各種渠道危害人體健康。未經處理的畜禽糞便用于耕地，還會影響農作物的生長，因此，如何減輕污染是養殖業高效生產必須克服的難關。研究表明，枯草芽孢桿菌可以分泌分解水體中有機質的胞外酶（陳尚智等，2011），可以降低水體的富營養化。還有研究發現，飼喂枯草芽孢桿菌的動物糞便中，產氣莢膜梭菌、沙門氏菌的數量減少（Jeong 等，2014），有效降低了糞便中微生物的污染。 可見， 枯草芽孢桿菌對減輕畜禽污染物有積極作用。

3 總結

枯草芽孢桿菌具有諸多的生理功能， 在提升畜禽生長性能、增強營養物質吸收、提高免疫能力等方面都有一定的效果， 且可耐受飼料加工中產生的高溫、高壓，是較好的抗生素替代物。 目前關于枯草芽孢桿菌在豬與雞上的應用研究較多，在其他動物上的應用報道相對較少， 需進一步加強研究。 如何優化培養枯草芽孢桿菌，提高其活性，以及枯草芽孢桿菌與哪些飼料添加劑聯合使用，可充分發揮聯合應用效果同樣有待發現。另外，枯草芽孢桿菌對某些疾病的發生可能存在抑制作用，此方面值得研究和關注。