丁酸梭菌作為飼料添加劑在動物養殖與疾病防控中的應用進展

黃瀟航 ， 張龍 ， 胡奇林 ， 黃志堅 ， 殷光文 *， 江和基 *

（1.福建農林大學動物科學學院，福建福州 350002；2.福建省動物藥物工程實驗室，福建福州 350002；3.福建省農業科學院畜牧獸醫研究所，福建福州 350013）

丁酸梭菌，俗稱為丁酸菌、酪酸梭菌。其在醫學應用上，對由于抗生素濫用等致病因素引起的腸炎具有較好的治療效果，此外對過敏性支氣管炎炎癥、糖尿病等臨床疾病也具有一定療效。丁酸梭菌作為動物腸道內分布普遍的一種重要菌類，多能在動物糞便中通過細菌分離得到，在動物飼料營養添加的試驗性研究中，該菌也是動物腸道生態菌群結構健康與否的重要指示細菌之一。本文就該菌的抗氧化、腸道菌群調節、促生產、抗菌消炎等功能及其在畜牧獸醫領域的生產應用進行綜述。

1 丁酸梭菌的主要生物特性

1.1 腸道穩態調節功能 丁酸梭菌具有耐熱耐酸及耐受多種抗生素等特點（易中華，2017）。合理使用丁酸梭菌進行飼料添加后，能夠提高動物腸道內維持環境穩態的梭菌屬細菌含量，減少條件致病菌發病的概率。該菌本身具有的芽孢形成能力所賦予的重要生物學特性強抗逆性，也是其能夠作為口服腸道益生菌制劑調節腸道菌群健康的原因。在枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌等益生菌制劑促進動物腸道活性功能的數據研究上，丁酸梭菌和雙歧桿菌等幾類細菌的腸道分布位置及比例對動物腸道穩態健康具有參考價值。Sui等（2018）在試驗測定中發現，TLR2對丁酸梭菌作用于腸道上皮細胞的分子機制十分重要，在沒有TLR2表達的情況下，NF-κB、IL-8、IL-6 和 TNF-α 顯著降低，這也在某種程度上意味著丁酸梭菌可激活上皮細胞中TLR2介導的MyD88非依賴性信號傳導途徑（Gao 等，2012）。

1.2 抗菌與炎性修復 微生物學試驗證明，丁酸梭菌的某些分離株能夠拮抗某些致病菌的繁衍增殖，謝樹貴等（2007）試驗發現，B1丁酸菌株對豬大腸桿菌K88、K99、O139株和豬腸炎沙門氏菌O4Hi株、金黃色葡萄球菌均有顯著抑制作用。這也為丁酸梭菌作為益生菌制劑防控細菌病原所致傳染性疾病提供了一個重要的提示。在給斷乳仔豬喂食該類益生菌，抵御大腸桿菌攻毒效力的保護試驗中，Li等（2018）認為，丁酸梭菌能夠增強腸屏障功能，抑制斷奶仔豬凋亡相關的斑點樣蛋白非依賴性NLRP3炎性體信號傳導途徑，對無抗化養殖中動物疾病的防治與腸道健康具有重要意義，降低了大腸桿菌攻毒仔豬的血清二胺氧化酶活性和d-乳酸濃度，增加了腸緊密連接蛋白表達，同時能夠降低血清和腸道中的IL-1β、IL-18水平，增幅白細胞介素10的表達水平。該菌在腸道菌群方面的調節功能能夠應用在預防和治療壞死性腸炎等消化道炎癥方面。在對患有壞死性腸炎的肉雞模型試驗中發現，飼喂丁酸梭菌能降低NE病變的發生率和嚴重程度。其本身對動物的增重、飼料利用率方面也有顯著影響，這意味著該類菌在提高動物生產效益等方面具有重要的應用價值（Takahashi等，2018）。 Gao 等（2012）試驗研究發現，丁酸梭菌可以通過抑制EHEC活力而直接治療EHEC誘導的細胞凋亡來達到預防EHEC誘導腸道疾病的目的，同時為丁酸梭菌治療家禽大腸桿菌病提供了試驗數據。

1.3 抗氧化功能 丁酸梭菌的抗氧化功能主要體現在其能夠通過對動物器官中的SOD等酶含量進行調控。Jia（2017）發現，試驗使用的丁酸梭菌菌株預防高脂飲食引起肥胖的作用可能與葡萄糖增加，蛋白質和脂肪減少有關。在畜牧生產應用中，丁酸梭菌能夠促進雞、豬等的體重增長，提高肉類的質量，且能夠優化腸道菌群生態結構，提高肝、腸等重要器官的抗氧化功能，增加動物腸道的免疫功能，在對新生幼畜營養性腹瀉等病癥的非特異性免疫防治上具有可觀的發展前景。在過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等氧化酶的含量及代謝中，丁酸梭菌試驗組的結果多表現為抗氧化作用，該項功能對于畜禽腸道菌群穩態的維持具有重要意義。

1.4 促生長功能 丁酸梭菌可通過幫助腸道菌群形成較好的定植生態而達到提高飼料消化吸收效率的目的。目前在豬、雞、兔等動物的試驗中均體現了該類菌在動物促增長方面的顯著效果。也是該類菌能夠作為益生菌使用在動物生產中的一個基本效用。在經濟動物某些重要生長、繁殖基因的調控上，丁酸梭菌的飼喂添加能發揮一定的調控作用。袁文華等（2019a、2019b）將丁酸梭菌應用在肉鴿養殖中發現，其單獨或者與乳酸桿菌聯合應用可促進生長基因GHR和IGF-1（乳鴿）和繁殖基因BMP15、FSHR（青年鴿）的表達，這是在除免疫增強，腸道菌群調控之外的又一重要應用。丁酸梭菌在肉用動物的肉質改良和蛋用動物的蛋品質量提高上也具有一定的有益影響。在高端肉品的供銷中，除對產品的營養價值有著較高要求之外，肉品尤其是生鮮肉品的肉品成色、條紋走向、肉脂比例等都對其銷售價格和產地口碑有一定影響，因此丁酸梭菌在動物肌肉代謝比例中所體現出來的脂類代謝調節作用，肌肉生產等效果是該菌在動物促生長價值開發的一項重要附加項目，目前已經在雞肉、鴨肉、鵝肉、豬肉的生產試驗中進行嘗試，未來的投產應用值得進一步研究。

2 在動物養殖中的應用

2.1 在養豬業中的應用 丁酸梭菌在養豬業中的應用是該菌在畜牧養殖業生產應用中的重要組成部分，除了能夠較好的促進豬只個體的增長之外，還能夠提高飼料的轉化利用率，在腸道健康、血液生理生化、日增重等多項指標上具有重要的促進作用。丁酸梭菌應用于母豬、仔豬和育肥豬的生產應用功能也有不同。Chen等（2018）在斷乳仔豬LPS應激性腹瀉的模型試驗中，通過飼喂一定劑量的丁酸梭菌成功達到了仔豬腹瀉率的控制效果；0.4%丁酸梭菌益生菌制劑的使用，能夠降低TNF含量，在增加腸道隱窩數，改善腸黏膜發育等生理結構基礎上，提高腸黏膜中的IL-10、TLR2-mRNA表達水平。在育肥豬的生產試驗中，丁酸梭菌的使用能夠達到提高飼料利用率的作用，這在對飼料需求量較大，營養結構要求更為細致的育肥豬快速增長時期的豬群飼養成本的控制和增重方面具有可觀的使用價值。張秀江等（2015）研究表明，在育肥豬日糧中分別添加微生態制劑、丁酸梭菌制劑及兩者復合制劑，日增重分別提高6.5%、7.5%、14.0%，證明丁酸梭菌在育肥豬階段使用具有生長促進效能及與其他微生態制劑的良好協同作用。Meng等（2010）在育肥豬生產試驗中，所使用的益生菌復合制劑在劑量合適的情況下能夠改良育肥豬的肉質，并且能量的表觀總消化率有所提高。在母豬繁殖組的丁酸梭菌使用試驗中，合理比例丁酸梭菌能夠幫助母豬繁殖提高產前免疫力，幫助新生仔豬更好地獲得某些傳染性病原的先天性免疫力，產前對特定病原PEDV等進行特異性免疫的母豬群體，丁酸梭菌的使用也能提高疫苗的特異性免疫保護效果，減少疾病損害（Inatomi等，2017）。

2.2 在禽類養殖中的應用 丁酸梭菌在禽類養殖的研究中被認為具有改善禽類生長性能、抗氧化能力和免疫功能的作用，是一種性價比均較適合于生產應用的益生菌制劑。在沙門氏菌的丁酸梭菌添加做營養保護試驗中發現，與對照組相比，試驗組雞肝臟、脾臟和盲腸內容物的沙門氏菌含量均存在不同程度的降低；試驗雞群中3個器官內容物的 IFN-γ、IL-1β、IL-8和 TNF-α 的產生均有降低，Zhao等（2017）認為，其具有替代抗生素的潛力。Yang等（2012）在肉雞丁酸梭菌的添飼試驗中，以腸道菌群中所含有的盲腸乳桿菌和雙歧桿菌數量進行腸道健康的評級發現，喂食丁酸梭菌的試驗組，肉雞盲腸乳桿菌和雙歧桿菌計數高于對照組。在養殖蛋禽飼料中添加適當比例的丁酸梭菌，試驗雞的產蛋性能、蛋品質、血清參數和盲腸微生物群落均優于對照組，尤其在血清參數中，血液中的IgG含量顯著提高，整體的免疫功能得到提升（Zhan等，2019）。對需要作為肉類進出口加工銷售的肉禽養殖而言，除了禽類的生長速度和免疫健康需要考慮之外，還需考慮所產禽類的肉質是否符合食品加工或者市場銷售的風味需求。在飼料中添加丁酸梭菌能夠在一定程度上改善規模化養殖中禽類肉質中存在的風味缺失問題。Liu等（2018）在北京鴨肉質量影響試驗中發現，在飼喂過程中添加丁酸梭菌能夠調控鴨肉中的脂質代謝，可改善生產性能，對肉質、氨基酸和脂肪酸組成均有較好的影響，增加了必需氨基酸和風味氨基酸的濃度及總多不飽和脂肪酸在內的多種風味影響物質的含量。在生產高端肉類供應上，丁酸梭菌等益生菌的添加飼喂具有重要意義。孫玲玲等（2018）在五龍鵝的育肥試驗中發現，相比于枯草芽孢桿菌的益生作用，丁酸梭菌的添加在鵝胸肌的增加上更具有優勢，兩種菌聯合應用效果更佳，在250 mg/kg枯草芽孢桿菌+250 mg/kg丁酸梭菌的試驗組中，五龍鵝胸肌率和腿肌率提高4.20%和10.86%，腹脂肪率降低10.97%。

2.3 在兔等草食動物方面的應用 丁酸梭菌在牛、羊、兔等草食動物的研究報道較少。草食動物尤其是反芻動物消化結構的獨特性決定了其消化道內菌群維持平衡和健康生態的重要意義。丁酸梭菌益生制劑的使用能夠幫助肉用兔種在仔兔階段更好地對抗來自大腸桿菌等腸道致病菌的感染（Tachikawa等，1998），減低患病風險。同時在成年育肥兔的飼養中，丁酸梭菌的添加能夠起到良好的保健作用。Liu等（2018）在兔群健康養殖的試驗中指出，丁酸梭菌能夠增強試驗組兔群小腸消化酶活性，改善黏膜形態和抗氧化狀態，維持小腸屏障功能，這也決定了其在兔群腸道健康、天然免疫中的重要保健功能，同時在兔群的個體增重上，效果顯著。在反芻動物的生態養殖中，丁酸梭菌在乳牛日常飼料中的添加飼喂，在劑量合理的前提下具有重要的益生作用。丁酸梭菌某些特定菌株及其相關制品在圍產期奶牛飼料中的添加，結合特定蛋白添加能夠顯著提高外周淋巴細胞群中CD4+T 細胞的數量（Kohiruimaki等，2008）。 同時，丁酸梭菌與其他益生菌制劑的復合使用比起單一菌種更具有開發利用價值，尤其在動物外周免疫系統及相應免疫細胞的激活，免疫因子的正向調節能夠發揮重要作用。Qadis等（2014）在復合益生菌制劑的試驗中發現，在飼料中添加含有丁酸梭菌等在內的復合益生菌制劑能夠進一步激活動物體內的免疫應答機制，主要體現在試驗組某些特定的T細胞亞群T細胞數的增加，同步飼喂后期伴隨IL-6、INF-γ和TNF-α等表達水平改變。丁酸梭菌在草食動物領域，尤其是反芻動物瘤胃及腸道免疫方面的具體調控機制值得進一步研究與探討。

2.4 在水生經濟動物養殖中的應用 水生經濟動物養殖中，益生菌制劑的應用更為廣泛。丁酸梭菌能夠在魚類增重、腸道菌群結構調節、肝功能改善等方面發揮作用，對某些水生動物常見致病菌，其能夠發揮凝集和拮抗作用，從而幫助魚類抵御疫病的侵襲。腸道菌群穩態和調控保持對于抑制大腸桿菌等條件致病菌具有重要的意義。作為條件致病菌，在腸道中的存在并不只有致病因素，還有部分腸道穩態、營養吸收轉化等重要生命活動，但當宿主的抵抗力降低或腸道微生態平衡發生較大變化時，條件致病菌就有可能成為真正的致病原，因此益生菌制劑的添加對于某些條件致病菌的群防群控具有重要意義。Pan等（2008）發現，丁酸梭菌特定菌株CB2能表現出較好的凝集和拮抗嗜水氣單胞菌、鰻弧桿菌的抗菌效果，并且在魚類腸細胞模型中得到印證。Gao等（2013）認為丁酸梭菌能夠在魚類腸炎沙門氏菌和副溶血弧菌感染防控方面發揮一定的作用。除此外，也有很多關于丁酸梭菌在細菌方面拮抗和抑制情況的研究報道。樊英等（2019）的試驗表明，飼料中添加丁酸梭菌，可促進虹鱒生長，改善其機體營養成分，維護肝功能，改善腸道菌群結構，尤其能夠提高腸道梭菌屬細菌的所占比例。在魚類養殖試驗中，丁酸梭菌的添加能夠抑制魚類肝臟等組織臟器中的某些參與重要代謝的成分含量，維持魚類某些包括總膽紅素等生理成分的穩態，朝著有益于動物機體內環境穩定的方向調控。在甲殼類動物的養殖上，丁酸梭菌的添加對于蝦群的生產試驗效果更為可觀。丁酸梭菌在餌料添加后，溶菌酶活性等指標的相對表達水平均得到提高，其他數值的正向變化，證明了其能夠幫助南美白對蝦提高對氨脅迫的生長性能、SCFA含量、體內粗蛋白質含量，能夠起到提升免疫力的效果（Duan等，2017）。此外，丁酸梭菌能夠幫助人工養殖蝦群更好應對亞硝酸鹽脅迫，提高SOD、CAT、GPx活性，并且與熱應激相關的HSP70、鐵蛋白基因表達水平測定中均高于對照組（Duan等，2018）。除了增強腸道免疫、改善絨毛高度和腸壁厚度等腸道結構，逆境適應性調控上，丁酸梭菌對細菌性疾病，諸如副溶血性弧菌等的攻毒保護效果，也被認為能夠為蝦群提供免疫方面的保護增強（Li等，2019），對甲殼類動物的健康養殖具有重要意義。

3 結語

丁酸梭菌具有良好的益生菌性能，但是未來益生菌制劑的研發方向還是以復合型益生菌制劑研發為主導，因為盡管單種益生菌的添加能夠增強動物的生產性能，但以丁酸梭菌為例的益生菌用于添加制劑用途，除能必須具備有利于動物生產性能的生物學功能之外，還應考慮在養殖戶的經濟承受范圍內。對規模化養殖而言，能夠適度減少養殖過程中所需要的成本，同步促進生長的益生菌制劑是比較理想的選擇。將多種益生菌共同制備成復合制劑，能夠更為有效地激發動物的生產潛能，最大限度地發揮益生菌的益生作用。丁酸梭菌在傳統動物的養殖中所展現出的促生長、強免疫、抗氧化、穩腸道、提肉質等優點已經為試驗所證實，并在養殖中得到推廣應用。伴隨我國養殖業對于傳統畜禽養殖的環保整頓后，中小散戶特種經濟動物養殖業的崛起，丁酸梭菌在內的益生菌制劑在特種經濟動物的研發實踐領域尚未成熟。當前丁酸梭菌在肉鴿養殖，狐等毛皮動物養殖的生產增效試驗，或許說明其在未來特種養殖熱潮的推動下有望能成為新的生產實踐課題的研究點。