飼用益生菌的應用研究進展

聶玉霞，溫海燕，王祥錕，肖連明*，董亞茹

（1.山東省蠶業研究所，山東 煙臺 264002；2.菏澤學院藥學院，山東 菏澤）

益生菌是指當攝入足夠劑量時，對宿主有益的活的微生物。符合益生菌定義的微生物有很多，目前被研究報道的益生菌有90多種，主要用于商業化生產。2013年，我國農業部第2045號公告公布了《飼料添加劑品種目錄（2013）》，規定了35種微生物可作為飼料添加劑使用，乳酸菌（22種）、芽孢桿菌（6種）、酵母菌（2種）、霉菌（2種）、丁酸梭菌（1種）、光合細菌（1種）、丙酸桿菌（1種）。而在畜牧業生產中被廣泛應用的飼用益生菌則主要有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、屎腸球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、丁酸梭菌、釀酒酵母、布拉氏酵母等。

1 益生菌的作用機制

益生菌具有抑制與殺滅病原菌、促進消化、提高飼料利用率的特性，并且能夠增強機體免疫力，提高動物防病治病的能力，其具體的作用機制表現為以下3方面。

1.1 抑菌與殺菌

1.1.1 抑制病原菌的黏附與定植 益生菌通過競爭黏附位點抑制病原菌的黏附與定植。腸道上皮細胞分泌的黏蛋白是黏液的主要成分，益生菌表面蛋白與黏液相互作用，通過其特有的黏附特性阻礙病原菌的定植[1]。乳酸桿菌蛋白質（肽聚糖、黏附素、多肽和多糖等）通過識別腸黏膜表面的受體，與腸黏膜緊密結合，黏附在腸黏膜表面，與病原菌競爭黏附位點和營養物質[2]。此外，有的益生菌通過分泌蛋白降解碳水化合物受體，產生受體類似物和生物表面活性劑抑制病原菌的黏附[3]，而乳酸菌、雙歧桿菌和病原菌一樣具有與碳水化合物結合的特性，它們直接與病原菌競爭宿主細胞受體[4]。

1.1.2 抑制與殺滅病原菌 益生菌可以產生乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等有機酸，降低腸道pH，抑制病原菌的生長，尤其是益生菌可以產生細菌素、抗菌肽、過氧化氫等殺菌物質，抑制和殺滅病原菌。干酪乳桿菌、糞腸球菌、戊糖片球菌、乳酸乳球菌和希氏乳桿菌在低酸環境下通過產生細菌素發揮抑制金黃色葡萄球菌的作用[5]，丁酸梭菌通過分泌乙酸、丁酸等短鏈脂肪酸，修復腸黏膜，降低腸道pH，同時，通過分泌細菌素，抑制病原菌核酸和蛋白質合成，最終起到抑制和殺滅病原菌的作用[6]。芽孢桿菌是公認的抗菌肽生產菌株，生產了60多種不同的抗菌肽，通過在細菌細胞壁上形成通道和（或）破壞細菌細胞壁來殺滅細菌[7]。此外，益生菌可通過信號干擾消除病原菌，芽孢桿菌產生的脂肽芬薺素，干擾金黃色葡萄球菌輔助基因調控（Auxiliary gene regulation, Agr）群體感應系統的信號轉導，抑制Agr群體感應，完全清除金黃色葡萄球菌的腸道定植[8]。

1.2 提高消化吸收功能

益生菌在動物體內生長繁殖的過程中，可分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纖維素酶、葡萄糖苷酶等多種酶類，能夠補充動物特別是幼齡動物內源性消化酶的分泌不足，將飼料中無法吸收利用的營養物質和復雜的碳水化合物分解為小分子物質，供動物機體吸收利用，提高飼料利用率[9-10]。此外，益生菌可以維持和增強小腸絨毛的結構和功能，促進營養物質的吸收利用。仔豬日糧中添加淀粉溶解芽孢桿菌，可明顯提高仔豬腸道絨毛長度、隱窩深度和絨毛長度/隱窩深度比值[11]。

1.3 增強抵抗力

1.3.1 改善腸道健康 腸道不僅是動物消化和吸收營養物質的主要部位，而且是保護動物機體免受病原微生物及其有害代謝物侵害的天然屏障。益生菌進入腸道后，通過多種途徑改善腸道健康，強化腸道結構。益生菌可提高緊密連接（Tight junctions, TJs）信號轉導相關基因的表達，維護腸道屏障的完整性，提高腸道上皮細胞抵御病原體入侵的能力[12]。植物乳桿菌可通過調節緊密連接蛋白（閉鎖帶-1（ZO-1）和閉鎖蛋白）的基因表達，促進腸屏障功能，有效預防ETEC K88的攻擊[13]。

1.3.2 提高免疫力 益生菌通過調控核轉錄因子（NFκB）介導的炎癥反應，實現免疫功能的調節[14]。在機體沒有發生病原菌感染時，益生菌可以激活NF-κB介導的炎癥反應，促使腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細胞介素（IL）1β和IL-6等一系列細胞因子的分泌，增強吞噬細胞和NK的活性，促進T、B淋巴細胞的增殖和分化，進而提高機體的免疫力。研究表明，乳酸桿菌可以引起早期促炎性反應，增加Toll樣受體2（TLR2）信號轉導，增加NF-κB核移位，從而使TNF-α、IL-8和IL-6表達增加，提高巨噬細胞對金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門氏菌和大腸桿菌等多種病原菌的吞噬能力和抗菌活性[15]。

在機體遭受病原菌感染時，益生菌可以介導NF-κB通路的負反饋調節限制炎癥反應的發展，提高機體抗感染能力。乳酸菌通過負向調控TLR，抑制NF-κβ通路的激活，減輕沙門氏菌引起的炎癥反應[16]。嗜酸乳桿菌NCFM產生表層蛋白（SLP），通過抑制NF-κB p65轉位進入細胞核，減少TNF-α、IL-1β和活性氧的分泌，抑制脂多糖誘導的炎癥反應[17]。

2 飼用益生菌的應用

益生菌具有綠色、環保、無污染、無殘留、無毒副作用、無耐藥性等優點，近年來在畜禽養殖業得到普遍認可和廣泛應用。

2.1 牛羊

益生菌添加到牛羊的飼料中，可以維持瘤胃微生物生態系統平衡，提高飼料的轉化率，提高動物的日采食量和日增重，降低料肉比，提高動物生長性能與抗病能力。焦麗英等[18]研究結果表明，每頭奶牛飼喂200 mL乳酸菌液體微生態制劑，18 d后檢測奶牛乳中的體細胞數顯著下降，日產奶量顯著增加。Abd El-Tawab等[19]研究顯示，益生菌通過抑制體內病原菌的定居與繁殖，刺激腸道免疫系統，提高機體的免疫力，從而有效預防犢牛腹瀉和奶牛乳腺炎的發生。

2.2 豬

益生菌作為飼料添加劑，在仔豬、育肥豬、母豬上應用，均取得良好的應用效果。在仔豬的日糧中添加益生菌可以促進仔豬的生長，改善仔豬因斷奶引起的腸道損傷和機體炎癥，降低仔豬的腹瀉率，提高機體免疫能力，并且提高斷奶仔豬的抗氧化能力[20-21]。楚青惠等[22]在仔豬的飼糧中添加15 mL復合益生菌菌液，仔豬斷奶重和平均日增重與沒有添加菌液的對照組相比，分別增加了23.48%和29.76%。張吉鹍等[23]給自斷奶發情配種至分娩的母豬飼喂“益生源200”，能夠提高胎盤的厚度，降低胎盤的面積，增加窩均產仔數與窩均產活仔數，改善母豬的繁殖性能。

2.3 家禽

益生菌添加到肉雞的日糧中，不僅可以促進營養物質的消化吸收，提高肉雞的生長性能，而且可以促進免疫器官的發育成熟，提高細胞因子的分泌水平，增強肉雞的免疫力[24]。Musa等研究顯示，枯草芽孢桿菌B21和地衣芽孢桿菌B26可以改善產氣莢膜梭菌壞死性腸炎肉雞的腸道健康，提高肉雞對亞臨床壞死性腸炎的腸道免疫力[25]。在基礎日糧中添加3×109CFU/kg乳酸菌制劑，可以顯著抑制腸道中鼠傷寒沙門氏菌的數量，緩解炎癥反應[26]。馬春陽等[27]將枯草芽孢桿菌PB6按照100 g/t添加到蛋雞的基礎日糧中，可以顯著提高蛋雞的產蛋率、蛋重、料蛋比，改善盲腸微生物菌群平衡，維持十二指腸和空腸腸道屏障功能，提高蛋雞免疫水平。

3 飼用益生菌應用中存在的問題

飼用益生菌的積極作用已經得到了普遍認可，在養殖生產中得到廣泛的應用，但活性高、性能穩定、真正符合實際生產應用要求的益生菌較少，在益生菌產品的研發、生產和使用中仍存在一些問題，如何更有效地確保益生菌產品的安全性、有效性和穩定性，依然是當前及今后關注的重點。

3.1 安全性

益生菌是進入動物機體的活的微生物，安全性是評價益生菌的首要指標。雖然國內外的研究人員針對益生菌菌株的安全性評價制定了體內和體外檢測指標，包括致病性、抗生素耐藥性基因、有毒代謝產物、菌株的毒理學等檢測指標[28]，但是很多企業在開發益生菌產品時，對益生菌菌株的安全性評價不夠全面，并且各單位及研究人員采用的評價方法也不盡相同，缺乏統一的評價標準。

3.2 有效性

研究益生菌的作用機制和應用效果，是判定其有效性的依據，但是，目前對益生菌的作用機制研究不夠深入，對其應用效果研究也不夠全面。益生菌的黏附能力是益生菌質量檢測和篩選的重要標準，然而，目前常用的益生菌黏附能力評估模型都具有一定的局限性[29]，不能真實地反映益生菌在宿主腸道中的黏附狀態。益生菌的益生特性、安全性、有效性和宿主特異性有關，但是，生產中同一種益生菌產品應用于多種動物的現象屢見不鮮。并且，受日糧的組成、益生菌的劑量、動物日齡、環境因素等條件的影響，益生菌對動物生產性能、健康參數、抑菌效果等益生特性有時會表現出不一致性[30-31]。此外，益生菌的益生特性是菌株特有的，一個菌株的成敗不能推論到另一個菌株上，優良菌株的分離、鑒定和篩選是確保益生菌產品有效性的前提和根本。在生產中，益生菌產品種類很多，有些產品對其菌株生物特性了解甚少，導致同一類產品之間的質量差異很大。

3.3 穩定性

益生菌為活菌制劑，在加工生產的過程中，生產工藝復雜，影響和制約益生菌活性的因素多，導致產品質量不穩定。并且，有的產品在實際儲存和應用過程中，自然損失和失活率高，影響產品質量。因此，益生菌產品的生產技術和生產工藝有待于進一步提高和完善。此外，益生菌具有自發突變的可能性，其自發突變的頻率約為10-6，需要建立監測益生菌突變的方法，確保益生菌遺傳性能的穩定性。

4 展望

飼用益生菌具有促進動物生長、提高動物生長性能、抑菌殺菌的特性，并且能夠克服飼用抗生素的弊端，備受人們的關注。在今后的應用與研究中，利用先進的科學方法，結合動物微生態學、動物免疫學、動物營養學、動物病理學、微生物基因組學等相關知識，繼續做好飼用益生菌優良菌株的分離、鑒定、篩選工作，做好飼用益生菌的生物學特性、遺傳穩定性、菌株安全性、作用機制和應用效果等方面的研究，為飼用益生菌在養殖業中進一步推廣應用打下堅實的基礎。