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枯草芽孢杆菌在养鸡业中的应用研究进展

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摘 要: 枯草芽孢杆菌是一种益生菌,具有耐温度变化、快速复活、快速生长和较强分泌酶等特性, 文章综述了枯草芽孢杆菌的产酶、调节消化道微生态平衡、增强免疫力的性能及在养鸡产业中的应用。


关键词: 枯草芽孢杆菌; 产酶性能; 肠道菌群; 免疫; 鸡


作者:孙焕林 1, 李 洪 2, 许宇静 3, 张文举 1*
1. 石河子大学 动物科技学院, 新疆 石河子 832003; 

2. 石河子广播电视大学, 新疆 石河子 832000;
3. 西北农林科技大学 动物科技学院, 陕西 杨凌 712100 )

*通讯作者: 教授, 博士生导师, E-mail: zhangwj1022@sina.com。

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       随着畜牧业的发展和抗生素的广泛应用, 抗生素的缺点逐渐暴露出来, 如导致动物体内菌群失调、 产生抗药性和畜产品适口性差等, 尤其是食物链的药物残留问题引起了普遍关注。 为寻找可以替代抗生素的产品, 无毒副作用、 无残留,既能促进生长, 又能防病治病, 还可改善动物性食品品质的微生态制剂受到极大的重视。

       益生菌作为一种新型绿色添加剂, 通过改善微生态平衡而对动物产生有益影响, 并且可以直接饲喂的微生物饲料添加剂, 具有无残留、 无抗药性、 不污染环境、 提高动物生长性能等优点[ 1 ]。 而枯草芽孢杆菌作为益生菌的一种, 是可形成芽孢的好氧型革兰氏阳性菌, 具有条件简单、 耐温度变化、 快速复活、 快速生长和较强分泌酶等特点。 现代养鸡业工厂化、 规模化程度非常高, 养殖密度大、 发病率高, 药物的使用非常频繁, 因此导致药物残留, 畜产品品质下降, 而枯草芽孢杆菌作为一种益生菌, 在肉、 蛋鸡的生产中替代抗生素应用于饲料工业中具有很大的开发潜力。


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1 枯草芽孢杆菌的特征


枯草芽孢杆菌有典型的芽孢杆菌特征,菌体呈直杆状,属于革兰氏阳性菌,着色均匀,可产荚膜;菌落粗糙,不透明、扩张、污白色或微带黄色;能液化明胶、胨化牛奶、还原硝酸盐、水解淀粉,是典型好氧菌[2]。


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2 枯草芽孢杆菌的作用


枯草芽孢杆菌作为一种在饲料中添加的益生菌,在禽类生产中具有重要的作用,能产生多种酶类物质、调节肠道微生态的平衡和提高免疫力等作用。

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2.1 产生多种酶


枯草芽孢杆菌具有产多种酶类的特性,能分泌纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、β-葡聚糖酶、植酸酶、果胶酶、木聚糖酶等[3]。在不同的条件下,产生酶的数量和活性会不同。


江国忠对自然界获取的BS-05(枯草芽孢杆菌)的产酶培养基组成进行优化选择,最终确定最佳培养基为:羧甲基纤维素钠(CMC-Na)2%、蛋白胨2%、酵母粉2%、NaCl0.5%,K2HPO40.1%,MgSO4·7H2O0.02%;最优的培养条件为:培养温度37℃、培养基初始pH7、接种量5%、培养时间48h和产酶培养基装液量为60/250mL条件下,其发酵产纤维素酶的活力最高,羧甲基纤维素酶活力(CMCA)与滤纸酶活力(FPA)分别达195.46和174.52U·mL-1,分别比优化前提高了341%和296%[4]。


张士伟等对枯草芽孢杆菌BS3菌株产蛋白酶的培养基进行优化,玉米淀粉、玉米浆、氯化铵分别为1.586、3.170、1.998g·100g-1时,产蛋白酶的活性最高为162.309U·g-1[5]。淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称,枯草芽孢杆菌不仅能生产各种pH适宜的淀粉酶外,还有部分能生产极限条件下的淀粉酶[6]。


库米拉·马吉提等从冻土中分离筛选得到的一株枯草芽孢杆菌进行反应条件优化,在温度为30℃,最适pH为6.0,对酶活力激活作用最强的金属离子Ca2+浓度为0.01mol·L-1下,低温淀粉酶活力较为理想,为32.67U·mL-1[7]。


脂肪酶是一类水解和合成长链脂肪酸甘油脂的生物催化剂,广泛应用于油脂加工、洗涤、食品加工、医药、化妆业、皮革加工、饲料、造纸、有机合成、精细化工以及生物能源等领域[8]。宋萍等利用响应面法对枯草芽孢杆菌产脂肪酶的条件进行了优化,使得枯草芽孢杆菌CICC20034胞外脂肪酶的活力比开始时提高670%[9]。


β-葡聚糖酶在饲料工业中有广泛的应用。饲料中添加β-葡聚糖酶,饲料利用率会增加,可有效提高饲粮的营养价值,而枯草芽孢杆菌可以产生这种酶,邵敏等利用易错PCR技术对β-葡聚糖酶进行进化,获得了具有耐高温的且活性较高的β-葡聚糖酶[10]。


植酸酶广泛地分布于植物性饲料中,是一种能催化植酸及植酸盐水解产生肌醇和磷酸(或磷酸盐)的一类酶的总称。真菌产生植酸酶的研究较多,但近年来发现有些细菌也能产生植酸酶,NELSO等首次证明了微生物植酸酶能够水解饲料中的植酸磷,释放磷元素[11]。鲍振国等对产植酸酶枯草芽孢杆菌发酵参数进行优化,发现在37℃条件下,以棉粕与玉米为底物,其比例为90:10最为理想[12]。



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2.2 调节消化道微生态平衡


动物肠道内的菌群对动物的肠道健康起着重要作用,枯草芽孢杆菌活菌制剂主要以芽孢的形式存在,具有耐高温、耐酸性等特点,易于在肠道中存活,可起到调节肠道微生物区系的平衡,为养殖健康提供保障。


Tejada-Simon等研究发现,芽孢杆菌可以改善动物肠道菌群[13]。这与Sugita等研究在饲料中添加芽孢杆菌能促使动物肠道菌群增加,维持和调整肠道微生态平衡的结果相一致[14]。而肖建根发现,给感染致病性大肠杆菌的肉鸡饲喂枯草芽孢杆菌效果要好于饲喂健康鸡只,能显著地改善肉鸡的增重及饲料转化率[15]。


潘康成分别采用ERICPCR和PCR-DGGE两种方法对喂服和不饲喂枯草芽孢杆菌肉鸡肠道中的菌群进行测定,研究表明,饲喂枯草芽孢杆菌后的肉鸡十二指肠、空肠、回肠、盲肠的菌群的条带显著多于对照组,饲喂枯草芽孢杆菌后肉鸡肠道菌群增加[16]。


刘玉芝等对高脂饮食模型小鼠灌服枯草芽孢杆菌JS01,结果表明,对照组小肠中双歧杆菌含量上升、乳酸杆菌含量下降,而添菌后使模型干预组小肠中的大肠杆菌和双歧杆菌含量均下降、乳酸杆菌含量上升[17]。


芽孢杆菌为需氧菌,其进入动物肠道内,可消耗大量的游离氧,降低肠内氧浓度和氧化还原电势,抑制肠道中大肠杆菌等需氧菌的生长,优化双歧杆菌、乳酸杆菌等厌氧菌的生长环境,有利于肠道微生态系统的稳定和平衡。


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2.3 增强免疫力


法氏囊是禽类特有的体液免疫器官,*是体内最大的外周免疫器官,参与全身的细胞免疫和体液免疫。免疫器官的发育状况及机能强弱直接决定着禽类的免疫水平。枯草芽孢杆菌作为一种益生菌添加到饲料中可增强机体免疫功能。余东游等在日粮中添加枯草芽抱杆菌1×105cfu·g-1,肉鸡法氏囊指数和胸腺指数分别提高31.70%(P<0.05)和49.09%(P<0.05)[18]。林显华在健康爱拔益肉鸡饲料中添加枯草芽孢杆菌B7,结果表明,试验组法氏囊、*指数显著高于对照组(P<0.05),综合评价枯草芽孢杆菌添加量为5×105cfu·g-1时效果最好[19]。


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3.1 肉鸡


肉用鸡的生产周期短,养殖密度大,所以在育雏阶段非常重要,但雏鸡阶段肠道菌群不完善,处于开始建立、逐步成熟阶段,上皮细胞没有被正常菌群占据,黏膜免疫以及系统免疫发育不健全,对进入肠道的抗原抵御能力不足,而益生菌对增进肠道微生态发育、提高免疫力有确切效果,在雏鸡阶段加入益生菌对确保雏鸡健康具有重要意义。


郝生宏在AA肉仔鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌,与对照组相比,1周龄平均采食量极显著降低(P<0.01);3周龄肉仔鸡饲料转化率显著提高(P<0.05),并且1、3周龄粪便大肠杆菌数极显著降低(P<0.01)[20]。


潘康成等在肉仔鸡日粮中分别添加硫酸新霉素制剂0.05%和枯草芽孢杆菌制剂0.1%,结果表明,添加枯草芽孢杆菌制剂组肉鸡的末期平均体重、净增重和日增重均显著高于对照组,且饲料转化率提高3.14%,比添加硫酸新霉素制剂组提高1.59%[21]。


卞国顺等在18日龄岭南黄肉鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌105cfu·g-1和吉他霉素50mg·kg-1,结果表明,枯草芽孢杆菌组肉鸡各阶段平均日采食量、日增重和料重比差异均不显著(P>0.05),但空肠黏膜胰蛋白酶活性提高17.44%,淀粉酶活性显著提高58.70%,即枯草芽孢杆菌与抗生素调节肠黏膜氨基酸吸收效果好于抗生素,可替代抗生素促进动物对营养物质的吸收[22]。


翟玲等在健康振宁雏公鸡基础日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂0.75g·kg-1,活菌数为108cfu·g-1,结果表明,分别提高前期体质量和日增重,但差异不显著(P>0.05),后期体质量和日增重显著提高(P<0.05),抗氧化性能显著提高(P<0.05),减少氧化应激,从而更有利于鸡的生长[23]。


因此,枯草芽孢杆菌不仅在完善肠道菌中效果显著,而且可以促进动物对营养物质的吸收,提高饲料转化率。


程志斌等在罗斯308肉仔鸡日粮中添加金霉素和枯草芽孢杆菌利用地面平养和笼养的方式进行试验,结果表明,无论是地面平养还是笼养方式,枯草芽孢杆菌替代抗生素对改善肉鸡生长性能有良好效果,其作用机制主要是提高饲料蛋白质的营养利用率[24]。


周立强等在黄羽肉鸡日粮中分别添加枯草芽孢杆菌制剂0、0.05、0.10、0.15、0.20g·kg-(1活菌数为108cfu·g-1),结果表明,与对照组相比,试验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组日增重分别提高49.03%(P<0.05)、46%、39%(P<0.05)和37.04%(P<0.05),各试验组极显著提高粗蛋白质的代谢率(P<0.01),粗脂肪、钙、磷及表观代谢能的代谢率均有提高,试验Ⅲ组黄羽肉鸡对钙、磷的吸收利用率极显著提高(P<0.01),且试验Ⅲ组粗蛋白质、粗脂肪的代谢率最高,在黄羽肉鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂0.15g·kg-1效果最好[25]。

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3.2蛋鸡


蛋鸡的代谢旺盛寿命短,但生产利用率高,1只蛋鸡1年可产蛋15~17kg(280~320枚),约为其体重的10倍。为确保代谢需要,必须给予丰富的营养物质和能量物质。鸡的整个生长周期保持健康的状况将有利于蛋鸡生产性能的发挥,找到一种安全、绿色的添加剂应用于饲料中将更有利于蛋鸡生产性能的发挥。


丁海研究表明,在日粮中添加枯草芽孢杆菌可提高蛋重、产蛋率和消化代谢率,可显著降低盲肠大肠杆菌、沙门氏菌的数量,提高盲肠中乳酸杆菌的数量[26]。


徐海燕等在海兰褐壳蛋鸡日粮中分别添加枯草芽孢杆菌B7-1,添加量分别为5×104、2×105、5×105、8×105、10×105、20×105cfu·g-1,结果表明,添加芽孢杆菌B7-1的试验1~5组的料蛋比分别比对照组降低2.68%(P>0.05)、4.25%(P<0.05)、4.78%(P<0.05)、2.64%(P>0.05)、0.89%(P>0.05);试验1~4组的产蛋率比对照组分别提高0.98%(P>0.05)、2.74%(P>0.05)、3.63%(P<0.05)、1.75%(P>0.05);试验1~6组次品蛋率分别比对照组降低33.0%(P>0.05)、44.3%(P<0.05)、48.9%(P<0.05)、37.5%(P<0.05)、21.7%(P>0.05)、15.7%(P>0.05);综合比较5×105cfu·g-1为芽孢杆菌B7-1的最佳添加量[27]。


罗正在80羽64~75周龄健康罗曼白蛋鸡基础日粮中添加克洛生200g(枯草芽孢杆菌PB6的芽孢,2×1011个·kg-1),与对照组相比,枯草芽孢杆菌组平均产蛋率为74.4%,比对照组(70%)高4.4%(P<0.05),平均蛋重为64.8g,比对照组(61g)高3.8g(P<0.05),对照组生产的蛋8.4%不可上市,枯草芽孢杆菌组只有3.5%不可上市[28]。这可能与添加枯草芽孢杆菌能减少肠道梭菌和空肠弯曲杆菌的数量,增加乳酸杆菌和双歧杆菌的数量,通过肠道微生态的改善从而达到改善肠道健康,提高蛋壳质量和蛋鸡后期产蛋率有关[29]。


Mitran等研究一批肉鸡从进到出整个过程中N素的收支状况,发现粪便中残留N和挥发性氨态氮(NH3-N)总量约占饲料总N的39%[30]。Harper等研究了2005年各批次肉鸡粪便NH3的挥发,发现NH3-N占饲料总N的8.1%,鸡舍空气中的NH3和H2S主要来源于粪便中含N化合物(未消化蛋白质、尿酸、尿素等)和含S化合物的分解[31]。


陈国营在海兰褐蛋鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌0.05%和枯草芽孢杆菌发酵豆粕2.5%,结果表明,试验组都能显著降低蛋鸡胃肠道中大肠杆菌的含量(P<0.05),乳杆菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌等有益菌群数量显著增加(P<0.05),减少粪便放置过程中的N损失[32]。

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4 小结


随着畜牧业的发展,抗生素由于药物残留和耐药性问题,作为促生长饲料添加剂将会受到更严格的限制。因此寻找既无残留也无抗药性的替代品会越来越受到关注,枯草芽孢杆菌作为益生素的一种,具有产酶性能高、调节肠道菌群平衡和增强免疫力等功效,并且在肉鸡、蛋鸡的试验中发挥出了很好的功效,在替代抗生素方面有很大的潜力。因此,枯草芽孢杆菌作为一种安全、高效和极具开发潜力的微生物菌种,在畜产品越来越严格的要求下,应用于饲料业中必将有广阔的前景。



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