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凝结芽孢杆菌的生物学功能及其在水产和畜禽养殖中的喜人应用
来源: | 作者:管理员 | 发布时间: 2021-07-20 | 2599 次浏览 | 分享到:

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目前,在无抗养殖背景下,限制抗生素使用的呼声日益高涨,寻求抗生素的替代品已成为整个饲料、养殖行业研究的热点。而凝结芽孢杆菌作为新型的微生态制剂,于1989年被美国食品药品监督管理局评为“普遍认为安全”的一类杆菌,此外该菌被评价为缺乏产毒潜能,获得了欧洲欧盟食品安全局的安全资格认定。并在中华人民共和国农业部 2004 年第 372 号公告中,批准天津市新星兽药厂申请的饲用凝结芽孢杆菌 TQ33 添加剂作为饲料添加剂使用,在 2008 年公布的《饲料添加剂品种目录》中列入保护期内的新饲料和新饲料添加剂,进一步说明了凝结芽孢杆菌在养殖生产中的安全性。

凝结芽孢杆菌作为一种新型的无毒、无残留益生菌饲料添加剂,具有调控动物肠道健康等多种生物学功能,主要体现在调节肠道功能紊乱、维持肠道菌群平衡、改善肠道形态结构、增强机体免疫能力、促进营养物质吸收代谢以及提高生产性能等方面,不仅有力地改善了动物亚健康与养殖环境污染状况,而且有效避免了饲喂抗生素所带来的药物残留和耐药性等问题,即顺应了当下养殖业“限抗”禁抗的趋势。


 


一、凝结芽孢杆菌的生物学功能及机理


1.1 抑制有害菌增殖,维持肠道菌群稳态

肠道是畜禽体内最大的微生态环境,凝结芽孢杆菌可在肠道内通过抑制病原菌黏附、生物夺氧和产生L(+)-乳酸与抑菌素共同拮抗病原菌的异常增殖,促进有益菌群的生长发育,进而改善肠道菌群结构,营造健康肠道环境。有研究发现,凝结芽孢杆菌产生的抑菌素物质,对肠道内革兰氏阳性或阴性致病菌有显著抑制作用。此外,在体外肠道模拟试验中,再次证明凝结芽孢杆菌对肠道李斯特菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、沙门氏菌和副溶血性弧菌等病原菌有显著溶解作用,其机理可能是产生的凝固素溶解病原菌细胞膜,导致胞内氨基酸、无机盐离子等泄露失活。


1.2 改善肠道形态结构,调节肠道吸收代谢

肠道形态结构的完整性是保证动物对营养物质消化吸收的重要条件。凝结芽孢杆菌通过改善肠道形态结构、维持肠道黏膜完整性和分泌多种消化酶与代谢物质共同刺激小肠蠕动,促进营养物质的消化吸收,从而提高饲料利用率和动物生产性能。小肠绒毛高度和隐窝深度与肠道消化吸收息息相关,并且小肠绒毛高度与肠道消化吸收呈正相关,小肠绒毛高度越高,机体消化吸收越好。隐窝深度与肠道消化吸收呈负相关,隐窝深度越深,机体消化吸收越差。饲粮中添加凝结芽孢杆菌显著提高畜禽肠黏膜完整性、小肠绒毛高度和绒隐比,而且可以显著增强肠道上皮细胞间紧密连接蛋白闭锁蛋白、闭合蛋白-1和闭锁小带蛋白-1mRNA表达,从而恢复肠道通透性,防御病原菌感染,减少腹泻,其机理可能与抑制肠道黏膜免疫相关信号通路跨膜Toll 样受体-4 和细胞内NOD 样受体-2 激活核转录因子-κB 转录促炎细胞因子有关。

凝结芽孢杆菌同其他芽孢杆菌一样,在消化道中分泌多种胞外酶,如α-淀粉酶、脂酶、蛋白酶、木聚糖酶和纤维素酶等,有效降解和消除饲粮中难以被消化的植物性碳水化合物、抗营养因子,以乳酸菌的功能提高钙、磷、维生素D的吸收利用,从而提高饲料转化率、动物生产(产蛋)性能和降低料重比(料蛋比)。此外,凝结芽孢杆菌还能产生多种代谢产物如氨基酸、维生素、短链脂肪酸(乙酸、丁酸)和促生长因子等,为动物机体提供营养的同时,协同其他有益菌促进小肠蠕动,减少肠道内胺类有毒物质的堆积,改善肠道代谢环境,调节消化吸收功能。



1.3 增强抗氧化能力,调节机体免疫功能

凝结芽孢杆菌可维持肠道黏膜屏障正常功能,增强抗氧化系统,激活机体先天免疫与适应性免疫活力,从而有效抵抗由活性氧和疾病等导致的机体生理功能性障碍。凝结芽孢杆菌能显著提高机体血清和肝脏抗氧化酶活性并降低MDA含量,减少自由基对机体细胞的损害,从而抑制由活性氧诱导的氧化应激和疾病。在体外抗氧化试验中发现,凝结芽孢杆菌产生的由4种单糖聚合而成的胞外多糖具有较强的清除自由基和降低MDA含量的能力。凝结芽孢杆菌可增强动物肠黏膜屏障功能,促进T、B 淋巴细胞增殖分化,刺激辅助性细胞1(Th1)/辅助性细胞2(Th2)分泌细胞因子以及增强自然杀伤细胞与吞噬细胞的活力,以提高体液免疫和细胞免疫水平。


 


二、凝结芽孢杆菌在畜禽和水产养殖中的应用


2.1 在家畜生产中的应用

凝结芽孢杆菌具有乳酸杆菌、双歧杆菌等肠道主要有益菌的相似益生功能且具备良好的抗逆性,能够满足仔猪等畜禽颗粒饲料的加工需求。凝结芽孢杆菌能够定植于未发育完全仔猪肠道内,显著降低空肠隐窝深度,提高回肠和空肠绒毛高度,增加小肠的吸收能力,增强断奶仔猪肠道细胞的分泌功能,促进肠道的生长,改善肠道形态结构,维持肠道黏膜完整性,调节肠道菌群平衡,促进养分转运载体与抗氧化酶基因的表达,从而达到提高免疫力和生产性能的效果。研究发现,日粮中添加凝结芽孢杆菌可显著提高仔猪平均日增重、饲料转化率,显著降低粪便中肠球菌和大肠杆菌数量,提高断奶仔猪生长性能,降低断奶仔猪的腹泻率。饲粮添加凝结芽孢杆菌可明显减少母猪肠源性内毒素吸收,减少炎症反应,增强免疫力,提高母猪健康水平。



2.2 在家禽生产中的应用

凝结芽孢杆菌在家禽中可作为免疫调节剂使家禽抵御病害,缓解疾病或病菌感染引起的生长抑制和生理功能性障碍。研究发现,凝结芽孢杆菌可有效缓解由产气荚膜梭菌导致的肉鸡坏死性肠炎症,可显著改善肠道形态结构,可显著提高其肠道消化酶活力,促进免疫器官发育,并显著提高血清中IgAIgGIL-2IL-4IL-10TNF-α sIgA  mRNA 表达或分泌,降低料蛋比、腹泻率及血清干扰素含量。凝结芽孢杆菌还可改善肉鸡回肠产乳酸菌群数量,显著提高体增重、饲料转化率,显著降低料重比,并改善胴体以及肉质性状,降低肝脏、腹部脂肪和肉中硫代巴比妥酸值。蛋禽的产蛋性能与料蛋比是评价蛋禽生产性能的重要指标。凝结芽孢杆菌通过促进性腺激素释放和卵巢上繁殖相关受体基因的表达,提高产蛋性能。饲用凝结芽孢杆菌显著降低高峰期蛋鸡产软壳蛋、薄壳蛋、破壳蛋等劣质蛋的数量,高峰期蛋鸡饲粮添加凝结芽孢杆菌显著提高了蛋壳厚度和蛋壳强度,从而降低了破蛋率。



2.3 在水产养殖中的应用

凝结芽孢杆菌应用于水产养殖中可使养殖水体和动物肠道中的有益菌比例提高,并通过竞争营养和生存空间抑制有害菌的生长繁殖;芽孢杆菌在代谢过程中能分泌抗菌活性物质 (如抗菌肽和细菌素等,这些活性物质经过一系列作用可诱导病原菌细胞凋亡或抑制其细胞壁合成;芽孢杆菌进入机体后可以分泌抗氧化酶,或者自身作为激活剂促进机体免疫酶和抗氧化酶的分泌,增强机体免疫力,从而提高养殖动物的成活率。凝结芽孢杆菌不仅可促进水产动物消化吸收,降低饵料系数,提高免疫和抗病能力,还可净化养殖环境。体外抑菌实验和共培养实验研究发现,凝结芽孢杆菌 JSSW-07 对多种水产病原菌的拮抗作用能够抑制其生长,同时还能够提高碱性磷酸酶、总蛋白、谷草转氨酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶的水平,提高肝脏抗氧化能力,从而较好促进银鲫幼鱼的生长,提高机体免疫力。另发现,在水体中添加适量的凝结芽孢杆菌可以降解青虾养殖中产生的无机氮和磷,改善养殖水质,调节青虾肠道微生态环境,增加有益菌数量,降低弧菌数量,提高血清免疫酶 (ACPALPLZM  SOD) 活性,从而增强青虾免疫力,提高抗病力。

 




三、小结


凝结芽孢杆菌有诸多生理功能,在调节动物肠道微生物菌群,改善肠道环境,促进营养物质的消化吸收,提高生产性能等方面都有一定的效果,并且能耐受饲料加工中的高温、高压及动物胃肠道环境。因此,凝结芽孢杆菌作为一种新型益生菌饲料添加剂,在畜禽和水产养殖方面将有良好的市场应用前景。

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