芽孢杆菌作用机理

芽孢杆菌作用机理 地衣芽孢杆菌 种属: 芽孢杆菌科细菌 革兰氏染色性;为革兰氏阳性杆菌 细胞大小:0(8μm×(1(5,3(5)μm 细胞形态及特点:细胞形态和排列呈杆状、单生。细胞内无聚-β-羟基丁酸盐(PHB)颗粒 芽孢形态:产生近中生的椭圆状芽孢，孢囊稍膨大 培养特性:在肉汁培养基上的菌落为扁平、边缘不整齐、白色、表面粗糙皱褶，24h后菌落直径为3mm 一、地衣芽孢杆菌饲料添加剂作用机制 地衣芽孢杆菌饲料添加剂有效成分为地衣芽孢杆菌活菌，属于益生素的一种。1989年，美国FDA和美国饲料控制官员协会公布了可以直接饲喂且一般认为是安全的微生物菌种名单，其中包括地衣芽孢杆菌。中华人民共和国农业部318号公告也把地衣芽孢杆菌列入了饲料添加剂目录。国内外对地衣芽孢杆菌在动物领域的应用进行了大量的研究。一般认为，地衣芽孢杆菌主要从以下几个方面发挥作用: 1、生物拮抗作用 拮抗动物病原细菌并维持和调整肠道微生态平衡。在正常情况下，动物肠道微生物种群及其数量处于一个动态微生态平衡状态，当机体受到某些应激因素的影响，这种平衡可能被破坏，导致体内菌群比例失调，需氧菌如大肠杆菌增加，并使蛋白质分解产生胺、氨等有害物质，动物表现下痢等病理状态，生产性能下降。研究表明，饲喂地衣芽孢杆菌能产生蛋白多肽类抗菌物质，拮抗肠道病原细菌，从而抑制病原菌的生长繁殖，使有益微生物在细菌种间的相互竞争中占优势。陈惠等(1994)在给肉鸡饲喂地衣芽孢杆菌后，肠道菌群中厌氧菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)增多，而需氧菌及兼性厌氧菌特别是大肠杆菌显著减少(p< 0(05)。直接作用表现在地衣芽孢杆菌对葡萄球菌、白色念珠菌体外实验有很强的拮抗作用。因为地衣芽孢杆菌在生长代谢过程中能产生多种抗菌物质(如短杆菌肽、枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素和头孢菌素C等。间接作用表现在地衣芽孢杆菌进人肠道后会持续性的对微生物起到生物耗氧效应(造成生态环境低氧状态。为肠道内的生理性厌氧菌如双歧杆菌、乳酸杆菌、消化链球菌、类杆菌等菌的生长繁殖创造有利条件(通过支持生理性厌氧菌的增殖(抑制致病菌的生长，使菌群失调得以调整，使肠道功能得以恢复。 2、生物屏障作用 地衣芽孢杆菌生长条件要求低，其兼性厌氧的生长特性使之能很快的在动物肠道繁殖，并能迅速定植在肠黏膜上，在短时间内成为肠道的优势菌群，在肠道内长时间定植下来。由于该菌能持续性的耗氧，支持和促进肠道厌氧菌的生长。使地衣芽孢杆菌和厌氧菌一起构成膜菌群。起到占位性保护作用，保护肠黏膜免受病原菌的粘附(从而发挥生物屏障作用。 3、促进有益菌生长 实验证实，由于地衣芽孢杆菌具有生物夺氧，降低氧化还原电位的功能，因而能明显促进双歧杆菌、乳酸菌、类杆菌等理性厌氧菌的生长(通过该菌与厌氧菌产生的机能酸、过氧化氢以及抗生物质，抑制致病菌的生长繁殖。 4、产生多种酶 地衣芽孢杆菌在肠道生长繁殖过程中能产生多种酶。柏建玲报道，该菌能产生淀粉酶、蛋白酶和植酸酶，笔者通过淀粉酶平板试验，也证实该菌能富产淀粉酶。如用于动物，在动物体内可形成一个小型的“酶工厂”。不但能防病治病，而且有促进消化和提高饲料利用率的作用。特别是植酸酶的产生，可使植酸磷降解为肌醇和磷酸，提高饲料中磷的利用率，降低粪便中磷的排放，降低植酸盐的抗营养作用。这对营养物质的消化吸收和防治环境污染有其重要意义。Sogard(1990)报道，地衣芽孢杆菌具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，同时还具有降解植物饲料中非淀粉多糖的酶，如果胶酶、葡聚糖酶、纤维素等酶，酵母菌和霉菌均能产生多种酶类，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等，可提高蛋白质和能量利用率。胡东兴等(1996)利用地衣芽孢杆菌，饲喂生长鲤鱼40天后，鲤鱼肠道中蛋白酶、淀粉酶的活力分别高于对照组50(5,和69(9,。研究证实芽孢杆菌提高动物消化酶活性是微生态制剂促进动物生长作用的一个重要因素。 5、增强免疲功能 地衣芽孢杆菌能增强机体特异性和非特异性免疫反应，促进巨噬细胞的吞噬活性，提高抗感染能力。潘康成等试验发现(雏鸡饲喂地衣芽孢杆菌20、40天后，试验组雏鸡的免疫器官生长发育较对照组迅速，成熟快。饲喂20天后。试验组鸡的胸腺、脾脏重量和蚓突面积系数分别比对照组提高5.8,、22.8,和15.5,;饲喂40天后，试验组分别比对照组提高11.0,、8.0,和7.9,。同时试验组血液中的白细胞总数和外周血T淋巴细胞酸性醋酸萘酯酶活性(ANAE)阳性率均明显高于对照组。这表明地衣芽孢杆菌能促进雏鸡的免疫器官成熟，增强雏鸡的细胞免疫功能。潘康成通过试验还证实，地衣芽孢杆菌对雏鸡的体液免疫也有明显的促进作用。刘克琳等(1994)，用地衣芽孢杆菌制剂饲喂肉鸡，采集1、3、6周龄鸡的胸腺、法氏囊、脾脏及盲肠扁桃体等，进行光镜和电镜观察，结果:试验组免疫器官较对照组生长迅速和成熟快。6周龄时，胸腺、法氏囊、脾脏的重量较对照组提高了83(15,、4(46,和74(82,，盲肠扁桃体面积较对照组增大了1(17,。在胸腺、脾脏、法氏囊和盲肠扁桃体黏膜固有层、黏膜下层分布着大量的淋巴细胞和一些浆细胞，它们受抗原刺激后，分化、繁殖、发挥免疫功能的作用。 6(促进动物器官生理机能成熟并改善动物生理状态 四川农大余成瑶等(1994)，用地衣芽孢杆菌饲喂肉仔鸡后，试验组鸡小肠粘膜皱裂增多，绒毛加长，粘膜陷窝加深，表明小肠吸收面积增大;同时对肝、肾、大肠、小肠、肺、脾作了细胞多糖和细胞碱性磷酸酶(AKP)的定性定位测定。结果，试验组鸡小肠、大肠、肾、脾、肺的PAS(高碘酸,Schiff反应)阳性率高于对照组，细胞多糖增加，肝的PAS阳性低于对照组，表明机体对糖源 利用加速，多糖代谢水平增高; 试验组各内脏细胞AKP阳性率明显高于对照组，试验组鸡细胞RNA、DNA及蛋白质合成水平均有提高。研究结果阐明了芽孢杆菌制剂提高肉鸡生产性能的生理学理论依据。 随着科学的不断发展，地衣芽孢杆菌的良好特性正在被人们所广泛认识。 在应用效果方面，中国农业大学动物科学技术学院、扬州大学动物科学技术学院合作，进行了肉鸡、蛋鸡、仔猪的等饲养试验，试验也证实了地衣芽孢杆菌具有促进畜禽生长，降低料重比;增加肠道有益菌数量，改善畜禽肠道微生态环境;预防和治疗肠道疾病，降低死亡率的作用。研究证明地衣芽孢杆菌确实是一种高效、安全的新型的饲料添加剂。在人们越来越关注食品安全，迫切希望减少抗生素使用的今天，地衣芽孢杆菌制剂作为新一代新饲料添加剂必将具有广阔的前景。 二、地衣芽孢菌与枯草芽孢菌的比较 地衣芽孢菌主要是产生类似“抗生素”的肽物质，起到防病、抗病作用，这方面能力更强同时也有较强的产霉能力(淀粉酶、蛋白酶和植酸酶等);枯草芽孢杆菌产蛋白酶的能力更强，所以经常应用于高蛋白的水产饲料，及水质净化中。地衣芽孢杆菌是兼性厌氧菌，枯草芽孢杆菌是绝对好氧，在动物的肠道内，地衣更容易存活并发挥作用。 在菌落、菌体形态上难以完全区分，在实践中发现某些表型形状可用于区分这两种菌: 表型形状 地衣芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 + - 厌氧生长 + - 代谢海藻糖产酸 + - 降解Tween80 + - pH11生长 + - 55?生长 - + 刚果红(0.1%)耐受 - + 石蕊牛奶胨化 + - 利用丙酸为唯一碳源 三、、饲用芽孢杆菌作用机理 地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)均为用途广泛的菌种，两者的作用机理各有长处，但又有较多的重合之处。 不同的菌种的高温的耐受力差异较大，芽孢杆菌耐受力最强，110?下5min损失只3,,5,，而在80?下5min，乳酸杆菌、酵母菌损失70,,80,，95?下2min损失98,,99,。一般制粒80?,100?对芽孢杆菌影响很小，对乳酸杆菌、酵母菌和粪链球菌等影响较大;就耐水性，孢子型细菌耐受性最好，肠球菌、粪链球菌次之，乳酸杆菌最差;除耐酸性的芽孢杆菌和乳酸菌外，一般的活菌制剂在胃酸作用下大量被杀死，残存的少量活菌进入肠道后很难形成菌群优势，因此， 不耐酸的活菌制剂其含菌量必须达到相当大的浓度才能发挥益生作用。除此以外，饲料的保存时间、饲料中的矿物质和不饱和脂肪酸也会影响益生菌的活力。 芽孢杆菌产品以内生的孢子存在，抗逆性强，能耐酸碱和高温高压，在饲料加工和储存过程中不易失活;芽孢杆菌在生长繁殖过程中能产生多种有效的酶促活性，一些酶常是畜禽不具有的如果胶酶、纤维素酶、葡聚糖酶等;芽孢杆菌产生的酶，进入消化道中，增加胃肠道酶量，帮助动物对所喂饲料相应成分进行酶解，从而提高饲料转化率。由于该类细菌为需氧菌，通过生物夺氧而扶持厌氧菌的生长，为维持其肠道菌群的微生态平衡起重要作用。 芽孢杆菌被认为是世界上对鸡高度有效的商业产品之一，它能产生多种酶类，具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性，同时还具有降解植物性饲料中复杂碳水化合物的酶，如果胶、葡聚糖、纤维素等酶，其中很多酶是哺乳动物和禽类在体内不能合成的酶，从而促进动物对营养物的消化吸收。它产生的孢子是家禽饲料中可直接饲喂微生物中强有力的新型种类中的一种。它可蒸汽制粒，可在肠道中生长、消耗氧气，造成更有利原籍乳酸菌和双歧杆菌的厌氧环境，然后，这些原籍的、能在肠黏膜生成菌落的有意细菌大量繁殖、产生有机酸抑制病原菌，从而保护鸡肠道健康和改善鸡的生产性能。饲用芽孢菌产品是以芽孢形式存在，其对动物能否发挥有益的作用，其能在动物消化道前部萌发成具有代谢活性的营养细胞，且能稳定动物肠道微生物区系的能力，消化道中枯草芽孢杆菌数量不断增加能拮抗动物病原菌，维护和调节肠道生态平衡。 饲喂芽孢杆菌其能产生多种营养物质如维生素、氨基酸、促生长因子等，参与机体的新陈代谢，且能产生乳酸，可提高动物对钙、磷、铁的利用，促进维生素D的吸收。 具体作用有以下几种: 1.拮抗动物病原细菌并维持和调整肠道微生态平衡 2、生物夺氧 3、分泌孢外酶 芽孢杆菌的另一大特点是能够分泌大量的孢外酶，参与饲料的降解、消化，提高饲料利用率。许多试验研究已经表明，芽孢杆菌代谢产生的酶类对宿主的生产性能或生理生化指标产生明显影响。研究发现芽孢杆菌除能分泌大量细孢外酶如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶及卵磷脂酶等，同时也分泌活性抗菌物质及挥发性代谢产物。 4、增强动物体的免疫功能 近年的研究表明，芽孢杆菌能促进肠道相关淋巴组织处于高度反应的“准备状态”，同时使免疫器官的发育增快，T、B淋巴细孢的数量增多，动物的体液和细孢免疫水平提高。 5、提供维生素、有机酸、蛋白质等营养物质 芽孢杆菌在动物肠道内生长繁殖，能产生多种营养物质如维生素、氨基酸、有机酸等，参与动物体新陈代谢，为机体提供营养物质。Ozols等 (1996)对从肠道中分离的106株菌分析后认为，芽孢杆菌是体内维生素B和B的主要生产者。芽孢杆菌在代谢过程中产生的有机酸为机体提供能16 量和营养时，也会降低局部pH值，抑制有害菌的生长、繁殖。范赖(1997)分离得到两株产乳酸的凝结芽孢杆菌，在体外能显著拮抗致病性大肠杆菌和沙门氏菌。芽孢杆菌代谢产生的多肽类物质(如枯草芽孢杆菌分泌的枯草菌素)对某些有害菌也有抑制或杀灭作用。 四、影响芽孢杆菌使用效果的因素 1、施用时间 微生态制剂在动物的整个生长过程都可以使用，但不同的生长时期其作用效果不尽相同。一般在动物幼体，此时体内微生态平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力较弱，此时引入益生菌，可较快地进入体内，占据附着点，效果最佳。如新生反刍动物肠道内有益微生物种群数量的增加不仅可以促进宿主动物对纤维素的消化，而且有助于防止病原微生物侵害肠道。和其他刚出生的哺乳动物一样，新生反刍动物的胃肠道尚未完全发育，但细菌在肠道内的定植相当迅速，出生24h出现乳酸杆 ,,菌和链球菌，l周龄时，整个肠道内乳酸杆菌数量达10,10个,g。另外在断奶、运输、饲料转变、天气突变和饲养环境恶劣等应激条件下，动物体内微生态平衡遭到破坏，使用微生态制剂对形成优势种群极为有利，因此，把握益生菌的应用时机，尽早并长期饲喂，使其益生作用得到充分体现。 2、施用剂量 微生态制剂的益生作用是通过有益微生物在动物体内一系列生理活动来实现的，其最终效果同施加的益生菌的数量密切相关，数量不够，在体内不能形成菌群优势，难以起到益生作用。研究认 6为,要达到一定的作用效果，每克饲料中的活菌数不应低于10CFU,g饲料。活菌需进一步的萌发、 6定植、增殖、分泌代谢产物后才能发挥其功能。Henderik(1986)报道，瘘管猪食用含10,g个芽孢 6杆菌的饲料后发现，空肠内容物中的芽孢杆菌数为1.26×10个，萌发率为50,,70,。每克粪便 6中的芽孢菌数为1.5×10个，萌发率为85,,90,。德国学者认为，仔猪饲料中加入微生态制剂其 76含菌量应达到(0.2,0.5)×10/g饲料，育肥猪饲料中加入每克含10个芽孢杆菌，粪中大肠杆菌减少65,。 在动物发病期，可先选用针对性较强的抗生素杀灭或抑制致病微生物的繁殖，控制疾病的蔓延。但抗生素在杀灭致病菌的同时，动物体内的正常菌群也遭到破坏，此时应及时引入微生态制剂，通过其独特的益生作用，使紊乱的肠道菌群平衡得到恢复，此所谓微生态制剂与抗生素的协同作用。 五、芽孢杆菌的应用前景 1、克服药物残留和应用抗生素弊端的需要 动物用抗生素或杀菌药物，防治疾病和促进生长是有一定效果，但由于动物产品的药物残留给人类带来隐患，同时还会破坏动物体内的微生态平衡及耐药性菌株的产生。如果应用芽孢杆菌制剂，就能克服上述弊端，而且能达到防病增重的目的。 2、生产绿色食品的需要 绿色食品是无公害、无残留、无污染的食品，生产无公害的动物产品，首先要配制生态营养饲料。所谓生态营养饲料，就是指既满足动物生理生产需要，又使动物产品无公害不污染环境的动物饲料。芽孢杆菌饲料添加剂就是生态营养饲料的重要成分。由于芽孢杆菌是天然、无毒、无残留、无公害、不污染环境，所以与其它添加剂相比更广泛用于养殖业。 3、抗应激的需要 不论是热应激、气候突变、饲料变更、运输、预防注射等外部环境的突变，都会引起机体内环境的改变，使体内微生态平衡失调，代谢紊乱，出现食欲减退，生产力下降，以及拉稀等应激症侯群，对这种应激病症，用其他药物难于治疗，如果应用芽孢杆菌制剂就能恰倒好处，就能克服或降低因应激因素导致的生产力下降，这也是芽孢杆菌制剂应用特长之一。 4、提高生产性能的需要 芽孢杆菌可产生各种消化酶、维生素、有机酸和促生长因子等多种生物活性物质，如张晓梅等(1999)报道，雏鸡早期饲喂芽孢杆菌制剂可显著提高肠道消化酶的活性。给肉鸡添加芽孢杆菌制剂，其消化道的淀粉酶和总蛋白酶活性都有明显提高。这对提高饲料转化率和促进肉鸡早期生长极为有利。由于芽半杆菌制剂能提高饲料转化率，促进多种营养物质的吸收，因而能促进生长、增加体重或提高产蛋量，进而提高了生产性能。 5、防治疾病的需要 由于芽孢杆菌制剂能够维持肠道的微生态平衡，提高机体免疫功能，产生多种抗生物质，如乳酸菌素、嗜酸菌素、杆菌肽等，以及产生的有机酸、HO等物质，能抑制病原菌的生长繁殖。另22 外，通过占位、粘附、竞争性排斥、营养物质的争夺，抑制有害菌的定植和生长，起到生物拮抗作用，从而能防治疾病。 7、改善环境条件的需要 动物肠道内的大肠杆菌可导致蛋白质腐败产生氨和胺等具有刺激性和毒性的物质，芽孢杆菌可抑制大肠杆菌增殖，减少氨和胺的产生，并在大肠中产生氨基化氧化酶及分解硫化物的酶类可以将吲哚类化合物氧化成无臭无毒害物质。芽孢杆菌与体内原有正常菌协同作用，提高饲料转化率，减少蛋白质向氨及胺的转化，减少亚硝氨、氨、吲哚、粪臭素等有害物质的产生，消除恶臭气味，减少这些物质通过粪便对环境的污染，净化了舍内空气质量，有利于养殖业的持续发展。 我国畜牧业目前面临“绿色贸易壁垒”,因此发展益生素受到了人们极大的重视。芽孢杆菌这种新型的生物制品正以其独特理念影响着日益发展的畜牧业,而且随着微生态学研究的进一步深入,以及人们对绿色、安全和环保意识的不断增强,芽孢杆菌的应用前景会更加广阔。 华雨药业有限公司技术部 2010-3-19