枯草芽孢杆菌在畜禽生产中的研究进展

于 洁， 赵敏孟， 龚道清

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225009）

抗生素在畜禽生产中的不合理使用， 会导致超级细菌、药物残留等问题，因此，对抗生素替代物的研究受到广泛关注。 微生态制剂因具有活性高、作用广、安全高效等特点而成为近年来的研究热点。枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是芽孢杆菌属的代表菌种（Wang 等，2018），具有提高畜禽生长性能、改善畜禽肠道菌群平衡、增强机体免疫等多种功能。 另外， 由于枯草芽孢杆菌抗逆性强（Oelschlaeger，2010）， 在饲料加工的过程中易存活，在颗粒、粉料中相对稳定，储藏时间长，因此，目前已广泛应用于畜禽生产中。 本文主要综述了国内外学者在畜禽营养试验中添加枯草芽孢杆菌的研究进展， 并对今后枯草芽孢杆菌的研究重点进行了展望。

1 枯草芽孢杆菌的生物学特性及生理功能

1.1 枯草芽孢杆菌的生物学特性 枯草芽孢杆菌是芽孢杆菌属的一种细菌，腐生、好氧或兼性厌氧，其细胞呈直杆状，单个菌体（0.7 ～0.8）μm×（2 ～3）μm，着色均匀，可产荚膜（王晓阁，2012），有鞭毛，能产生内生孢子（Hong，2010），是广泛生存于各种环境中的革兰氏阳性菌。

1.2 枯草芽孢杆菌的生理功能 枯草芽孢杆菌属于益生菌，在促进动物生长发育、维持动物机体健康等方面均有积极作用。 人与动物生长发育过程中肠道内会形成微生态平衡， 为机体肠道健康建立一道天然屏障。 当一些有害物质或微生物入侵时，微生态平衡会被破坏，机体容易产生疾病，造成生产性能的下降， 导致养殖户的经济损失。芽孢杆菌在动物肠道内定植后， 可释放大量活性物质，抑制细胞的凋亡（张干等，2019），保护肠上皮细胞，维护肠道形态。枯草芽孢杆菌能分泌大量抑菌物质，如细菌素（Souza 等，2016）、类细菌素和有机酸等。 枯草芽孢杆菌可将肠道内的淀粉分解为单糖，肠道菌再将单糖合成为乳酸，可有效降低畜禽肠道的pH（Perezlopez 等，2016），酸性环境下内源酶作用增强， 可有效提高机体对营养物质的吸收利用。有报道称，给断奶仔猪灌喂枯草芽孢杆菌混合物可调节黏膜屏障渗透性， 提高屏障信号通路中相应酶活性（Yang 等，2016），降低炎症因子的表达（Kong 等，2017），有效防止病原菌对肠道屏障的侵害。此外，枯草芽孢杆菌在提高机体免疫、抗氧化等方面均有积极作用。同时枯草芽孢杆菌的遗传背景清晰， 被认为是下一代超高效分泌的细胞工厂（张维娇等，2020）。

2 枯草芽孢杆菌在畜禽生产中的应用

2.1 对畜禽生长性能的影响 枯草芽孢杆菌在消化道内可产生大量的消化酶， 弥补机体内源酶的空缺，还可降低饲料中的抗营养因子，加大机体对营养成分的吸收，提高饲料的利用率。在家禽研究方面，Ma 等 （2018） 研究添加枯草芽孢杆菌（DSM 32315） 对肉仔鸡生长性能的影响时发现，在基础饲粮中添加1.0×109cfu/g 枯草芽孢杆菌，28 d 和42 d 时显著提高了肉鸡的平均体重，同时增加了生长期（1 ～28 d）和全期（1 ～42 d）的平均日增重（ADG），且全期的平均日采食量（ADFI）显著高于对照组。这也提示，枯草芽孢杆菌对各周期肉鸡饲料营养吸收皆有不同程度的促进作用，可能是其释放的消化酶，提高了机体的营养吸收。Li 等（2016）在肉鸡日粮中添加1.0×107cfu/g 枯草芽孢杆菌（1.1086），在2 周内，试验组的ADG 比对照组提高了27.7%，饲料转化率提高10.3%。 在猪生产方面，邢帅兵等（2020）在仔猪饲粮中加入活菌数≥5.0×108cfu/g 的枯草芽孢杆菌， 与饲喂基础饲粮的对照组相比，1 ～14 d，ADFI、ADG 无显著差异；15 ～49 d， 组间ADFI、ADG 同样无显著差异。 然而Tang 等（2019）在仔猪试验中发现，饲喂500 mg/kg 枯草芽孢杆菌可以显著提高仔猪ADG 并降低料重比。 这可能是由于饲喂方式与剂量的不同导致结果有所差异。 在犊牛的研究也发现，补充枯草芽孢杆菌（4×1010cfu/g）可显著提高犊牛的体重、 采食量和饲料利用率 （Renjia 等，2018），这可能是犊牛作为反刍动物，瘤胃占据了重要地位， 枯草芽孢杆菌的添加改善了其内部微生物环境，促进了瘤胃对营养物质的吸收。可见枯草芽孢杆菌在不同畜禽的生长性能方面均有积极作用， 但在实际生产中要根据动物种类及生长阶段的不同，制定不同的饲喂方案。

2.2 对肠道微生态平衡的影响 通常数量庞大的微生物在肠道中混合生存， 维持着一种动态平衡。 畜禽肠道的微生态环境稳定有利于机体生长发育及对营养物质的吸收和利用。研究发现，枯草芽孢杆菌在进入动物消化道后， 一方面可以产生抗菌肽等物质（朱沛霁，2017），抑制沙门氏菌等有害菌的生长，同时有利于乳酸杆菌、双歧杆菌等益生菌的生长，对其数量有提升作用；另一方面，枯草芽孢杆菌在定植后， 作为好氧菌可消耗肠道内多余的氧气，氧气含量的降低也可抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害细菌， 维持了消化道微生态的动态平衡。在肉鸡上的研究发现，日粮中添加枯草芽孢杆菌制剂能显著增加盲肠、 回肠和排泄物中的乳酸菌数量， 同时减少盲肠和排泄物中大肠杆菌数量（Jeong，2014）。 此外，还可降低大肠和排泄物中产气荚膜梭菌、 沙门氏菌的数量。 陈继发等（2019）试验发现，与对照组相比，给蛋鸡饲喂≥1×109cfu/g 枯草芽孢杆菌后， 蛋鸡十二指肠内气荚膜梭菌、 沙门氏菌和大肠杆菌相对含量均显著降低。肠道内沙门氏菌等的减少，也可降低蛋产品被细菌侵害的危险。 李娟等 （2019） 试验发现，0.05%丁酸钠与0.03%枯草芽孢杆菌联用组与对照组相比，肉鸡肠道内双歧杆菌数量显著提高。这也提示， 枯草芽孢杆菌的补充可以帮助畜禽调节肠道微生态平衡，利于畜禽的生长发育。枯草芽孢杆菌与其他制剂的联合使用同样有调节肠道菌群的作用，但其作用机制有待进一步研究。

2.3 对畜禽肠道形态的影响 小肠是机体营养物质吸收的关键部位， 良好的肠道形态是维持机体稳定的重要屏障（Forte 等，2016）。 枯草芽孢杆菌进入肠道内，可以减少有害菌的增殖，为肠道屏障的建立提供必要条件， 同时生成生物膜作为肠道另一层屏障。研究发现，饲粮中添加益生菌可提高空肠绒毛高度及黏蛋白基因的表达（Aliakbarpour，2012）。 邢帅兵等（2020）发现，在断奶仔猪饲粮中添加20 mg/kg 枯草芽孢杆菌， 与对照组相比，回肠隐窝深度下降了18.1%（P=0.084）。 赵姝娴等（2018）在蛋鸡日粮中添加1 g/kg 枯草芽孢杆菌，与对照组相比显著增加了十二指肠、空肠、回肠的绒毛高度、 隐窝深度以及绒毛高度/隐窝深度。 李玲茜等（2020）在海兰褐壳蛋鸡饲粮中添加1×1010cfu/kg 枯草芽孢杆菌，与对照组相比，空肠绒毛高度提高。 肠道隐窝变深说明肠道上皮细胞的成熟率下降，肠绒毛高度/隐窝深度比值能较好的描述肠道营养吸收能力（Yang，2020），比值越高证明肠道营养吸收能力越强。 枯草芽孢杆菌定植在肠道中， 不仅能减少有害微生物对肠道屏障的破坏，还可以改善畜禽的肠道形态结构，提高小肠对营养物质的消化率和饲料转化率。

2.4 对肉品质和蛋品质的影响 枯草芽孢杆菌对畜禽肉品质改善也有一定作用。 晏崇伟等（2019）发现，饲喂枯草芽孢杆菌（200 mg/kg），育肥猪肌肉的滴水损失、 灰分与对照组相比略有提高但不明显， 蛋白质含量与对照组相比有提高的趋势。彭俊平等（2018）发现，在育肥猪饲粮中添加枯草芽孢杆菌等制剂，可明显改善猪肉肉色。研究证明， 枯草芽孢杆菌对不同畜禽的肉品质均有不同程度改善。在湖羊上的试验发现，添加枯草芽孢杆菌组的大理石纹显著高于对照组 （朱爱文等，2017）。同时，给蛋鸡饲喂枯草芽孢杆菌，可以显著增加蛋壳厚度（Xu 等，2018）、蛋壳强度（Guo 等，2016）。 目前，关于枯草芽孢杆菌对肉品质影响的研究还相对较少， 其作用机理和有关功能还有待继续研究。

2.5 对畜禽免疫力的影响 枯草芽孢杆菌可有效提高畜禽的免疫力，增强相关抗炎基因的表达，刺激机体免疫器官的生长发育。 还可以作为非特异性免疫因子， 刺激相关淋巴组织引起局部体液免疫反应（Cédric 等，2018），提高肠上皮细胞的免疫功能。研究证实，枯草芽孢杆菌可用于肠道集合淋巴结的抗原结合位点， 从而促进肠道相关的淋巴组织生长（Gadde 等，2017），T、B 淋巴细胞数量增多， 使黏膜表面的IgA 和血液中免疫球蛋白抗体的分泌增加（Rajput 等，2013），增强畜禽机体的免疫功能，保证动物的健康发育。 有试验报道，饲喂枯草芽孢杆菌可显著提升肉鸡各项生长、 免疫指标（Jayaraman 等，2017），肝脏中IL-6、IL-10 含量显著增加（Wang 等，2018），可有效调节免疫系统细胞的增殖、分化。 Kim 等（2019）研究报道，补充2.56×109cfu/kg 枯草芽孢杆菌虽没有减少仔猪腹泻的频率， 但提高了仔猪的生长速度和饲料利用率，降低了肠道通透性，可能会改善断奶仔猪的肠道健康。以上结果表明，枯草芽孢杆菌对于炎症发生有抑制作用，可有效提高畜禽免疫力，促进免疫器官的发育，增强免疫细胞的活性，有利于动物的健康。

2.6 对畜禽抗氧化能力的影响 氧化应激是导致机体衰老和与之相关疾病的根本原因 （Bai 等，2017）， 过度的氧化应激以及炎症反应会导致脂类和蛋白质的氧化，这是动脉粥样硬化的一项发病机制。 低密度脂蛋白一旦被氧化，便会被巨噬细胞内化而产生泡沫细胞，这种细胞能释放刺激病变的因子（Zhang，2010），同时氧化应激还会引起糖尿病、高血压等疾病，枯草芽孢杆菌的添加可能会刺激相关基因的表达，对于这一机制有待进一步研究。 有试验报道，在肉鸡饲粮中添加1.0×1011cfu/g 枯草芽孢杆菌， 小肠线粒体锰超氧化物歧化酶（Mn-SOD）、谷胱甘肽（GSH）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性明显升高（Bai 等，2018）。彭豫东等（2019）报道，添加300 mg/kg 枯草芽孢杆菌组与对照组相比， 石门土鸡的血清总超氧化物歧化酶（T-SOD） 活性显著提高；14、28 d 时， 添加300、600 mg/kg 枯草芽孢杆菌组的血清GSH-Px 活性极显著高于对照组。在育肥猪方面，朱瑾等（2019）研究表明， 在育肥猪基础日粮中添加200 mg/kg的枯草芽孢杆菌，与对照组相比，肥育猪血浆中丙二醛（MDA）含量显著降低，过氧化氢酶（CAT）活性极显著提高。上述结果表明，枯草芽孢杆菌可提高动物机体抗氧化能力， 从而减少氧化应激带来的相关疾病的发生。

2.7 对畜禽血液生化指标的影响 在血液中除了含有血液细胞外，还有许多其他物质。检测血液中的各种离子、糖类、脂类、蛋白质以及各种酶、激素和机体的多种代谢产物的含量可有效了解畜禽机体营养吸收、消化代谢等情况。丁浩等（2020）在饲粮中添加500 g/t 枯草芽孢杆菌制剂，改善了保育猪的机体氮利用和糖脂代谢相关的血浆生化参数，试验表明，试验组更利于脂肪的堆积及断奶仔猪的生长发育。 Zhao 等（2019）报道，枯草芽孢杆菌可缓解血脂异常， 还可促进脂肪酸的β-氧化来降低肝脂质含量。 Ma 等（2012）饲喂蛋鸡枯草芽孢杆菌后发现，与对照组相比，血清中的谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）无显著变化，Li 等（2011）发现，添加枯草芽孢杆菌对绍兴鸭血清中的ALT 和AST 活性无显著影响。 另有研究报道， 饲粮中添加益生菌可以显著降低蛋鸡血清ALT 和AST 活性（Sobczak 等，2015）。 对于肝癌、脂肪肝等疾病，血液中ALT 会明显增高，通过检测ALT 含量，可有效判断肝功能等情况。以上结果提示， 枯草芽孢杆菌可以降低血清ALT 活性， 或许可以用于脂肪肝等肝脏疾病的预防及治疗。

2.8 对生态环境的影响 畜禽污染物未经处理就排放会导致水体富营养化， 不仅污染土壤和地下水，还会产生恶臭污染周边大气环境，并且其中的有害微生物会通过水体或空气等各种渠道危害人体健康。未经处理的畜禽粪便用于耕地，还会影响农作物的生长，因此，如何减轻污染是养殖业高效生产必须克服的难关。研究表明，枯草芽孢杆菌可以分泌分解水体中有机质的胞外酶（陈尚智等，2011），可以降低水体的富营养化。还有研究发现，饲喂枯草芽孢杆菌的动物粪便中，产气荚膜梭菌、沙门氏菌的数量减少（Jeong 等，2014），有效降低了粪便中微生物的污染。 可见， 枯草芽孢杆菌对减轻畜禽污染物有积极作用。

3 总结

枯草芽孢杆菌具有诸多的生理功能， 在提升畜禽生长性能、增强营养物质吸收、提高免疫能力等方面都有一定的效果， 且可耐受饲料加工中产生的高温、高压，是较好的抗生素替代物。 目前关于枯草芽孢杆菌在猪与鸡上的应用研究较多，在其他动物上的应用报道相对较少， 需进一步加强研究。 如何优化培养枯草芽孢杆菌，提高其活性，以及枯草芽孢杆菌与哪些饲料添加剂联合使用，可充分发挥联合应用效果同样有待发现。另外，枯草芽孢杆菌对某些疾病的发生可能存在抑制作用，此方面值得研究和关注。