國內(nèi)外飼用微生態(tài)制劑的進(jìn)展
來源：瀘州正泰生物 時間：2019-06-03
最早研究和應(yīng)用畜禽微生態(tài)制劑的歷史可以追溯到1947年，蒙哈德（Mollgaard）首先發(fā)現(xiàn)使用乳酸桿菌飼喂仔豬可有效的增加仔豬的體重并改善仔豬的身體健康。然而20世紀(jì)50、60年代正是抗生素研究、生產(chǎn)和使用的黃金時期，導(dǎo)致微生態(tài)制劑研究和開發(fā)工作處于低潮，一段時期以來沒有受到足夠的重視，直到80年代中期情況才有了根本性的扭轉(zhuǎn)。
微生態(tài)制劑作為一種新興的飼料添加劑，雖然近10年來發(fā)展很快，但其使用效果存在著明顯的不穩(wěn)定和不連續(xù)性。這主要由于缺乏對動物正常及病態(tài)狀態(tài)下腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)和特性的研究，對腸道做生物和寄主之間的互相作用方面的研究更少。只有更深入的研究腸道微生物菌群在動物生長發(fā)育和保健中所起的作用，才能做到有的放矢，確保新型微生態(tài)制劑的高效、安全。
1豬、雞腸道微生態(tài)學(xué)的最新研究進(jìn)展
1．1豬、雞腸道微生物的系統(tǒng)發(fā)育和結(jié)構(gòu)組成
與所有的脊椎動物一樣，仔豬和仔雞的胚胎處于無菌狀態(tài)，分娩時由于仔豬受到母體產(chǎn)道、糞便及環(huán)境微生物的影響，在出生后的3～4個小時，腸道內(nèi)開始檢出大腸桿菌和鏈球菌。兼性厭氧菌作為第一批在仔豬腸道定植的菌株是由于仔豬初生時腸道內(nèi)環(huán)境中高溶解氧。高氧化還原電位等選擇的結(jié)果。動物初生24小時之后，大腸桿菌和鏈球菌菌數(shù)達(dá)到108。48小時仔豬腸道內(nèi)開始出現(xiàn)可以在微氧環(huán)境中生存的乳酸桿菌，72小時專性厭氧菌、擬桿菌開始在腸內(nèi)定植。然而以上的描述只是一個理論模式，仔豬體內(nèi)的菌群發(fā)育情況因個體差異而有所不同。
Muralidhara（1977）的研究報告指出，仔豬出生后4個小時糞便中可以檢測出乳酸桿菌，而8個小時之后才檢測出大腸桿菌。Monghan（1992）發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌和大腸桿菌最初出現(xiàn)在仔豬糞便中的時間各仔豬明顯不同，從25個小時開始到出生后7天都有發(fā)生。
Katouli（1995，1997）用分子生物學(xué)的方法研究仔豬的腸道菌來源，發(fā)現(xiàn)母豬是仔豬前兩周內(nèi)腸道微生物的主要污染源，然而對大腸桿菌基因型的分析卻證明環(huán)境因素同樣起了很大的作用。仔豬從出生到斷奶后腸道菌的組成一直在發(fā)生連續(xù)的變化，一般認(rèn)為直到育肥期才趨于平衡。在育肥期豬的腸道內(nèi)至少發(fā)現(xiàn)有30多個屬、100多種細(xì)菌。
禽類胃腸道的解剖結(jié)構(gòu)和豬有明顯的區(qū)別，其腸道菌的組成和結(jié)構(gòu)具有其明顯的特點。然而我們對仔雞初生之后胃腸道中微生物菌群演替過程的了解非常匱乏。Scanlan和Grahan（1990）報道認(rèn)為，雞嗉囊和砂囊內(nèi)的上皮細(xì)胞表面粘附著大量的乳酸桿菌，而乳酸桿菌的數(shù)量影響著大腸桿菌的水平。雞小腸內(nèi)以兼性厭氧菌如大腸桿菌、乳酸桿菌、鏈球菌和金黃色葡萄球菌為優(yōu)勢菌群，專性厭氧菌只占總菌數(shù)的9％～39％。到達(dá)盲腸后專性厭氧菌變成主要菌群，總量達(dá)到1011。雞的大腸很短，腸道菌群主要坐落在盲腸。
1．2影響豬、雞腸道微生物生態(tài)平衡的主要因素
任何一個生態(tài)群落中種群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量的組成都是外部環(huán)境因素作用的結(jié)果。對于腸道微生物菌群而言，寄主的遺傳免疫特性、腸道內(nèi)pH和氧化還原電位的高低、寄主的食物結(jié)構(gòu)是影響其結(jié)構(gòu)與活性的主要因素。在所有這些環(huán)境因素中，首先要回答的最基本問題是，個體之間腸道微生物菌群在發(fā)育和組成上的差異是由于個體遺傳結(jié)構(gòu)上的差異所造成的，還是寄主所在環(huán)境因素的結(jié)果。Florin（2000）通過對同卵孿生子和異卵孿生子腸道中甲烷產(chǎn)生菌存在幾率的比較，以及小鼠在不同飼養(yǎng)環(huán)境中甲烷產(chǎn)生菌感染幾率的比較發(fā)現(xiàn)，在決定腸道微生物群結(jié)構(gòu)中遺傳因素和環(huán)境因素各起50％的作用。這為微生態(tài)制劑在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。說明畜禽腸道微生物的組成、結(jié)構(gòu)、發(fā)育過程等是外界因素和動物體本身雙重作用的結(jié)果，適當(dāng)?shù)奈⑸鷳B(tài)制劑能夠調(diào)整腸道菌達(dá)到平衡。
毫無疑問，飼料的營養(yǎng)組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)是影響腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)的另一個重要因素。對仔豬而言，斷奶前后日糧組成的巨大變化會引起腸道微生物菌群的混亂。Krause（1994）發(fā)現(xiàn)仔豬飼料中添加乳糖可以有效地降低腸道內(nèi)鏈球菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、霉菌和酵母菌的數(shù)量。而淀粉類飼料對上述菌群有刺激生長的作用。這是由于仔豬體內(nèi)對淀粉類飼料的消化能力較低，而乳酸桿菌對乳糖的發(fā)酵比淀粉快，產(chǎn)生大量的乳酸，抑制了其它菌的生長。正是由于飼料的組成直接影響到腸道菌的平衡，一系列寡糖添加劑便應(yīng)運而生，其中包括寡聚甘露糖、寡聚果糖、寡聚木糖和寡聚半乳糖等。
在飼料中添加低于治療劑量的抗生素不可避免地降低了腸道微生物的發(fā)酵水平，從而提高了飼料轉(zhuǎn)化率。但是早在1968年，Smith發(fā)現(xiàn)了由于飼料中濫用四環(huán)素，抗四環(huán)素抗性因子開始出現(xiàn)在腸道病原菌中。雖然1971年英國全面禁止四環(huán)素類抗生素在飼料添加劑中的使用，Smith在1975年的追蹤調(diào)查中卻發(fā)現(xiàn)抗四環(huán)素抗性因子在豬腸道大腸桿菌中的含量并沒有明顯下降。Langlois在1983年的進(jìn)一步實驗中也發(fā)現(xiàn)了即使豬停止使用四環(huán)素類抗生素達(dá)10年之久，抗性因子的含量只下降了50％。由此可見，抗生素對畜禽腸道微生物的污染和人類對自然環(huán)境的破壞同樣可怕，需要相當(dāng)長的修復(fù)時間。更可怕的是自然界的破壞極易引起人們的關(guān)注，而濫用抗生素對畜禽腸道微生態(tài)系統(tǒng)的破壞卻長期被人們所忽視。
1．3分子生態(tài)學(xué)的方法在研究腸道微生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用在過去的一個世紀(jì)中，人們對腸道微生物菌群的了解完全基于常規(guī)微生物實驗的手段。隨著近幾年來分子微生態(tài)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對腸道微生物菌群的結(jié)構(gòu)與特性有了全新的認(rèn)識。科學(xué)家們驚訝地發(fā)現(xiàn)腸道中只有占總數(shù)30％的細(xì)菌可以通過常規(guī)微生物學(xué)的實驗方法培養(yǎng)出來，而剩下的70％卻是未知的，只有通過分子生態(tài)學(xué)的方法測定它們的存在。在這些迄今無法培養(yǎng)的細(xì)菌中，有些種類如梭狀芽孢桿菌屬中的Segmented filamentous acteria在動物和人體出生后免疫系統(tǒng)成熟方面起著非常重要的作用。在雞的小腸內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了一種巨大細(xì)菌，這種細(xì)胞和腸粘膜的上皮分泌細(xì)胞緊密相粘，表明與其上皮細(xì)胞是一種互生的關(guān)系。總之，分子微生態(tài)學(xué)已成為近幾年來腸道微生態(tài)學(xué)中最活躍的熱點之一，分子微生態(tài)學(xué)技術(shù)的發(fā)展最有可能給腸道微生態(tài)學(xué)帶來革命性的突破。
2畜禽微生態(tài)制劑的作用原理及最新研究進(jìn)展微生態(tài)制劑包括益生菌、益生元及含有益生菌和益生元的合生素三種類型。微生態(tài)制劑作為綠色飼料添加劑現(xiàn)已被廣大消費者所接受。與化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、作用機(jī)理單一的抗生素相比，微生態(tài)制劑的成分要復(fù)雜得多。除了活的菌體之外，菌體本身尚包含碳水化合物、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子，由于這些物質(zhì)的存在決定了其作用原理的多樣性。一般認(rèn)為微生態(tài)制劑促進(jìn)畜禽健康的作用機(jī)理包括以下幾個方面：
幫助寄主腸道菌群盡快達(dá)到應(yīng)有數(shù)量，或者維持其生態(tài)平衡。
飽和腸粘膜的吸附位點，致使病原菌無法在腸粘膜上定植。對于益生元來講，可以競爭性地和病原菌表面的受體結(jié)合，從而使病原菌不能與腸壁受體結(jié)合。
發(fā)酵碳水化合物，產(chǎn)生短鏈脂肪酸等代謝產(chǎn)物，降低腸道內(nèi)pH值，從而抑制腸道內(nèi)發(fā)酵蛋白質(zhì)的菌群活性，減緩腸內(nèi)蛋白質(zhì)的發(fā)酵速度。
刺激寄生免疫細(xì)胞的活性，提高免疫球蛋白的水平。
促進(jìn)維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，同時產(chǎn)生多種消化酶，協(xié)同寄主增加對飼料的消化和吸收。
目前市場上銷售的畜禽益生菌制劑含有芽胞桿菌、乳酸桿菌、糞鏈球菌、雙歧桿菌、酵母菌等幾大類。光合菌和梭狀芽胞桿菌屬的部分菌株及噬菌蛭弧菌等也常被用做益生菌添加到仔豬和仔雞飼料中。菌株的篩選和活性的測定是益生菌研究中的關(guān)鍵問題，決定著微生態(tài)制劑的使用效果?，F(xiàn)在認(rèn)為合格的益生菌菌株必須滿足以下幾個方面要求：
①正確的來源。由于寄主的遺傳特性和環(huán)境影響在決定腸道菌菌群結(jié)構(gòu)和組成方面各起50％的作用，寄主和腸道菌之間存在著相互選擇、相互依賴的關(guān)系。母豬體內(nèi)的菌株毫無疑問更易在仔豬體內(nèi)定植，所以菌株的來源應(yīng)當(dāng)和使用對象一致，只有這樣才能增強益生菌功效的特異性和針對性。
②定植和粘附力。益生菌雖然有調(diào)節(jié)腸道菌平衡和改善內(nèi)環(huán)境的作用，但是停止飼喂益生菌后其作用也會隨著菌體被排除體外而消失?，F(xiàn)在認(rèn)為益生菌在腸壁上的粘附是益生菌定植過程中的一個重要步驟，是大量繁殖變成優(yōu)勢種群的前提，所以粘附力的強弱是篩選益生菌菌株的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。
③在酸性和高膽鹽環(huán)境中的生存能力?？诜且嫔M(jìn)入腸道的主要途徑，所以益生菌在進(jìn)入大腸之前必須經(jīng)受胃中鹽酸和小腸中高濃度膽鹽的考驗。只有在鹽酸和膽鹽中成活率高的菌株才有可能發(fā)揮作用。
④特異的生理功能。每一種益生菌具有其特定的生理功能。例如嗜酸乳桿菌GG對寄主的免疫系統(tǒng)有較強的調(diào)解作用，而鼠乳桿菌對大腸桿菌有較強的抑制作用。只有對各個菌株的療效和生物特性有深入細(xì)致的研究和了解，才能根據(jù)不同情況設(shè)計出有促生長作用的微生態(tài)制劑。
⑤產(chǎn)品中穩(wěn)定的活菌數(shù)。微生態(tài)產(chǎn)品中活菌的數(shù)量是其發(fā)揮作用的根本保證，所以要求菌株在生產(chǎn)和保存過程中保持穩(wěn)定的活性是對菌株的基本要求。
雖然人們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識到活菌的數(shù)量是微生態(tài)制劑發(fā)揮作用的關(guān)鍵，但是在飼料中添加益生菌并不是多多益善。過量的益生菌反而會引起仔豬和仔雞的輕微腹瀉。Apgar(1993)使用不同劑量的雙歧桿菌（5．0×104，67×106，7．5×108cfu／天）喂養(yǎng)仔豬時發(fā)現(xiàn)，只有中低劑量的益生菌可以有效的增加仔豬的日增重、日采食量，因而提高飼料轉(zhuǎn)化率，而高劑量的益生菌反而影響仔豬的生長。
益生元添加量的多少同樣影響著實驗動物的生長。Dritz(1995)發(fā)現(xiàn)飼料中只有添加0.025％～0．05％的β一葡聚糖才能夠明顯地促進(jìn)仔豬的生長。如果劑量增加到0.1％，仔豬的日增重和日采食量反而下降。
動物免疫系統(tǒng)的復(fù)雜程度和動物體重的增長呈反比的關(guān)系?，F(xiàn)在認(rèn)為減少腸道中病原菌的數(shù)量和降低對免疫系統(tǒng)的刺激會導(dǎo)致動物體內(nèi)細(xì)胞介素的降低。而動物體內(nèi)細(xì)胞介素的水平和動物的生長有關(guān)。白細(xì)胞介素一1的升高可以引起動物生長速度的下降。所以那些對動物可以產(chǎn)生顯著免。
