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毕英佐:动物肠道微生物及微生态制剂发展动态!

时间:2015-03-21 12:11来源:中国养殖业联盟 作者:admin 点击:

        动物肠道微生物是动物体第十大系统, 对动物健康的影响重大, 主要表现为互利共用、 同食共生和致病。微生态制剂是指在微生态学的理论指导下, 调整微生态失调、 保持微生态平衡、 提高动物健康水平或增进健康状态的生理活性制品及其代谢产物, 以及促进这些生理菌群生长繁殖的生物制品。尽管当前微生态制剂的发展存在对其作用效果仍有争议、 作用效果不稳定、 缺乏行业标准、 质量参差不齐等问题, 但不改其逐渐受到行业重视的事实。基于此, 未来微生态制剂的研究重点应从以下方面着手: 提高菌株定植力, 提高抗逆性, 与中草药、酸化剂及寡糖联用, 基因工程技术的应用, 代谢产物的研究, 养殖环保问题的解决。
1.肠道微生物与动物健康
1.1 动物肠道微生物简介
       动物肠道微生物是动物体第十大系统。动物的体内或体表存在着大量的正常微生物, 每克肠道内容物中含超过100亿个细菌, 它们大部分与机体细胞密切接触, 交换能量物质, 相互传递信息, 微生物群系之间及微生物与动物体之间形成了相互依存、 相互作用的不可分割的整体, 微生物参与动物体的生长、 发育、 消化、 吸收、 营养、 免疫、生物拮抗及其它各个方面的功能和结构的发生、发展和衰退的全过程。
1.2 动物肠道微生物的种类
      肠道菌包括厌氧菌和好氧菌。
     厌氧菌: 类杆菌属、 双歧杆菌属、 真杆菌属、 梭形杆菌属、 梭状芽胞杆菌属和乳酸菌。
    好氧菌: 革兰氏阳性肠细菌, 如大肠杆菌和沙门氏杆菌; 革兰氏阴性肠细菌, 如肠球菌、 葡萄球菌和链球菌。
   鸡体肠道微生物: 嗉囊中主要有乳杆菌; 腺胃、 肌胃、 小肠中的微生物与嗉囊类似; 盲肠中有各种厌氧菌。
1.3 肠道微生物对动物健康的影响
      肠道微生物对动物健康的影响主要表现为互利共用、 同食共生和致病 (参见图1) 。肠道微生物的整体丢失或过度繁殖将会导致炎性肠病,因此需维持肠道微生态的平衡。

1.4 动物肠道有益微生物的功能
1.4.1 动物肠道有益微生物的主要功能
    ①维持肠道微生态平衡: 肠道内有益微生物在定性、 定量和定位等方面保持平衡状态, 从而维持肠道微生态平衡。有益微生物一旦平衡失调,将导致动物体生产性能下降和发病。
    ②生物夺氧: 需氧微生物, 消耗肠道内的氧气, 形成厌氧环境, 抑制有害需氧菌和兼性厌氧菌的增殖, 防止发病。
    ③生物颉颃作用: 有益微生物与病原微生物竞争肠黏膜上皮细胞粘附位点, 形成产生颉颃作用。
    ④增强机体免疫功能: 刺激免疫、 激发机体体液免疫和细胞免疫, 增强机体的免疫力和抗病力。
    ⑤产生营养物质: 有益微生物产生消化酶和营养物质, 参与机体新陈代谢。
1.4.2 几种常见的肠道微生物
    多形拟杆菌:多形拟杆菌 (Bacteroides thetaio⁃taomicron) 是最优秀的碳水化合物降解细菌, 能合成260多种消化植物成分的酶, 降解为葡萄糖和其他易消化的小分子糖类, 帮助人和动物从食物中提取营养素。多形拟杆菌分泌降解碳水化合物的酶, 可以帮助食物在肠道的消化, 如小鼠动物实验表明, 没有携带多形拟杆菌的小鼠, 需要比携带这种细菌的小鼠多吃30%的食物。
  大肠杆菌: 禽大肠杆菌病是家禽最常见的细菌病之一, H9N2亚型禽流感常与大肠杆菌病并发、 继发。高崧 (2001) 证实, H9N2亚型禽流感病毒与不同致病性的大肠杆菌间存在不同程度的致病协同作用, 特别是与中、 低致病性禽流感病毒先行感染对大肠杆菌具有协同致病作用。
   脆弱拟杆菌: 肠道免疫系统发育是动物肠道黏膜免疫系统与高密度的肠道微生物长期对抗、合作的结果。免疫系统稳定和维持需要T细胞亚群的恰当平衡。研究人员向免疫系统有缺陷的无菌小鼠植入脆弱拟杆菌后, 免疫系统可以恢复正常, 促炎 T 细胞和抗炎 T 细胞之间重回平衡状态。产多糖A脆弱拟杆菌肠道定植可以纠正Th1/Th2的失衡。
1.4.3 日粮结构和添加剂对肠道微生物的影响
    Marie等 (2014) 通过给动物不同的饮水 — —普通饮水 (CHW) 、 阿斯巴甜溶液 (CHA) 、 高脂肪饮水 (HFW) 和高脂肪阿斯巴甜饮水 (HFA) 进行了研究, 结果表明: 高能可以提高硬壁杆菌门的比例 (与能量代谢的细菌) , 不具有能量价值的甜味物质可以改变不同菌种之间的比例。
2.微生态制剂在动物生产中使用现状与未来
2.1 微生态制剂简介
      微生态制剂是指在微生态学的理论指导下,调整微生态失调、 保持微生态平衡、 提高动物健康水平或增进健康状态的生理活性制品及其代谢产物, 以及促进这些生理菌群生长繁殖的生物制品。研究发现, 微生态制剂具有以下功能: 改善肠道菌群结构, 抑制病原菌、 消除致癌因子、 提高机体免疫力、 降低胆固醇等重要的生理功效; 改变肠道微生物的代谢活动; 改变肠道的物理化学环境; 降解潜在致癌物; 改变肠道菌群; 产生抗癌-抗诱变的物质; 提高宿主的免疫应答; 影响宿主的生理活动; 发酵不能被消化的食物形成有益代谢产物。
2.2 常用微生态制剂的种类
     2013 年农业部发布 《饲料添加剂品种目录(2013) 》 , 明确说明我国养殖动物允许使用的微生物添加剂包括30种, 根据微生物的特性及是否为益生菌可分为两大类:
     芽孢杆菌类: 如枯草芽孢杆菌、 地衣芽孢杆菌等。主要功能: 芽孢杆菌可抑制病原菌的生长并分泌蛋白酶淀粉酶, 提高饲料转化率。
     乳酸杆菌类: 如乳杆菌、 乳链球菌、 乳酸球菌、双歧杆菌等。主要功能: 乳酸菌可促进肠道对营养物质的吸收, 产生有机酸抑制病原菌的生长, 修复和保护肠道。
2.3 微生态制剂的产业链模式

2.4 微生态制剂的发展历史
      二十世纪七十年代: 启蒙阶段;
      二十世纪八九十年代: 理论阶段;
     1997~1999年: 初创阶段;
     2000~2003年: 混战阶段;
     2003~2006年: 整合阶段;
     2006年至今: 复苏阶段。
2.5 当前微生态制剂发展存在的主要问题
       对微生态制剂的作用效果存在争议, 作用效果不稳定; 缺乏行业标准、 质量参差不齐; 中小型企业多, 领军企业少; 一定程度上存在恶性竞争。
2.5.1 对其作用效果存在争议, 作用效果不稳定
     对微生态制剂持肯定态度的认为, 微生态制剂优点众多 — —安全环保、 无残留、 无耐药性、 无毒害性, 防治病原、 保健营养; 对微生态制剂持怀疑态度的则认为, 微生态制剂价格高、 稳定性差、作用缓慢。
    总体而言, 由于受菌种质量、 饲喂方法、 保存方法及时间、 其他饲喂药物、 其他疾病及环境变化、 季节及气候等多因素影响, 微生态制剂效果不稳定、 差异大。
2.5.2 缺乏行业标准, 质量参差不齐
    活菌数: 不同的产品其活菌数从 2 亿/g~10 000亿/g不等, 差异巨大。
   代谢产物: “未知生长因子” 、 “多种多糖” 、 “大量营养物质” 等, 产品中均未明确成分、 含量。
   因此, 未来我国微生态制剂的产业发展, 需做好以下关键工作: 规范国家通则及企业标准, 统一活菌检测, 明确成分, 加强管理, 形成微生态制剂的国家标准。
2.5.3 中小型企业多, 领军企业少
    目前微生态制剂在国内的销售额超过20亿元人民币。新希望集团、 温氏集团、 正大集团、 通威集团等也已从以前的质疑、 观察, 逐渐转变为尝试、 肯定。全球动物微生态制剂年产值也从20世纪80年代的不足1亿美元增加到目前的约25亿美元 (见图3) 。
2.7 微生态制剂 (灭活乳酸菌) 对动物生产性能的影响
      微生态制剂 (灭活乳酸菌) 可显著提高动物的生产性能。有研究表明: ①添加0.1%的微生态制剂 (灭活乳酸菌) , 可提高断奶仔猪存活率 (添加组为98.90%、 对照组为94.59%) , 减少腹泻 (添加组为1.38%、 对照组为5.59%) ; ②添加0.03%~0.05%的微生态制剂 (灭活乳酸菌) , 可改善麻鸭料肉比(添加组为2.3 ∶ 1, 对照组为2.41 ∶ 1) 、 提高获利 (添加组为3.01元/只, 对照组为1.91元/只) ; ③添加微生态制剂 (灭活乳酸菌) 可减少土鸡用药费用(添加组为0.61元/只, 对照组为0.76元/只) 、 提高获利 (添加组为3.44元/只, 对照组为2.21元/只) 。

2.7.1 为何要制成灭活乳酸菌微生态制剂
    制成灭活乳酸菌微生态制剂的主要优点有:

①抗逆性强: 灭活后的细胞不受环境变化的影响, 对抗生素不敏感, 更稳定。

②不繁殖: 不与动物争夺营养, 可改善饲料转化率。

③不会导致噬菌体污染暴发, 持续有效, 可长期使用。

④灭活后吸附能力强, 同样具有竞争排斥作用。

⑤强化脱霉菌毒素能力 (细胞壁中的肽聚糖吸附多种毒素)
2.7.2 灭活乳酸菌作用微生态制剂机制

①竞争排斥: 细胞壁上的多糖、 黏附素, 与小肠绒毛上的特异位点结合, 形成生物保护膜。

②选择性抑杀致病菌: 类细菌素、 乳酸等代谢产物对有害微生物有抑杀作用, 但能刺激乳酸菌的生长。

③免疫调节作用: 刺激非特异免疫, 提高IgA水平。

④吸附霉菌毒素
2.7.3 灭活乳酸菌制剂作用效果

①防治营养性、 细菌性或病毒性下痢;

②作为添加剂加入饲料中, 能增加动物食欲,提高动物生产性能, 降低养殖成本;

③与抗生素同时使用, 协同防治疾病;

④与饲料酸化剂同时使用, 效果更佳;

⑤可改善肉、 奶、 蛋品的品质和风味。

⑥减少胺的产生,
 
2.8 微生态制剂研究的未来发展方向

2.8.1 提高菌株定植力

①从肠道菌群筛选;

②研究菌株定植部位;

③使用在肠道中快速繁殖的菌株;

④重点研究微生物的群体感应: 目前群体感应已被报道在诸多种类的细菌中存在, 并且能够调节细菌很多生理活动的基因表达; 细菌某些特定基因的表达是由整个群落共同调节, 并非单个细菌的作用, 除此之外, 群体感应可能被用来调节细菌的数量, 从而防止细菌浓度太高而不能适应周围环境; 环境中所有的营养物质全部耗尽, 但废弃物质没有被移除, 那么可能对整个群落有害; 群体感应能够被用来调节细菌群落的状态。

2.8.2 提高抗逆性
    通过菌株的驯化和保护剂的添加, 以提高菌株抗逆性 — —耐高温、 耐胃酸、 耐胆汁酸盐、 耐紫外线、 耐药物、 耐金属离子, 从而达到以下目的: 运输、 制粒过程中保存活力; 进入肠道后不失活; 保证作用效果及稳定性。2.8.3 与中草药、 酸化剂及寡糖联用
    益生菌与中草药、 酸化剂、 寡糖联用, 主要有以下优点: 益生菌促进中草药活性物质的释放; 益生菌改善肠道微生态, 促进中草药、 寡糖的吸收;中草药可提高动物免疫力, 增强益生菌定殖, 酸化剂改善益生菌萌发、 生长环境。

2.8.4 基因工程技术的应用
   通过基因重组、 转染等基因工程技术的应用,可改善菌株抗逆性, 有效表达有益代谢产物, 加快共生因子的研究、 开发出复合功能微生态制剂。

2.8.5 代谢产物的研究
   通过现代分子生物学结合基因工程, 识别微生物产生作用的物质, 并加以研究; 开发严格厌氧有益微生物体外繁殖生产稳定的活性物质运用于动物生产, 如脆弱拟杆菌多糖A激活或修复动物机体的免疫平衡; 解决产品标准化和效果标准化的一个可能途径, 培育过程减少环境对微生物的影响。

2.8.6 养殖环保问题的解决

  加速相关技术的研究, 为养殖企业解决环保问题提供技术支持, 如发酵床养殖技术、 动物残体的微生物降解、 黑膜沼气及堆肥处理系统。(来源:中国禽业导刊)

 

(责任编辑:admin)
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