益生菌對家禽腸道微生態的調控及其應用
導讀
抗生素在養殖業中的不合理應用，不僅危害動物健康，也帶來諸多弊端，如耐藥性、藥物殘留和食品安全等問題。益生菌是一類具有生物活性和對宿主健康有益的微生物，并因其無污染、無毒及無不良反應、抗菌保健和促生長等特點，成為繼抗生素之后的新型添加劑。在家禽生產中，應用益生菌能對家禽腸道微生態健康發揮多種作用，其中最直接的是優化腸道菌群，改善腸道微生態環境。由于家禽生長尤其是早期生長易受環境和營養應激等因素的影響，家禽腸道微生態平衡很容易受到破壞，導致家禽免疫機能降低，造成腸道菌群失衡進而降低其生產性能，引發各種疾病，甚至導致死亡。研究在益生菌對家禽腸道微生態調控機制及其在家禽生產中的應用方面進行綜述，旨在進一步認識益生菌的應用前景。
1家禽腸道菌群的組成與分布
剛出殼的雛雞腸道處于近乎無菌的狀態，通過空氣、飲用水和飼料等途徑從外界環境中帶入細菌。菌群最先定植于雛雞盲腸，主要是糞鏈球菌和腸桿菌類。趙春苗和夏素銀等研究表明，雞嗉囊中優勢菌群主要是乳酸桿菌; 肌胃以乳酸菌、腸球菌、乳糖陰性腸桿菌和大腸桿菌等為主;空腸和直腸中優勢菌群是乳酸桿菌、雙歧桿菌及擬桿菌，其次是消化球菌和彎曲桿菌; 回腸內以兼性和微嗜氧性細菌為主，優勢菌群主要是乳酸桿菌;盲腸以梭菌屬等專性厭氧菌為主。
家禽腸道中的微生物菌群受多種因素的影響，包括日糧組成、養殖環境、飼養密度、飼喂方式、家禽年齡及病原體的影響。研究表明，日糧中添加營養調控因子，益生菌、植物提取物和功能性氨基酸等，有利于動物腸道建立正常的腸道菌群。研制益生菌與益生元聯合運用的微生態制劑，抑制腐敗菌，防止腸道內有害物質的產生，將是今后微生態制劑的一個發展趨勢。
2家禽腸道微生態平衡的重要性
腸道不僅是機體營養物質消化吸收的主要場所，也是機體抵御外界病原微生物及其有害代謝產物的先天性屏障。腸道屏障從腸腔基底側依次由微生物屏障、化學屏障、物理屏障及免疫屏障組成( 見圖1) ，不同的屏障具有不同的生物學功能和分子調節機制。
健康動物腸道存在大量細菌，構成動物腸道的微生態系統，正常的腸道功能是動物機體健康的保證，是提高家禽生長性能的關鍵，家禽腸道屏障受到損傷，會導致動物健康受到不同程度的影響。益生菌可通過定植頡頏、優勢種群作用、產生抑菌代謝產物及促進機體免疫等方式抑制腸道內病原菌的生長與黏附，建立自身的主導地位，從而維持腸道內微生態平衡。
3益生菌對家禽腸道微生態調控機制
益生菌可通過調節宿主腸道內微生物組成發揮益生作用。益生菌通常能與腸黏膜上皮細胞結合，占據致病菌腸黏膜上皮細胞結合位點，對致病菌起屏障作用，同時能競爭性發酵腸道內容物，并產生有益于腸道黏膜保護的代謝物質，如短鏈脂肪酸和共軛亞油酸等。
3. 1 加強腸黏膜屏障
腸道菌群和腸黏膜共同構成一道保護屏障，抵御外界病原微生物入侵。益生菌作為一種生物活性物質，可與腸黏膜緊密結合構成腸道的微生物屏障，抑制致病菌的過度生長，維持腸道的微生態平衡，對腸道黏膜有保護和修復作用。體外和體內試驗表明，雙歧桿菌保護腸道微生物屏障的作用體現在，酵解過程中產生的乳酸和乙酸可降低環境的pH 及Eh( 氧化還原電位) ，同時發生營養競爭和占位，促進某些礦物質( 鈣和鐵) 的吸收、調節腸道內環境及黏附定植等; 抑制致病菌或條件性致病菌的生長，維持腸道固有菌群，從而保護腸道微生物屏障。
一些益生菌能預防和修復由環境或營養應激引起的黏膜損傷，防止從外界進入體內的病原體引起上皮細胞支架和緊密連接蛋白的破裂，促進腸上皮細胞的增殖分化，加強黏膜屏障功能。此外，一些益生菌及其代謝產物還可增加單層細胞由病原體誘導的經上皮的耐受性和黏蛋白基因的表達，促進上皮細胞分泌黏液，使其在黏膜和微生物間形成保護層，防止棲生菌易位，從而保護腸道微生物屏障。
3.2 競爭性抑制家禽腸道病原菌的黏附
人和動物腸道內棲息著大約1013～1014 個微生物，構成一個復雜的微生態系統，各種腸道微生物在腸道中所黏附定植的時間和空間都不一樣，在腸黏膜的特定部位有特定的細菌黏附，細菌在該部位黏附后會定植下來并不斷繁殖，直到形成穩定的菌群。這些微生物可發揮占位定植的作用，競爭定植位點以阻止病原菌與腸道黏膜受體結合產生黏附。
3.2.1 定植黏附作用
定植黏附能力通常被認為是病原菌的一種重要的毒性特征。致病菌與宿主細胞的黏附作用是其定植并產生臨床癥狀的重要前提條件，是病原菌產生致病作用的重要步驟。因此，益生菌可與致病菌競爭黏膜上皮細胞結合位點，競爭性地排斥腸道內源性及外源性潛在病原體的定植黏附，對有害菌起屏障作用。嗜酸乳桿菌產生的細菌素lactacinB 可通過干擾細菌細胞膜通透性來殺死細菌，抑制病原菌在腸道內的生長繁殖，植物乳桿菌BMCM12分泌的胞外蛋白質能有效減少腸道病原菌黏附數量。
Burgain 等研究表明，高黏附性致病菌容易與腸黏膜表面的宿主細胞緊密結合，并在黏附位點進行繁殖，釋放一些酶和毒素。由于益生菌的黏附能力比致病菌高，可占據致病菌與黏膜上皮細胞結合位點，留給致病菌的黏附位點相應減少，抑制致病菌的黏附，對有害菌起屏障作用。
3. 2. 2 產生抑制病原菌的代謝產物
益生菌能夠產生抑制病原菌的代謝產物，主要表現為產酸，腸道內鏈球菌和乳酸桿菌等有益菌可產生一些酸性代謝產物( 乙酸、丙酸和乳酸等有機酸) 能夠降低局部pH，可抑制大多數不耐酸腐敗菌和致病菌的生長繁殖; 產生細菌素，細菌素是一類選擇性作用于細菌靶細胞的抗菌物質，對病原菌有抑制作用; 乳酸乳球菌產生的Nisin 細菌素、唾液乳桿菌產生的ABP 118( 一種細菌素) 和腸球菌產生的細菌素等，都能夠起到抑菌或殺菌作用; 產生二氧化碳和過氧化氫( H2O2) ，嗜酸乳桿菌和乳酸乳桿菌等在動物體內可產生過氧化氫，過氧化氫能激活動物腸道中的過氧化物酶－硫氰酸鹽反應系統，使乳酸過氧化物酶與過氧化氫結合，再將硫氰酸鹽氧化成氧化性中間產物，抑制致病菌的生長和繁殖; 產生誘導酶，雙歧桿菌和某些乳桿菌產生胞外糖苷酶，可降解腸黏上皮細胞的復雜多糖，由于這些糖是致病菌和細菌毒素的潛在受體，通過酶的作用，阻止致病菌對腸上皮細胞的侵襲。此外，一些益生菌( 乳酸菌) 本身還具有抑制病原體復制的作用。
3. 3 對家禽腸道的營養作用
益生菌屬于正常腸道菌群，當其穩定黏附于腸道后便開始繁殖，可利用本身所特有的某些酶類( 半乳糖苷酶等) 補充宿主在消化酶上的不足，幫助分解上消化道中未被充分水解的營養物質，有利于宿主進一步吸收利用。
研究表明，某些益生菌( 雙歧桿菌和某些乳桿菌) 本身具有很強的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性，可降解飼料中的某些抗營養因子，提高飼料轉化率，并產生各種營養物質( 維生素、氨基酸和促生長因子等) ，參與機體代謝活動，促進動物生長;芽孢桿菌具有很強的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性，可降解飼料中的某些抗營養因子，提高飼料轉化率。
益生菌( 乳桿菌屬、雙歧桿菌屬和芽孢桿菌等)能夠降低腸道致病菌而提高有益菌的水平，進而提高養分利用率，發揮其營養作用( 見表1) 。
3.4 調控家禽免疫能力
益生菌可通過腸道上皮細胞對機體的特異性免疫和非特異性免疫進行調節，通過調節腸道菌群、穩定腸道屏障和調節細胞因子等方式治療腸道疾病。乳酸菌可增強外周血T 淋巴細胞和B 淋巴細胞的活性，增強機體的細胞免疫和體液免疫功能。
3.4.1 益生菌制劑中具有免疫調節作用的活性成分
革蘭陰性菌細胞壁含有細菌肽聚糖( PG) 、細菌脂多糖( LPS) 和多糖( PS) ，革蘭陽性菌還含有脂磷壁酸( LTA) ，這些大分子成分是細菌對宿主發揮生理功能的主要物質基礎; 包括細菌對宿主細胞的黏附定植、免疫誘導和防御腫瘤發生等。
3.4.2 益生菌制劑的免疫調節作用
益生菌不僅具有增進局部黏膜組織生長發育、促進細胞增殖和分化的功能，還可增強雛雞消化道和呼吸道局部黏膜的體液免疫和對ND 疫苗的免疫應答效應，同時，益生菌和ND 疫苗接種均可促進白細胞介素－7( IL－7) mRNA 表達，增強機體對ND強毒攻擊的抵抗力，二者聯合使用效果明顯優于單獨使用; 益生菌協同ND 疫苗組雛雞呼吸道和消化道局部體液免疫球蛋白A( IgA) 、免疫球蛋白G( IgG) 和免疫球蛋白M( IgM) 相對含量分別在免疫后14 d 顯著高于對照組和ND 疫苗單獨免疫組雛雞( P＜0.05) 。可見，益生菌能夠提高ND 疫苗的局部黏膜體液免疫應答; 雛雞飼喂益生菌后，其外周血液的細胞和體液免疫功能明顯提高。
4益生菌在畜牧業中的應用
益生菌作為一種綠色飼料添加劑，被廣泛應用于動物生產中，特別是對于消化道較短的家禽，其具有特殊的生理作用。益生菌可直接飼喂，也可制成微生態制劑，與其他植物性添加劑聯用( 黃芪多糖和辣椒素等) ; 將益生菌制成活菌片，活菌片中益生菌能黏附于腸黏膜，并能明顯抑制致病菌黏附，可提高腸道微生態的穩定性; 微膠囊技術也是用來保護益生菌的重要手段，可將雙歧桿菌制備成微膠囊，提高雙歧桿菌在不良環境中的存活率并實現雙歧桿菌在腸道釋放，以提高雙歧桿菌在腸道內的利用率。
益生菌能使家禽在早期就表現出優良的生產性能，調節家禽腸道的微生物平衡，提高飼料消化率，降低環境污染; 同時，增強家禽對內部環境和外部環境不良刺激的抵抗能力。
4.1 益生菌在肉雞飼養中的應用
益生菌可存活于宿主腸道內，改善腸道菌群數量和結構，減少有害菌的黏附、侵染和定植，促進有益菌生長，增強腸道防御功能，進而提高肉雞的生產性能。益生菌可提高肉雞生產性能，增強機體免疫功能，促進蛋白質在體內的沉積; 益生菌能提高肉雞的生產性能、十二指腸和空腸相關酶的酶活和盲腸VFA 含量，改善腸道微生物菌群數量和結構，且前期效果大于后期。單一的益生菌可提高肉雞生產性能，復合微生態制劑及其佐劑的添加可在一定程度上提高肉雞生產性能，增強肉雞免疫功能。
4.2 益生菌在蛋雞飼養中的應用
益生菌可提高蛋雞產蛋率和日產蛋量，降低料蛋比，提高蛋品質和蛋雞的抗病力。在蛋雞日糧中添加復合益生菌能改善腸道菌群平衡、修復腸黏膜及上調緊密連接蛋白的表達，多層次增強腸道屏障功能，從而顯著降低蛋雞血清中內毒素和白細胞介素－1( IL－1) 等核心因子含量，有效緩解蛋雞熱應激癥狀，提高其生長性能和雞蛋品質。與單一菌種相比，乳酸桿菌—枯草芽孢桿菌復合益生菌制劑對蛋雞生產效果優于乳酸桿菌益生菌制劑和枯草芽孢桿菌益生菌制劑。
4.3 益生菌在水禽飼養中的應用
將益生菌應用于水禽飼養中，可提高動物水禽生產性能，并可部分代替抗生素，提高畜產品的安全性。益生菌對肉鴨胴體和肌肉品質均無不良影響( P＞0.05) ，益生菌添加組鴨肌肉中的氨基酸總量、必需氨基酸和鮮味氨基酸含量高于對照組，可增加鴨肉的鮮味; 相對于添加抗生素，飼料中添加丁酸梭菌及糞腸球菌能提高櫻桃谷鴨生長性能及屠宰性狀。
抗生素及不同水平益生菌制劑均可顯著提高雛鵝日增質量( P＜0.05) ，降低料肉比，提高營養物質利用率，其中2g/kg 益生菌添加組效果最好;在仔鵝飼料中添加單一及復合益生菌制劑能顯著提高其生長性能，改善1 ～ 14 日齡耗料增重比，促進機體免疫器官發育及提高血清免疫球蛋白IgG水平。
4.4 飼料行業中所使用的益生菌種及分類
1989 年美國食品藥物管理局( FDA) 和美國飼料公定協會( AAFCO) 公布44 種“可直接飼喂且通常認為是安全的微生物”，包括乳酸菌28 種、芽孢桿菌5 種、擬桿菌4 種、曲霉2 種、酵母菌2 種、丙酸桿菌2 種及乳球菌1 種。
2013 年我國農業部公布可直接飼喂動物的飼料級微生物添加劑菌種主要有乳酸桿菌、雙歧桿菌、枯草芽孢桿菌、屎腸球菌及釀酒酵母等。
4.5 益生菌制劑的安全性
目前益生菌在畜牧生產中應用的研究主要集中于益生菌的功能性研究，即益生菌所具有的益生作用及其機制; 益生菌的免疫性能，即益生菌可作為免疫增強劑，以提高動物免疫力。益生菌雖有諸多益處，但將其作為飼料添加劑不得不關注其安全性。不同菌種、不同動物不同生理階段及健康狀況對益生菌的利用效果有較大差別，菌種對抗生素的抗性、穩定性和耐酸性等，加工運輸過程中對其活性的影響，尤其是益生菌對動物營養調控方面的作用機制及其效果的研究，這些因素都會限制其在畜牧業中的應用。
但總體而言益生菌對畜牧生產是有益的，因此，我們應加強益生菌的使用科學性研究。評判益生菌的安全性時，需將因素列范圍: 病原性、侵染性和代謝活力等因素，制定科學統一的產品質量評價標準，完善對菌種系統的安全性評價程序及檢測程序，對其風險進行詳細的評估，為畜牧業生產提供理論依據，進一步保證益生菌在畜牧業中的安全使用。
5小結
隨著我國養殖業的迅速發展，人們對綠色、安全和環保意識的不斷增強，微生態制劑的應用前景會更加廣闊，在明確不同動物腸道菌群功能、不同生理時期宿主腸道有益菌的組成和演替規律等基礎上，應加強復合菌制劑的探尋，篩選出專一和高效的菌株及試劑; 進一步從分子水平的基礎上加強益生菌、抗菌肽、抗生素和中草藥制劑等的協同作用與作用機制的研究。為益生菌的進一步開發利用提供理論支持，將益生菌與益生元應用于畜牧生產中，促進動物的生長，減少環境污染，提高養殖經濟效益。
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