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微生态制剂作用机理及研究进展山东畜牧兽医职业学院刘建胜教授抗生素之利弊1929年发现了抗生素以来，挽救了亿万动物和人的生命，发挥了不可磨灭的作用，但也产生了一些弊端，抗生素应用于饲料行业为畜牧业的飞速发展起到了极大的推动作用：引起菌群失调，破坏正常菌群的生态平衡，出现二重感染。导致耐药性菌株增多，使疾病的治疗更加棘手。影响家禽的细胞和体液免疫功能。残留，致畸、致癌、致突变等问题倍受关注。微生态制剂的出现从20世纪70年代开始，微生物学者转向进行微生态制剂的研究和实际应用。逐步在理论上探明了常见动物体内（特别是消化道内）的正常菌群的种类、数量及其功能。在应用方面，研制成功了多种微生态制剂，并在生产实践当中进行了较广泛的开发应用，产生了显著的经济、生态和社会效益。微生态制剂的出现特别是20世纪90年代，世界各国，尤其是欧洲、日本等发达国家纷纷采取官方强硬的措施，对饲用抗生素的种类、使用方法、剂量和配伍等方面严加限制。为此，当前可替代抗生素、抗菌药物而又无毒副作用、无残留的微生态制剂在养殖业生产中应用越来越普遍。微生态制剂的出现由于生活水平的提高，人们逐渐认识到，抗生素长期添加于饲料中，可通过食物链对人类的健康造成危害。由此人类对食品安全性倍加重视。微生态制剂的研究应用克服了长期使用抗生素给养殖业造成的种种弊端，对发展绿色饲料添加剂具有广阔的应用前景，己被农业部列为二十一世纪重点推广技术项目。这意味着对微生态制剂的研究、推广，符合我国可持续发展的总体要求。微生态制剂的含义微生态制剂是指根据微生态理论，在微生态学理论指导下，用正常微生物群成员，经特殊工艺制成的只含有活菌或包含细菌菌体及其代谢产物的主要用于动物的活菌制剂。运用微生态原理，将从动物体内外分离的对动物有益的微生物，经过特殊的加工工艺制成的包含有益微生物及其代谢产物的活菌制剂。Fuller将益生素定义为“一种可通过改变肠道菌群平衡而对动物施加有利影响的活微生物饲料添加剂”，我国学者将Probiotics译为益生素，其产品称为微生态制剂。益生元1995年Gibson,G.R等人提出了益生元的概念。它是一类非消化性物质，能选择性的促进一种或几种定植于结肠内常住菌的活性或生长繁殖，从而增进宿主健康。这类物质最初发现的是双歧因子。大量研究认为，某些寡糖、多糖、肽类、蛋白质及我国的中草药等均可作为益生元。现在的研究热点多集中于寡糖，应用较多的是大豆寡糖、半乳寡糖、低聚果糖等。合生元益生素和益生元联合应用，既可发挥益生菌的活性，又可选择性地提高这些菌的数量，使益生作用更显著持久。国际上将此类产品定名为合生元，这是微生态制剂的又一发展方向。微生态制剂的种类按制品剂型可分为液体剂型和固体剂型按制品所含有效微生物种类多少的不同可划分为单一有效菌剂和多菌复合菌剂。单一有效菌剂即有效活菌为某一种微生物构成的制剂，如乳酸菌剂、芽孢菌剂、酵母菌剂;多菌复合剂即有效菌是由二种或二种以上微生物构成的制剂。芽孢杆菌与乳酸杆菌联合组成和乳酸杆菌与酵母联合组成的复合微生物添加剂，具有促进生长和提高饲料效率的作用。单一菌株的益生素较少，而更注重于复合菌制剂的研究。复合菌制剂的作用效果更好，更符合实际生态环境。复合菌制剂一般都具有协同作用。以蜡样芽孢杆菌与乳酸菌的协同作用为例，腊样芽孢杆菌是高度耗氧菌，它所造成的体内缺氧环境可抑制致病菌生长，但却有利于厌氧的乳酸菌的生长，乳酸菌的生长又增加了环境的酸度，更加强了对致病菌生长的抑制。产品虽然价格较高，但其添加量低。微生态制剂的种类按制品使用目的可分为饲料添加剂型和药用型。前者可用于提高动物的生产性能，提高饲料的利用率以及维护动物机体的健康;后者作用方式与抗生素类药物相似，主要用于防病治病等治疗目的按微生物的菌种类型还可将其划分为乳酸菌类制剂、芽孢杆菌类制剂、酵母菌类制剂为主的制剂。常用菌及其功能特点乳酸菌芽孢杆菌酵母菌乳酸菌是一种可以分解糖类产生乳酸的革兰氏阳性菌，厌氧或者兼性厌氧生长。在动物体内通过降低pH值，阻止和抑制致病菌的侵入和定植;降解氨、吲哚、粪臭素等有害物质，维持肠道中正常的生态平衡;增强体液免疫和细胞免疫;乳酸菌可用于哺乳和断乳期动物的饲料中目前应用的乳酸菌主要是来源于乳酸杆菌属、乳酸链球菌属和双歧杆菌属的近30种的微生物。我国农业部允许用作饲料添加剂的乳酸菌有:干酪乳杆菌、植物乳杆菌、粪链球菌、屎链球菌、乳酸片球菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌，共七种。芽孢杆菌用于益生素的芽孢杆菌是肠道的过路菌，不能定植于肠道中。好氧，无害，能产生芽孢，耐酸碱、耐高温和挤压，在肠道酸性环境中具有高度的稳定性;促进有益菌的生长;拮抗肠道内有害菌;增强机体免疫力，提高抗病能力;能分泌较强活性的蛋白酶及淀粉酶，可明显提高动物生长速度促进饲料营养物质的消化。目前报道较多的菌种有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌及东洋芽孢杆菌等有益菌种类酵母菌酵母菌用于微生态制剂:一种是活性酵母制剂，一种是酵母培养物。酵母细胞富含蛋白质、核酸、维生素和多种酶，具有增强动物免疫力，增加料适口性，促进动物对饲料的消化吸收能力等功能，并可提高动物对磷的利用率;其培养物营养丰富，富含B族维生素、矿物质、消化酶、促生长因子和较齐全的氨基酸。酵母及其培养物的应用年代已久，现己广泛应用于各种动物的养殖中。目前农业部允许用于益生素的酵母菌有:酿酒酵母、啤酒酵母、产朊假丝酵母等。微生态制剂的作用机理微生态制剂与治疗药物不同，为“己病治病，未病防病，无病保健”。益生菌进入动物肠道后，会与其中的正常菌群会合，显现出共生、栖生、竞争或吞噬等复杂关系。因此，微生态制剂的作用机理相当复杂，从微生物作用方式的角度，有以下几种解释：优势种群说正常微生物群与动物和环境之间所构成的微生态系统中，优势种群对整个种群起决定作用。一旦失去了优势种群，则该微生态平衡失调，原有优势种群发生更替，使用饲用微生物添加剂的目的就在于恢复优势种群。何明清（1983）指出：正常情况下猪鸡肠道内优势种群为厌氧菌（占99%以上），而需氧菌及兼性厌氧菌只占1%，其中主要是拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、消化球菌等。当动物处于应激、下痢状态时，该优势种群发生更替，上述专性厌氧杆菌显著减少，而兼性厌氧菌等显著增加，当使用饲用微生物添加剂后，拟杆菌等专性厌氧菌逐渐增加恢复正常状态，而大肠杆菌等逐渐降低并保持原有状态。膜菌群屏障说动物肠道内正常菌群直接参与机体生物防御的屏障结构，以影响过路菌或侵袭菌，防止其在肠道内定植生长。饲喂动物的有益微生物可竞争性地附着到肠细胞上，形成屏障作用，也就是竞争性颉颃作用。在非有益微生物区系建立前，给新生家畜接种有益的微生物，有助于幼畜建立正常的微生物区系，排除或控制潜在的病原体，即人为的改变肠道微生物区系，也就是优势种群发生更替，建立新的优势种群。某些益生菌还可合成抗生素、有机酸、H202等物质抑制有害菌的生长，从而起到生物颉颃作用。向贵友等（1995）报道用B01(芽孢杆菌)菌液饲喂雏鸡后，发现其对雏鸡肠内大肠杆菌和沙门氏菌有极显著的颉颃作用。微生物夺氧说一些需氧的微生物特别是芽孢杆菌能消耗肠道内氧气，造成局部厌氧环境，有利于厌氧微生物生长，从而使失调菌群恢复正常。当饲用微生物添加剂中某菌种以孢子状态进入畜禽消化道后迅速生长繁殖，消耗肠内氧气，使局部氧分子浓度下降，从而恢复肠内微生物之间的微生态平衡，达到防病治病、促生长之目的其他作用产生各种酶提高机体免疫机能营养作用产生各种酶有些益生菌可产生水解酶、发酵酶和呼吸酶等，有利于降解饲料中蛋白质、脂肪和复杂的碳水化合物。如乳酸杆菌等在消化道内繁衍增殖，促进消化道内氨基酸、维生素等营养物质的消化吸收，促进畜禽生长，提高生产性能。陈惠等(1994)研究表明生长育肥猪饲喂芽孢杆菌添加剂后，可使其α-淀粉酶及胰蛋白酶活性显著增强。Hotten(1998)报道，有益微生物可在体内产生多种消化酶，从而提高饲料利用率。提高机体免疫机能微生态制剂中的有益菌是良好的免疫激活剂，能有效地促进干扰素和巨噬细胞的活性，通过促进B细胞产生抗体和噬菌作用活性等，激发机体体液免疫和细胞免疫，提高机体免疫力和抗病力。刘克琳等（1997）用芽孢杆菌制剂饲喂雏鸡后发现试验组的中枢免疫器官发育比对照组快，胸腺内淋巴细胞密度加大，T细胞数量增加，法氏囊黏膜形成皱襞数量增加，血中T细胞数量亦较高。潘康成等（1997，1998）发现地衣芽孢杆菌对家兔体液免疫功能有促进作用。Wren（1987）研究表明，乳酸杆菌可以某种免疫调节因子的形式起作用，刺激肠道某种局部型免疫反应。潘康成等（1999）综述认为，动物口服益生菌后，调整肠道菌群，使肠道微生态系统处于最佳的平衡状态，活化肠黏膜内的相关淋巴组织，使SIgA抗体分泌增强，提高免疫识别力，并诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统，从而增强机体免疫功能。大量研究表明，乳酸菌可诱导机体产生干扰素、白细胞介素等细胞因子，通过淋巴循环活化全身的免疫防御系统，增强机体抑制癌细胞增殖的能力。酵母菌细胞壁含有酵母多糖，其主要活性成分为葡萄朊、甘露聚糖、明角质，研究证明这些酵母细胞壁成分可提高动物的免疫力，增进健康。霉菌分泌的一些代谢产物，可以增强机体免疫力。营养作用益生菌（如乳杆菌，双歧杆菌等）能够合成多种维生素如叶酸、烟酸、维生素B1、维生素B2等，促进机体对蛋白质、钙、铁和维生素D的消化吸收，从而起到促进畜禽生长和提高生产性能的作用。苏志勇等(1999)用生态宝(酵母菌、链球菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌复合制剂)饲喂蛋鸡发现：试验组产蛋率比对照组提高5.7%，产蛋量提高9.1%，饲料转化率提高10%，而腹泻率下降12.7%。微生态制剂的合理使用已有的研究成果表明，微生态制剂无毒副作用、无残留、可促进动物生产性能发挥、提高饲料转化率，可以替代抗生素作为饲料添加剂应用。但由于存在菌种的筛选、活菌数、菌种的失活、杂菌含量的多少、使用条件等问题而导致微生态制剂活性降低，影响到使用效果的重复性和稳定性。因此，在养殖生产中为了确保微生态制剂的使用效果，应科学使用。菌种的选择菌种的来源在微生物大家族里，可选作微生态制剂的菌种很多，包括细菌、真菌及许多来自土壤、腌制品、发酵食品以及动物消化道和粪便的无毒菌株。1989年美国食品与药物管理局（FDA）和美国饲料公定协会（AAFCO）公布的可安全用于微生态制剂的微生物菌种有43种，欧洲市售的微生态制剂约50种。1.黑曲霉2.米曲霉3.凝结芽胞杆菌4.迟缓芽胞杆菌5.地衣芽胞杆菌6.短小芽胞杆菌7.枯草杆菌（仅限于不产生抗生素的区系）8.嗜淀粉拟杆菌9.多毛拟杆菌10.栖瘤胃拟杆菌11.猪拟杆菌12.青春双歧杆菌13.动物双歧杆菌14.两歧双歧杆菌15.婴儿双歧杆菌16.长双歧杆菌17.嗜热性双歧杆菌18.嗜酸乳杆菌19.短乳杆菌20.保加利亚杆菌21.干酪乳杆菌22.纤维二糖乳杆菌23.弯曲乳杆菌24.德氏乳杆菌25.发酵乳杆菌26.瑞士乳杆菌27.乳酸乳杆菌28.胚芽乳杆菌29.罗特氏乳杆菌30.肠膜明串珠菌31.乳酸片球菌32.啤酒片球菌33.戊糖片球菌34.费氏丙酸杆菌35.谢氏丙酸球菌36.酿酒片球菌37.乳酪链球菌38.二乙酰乳酸链球菌39.粪链球菌40.中间链球菌41.乳链球菌42.嗜热链球菌43.酵母我国农业部公布的微生态制剂菌种2003年公布了15种可以使用的的菌种，分别为：地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、植物乳杆菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、产朊假丝酵母、酿酒酵母、沼泽红假单胞菌。菌种的安全性作为微生态制剂，菌种的安全性或非病原性是筛选菌种的首要条件。因此，必须确定出菌株的安全性，并且对该菌种可能的代谢产物进行系统的研究。值得注意的是，一株现在无毒副作用的菌种，将来也可能会因为理化、微生物毒素和