動物微生態制劑的研究進展與應用前景

飼料中抗生素濫用問題日益突出，造成養殖動物的抗病性降低、致病菌耐藥性增強、產品中藥物殘留、危害食品安全等問題嚴重制約了養殖業的發展。當前西方發達國家對使用抗生素的限制越來越嚴，對我國出口動物產品的藥物殘留限制提出了更嚴格的要求，特別是動物源性食品中抗生素殘留的檢出，已成為世界肉類貿易中重要的技術指標和技術壁壘之一。 因此，開發應用無藥殘的新型飼料添加劑已迫在眉睫。

微生態制劑的開發與利用恰恰解決了上述問題。微生態制劑(Microecological Preparation)又叫益生素、生菌劑、促生素、利生素、活菌制劑，是在微生物理論指導下，對宿主有益的活性微生物及其代謝產物和促生長物質的制劑。微生態制劑是利用微生物之間的相互拮抗、共生和互生的關系，以及這些微生物所具有的產酸，降解蛋白質，分解糖和脂肪，降解 NH3和H2S等功能而發揮其抑制病原微生物，分解飼料中蛋白質為多肽或氨基酸，降解水中殘留的氨氮和亞硝酸鹽等。它是一種天然的生物活性制劑，無毒副作用、無耐藥性、無藥物殘留，通過促進腸道內有益微生物的生長，抑制有害微生物的生長繁殖，來調整維持胃腸道內的微生態平衡，達到預防疾病和促進生長的目的。同時，這些微生物還可產生促生長因子、多種消化酶和維生素，進而促進營養物質的消化、吸收及動物的生長繁殖。此外，這些微生物還能產生免疫調節因子和干擾素等免疫活性物質，刺激腸道局部免疫器官的生長發育，增強機體免疫力，從而防止各種疾病的發生，是一類新型綠色環保藥物，有望替代抗生素。

最早研究和應用畜禽微生態制劑的歷史可以追溯到1947年，蒙哈德首先發現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。20世紀70年代，美國率先使用微生態制劑，使用效果非常明顯，顯現出抗生素無法比擬的優點。80年代，微生態制劑開始在世界范圍內普及，并逐漸被世人所認可。特別是近十年來，微生態制劑的發展尤其迅速。美國FDA規定：允許用作益生素的微生物有42種。我國農業部(2003) 公布的的可直接飼喂動物的飼料級微生物添加劑菌種有枯草芽孢桿菌、干酪乳桿菌、乳酸乳桿菌、蠟樣芽孢桿菌、乳酸球菌和酵母菌等15種。

理想的微生態制劑的菌株應具有以下幾個特征：

① 對宿主無害，不與病原微生物雜交;

② 對膽汁及強酸具有強耐受性;

③ 發酵過程產生抑制菌物質及乳酸等代謝產物;

④ 在體內易增殖;

⑤ 加工處理后仍有高存活率;

⑥ 即使混合在飼料中室溫下也能存活很久等。

廣義地說，微生態制劑包括動物微生態制劑和植物微生態制劑。動物微生態制劑既包括正常微生物成員，尤其是優勢種群的活菌制劑，還包括一些能促進正常微生物群生長繁殖的物質所制備的制劑，其能產生一定的生物效應或生長態效應，如益生元。

動物微生態制劑分類方法較多，但常用的分類有以下幾種方式：

1.1 根據微生態制劑使用的菌種類型，主要分為單一菌類和復合微生態制劑兩大類，其中單一菌類微生態制劑又包括以下四種類型：

1.1.1 乳酸菌類微生態制劑 

主要有嗜酸乳桿菌、雙歧乳桿菌和糞鏈球菌等，是一種可分解糖類產生乳酸的革蘭氏陽性菌，厭氧或兼性厭氧生長。乳酸菌在維持消化道的正常微生物群系的穩定性方面起著決定性的作用，缺點是大部分乳酸菌的耐熱能力比較差，易導致產品質量不穩定，進而影響飼喂效果。據報道，乳酸菌不耐高溫，經 80℃ 處理 5min，將損失 70%～80%;但耐酸，在 pH 3.0～4.5 時仍可生長，對胃中的酸性環境有一定耐受性。在動物體內通過生物拮抗降低pH，阻止和抑制致病菌的侵入和定植;降解氨、吲哚及糞臭素等有害物質，維持腸道中正常的生態平衡;活菌體和其代謝產物中含有較高的超氧化物歧化酶(SOD)，能消除氧自由基的不利作用，增強體液免疫和細胞免疫。研究發現，乳酸菌在魚體腸道定植，可抵抗革蘭氏陰性致病菌，增強抗感染能力，增加腸黏膜的免疫調節活性，促進生長。乳酸菌可用于哺乳和斷乳期動物的飼料中。

1.1.2 芽孢桿菌類微生態制劑 

主要有地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、東洋芽孢桿菌等，是一類好氧菌。在一定條件下產生芽孢，由于芽孢的特殊結構使芽孢桿菌對干燥、高溫高壓、氧化、強酸強堿、擠壓等不良環境的抵抗力很強，產品穩定性高，并且具有很強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，在腸道發芽生長具有多種有效的酶促效應。

1.1.3 酵母類微生態制劑 

主要有啤酒酵母、產朊假絲酵母、釀酒酵母、紅色酵母等，酵母細胞富含蛋白質、核酸、維生素和多種酶，具有增強動物免疫力，增加飼料適口性，促進動物對飼料的消化吸收能力等功能，可提高動物對磷的利用率，可以用來發酵生產飼用單細胞蛋白。

1.1.4 光合細菌類微生態制劑 

是一類有光合作用能力的異養微生物，主要利用小分子有機物合成自身生長繁殖所需要的各種養分，富含蛋白質、B族維生素、輔酶Q、抗活性病毒因子等多種生物活性物質及類胡蘿卜素、番茄紅素等天然色素。光合細菌菌體蛋白中多種必需氨基酸的含量高于酵母菌。光合細菌在改善水體環境，促進水產動物生長，改善色澤等方面有良好的作用。

1.1.5 復合微生態制劑

相比較前四種由單一菌種組成的微生態制劑，復合微生態制劑是由多種菌按照一定比例復合配制而成，能適應多種條件和宿主，具有防病治病、促生長、提高飼料轉化率等多種功能。

1.2 按動物微生態制劑的用途分類，主要分為以下三類：

1.2.1 微生態治療劑

主要由乳酸菌、雙歧桿菌等種、屬菌株組成，具有很強地調整消化道內環境和微生物區系平衡的作用，主要用于預防和治療消化機能紊亂和消化道感染。

1.2.2 微生態促生長劑 

主要由真菌、酵母、芽孢桿菌等具有很強消化能力的種、屬菌株組成，在消化道中能產生多種消化酶、豐富的B族維生素、維生素K、未知生長因子和菌體蛋白等，可起到輔助消化、促進生長的作用。

1.2.3 微生態多功能劑 

由多種、屬菌株配合而成，具有一定整腸保健、防治疾病作用，又有較好的輔助消化、促進生長等作用。

1.3 根據微生態制劑的物質組成，可分為益生素、益生元及合生元。

1.3.1 益生素 

是指改善宿主微生態平衡而發揮有益作用，達到提高宿主健康水平和健康狀態的活菌制劑及其代謝產物。益生素在動物腸道內通過自身生長繁殖抑制有害細菌的生長，增強非特異性免疫功能，達到防治疾病、促進生長和提高飼料報酬的目的。

1.3.2 益生元又叫化學益生素 

是一種不能被宿主消化吸收，也不能被腸道有害菌利用，只能被有益微生物選擇性吸收利用或能促進有益菌的活性(或繁殖)的一類化學物質。它能選擇性促進腸內有益菌群的活性或生長繁殖，起到增進宿主健康和促進生長的作用。

1.3.3 合生元 

是益生菌和益生元按一定比例結合的生物制劑，能同時發揮二者的共同作用。合生元結構合理，效果更加優越，成為微生態制劑開發的主要方向。

2動物微生態制劑的作用機理

微生態制劑進入腸道后會與其中的正常菌群相互作用，產生共生、棲生、競爭或吞噬等復雜關系，因此，作用機理相當復雜。

目前認為其作用機理主要有以下幾點：

2.1 優勢種群作用 

正常微生物與動物和環境之間所構成的微生態系統中，優勢種群對整個微生物群起決定作用，一旦失去了優勢種群，則原微生態平衡失調，原有優勢種群發生更替。正常情況下，動物腸道內需氧菌及兼性厭氧菌只占1%，優勢種群為厭氧菌占99% 以上， 其中主要是擬桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、消化桿菌、優桿菌等。如該優勢種群發生更替，上述專性厭氧菌顯著減少，而需氧菌和兼性厭氧菌顯著增加，此時使用微生態制劑，有利于厭氧菌的生長，抑制需氧菌和兼性厭氧菌的繁殖，恢復微生態平衡，擬桿菌、雙歧桿菌等優勢種群逐漸增加至恢復正常，而需氧菌和兼性厭氧菌等逐漸降低至保持原有狀態，達到防治疾病的目的。

2.2 生物奪氧作用 

動物腸道內的有益菌為厭氧菌，若氧氣含量升高，則引起需氧菌和兼性厭氧菌的大量繁殖，不利于維持微生態平衡。大量研究表明，一些需氧菌微生物制劑，特別是芽孢桿菌能消耗腸道內的氧氣，造成厭氧環境，有助于厭氧微生物的生長，從而使失調的菌群平衡調整恢復到正常狀態，達到治病促生長之目的。

2.3 生物拮抗作用

有益微生物在體內對病原微生物有生物拮抗作用，可競爭性抑制病原微生物粘附到腸粘膜上皮細胞上，同病原微生物爭奪有限的營養物質和生態位點，并將其驅除定植地點，從而不利于病原微生物的生長繁殖。

2.4 增強機體的免疫功能 

研究表明，乳酸桿菌以某種免疫調節因子的形式起作用，刺激腸道某種局部型免疫反應，提高機體抗體水平或巨噬細胞的活性，增強機體免疫功能;芽孢桿菌能促進腸道相關淋巴組織，使之處于高度反應的“準備狀態”，同時使免疫器官的發育增快，免疫系統的成熟度快而早，T、B淋巴細胞的數量增多使動物的體液和細胞免疫水平提高，增強機體抗病能力。益生菌能夠刺激動物產生干擾素，提高免疫球蛋白濃度和巨噬細胞活性，增強機體體液和細胞免疫功能，防止疾病的發生。

2.5 產生有益代謝產物及抗菌物質 

有益微生物尤其是乳酸菌進入腸道后產生乳酸，芽孢桿菌進入動物腸道能夠產生乙酸、丙酸和丁酸等揮發性脂肪酸，降低腸道pH值，抑制致病菌的生長，激活酸性蛋白酶活性。對新生畜禽有益的某些乳酸桿菌、鏈球菌、芽孢桿菌等，在代謝過程中可產生一些抗菌物質如嗜酸菌素、乳糖菌素、桿菌肽、伊短菌素等，可抑制病原菌在腸道內生長繁殖。

2.6 合成酶類及營養物質

有益微生物在體內可產生各種消化酶，從而提高飼料轉化率。芽孢桿菌具有很強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，可降解飼料中的某些抗營養因子，提高飼料轉化率可達8% 以上;促進生長有益微生物在腸道內生長繁殖，產生各種營養物質如維生素、氨基酸、未知促生長因子等，參與機體的新陳代謝，促進動物生長。

2.7 防止產生有害物質，改善機體環境 

當機體內微生態平衡失調時，大腸桿菌比例增高，分解蛋白質產生氨、胺、細菌毒素等有毒物質，微生態制劑可顯著降低大腸桿菌、沙門氏菌數量，抑制病原菌，從而恢復微生態平衡。某些有益微生物如芽孢桿菌，在腸道內可產生氨基氧化酶及分解硫化物的酶類，從而降低血液及糞便中氨、吲哚等有害氣體濃度，改善機體內的環境。

3微生態制劑在養殖業中的應用

5微生態制劑使用注意事項