时间:2021年05月27日 分类:农业论文 次数:
摘要:多黏类芽孢杆菌具有调节肠道微生态平衡、预防疾病、抑制病原菌生长、增强动物免疫力等多种功效。文章综述多黏类芽孢杆菌的生物学特性,对畜牧生长性能、肠道微生态平衡、抗氧化能力的影响及未来的发展趋势,为加快畜牧类饲料添加剂的研究提供参考。
关键词:多黏类芽孢杆菌;饲料添加剂;畜牧生产
近年来,为了满足畜牧业发展需求,饲料添加剂的种类多样化,产品体系逐渐完善,产量不断增加。2013年公布的《中华人民共和国农业农村部公告第2045号》[1]比公布的2008版《中华人民共和国农业农村部公告第1126号》[2]文件规定《饲料添加剂品种目录》中微生物增加18种,微生物作为饲料添加剂在养殖产业方面的应用正在快速发展。多黏类芽孢杆菌被《中华人民共和国农业农村部公告第161号》收录在《菌种安全鉴定分级目录》A.1.4促生、分解磷钾化合物细菌类中,是第一级免做安全鉴定的菌种。微生物以天然、无毒副作用、安全可靠、清洁无污染等优点逐步成为发展绿色养殖和替代抗生素的主要饲料添加剂之一[3]。
一些微生物菌剂可调节动物胃肠道菌群平衡,刺激酶活性,改善动物的生长性能,提高抗病性增强免疫力加强自身的健康[4]。益生菌是一类具有益生作用的微生物,可以平衡肠道菌群,促进饲养动物生长,益生菌在畜牧养殖中已被广泛应用,推动我国饲料行业的发展[5]。如何筛选开发新型、易于培养并定植、安全有效的微生物饲料添加剂将成为未来畜牧养殖业前沿的热点研究。多黏类芽孢杆菌以微生态制剂的方式应用在畜牧产业中,可以调节肠道菌群平衡,抑制致病菌生长繁殖,促进机体正常微生物群生长繁殖,防止和治疗畜牧腹泻等,具有多功能、无残留、绿色无公害等特点,可以代替抗生素使用[6]。
1多黏类芽孢杆菌的生物学特性及生理功能
1.1多黏类芽孢杆菌的生物学特性
多黏类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)是一种产芽孢的杆状革兰氏阳性细菌,属于芽孢杆菌科(Bacillaceae),类芽孢杆菌属(Paenibacillus)的模式菌种[7]。多黏类芽孢杆菌属于兼性厌氧菌,周生鞭毛,菌体大小约为(0.5~2.5)×(1.2~10.0)μL,在pH值为5~9,氯化钠浓度为0~20g/L均可生长,28~30℃最适合该菌生长,致死温度为100℃,光照不敏感,在黑暗条件下生长较好[8]。
多黏类芽孢杆菌可以分泌具有统一性和多样性的非核糖体肽,使其有广谱抗菌的功能[9],可以调节肠道菌群,抑制病原菌繁殖,促进动物生长。美国环境保护署(EPA)将多黏类芽孢杆菌列为一种可在商业上应用的微生物。多黏类芽孢杆菌也被我国农业农村部列为一级免做安全鉴定的菌种[10]。
1.2多黏类芽孢杆菌的应用
多黏类芽孢杆菌具有丰富的生物特性,能产生许多抗菌剂、酶、植物激素等活性成分,绝大部分为多肽、蛋白质、多糖类、磷脂等[11]。林键群[12]研究发现,多黏类芽孢杆菌发酵物作为饲料添加剂,对肉鸡生长有促进作用。慈晓通等[13]研究表明,多黏类芽孢杆菌对常见致病菌金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门杆菌均有抑菌效果,且抑菌效果为金黄色葡萄球菌>大肠杆菌>沙门菌。Mohd等[14]研究发现,采用多黏类芽孢杆菌处理玉米幼苗,幼苗的鲜重和苗长是未处理的2倍多。
Huang等[15]研究发现,多黏类芽孢杆菌对铜、锌、铅和镉的去除能力分别为250.0、96.7、551.1、233.3mg/g。徐匆等[16]将多黏类芽孢杆菌用于桂味荔枝果采摘后保鲜,发现荔枝花色素苷、维生素C、糖度等含量明显提高。多黏类芽孢杆菌分布广泛,目前普遍用运在植物促生、污水处理、饲料添加、食品保鲜、疾病治疗等各个领域,应用前景广阔[17]。
1.3多黏菌素
多黏菌素(polymyxins)是由多黏类芽孢杆菌产生的一类由非核糖体合成的碱性多肽类抗生素,含有疏脂性和亲脂性基团和一个多肽尾,根据结构差异多黏菌素分为多黏菌素A、B、C、D、E5种,分子量均约1200Da[7]。多黏类芽孢杆菌产生的多黏菌素是一种优良的抗革兰氏阴性菌的抗生素,在抗多重耐药菌方面起着重要作用[18]。多黏菌素B和E是目前临床上使用最多的多黏菌素,是非常有效的抗生素。多黏菌素E含有多个氨基酸残基,其抗菌效果弱于多黏菌素B。但是,多黏菌素E毒性小、副作用弱。
多黏菌素E作为饲料添加剂用运于养殖业中,随着饲料进入组织内部后可以较快地分解为多种代谢物质。这些代谢物质在组织细胞中被合成多种有机酸被机体吸收,从而促进机体生长[19]。Gaurav等[20]发现,多黏菌素B与多西环素对铜绿假单胞菌临床菌株有协同作用,在小鼠急性肺炎模型中能够改善肺功能。He等[21]发现,从多黏类芽孢杆菌中分离的多黏菌素对导致食物变质的致病菌有广泛的抗菌作用。从多黏类芽孢杆菌中纯化得到的多黏菌素E广泛作为饲料添加剂运用于养殖业中[22]。
1.4杀镰孢菌素
杀镰孢菌素(fusaricidins)是由15-胍基-3-羟基戊二酸尾巴相连的六个氨基酸残基组成的一种与多黏菌素相似的环状抗菌多肽,根据结构差异分为杀镰孢菌素A、B、C、D4种,分子量在800~900Da,对革兰氏阳性菌和霉菌具有良好的抑菌、杀菌效果[23]。
Mikkola等[24]发现,0.8~16.0mg/L杀镰孢菌素可有效杀死各种革兰氏阳性细菌(微球菌、葡萄球菌和芽孢杆菌)、真菌(曲霉 菌、镰刀菌和青霉菌)和酵母菌(酿酒酵母),同时可以在各种病理生理状态中诱导线粒体通透性转换孔开放。Choi等[25]从多黏类芽孢杆菌E681(PaenibacilluspolymyxaE681)基因序列中鉴定出杀镰孢菌素合成酶,并用甲醇抽提菌体得到Fusaricidins,通过液相色谱质谱联用仪分析发现,杀镰孢菌素A参与了抗真菌活性的抑制。Li等[26]研究表明,fusA是杀镰孢菌素合成的必要基因,在非核糖体合成中起重要作用。
2多黏类芽孢杆菌类饲料添加剂的应用
张宏福[22]将多黏类芽孢杆菌A11和枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌混合成新型微生态制剂饲喂老鼠、家兔、肉鸡,发现该制剂对试验动物均具有一定的耐受性,且对生产性能、细胞因子和抗氧化指标均有显著的促进作用。吴波良等[27]在断奶仔猪饲料中添加多黏类芽孢杆菌发酵液,发现断奶仔猪的腹泻率显著降低,平均日增重显著提高,免疫力有提高的趋势。林键群[28]研究表明,在肉鸡饲料中添加多黏类芽孢杆菌发酵物对促进鸡生长有积极作用。李福彬等[29]研究表明,多黏类芽孢杆菌可以促进蛋鸡钙、磷的吸收,改善蛋壳品质、蛋白品质、提高机体免疫力。
2.1多黏类芽孢杆菌的抗菌效果
Karim等[30]从家禽饲料益生元补充物中分离得到的多黏类芽孢杆菌JB05-012-1具有热稳定性,可有效抑制大肠杆菌、荧光假单胞菌等革兰氏阳性菌株,该菌天然存在的抗菌活性可有效减少抗生素的添加。Soni等[31]研究表明,多黏类芽孢杆菌在胃肠道运输过程中可以存活,有抗菌潜力。从多黏类芽孢杆菌中分离出来的非核糖体脂肽多黏菌素和杀镰孢菌素抗菌剂在医学上已有报道[32]。马桂珍等[33]从多黏芽孢杆菌L1-9菌株发酵液中分离纯化出一种分子质量为31KD的抗菌蛋白,对金黄色葡萄球菌和小麦蠕孢病菌的菌丝生长、孢子萌发及芽管的伸长有较好的抑制作用。
2.2多黏类芽孢杆菌对畜禽生长性能的影响
提高肉类的质量和安全性是畜牧技术研究的重要发展方向[34]。许亚丽等[35]研究发现,多黏类芽孢杆菌A11可以在家禽肠道中定植,对肉鸡的生长性能产生积极影响。Naghmouchi等[36]探讨多黏类芽孢杆菌作为一种微生态制剂候选菌的可能性,发现多黏类芽孢杆菌JB0501的耐受性和在体外细胞黏附性均达到微生态制剂对菌种的要求。多黏类芽孢杆菌作为饲料添加剂,可以提高饲养动物成活率,促进畜禽生长[19]。
畜牧师论文投稿刊物:《中国饲料》杂志是农业部主管,中国饲料工业协会主办的国内外饲料行业和畜牧、养殖业的综合性期刊。《中国饲料》作为中国饲料工业协会会刊,先后被评为:全国优秀科技期刊、中文核心期刊、中国期刊网入网期刊、中国学术期刊评价数据库来源期刊。《中国饲料》创刊于1990年,历经20多年辛勤耕耘,已成为饲料行业影响广泛、指导鲜明、服务突出的权威媒体。
3展望
多黏类芽孢杆菌无毒、无污染,是农业农村部公布的免检菌,该菌生长快、易培养,发酵后可以产生多糖、多肽、多黏菌素、杀镰孢菌素等多种代谢产物。目前,针对多黏类芽孢杆菌代谢产物的多样性已有文献报道该菌可改善畜牧胃肠道菌群平衡,刺激酶活性,提高免疫力促进生长,但作为饲料添加剂应用反刍动物的研究较少,反刍动物饲料添加剂的生产体系建立尚不完整,应进一步展开研究。
参考文献
[1]中华人民共和国农业农村部.中华人民共和国农业农村部公告第2045号[J].中国饲料,2014(2):1.
[2]中华人民共和国农业农村部.中华人民共和国农业农村部公告第1126号[J].广东饲料,2009,18(2):3-6.
[3]刘永立,高文龙.新型微生物饲料添加剂枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌[J].中国畜禽种业,2019,15(10):55-57.
[4]AnjanM,GoutamC,KoushikG.SingleorconjointapplicationofautochthonousBacillusstrainsaspotentialprobiotics:Effectsongrowth,feedutilization,immunityanddiseaseresistanceinRohu,Labeorohita(Hamilton)[J].Aquaculture,2019,512:734302.
[5]邝吉卫,张益焘,钟志康,等.微生物饲料添加剂对哺乳母猪繁殖性能、采食情况及粪便形态的影响[J].猪业科学,2019,36(3):112-114.
作者:白慧慧1,2朱瑞清1王治业1*张恩宇3李志忠2牛永艳1任海伟1,2