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动物微生态制剂的研究进展与应用前景
全球品牌畜牧网  2016-11-14 来源:互联网 浏览次数:1872次  评论:(0  字号:【  
    

  饲料中抗生素滥用问题日益突出,造成养殖动物的抗病性降低、致病菌耐药性增强、产品中药物残留、危害食品安全等问题严重制约了养殖业的发展。当前西方发达国家对使用抗生素的限制越来越严,对我国出口动物产品的药物残留限制提出了更严格的要求,特别是动物源性食品中抗生素残留的检出,已成为世界肉类贸易中重要的技术指标和技术壁垒之一。 因此,开发应用无药残的新型饲料添加剂已迫在眉睫。

  微生态制剂的开发与利用恰恰解决了上述问题。微生态制剂(Microecological Preparation)又叫益生素、生菌剂、促生素、利生素、活菌制剂,是在微生物理论指导下,对宿主有益的活性微生物及其代谢产物和促生长物质的制剂。微生态制剂是利用微生物之间的相互拮抗、共生和互生的关系,以及这些微生物所具有的产酸,降解蛋白质,分解糖和脂肪,降解 NH3H2S等功能而发挥其抑制病原微生物,分解饲料中蛋白质为多肽或氨基酸,降解水中残留的氨氮和亚硝酸盐等。它是一种天然的生物活性制剂,无毒副作用、无耐药性、无药物残留,通过促进肠道内有益微生物的生长,抑制有害微生物的生长繁殖,来调整维持胃肠道内的微生态平衡,达到预防疾病和促进生长的目的。同时,这些微生物还可产生促生长因子、多种消化酶和维生素,进而促进营养物质的消化、吸收及动物的生长繁殖。此外,这些微生物还能产生免疫调节因子和干扰素等免疫活性物质,刺激肠道局部免疫器官的生长发育,增强机体免疫力,从而防止各种疾病的发生,是一类新型绿色环保药物,有望替代抗生素。

  最早研究和应用畜禽微生态制剂的历史可以追溯到1947年,蒙哈德首先发现使用乳酸杆菌饲喂仔猪可有效的增加仔猪的体重并改善仔猪的身体健康。20世纪70年代,美国率先使用微生态制剂,使用效果非常明显,显现出抗生素无法比拟的优点。80年代,微生态制剂开始在世界范围内普及,并逐渐被世人所认可。特别是近十年来,微生态制剂的发展尤其迅速。美国FDA规定:允许用作益生素的微生物有42种。我国农业部(2003) 公布的的可直接饲喂动物的饲料级微生物添加剂菌种有枯草芽孢杆菌、干酪乳杆菌、乳酸乳杆菌、蜡样芽孢杆菌、乳酸球菌和酵母菌等15种。

  理想的微生态制剂的菌株应具有以下几个特征:

  ① 对宿主无害,不与病原微生物杂交;

  ② 对胆汁及强酸具有强耐受性;

  ③ 发酵过程产生抑制菌物质及乳酸等代谢产物;

  ④ 在体内易增殖;

  ⑤ 加工处理后仍有高存活率;

  ⑥ 即使混合在饲料中室温下也能存活很久等。

  1 动物微生态制剂的分类

  广义地说,微生态制剂包括动物微生态制剂和植物微生态制剂。动物微生态制剂既包括正常微生物成员,尤其是优势种群的活菌制剂,还包括一些能促进正常微生物群生长繁殖的物质所制备的制剂,其能产生一定的生物效应或生长态效应,如益生元。

  动物微生态制剂分类方法较多,但常用的分类有以下几种方式:

  1.1 根据微生态制剂使用的菌种类型,主要分为单一菌类和复合微生态制剂两大类,其中单一菌类微生态制剂又包括以下四种类型:

  1.1.1 乳酸菌类微生态制剂 主要有嗜酸乳杆菌、双歧乳杆菌和粪链球菌等,是一种可分解糖类产生乳酸的革兰氏阳性菌,厌氧或兼性厌氧生长。乳酸菌在维持消化道的正常微生物群系的稳定性方面起着决定性的作用,缺点是大部分乳酸菌的耐热能力比较差,易导致产品质量不稳定,进而影响饲喂效果。据报道,乳酸菌不耐高温,经 80℃ 处理 5min,将损失 70%80%;但耐酸,在 pH 3.04.5 时仍可生长,对胃中的酸性环境有一定耐受性。在动物体内通过生物拮抗降低pH,阻止和抑制致病菌的侵入和定植;降解氨、吲哚及粪臭素等有害物质,维持肠道中正常的生态平衡;活菌体和其代谢产物中含有较高的超氧化物歧化酶(SOD),能消除氧自由基的不利作用,增强体液免疫和细胞免疫。研究发现,乳酸菌在鱼体肠道定植,可抵抗革兰氏阴性致病菌,增强抗感染能力,增加肠黏膜的免疫调节活性,促进生长。乳酸菌可用于哺乳和断乳期动物的饲料中。

  1.1.2 芽孢杆菌类微生态制剂 主要有地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、东洋芽孢杆菌等,是一类好氧菌。在一定条件下产生芽孢,由于芽孢的特殊结构使芽孢杆菌对干燥、高温高压、氧化、强酸强碱、挤压等不良环境的抵抗力很强,产品稳定性高,并且具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,在肠道发芽生长具有多种有效的酶促效应。

  1.1.3 酵母类微生态制剂 主要有啤酒酵母、产朊假丝酵母、酿酒酵母、红色酵母等,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,增加饲料适口性,促进动物对饲料的消化吸收能力等功能,可提高动物对磷的利用率,可以用来发酵生产饲用单细胞蛋白。

  1.1.4 光合细菌类微生态制剂 是一类有光合作用能力的异养微生物,主要利用小分子有机物合成自身生长繁殖所需要的各种养分,富含蛋白质、B族维生素、辅酶Q、抗活性病毒因子等多种生物活性物质及类胡萝卜素、番茄红素等天然色素。光合细菌菌体蛋白中多种必需氨基酸的含量高于酵母菌。光合细菌在改善水体环境,促进水产动物生长,改善色泽等方面有良好的作用。

  1.1.5 复合微生态制剂 相比较前四种由单一菌种组成的微生态制剂,复合微生态制剂是由多种菌按照一定比例复合配制而成,能适应多种条件和宿主,具有防病治病、促生长、提高饲料转化率等多种功能。

  1.2 按动物微生态制剂的用途分类,主要分为以下三类:

  1.2.1 微生态治疗剂 主要由乳酸菌、双歧杆菌等种、属菌株组成,具有很强地调整消化道内环境和微生物区系平衡的作用,主要用于预防和治疗消化机能紊乱和消化道感染。

  1.2.2 微生态促生长剂 主要由真菌、酵母、芽孢杆菌等具有很强消化能力的种、属菌株组成,在消化道中能产生多种消化酶、丰富的B族维生素、维生素K、未知生长因子和菌体蛋白等,可起到辅助消化、促进生长的作用。

  1.2.3 微生态多功能剂 由多种、属菌株配合而成,具有一定整肠保健、防治疾病作用,又有较好的辅助消化、促进生长等作用。

  1.3 根据微生态制剂的物质组成,可分为益生素、益生元及合生元。

  1.3.1 益生素 是指改善宿主微生态平衡而发挥有益作用,达到提高宿主健康水平和健康状态的活菌制剂及其代谢产物。益生素在动物肠道内通过自身生长繁殖抑制有害细菌的生长,增强非特异性免疫功能,达到防治疾病、促进生长和提高饲料报酬的目的。

  1.3.2 益生元又叫化学益生素 是一种不能被宿主消化吸收,也不能被肠道有害菌利用,只能被有益微生物选择性吸收利用或能促进有益菌的活性(或繁殖)的一类化学物质。它能选择性促进肠内有益菌群的活性或生长繁殖,起到增进宿主健康和促进生长的作用。

  1.3.3 合生元 是益生菌和益生元按一定比例结合的生物制剂,能同时发挥二者的共同作用。合生元结构合理,效果更加优越,成为微生态制剂开发的主要方向。

  2 动物微生态制剂的作用机理

  微生态制剂进入肠道后会与其中的正常菌群相互作用,产生共生、栖生、竞争或吞噬等复杂关系,因此,作用机理相当复杂。目前认为其作用机理主要有以下几点:

  2.1 优势种群作用 正常微生物与动物和环境之间所构成的微生态系统中,优势种群对整个微生物群起决定作用,一旦失去了优势种群,则原微生态平衡失调,原有优势种群发生更替。正常情况下,动物肠道内需氧菌及兼性厌氧菌只占1%,优势种群为厌氧菌占99% 以上, 其中主要是拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、消化杆菌、优杆菌等。如该优势种群发生更替,

  上述专性厌氧菌显著减少,而需氧菌和兼性厌氧菌显著增加,此时使用微生态制剂,有利于厌氧菌的生长,抑制需氧菌和兼性厌氧菌的繁殖,恢复微生态平衡,拟杆菌、双歧杆菌等优势种群逐渐增加至恢复正常,而需氧菌和兼性厌氧菌等逐渐降低至保持原有状态,达到防治疾病的目的。

  2.2 生物夺氧作用 动物肠道内的有益菌为厌氧菌,若氧气含量升高,则引起需氧菌和兼性厌氧菌的大量繁殖,不利于维持微生态平衡。大量研究表明,一些需氧菌微生物制剂,特别是芽孢杆菌能消耗肠道内的氧气,造成厌氧环境,有助于厌氧微生物的生长,从而使失调的菌群平衡调整恢复到正常状态,达到治病促生长之目的。

  2.3 生物拮抗作用 有益微生物在体内对病原微生物有生物拮抗作用,可竞争性抑制病原微生物粘附到肠粘膜上皮细胞上,同病原微生物争夺有限的营养物质和生态位点,并将其驱除定植地点,从而不利于病原微生物的生长繁殖。

  2.4 增强机体的免疫功能 研究表明,乳酸杆菌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,提高机体抗体水平或巨噬细胞的活性,增强机体免疫功能;芽孢杆菌能促进肠道相关淋巴组织,使之处于高度反应的“准备状态”,同时使免疫器官的发育增快,免疫系统的成熟度快而早,TB淋巴细胞的数量增多使动物的体液和细胞免疫水平提高,增强机体抗病能力。益生菌能够刺激动物产生干扰素,提高免疫球蛋白浓度和巨噬细胞活性,增强机体体液和细胞免疫功能,防止疾病的发生。

  2.5 产生有益代谢产物及抗菌物质 有益微生物尤其是乳酸菌进入肠道后产生乳酸,芽孢杆菌进入动物肠道能够产生乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸,降低肠道pH值,抑制致病菌的生长,激活酸性蛋白酶活性。对新生畜禽有益的某些乳酸杆菌、链球菌、芽孢杆菌等,在代谢过程中可产生一些抗菌物质如嗜酸菌素、乳糖菌素、杆菌肽、伊短菌素等,可抑制病原菌在肠道内生长繁殖。

  2.6 合成酶类及营养物质 有益微生物在体内可产生各种消化酶,从而提高饲料转化率。芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性,可降解饲料中的某些抗营养因子,提高饲料转化率可达8% 以上;促进生长有益微生物在肠道内生长繁殖,产生各种营养物质如维生素、氨基酸、未知促生长因子等,参与机体的新陈代谢,促进动物生长。

  2.7 防止产生有害物质,改善机体环境 当机体内微生态平衡失调时,大肠杆菌比例增高,分解蛋白质产生氨、胺、细菌毒素等有毒物质,微生态制剂可显著降低大肠杆菌、沙门氏菌数量,抑制病原菌,从而恢复微生态平衡。某些有益微生物如芽孢杆菌,在肠道内可产生氨基氧化酶及分解硫化物的酶类,从而降低血液及粪便中氨、吲哚等有害气体浓度,改善机体内的环境。

  3 微生态制剂在养殖业中的应用

  3.1 在鸡方面的应用 对鸡使用微生态制剂后,可以提高鸡的生产性能、饲料转化率,改善禽舍环境,减少环境污染,提高免疫力,降低死亡率。吕景旭等(1998)用益生素(含蜡样芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌)饲喂肉仔鸡,在03周龄,试验组日增重比对照组高4.9%; 47周龄日增重比对照组高2.58%。井冈等(2003)在商品蛋鸡中添加微生态制剂,结果试验组蛋鸡产蛋比对照组提高了5.35%,料蛋比提高了9.52%,平均蛋重提高了2.95%,死淘率降低了68.18% 。罗世明等(1989)从正常雏鸡群中分离到了3株雏鸡乳杆菌,用它和酵母菌混合制成菌剂,可以显著地提高日增重和饲料转化率,并对白痢的防治效果明显。

  3.2 在猪方面的应用 在猪的日粮或饮水中添加微生态制剂可以提高日增重、饲料转化率,促进生长发育,防治仔猪下痢和提高仔猪成活率,提高养殖效益。朱万宝等(1994)将主要含蜡状芽孢杆菌、粪链球菌等4种的复合益生菌剂加入断奶仔猪饲料,结果表明用复合益生菌剂的试验组可减少饲料消耗,提高增重及减少药物开支,每头猪直接增加经济效益5.96元。 李强等(2003)在断奶仔猪日粮中添加0.5%的微生态制剂,与对照组相比,日增重提高了11.4%,腹泻率降低了15%。杨林等(2003) 研究表明,微生态制剂能不同程度地提高仔猪的平均日增重,显著降低仔猪的腹泻率(P<0.05)

  3.3 在反刍动物方面的应用 微生态制剂能够改善反刍动物瘤胃发酵环境,提高饲料的消化和利用效率,提高反刍动物生产性能。王世荣等(2003)用由酵母菌、乳酸菌和芽孢杆菌复合菌组成的粉剂饲喂奶牛,试验组比对照组产奶量增加7.26%。岳寿松等(2003)在黑白花奶牛试验组日粮中添加50g微生态制剂,试验组比同期对照组产奶量增加7.26%。那日苏等(2004)用酵母培养物对放牧补饲绵羊做对比试验,结果使日增重提高11.1%

  3.4 在水产养殖方面的应用 微生态制剂不仅可以抑制水产病原微生物的生长和繁殖,提高养殖对象的抗病力,而且能利用水环境中过多的有机物合成菌体物质,从而降低环境中氨氮、亚硝酸氮、硫化氢等有害有毒物质的含量,增加溶氧的含量,净化水产动物生存环境。刘淇等(2003)用活菌生物净水剂进行的南美白对虾饲养试验结果表明:该微生态制剂产品显著提高对虾成活率,试验组平均成活率为87.3%,而对照组为80.5% 。刘克琳等(2000)用有益芽孢杆菌投喂鲤鱼,试验结果表明对鲤鱼免疫器官的发育有一定的促进作用。张庆等(1999)每隔25天向罗非鱼养殖水体中添加以芽孢杆菌为主的微生物复合菌剂,此制剂能有效降低氨氮与亚硝酸盐的含量,维持和营造良好的水质条件,促进罗非鱼的生长。

  4 动物微生态制剂存在的问题

  微生态制剂应用广泛,兼有养生和保护功能,能起到“已病辅治、未病防病、无病保健”的重要作用。目前,对微生态制剂的开发和研究,国外已进入高潮,并且形成强大的产业,每年的收入相当可观。而我国的微生态制剂发展相对缓慢,较国外有很大差距。导致如此情况有以下几个原因:

  ① 我国微生态制剂起步较晚,许多微生态制剂尚处在开发和试验当中,没有投入到批量生产和实际应用当中去,所以市场上成熟的产品种类较少。

  ② 目前已确定在我国适宜作微生态制剂的菌种种类太少,尚需开发新的菌种,或利用现有分子生物学等方法改良现有菌种,使之具有新的特性。

  ③ 关于微生态制剂作用机制的研究进展缓慢,对于各种畜禽肠道正常菌群的组成和相互关系研究不够清楚,这都将减缓微生态制剂的开发和应用。

  ④ 微生态制剂的制作和加工工艺手段落后单一,对微生态制剂生产的后处理阶段手段匮乏,很难保证微生态制剂在与饲料混合过程中不被其他有害菌污染,无法保证微生态制剂的安全稳定性,其活性也易受外界环境因素的影响。

  ⑤ 饲料中添加的抗生素对微生态饲料添加剂的杀灭和抑制作用。

  ⑥ 缺少配套的应用推广措施,因为微生态制剂的使用有很严格的要求,使用不当会导致微生态制剂的效果减弱或消失。没有专业的售后服务和咨询措施相配套,给微生态制剂在我国的推广带来很大的困难。

  而且法律因素也对微生态制剂的发展有很大影响。如果国家严格限制在饲料中添加抗生素,将大大加强人们对微生态制剂的研发力度,加快我国微生态制剂产业的发展速度。就目前国际大环境的影响来看,要想保证我国肉、蛋及奶产品的出口,势必要改善药物残留过高的现状,禁止饲料中添加抗生素势在必行。

  5 微生态制剂使用注意事项

  5.1 菌种的选择 动物消化道微生物具有多样性和特异性,不同动物种类对菌种的要求也不同。同一菌株用于不同的动物,往往产生的效果差异较大。使用时一定要了解菌种的性能和作用,选用合适的菌种,适于单胃动物的益生素所用菌株一般为乳酸菌、芽孢杆菌、酵母等,而适于反刍动物的是酵母菌。

  5.2 应用时间与对象 应用时间要早,新生畜禽使用更佳,另外长时间连续饲喂效果更理想。 当动物处于健康、生产性能良好时,添加芽孢杆菌并不能进一步提高动物的生产性能,而只是起到一定的保健作用,而当机体处于疾病,尤其是发生胃肠道疾病时,添加芽孢杆菌能起到较好的治疗作用,并改善动物的生产性能。动物的年龄、性别、种类也影响芽孢杆菌的作用效果。

  5.3 剂量与浓度 有效的活菌数是影响作用效果的关键因素之一。产品中必须含有相当数量的活菌数才能达到效果,但添加过量有时会适得其反,造成饲料成本上升。瑞典规定乳酸菌制剂活菌数要达到 2×1011/g。德国学者认为仔猪饲料中加入微生态制剂其含菌量应达到

  0.20.5×107/g饲料,育肥猪饲料中加入每克含106个芽孢杆菌而乳杆菌数量不少于107/g。我国在正式批准生产的制剂中,对含菌数量和用量也有规定,芽孢杆菌含量≥5×108/g

  5.4 注意保存条件和保存时间 微生态产品随着保存时间的延长,活菌数量不断减少,其速度因菌种和保存条件而异。厌氧菌暴露在空气中很容易死亡,因此有的产品对其进行了包被处理,或者采用真空包装,所以在打开包装后应在规定的时间内用完。

  5.5 与抗生素和抗球虫药物等的配伍 由于益生菌制剂是活菌,抗生素和化学合成的抗菌剂对其有杀灭作用,因此一般都禁止与之敏感的抗生素如磺胺类或化学类药物同时使用。另外有报道动物在用抗生素治疗疾病后,用益生菌制剂快速恢复胃肠道功能效果很明显。

  6 微生态制剂的发展趋势及应用前景

  目前对动物微生态制剂的作用机理了解得还不十分清楚,大多数研究还停留在使用效果水平上,基础理论方面的研究还远远不够。动物微生态学应与动物营养学和预防医学密切结合,利用生物技术手段开发出高生产性能的菌种,来提高微生态制剂的饲喂效果,推动行业发展。

  今后开发研究微生态制剂的发展趋势是:

  ① 从国外开发和使用效果来看,将芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌及光合菌等多种菌复合配制,配制形成复合菌制剂是微生态制剂发展的一种趋势。复合酶制剂一般都有协同作用,较单一菌株的作用效果要更好。

  ② 将微生态制剂与分子生物学相结合,利用基因工程技术定向改造有益菌株,将目的基因(蛋氨酸基因、赖氨酸基因、植酸酶基因、蛋白酶基因、淀粉酶基因及抗原基因等)转到芽孢杆菌中,进行高效表达,使其具有耐酸、耐热及在动物体内可长期生存等特性;针对某种动物某个阶段,研究专用微生态制剂,以保证其使用效果;

  ③ 将微生态领域与药学相结合,获得具有多重耐药的新菌株,同时这种耐药性不会通过细菌质粒传播到正常的肠道菌群中。

  ④ 工业与生物技术相结合,寻找高效率、高立体选择性及条件温和的寡糖合成方法,探索新型糖端基离去基、新的寡糖合成策略及新型保护基的应用。

  ⑤ 加强益生菌、益生元、抗生素、酶制剂的协同作用与作用机理的研究;通过基因工程手段获得基因工程益生菌,生产出能永久性定居在肠道的益生菌和多功能性微生态制剂。

  ⑥ 深入研究微生态制剂对畜禽免疫功能的影响及其作用机制。

  ⑦ 走将动植物微生态制剂相结合的途径。比如依靠微生态制剂的喷洒,在盐碱地上种植牧草类先锋植物,微生态制剂可提高牧草的耐盐性和牧草品质,在此基础上放牧,形成微生物、动物、植物及自然环境间相辅相承的和谐生态圈。

  随着分子生物学的发展,基因工程、微囊工艺、缓释技术等新技术的应用,微生态制剂在畜牧水产养殖业中将会有更加广阔的应用前景。

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