认识枯草芽孢杆菌
枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种。单个细胞 0.7～0.8×2～3微米，着色均匀。无荚膜，周生鞭毛，能运动。革兰氏阳性菌，芽孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，椭圆到柱状，位于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大。菌落表面粗糙不透明，污白色或微黄色，在液体培养基中生长时，常形成皱醭。好氧菌，可利用蛋白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚，广泛分布在土壤及腐败的有机物中，易在枯草浸汁中繁殖，故而得名。
美国食品和药物管理局在1950年允许将抗生素添加到饲料中，之后抗生素即被作为添加剂广泛使用。随着时间的推移由抗生素引起的各种弊端和危害日益明显，因此益生菌作为抗生素的替代品之一在饲料加工业和畜牧养殖业中也越趋重要。枯草芽孢杆菌是于1989年被美国药物管理局批准使用的，2006年时我国农业部予以批准使用。
枯草芽孢杆菌的作用机理
1.调整肠道微生态平衡
肠道微生态平衡是指动物肠道中的正常微生物群落在长期进化中形成的各个细菌成员种类和数量的动态平衡。在微生态系统中，优势种群对整个微生物群有明显的控制作用，一旦优势种群改变，就会导致菌群失调，从而引发微生态失调。微生态制剂可通过生物夺氧理论和生物屏障理论调整肠道微生态平衡。正常情况下，动物肠道内优势种群几乎全是厌氧型，而需氧型和兼性厌氧型细菌很少。枯草芽孢杆菌可以通过消耗胃肠道内的氧气维持微生态平衡。这是因为枯草芽孢杆菌是需氧菌，当它进入动物体内，会快速繁殖消耗掉局部氧气，造成厌氧环境，促进体内乳酸菌、双歧杆菌等肠道优势菌的生长繁殖，防止需氧有害菌的入侵定植。
机体抵抗致病因子的侵入，除了皮肤和管腔壁粘膜的屏障作用和腺体分泌物的杀菌稀释作用外，还有一种特殊的防御机制，即正常菌群的平衡。在机体的皮肤、黏膜或其他生物膜样结构的表面，长期、有序地定植着一些微生物，它们能有效地防止外来致病菌的侵入。有益菌群和有害菌群通常是人们根据肠道细菌对宿主有益或有害作用而划分的两大类菌群。有益菌通过与病原菌竞争定植位点，占据肠粘膜表面，形成对机体起防御作用的生物学屏障，它可通过细胞代谢阻止病原菌的入侵和定植，减少病原菌对宿主的侵害。有益菌还可通过产生细菌素、降低肠道pH等方式抑制病原菌的生长，如乳酸菌可产生乳酸链球菌肽抗菌，并能产生有机酸降低消化道内酸度，从而抑制家禽病原体的生长，并能促进饲料的消化吸收。细菌素是由某些细菌产生的一种多肽类抗生代谢产物，抑菌谱较窄，生产上多将几种细菌素联合使用，扩大其抑菌范围。研究表明，枯草芽孢杆菌在代谢过程中可以产生蛋白类、肽类抗菌物，可以抑制或杀死肠道致病菌，维持肠道微生态平衡，保持肠道健康。此外，枯草芽孢杆菌代谢产生的乳酸还能使动物肠道内的pH下降，抑制有害菌生长繁殖，减少有害菌对肠粘膜的破坏，促进动物对Ca、P、维生素D的吸收和利用。
2.增强机体免疫力
正常菌群能够促进免疫器官的形成，研究发现无菌动物的淋巴组织发育不全，淋巴细胞功能低下，浆细胞形成受阻，免疫记忆时间缩短。而微生态制剂可以建立肠道非免疫调节屏障，其中包括增加肠粘膜的通透性和平衡肠道微生态菌群。此外，微生态制剂还可通过自身成分激活宿主免疫细胞，作为非特异免疫调节因子，增强巨噬细胞和体液细胞的活性，提高宿主非特异性免疫机能，有效增强机体免疫力。益生菌能够刺激动物产生干扰素，提高肠道免疫球蛋白浓度，从而减轻肠道炎性反应，改善肠粘膜功能，稳定肠道，发挥免疫调节机能。
芽孢杆菌能通过分泌抑菌物质、激活免疫细胞等方式增强机体免疫力。大量研究表明，枯草芽孢杆菌分泌的胞外抗菌物质，如细菌素、抗菌蛋白质及蛋白酶的抑菌活性较强，枯草芽孢杆菌也可以通过与病原菌竞争粘附位点和降低肠道pH、造成肠道厌氧环境来减少病原菌对宿主细胞的感染。
3.产生有益代谢产物
枯草芽孢杆菌可以在体内产生多种消化酶，这些消化酶可以与体内的酶协同，共同促进机体摄入营养成分的消化吸收，提高饲料的转化率。芽孢杆菌具有很强的淀粉酶活性，可降解植物饲料中的某些抗营养因子和难降解的碳水化合物；还具有较强的脂肪酶活性，可降解动物饲料中的甘油三酯。
芽孢杆菌产生的多种挥发性脂肪酸可以加强胃肠蠕动，降低肠道pH值，抑制大肠杆菌等有害菌的生长繁殖，同时促进饲料中钙、铁、锌等矿物元素的吸收。
枯草芽孢杆菌自身就能合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等酶类，增强消化道内酶类的活性，并且产生分解植物中较难降解的有机物的酶，如果聚糖酶、β-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等。在枯草芽孢杆菌中存在植酸酶的基因。用芽孢杆菌制成的微生态制剂饲喂动物，能够提高消化道的酶活，促进动物对营养物质的消化吸收。
4.改善环境卫生
脲酶广泛存在于动物肠道中，会引发动物胃肠道感染。枯草芽孢杆菌不仅可以通过产生的枯草菌素减弱脲酶活性，防止其将脲分解为氨和二氧化碳或者碳酸铵，还可产生氨基氧化酶等酶类，从而降低消化道内氨浓度和血液中血氨浓度，削弱高浓度氨对生长的影响，并降低粪便中尿素分解产生的氨等有害气体浓度减少有害气体的释放。
大肠杆菌等有害菌的增多，会导致机体微生态失调，有害菌分解蛋白质时会产生氨、胺等有害物质。枯草芽孢杆菌可通过生物夺氧理论和生物屏障作用显著降低一些有害菌的数量，从而恢复微生态平衡，减少有害物质的产生，从而使得肠道内氨含量降低，肠上皮细胞可以更好的吸收营养物质。新鲜的家禽排泄物中，70%左右的氮是以尿素和尿酸的形式存在，但是，尿素和尿酸中的氮转化为氨气，会降低家禽排泄物作为肥料的价值，氨排放到空气中还会对动物体的健康和生产有消极的影响。
枯草芽孢杆菌在动物生产中的应用
枯草芽孢杆菌在养殖业的应用遍及反刍动物、单胃动物及水产动物领域。
1.在猪生产中的应用
研究表明，在猪饲料中添加枯草芽孢杆菌可以减少猪肠道内有害菌的定植，增强抗病能力，有效防治仔猪断奶时的腹泻，并能提高饲料利用率，提高生长性能。Alexopoulos 等用含有地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌孢子的复合微生态制剂饲喂猪，研究其在猪的断奶、生长和肥育阶段对猪的健康状况和生产力的影响，试验表明，处理组的猪的发病率和死亡率均低于对照组，主要由大肠杆菌引起的断奶后的腹泻率也降低，猪的体重、饲料利用率和酮体品质都显著高于对照组，中、高剂量组的效果更加明显。Alexopoulos 等还将上述复合微生态制剂以1.28×106 CFU/g的含量添加到哺乳期母猪饲料中，发现其可以提高母猪的饲料消耗，降低母猪因哺乳而造成的体重下降，还可以提高母猪血清胆固醇和总脂含量，母猪乳脂和乳蛋白含量也有所提高。Xiaohua Guo等将枯草芽孢杆菌MA139以2.2×105、2.2×106、2.2×107 CFU/g三种不同含量饲喂仔猪，研究发现枯草芽孢杆菌添加组与对照组比能提高仔猪日增重，显著提高饲料转化率，与饲喂抗生素组的猪的生长性能没有显著差异。饲喂含量为2.2×105 CFU/g枯草芽孢杆菌组的猪的粪便中的乳杆菌数显著提高，大肠杆菌数显著降低。李兴华在给哺乳仔猪饲喂枯草芽孢杆菌添加剂后发现，与对照组相比，试验组平均日增重显著增加、腹泻指数显著降低，血清中总蛋白、球蛋白和碱性磷酸酶含量显著提高，粪样中的乳酸杆菌与双歧杆菌数量显著提高，大肠杆菌数量显著降低。
2.在家禽生产中的应用
大量试验证明，在禽饲料中添加枯草芽孢杆菌能改善肠道健康，显著提高生产性能，改善产品品质，增强免疫性能，提高成活率，提高饲料报酬，减少粪臭味。Fritts 等在1日龄的肉仔鸡饲粮中添加30 g/ton 枯草芽孢杆菌C-3102 ，研究其对肉鸡生长性能和酮体微生物的影响，结果发现，试验组的鸡在42日龄时鸡体重和21～42日龄期间的饲料转化率都有了显著提高（P＜0.05），鸡胴体中的菌落总数，大肠菌群（非大肠杆菌）和空肠菌群都有了显著降低（P＜0.05）。对照组中所有选取检测的鸡都显示沙门氏菌阳性，而试验组仅有一小半显示阳性。这说明了在家禽饲料中添加枯草芽孢杆菌可以替代抗生素提高其生长性能，并可能有助于减少鸡场病原体。Samanya等给肉鸡饲喂纳豆芽孢杆菌后发现，试验组的饲料效率显著提高，血氨浓度显著降低，血糖浓度，肠道内容物中的淀粉酶、脂肪酶活性没有显著改变，试验组肉鸡的肠道组织学形态，如绒毛高度、细胞面积和细胞有丝分裂相比于对照组都有了很大程度的改善，这可能是因为血氨浓度的降低激活了肠道功能。U.Santoso 等研究了干燥的枯草芽孢杆菌制剂对鸡舍氨气含量的影响，结果发现，2%的枯草芽孢杆菌制剂能极显著降低鸡舍和鸡粪存储设施的氨气含量，并能降低鸡粪中氨气释放量，而对粪中的总氮、尿素氮、氨氮的含量没有影响；1%的枯草芽孢杆菌提高了蛋鸡对氮的利用率，降低了血清尿素氮的含量。C L Xu等研究发现，500 mg/kg干燥的枯草芽孢杆菌制剂能显著改善罗曼褐壳蛋鸡的产蛋率、耗料量和饲料转化率，除此之外，试验组的蛋壳厚度、蛋黄颜色、哈氏单位都有显著提高，蛋黄胆固醇含量显著降低，然而，添加过多剂量的枯草芽孢杆菌却不能改善蛋鸡的生产性能。
3.在反刍动物生产中的应用
枯草芽孢杆菌可以跟瘤胃微生物一起，根据饲料类型进行发酵，在不改变发酵类型的基础上对瘤胃的发酵有明显的促进作用。它能利用生物耗氧作用和降低肠道pH值，平衡消化道内的微生态系统，提高动物的饲料利用率，并增强机体的抵抗力，达到促生长和抗病二合一的作用效果。于萍等研究表明，在犊牛开食料中添加纳豆枯草芽孢杆菌有助于增加瘤胃球菌的数量，促进犊牛瘤胃中微生物区系的建立。Folmer 等用苏云金芽孢杆菌饲喂奶牛，结果发现试验组的饲料利用率有了显著提高。周振峰报道称，在试验各组奶牛精料中分别添加地衣芽孢杆菌1×109 CFU/kg、2×109 CFU/kg、3×109 CFU/kg后，结果显示，与对照组相比，试验组产奶量分别有所提高，其中添加量为2×109 CFU/kg组的差异最为显著，乳脂和乳蛋白含量相比于对照组也均有所提高。Kritas 等用含枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的复合微生态制剂饲喂羊羔和哺乳期母羊时发现，试验组的羊羔死亡率降低了5.3%，试验组母羊的日产奶量、乳蛋白以及乳脂肪含量都显著高于对照组。
4.在水产动物生产中的应用
当将含有微生态制剂的饲料投入到水中饲喂水产动物，微生态制剂不仅可以对动物所生长的水环境发挥作用，还可以在被动物摄取后作用于动物机体。枯草芽孢杆菌可以通过改变宿主肠道菌群来提高宿主生长和消化能力，通过刺激免疫器官的发育增强机体免疫功能，并能通过硝化作用将水中的氨氧化成硝酸来改善水质。张克强等将芽孢杆菌发酵后投入养殖水体中，通过对养殖水体中各项水质因子进行检测发现，NH3-N、NO2-N、COD等污染物的存留量仅是试验前的3.03%、12.22%、26.34%，说明了芽孢杆菌发酵液对养殖水质具有显著改善作用。李卓佳等研究了芽孢杆菌对于虾池水质的调控作用，结果表明，芽孢杆菌能够抑制水体异氧细菌尤其是弧菌的生长，却能促进底泥异养细菌以及弧菌的生长，对藻类的繁殖有促进作用，能够抑制致病菌的繁殖，间接促进虾的生长。Rengpipat等研究发现，芽孢杆菌能有效的激活对虾淋巴细胞的吞噬功能，提高对虾细胞和体液免疫能力，将对虾暴露在具有致病性的弧菌后，饲喂芽孢杆菌组的对虾成活率显著提高。由此可见，在水产动物饲料中添加芽孢杆菌，可以改善水质，减少水体中和动物体内的有害菌，防治动物疾病。
此外，芽孢杆菌应用于水产动物养殖，还能增强其消化酶的活性，改善动物生长性能。沈斌乾在青鱼饲料中添加枯草芽孢杆菌后发现，试验组青鱼的肠淀粉酶、肠蛋白酶、胰蛋白酶活性均比对照组显著升高，且试验组的青鱼鱼体终重和鱼体增重比对照组显著提高，而饲料系数则显著降低。刘波等研究表明，添加地衣芽孢杆菌显著增强了异育银鲫体内消化酶的活性，加强了鱼对干物质、粗蛋白、磷等矿物元素的消化吸收，提高了饵料利用率。Olmos发现在南美白对虾饲料中补充枯草芽孢杆菌能显著促进虾的生长，提高饲料转化率，建议选择优良的枯草芽孢杆菌菌株作为制作南美白对虾功能性饲料的一员。
中国微生物查询网（www.biobw.org）