凝结芽孢杆菌对畜禽肠道健康调控作用的研究进展

摘要：凝结芽孢杆菌是一种新型的饲用益生菌，不仅具有乳酸菌和双歧杆菌的益生作用，还具有芽孢杆菌的耐高温、耐胃酸和耐胆盐等抗逆性，以及易培养、易储存的生物学特性。诸多研究表明，凝结芽孢杆菌具有平衡肠道菌群结构、改善肠道形态、促进消化吸收、增强肠道免疫等多种作用。本文主要综述了凝结芽孢杆菌对畜禽肠道健康的调控作用，旨在为凝结芽孢杆菌在畜禽绿色养殖和生产的进一步应用提供理论参考。

关键词：凝结芽孢杆菌；生物学特性；肠道菌群；肠道形态；肠道免疫；消化吸收

自2020年7月1日起，我国禁止饲料生产中添加促生长类抗生素，饲料中抗生素替代产品成为研究的焦点，微生态制剂则是主要抗生素替代产品之一。畜牧业最常用的微生态制剂是乳酸菌和双歧杆菌，但这些菌株对高温、胃酸、胆盐和消化酶都不耐受。凝结芽孢杆菌于1915年在爱荷华州农业实验站的凝结牛奶中首次被发现，并于1932年首次被分离。与其他益生菌相比，凝结芽孢杆菌对极端环境有很强的耐受力，在热处理和低温储存中有更优越的稳定性，在胃肠道的酸性环境中被激活，且没有毒作用，因此被称为“益生菌之王”，具备开发为微生态制剂的巨大潜力。大量研究表明，凝结芽孢杆菌对畜禽肠道健康具有积极的调控作用。例如，凝结芽孢杆菌能够降低仔猪腹泻率从而提高生长性能，调节肉鸡肠道微生物菌群平衡并提高饲料转化率等。本文主要综述凝结芽孢杆菌生物学特性及其对畜禽肠道健康的调控作用，旨在为凝结芽孢杆菌在畜禽生产中进一步开发和利用提供参考。

1 凝结芽孢杆菌的生物学特性

凝结芽孢杆菌在分类学上属于厚壁菌门、杆菌纲、芽孢杆菌属，是兼性厌氧型革兰氏阳性菌，其菌体形态呈杆状，长2.5～5.0 μm，宽0.6～1.0μm，表面无鞭毛，两端生芽孢，最适生长温度在35～50℃，最适生长pH为5.5～6.5。凝结芽孢杆菌在发现之初也被称为产孢乳杆菌，具备乳酸菌和芽孢杆菌的共同特征，其产生的芽孢具有高抗逆性，耐高温、耐胃酸、耐胆盐，使得其能够顺利通过饲料加工工艺和畜禽机体消化道环境，到达肠道内进行萌发和繁殖，发挥益生作用，相比于传统商业益生菌具有较高的存活率和稳定性。凝结芽孢杆菌在生长过程中主要以葡萄糖、原糖、麦芽糖等糖类化合物为碳源，在主要生长因子(生物素和硫胺素)作用下发酵产生大量L-乳酸。并且产生具有抑菌活性的凝固素(Ceagulin)及分泌多种消化酶，对于降低肠道pH，调节肠道微生态平衡和促进肠道消化吸收具有积极作用。此外，亦有多项体外评估研究表明，凝结芽孢杆菌不携带肠毒素基因，无致突变性、致畸性或遗传毒性作用，对大肠杆菌、肠球菌等细菌具有明显抑制作用。对抗生素敏感，且具有良好的清除自由基的能力，体现了凝结芽孢杆菌的安全性、抗菌性、抗氧化性等特性。但值得注意的是。凝结芽孢杆菌不属于肠道固有菌，在畜禽肠道中的定植能力较差。有研究表明，停止饲用凝结芽孢杆菌后，肠道内凝结芽孢杆菌的数量会逐渐减少直至消失，需要长期饲用才能保证其益生作用的发挥。

2 凝结芽孢杆菌对畜禽肠道健康的调控作用

2.1 调节肠道菌群结构

肠道菌群是影响肠道生理功能发挥的重要因素，与机体健康状况息息相关，当畜禽机体肠道内的菌群平衡状态被打破，就会导致各种生理功能障碍，进而引发多种疾病。凝结芽孢杆菌作为兼性厌氧菌，在肠道内定植后可以消耗游离氧，减少氧化还原反应；同时，凝结芽孢杆菌发酵糖类化合物生成大量的L-乳酸使得肠道pH下降，从而创造利于乳酸菌、双歧杆菌等有益菌生长的厌氧和酸性肠道环境，阻止需氧型及嗜碱性致病菌的入侵中物，此外，凝结芽孢杆菌在增殖过程中还能分泌细菌素，其具有抗菌活性。可抑制多种革兰氏阴性和阳性致病菌，其作用机制通过破环致病菌细胞结构使胞内氨基酸和无机盐泄露，从而抑制其生长。

已有多项体外抑菌性能研究表明，凝结芽孢杆菌能抑制沙门氏菌、大肠杆菌、产气荚膜梭菌等肠道主要致病菌的生长，对乳酸杆菌，双歧杆菌等肠道有益菌则无抑制作用。畜禽饲喂凝结芽孢杆菌后，能够降低肠道内有害菌的数量，具有调节肠道微生物区系平衡的功能，白勇昌等报道，在基础日粮中添加4×106CFU/g凝结芽孢杆菌可显著降低AA肉鸡盲肠食糜中的大肠杆菌数量，乳酸杆菌数量与大肠杆菌数量的比值提高，且体外抑菌试验结果也显示了凝结芽孢杆菌对大肠杆菌K88的显著抑制作用。对罗伊氏乳酸杆菌则不敏感。柳成东等在大肠杆菌K88感染仔猪模型上的试验结果亦显示，在基础日粮中添加1×107CFU/g凝结芽孢杆菌能够显著降低仔猪空肠和盲肠食糜中的大肠杆菌数量，并且显著提高乳酸杆菌数量。微生物群落的多样性有助于肠道微生物区系的动态平衡及提高对病原菌的抵抗力，Guo等研究发现，肉鸡在感染产气荚膜梭菌后官肠微生物区系的Chaol指数、ACE指数和Shannon 指数显著降低。而饲喂添加凝结芽孢杆菌日粮的感染肉鸡官肠α多样性指数与未感染的对照组肉鸡相当，表明凝结芽孢杆菌具有恢复受损肠道微生物丰富度和多样性的作用。类似的，邢冠润等发现，饲喂凝结芽孢杆菌能够增强蛋鸡产蛋后期官肠微生物的多样性和丰富性。显著提高盲肠内容物中拟杆菌门、芽孢杆菌目、乳杆菌属等有益菌的相对丰度，减少螺旋体门、肠球菌科等致病菌的数量，优化肠道微生物区系结构。由此可知，凝结芽孢杆菌主要通过竞争结合游离氧，产生L-乳酸等酸性代谢产物及分泌具有抗菌活性的细菌素，创造利于有益菌生长的肠道环境。抑制有害菌的繁殖，从而调节肠道菌群平衡，优化菌群结构，维持肠道健康。

2.2 维持肠道黏膜屏障完整性

肠道是动物机体最重要的消化吸收器官，在维持机体正常发育方面有重要的作用，而肠黏膜的完整性则是肠道正常发挥功能的基础。肠黏膜屏障主要包括机械、免疫、化学和生物屏障，它可以分隔机体内环境和外环境(肠腔)，防御外来病原菌入侵、感染和内毒素易位。细菌的人侵首先要打破肠黏膜屏障，增强肠壁通透性，进而穿过肠黏膜屏障进入机体，引发肠道炎症反应。凝结芽孢杆菌可与肠上皮细胞的特异性受体结合。通过菌体“占位”减少病原体在肠上皮细胞上的结合位点；还可利用肠内的氧气，竟争性抑制炎症致病菌的增殖。保护肠黏膜。

凝结芽孢杆菌不仅能减轻致病菌对肠黏膜屏障的损伤，还能刺激肠黏膜上皮细胞的增殖，使其分泌出大量的黏液、黏蛋白，降低肠道黏膜屏障的通透性，缓解畜禽炎症反应。胡婷等发现，在1-30日龄蛋鸡饲粮中添加凝结芽孢杆菌BC-HYI能显著降低血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)表达量，显著提高空肠黏膜黏液蛋白2(MUG2)、闭锁小带蛋白1(Z0-1)和闭合蛋白(Occludin)的mRNA相对表达量。类似的，有研究发现仔猪饲粮中补充2×106CFU/g凝结芽孢杆菌能够提高Occludin的表达量，保护肠黏膜屏障，维持肠道健康，从而减轻仔猪断奶应激引起的腹泻和肠道损伤。连接蛋白-1(Claudin-1)能够加强肠上皮细胞的紧密连接，黏蛋白-2(Mucin-2)是小肠主要的黏蛋白基因，可编码黏蛋白。形成黏液屏障、夏亿等研究发现。感染产气荚膜梭菌的肉鸡小肠Claudin-1和Mucin-2表达量上调，而饲粮中添加凝结芽孢杆菌能使感染肉鸡Claudin-1和Mucin-2的相对表达量下调。作用机理可能是凝结芽孢杆菌抑制产气荚腠梭菌的增殖，缓解肠道黏膜屏障损伤。此外，Wu等研究发现，在感染产气荚膜梭菌的肉鸡饲粮中添加凝结芽孢杆菌能增强肉鸡空肠中碱性磷酸酶活性，促进空肠溶菌酶mRNA的表达，并抑制产气美膜梭菌的增殖，改善肉鸡的肠屏障结构，维持肠道屏障健康。Liu等报道，在肉鸡42d的饲养周期中，饲粮中添加1×108CFU/mL凝结芽孢杆菌可能通过Wnt/β信号通路刺激肠上皮细胞的增殖和分化，增加杯状细胞的数量，增强肠道黏膜屏障。另外，有研究表明，凝结芽孢杆菌能显著减少肠道内氨、胺等肠毒素的产生，降低有害物质对肠黏膜的毒性作用，促进对肠黏膜溃疡的损伤修复。综合分析，凝结芽孢杆菌能够竞争性地占据肠黏膜上的特异性受体，消耗肠道中的游离氧，抑制需氧型致病菌的增殖，提高肠上皮细胞紧密连接蛋白和黏蛋白的表达量，减少致病毒素对肠道的损伤。

2.3 促进肠道消化吸收

肠道消化吸收功能与肠道形态结构密切相关。肠道形态结构指标能够反映出肠道消化吸收营养物质的能力。衡量肠上皮形态结构的主要指标有小肠绒毛高度、隐窝深度和绒毛高度/隐窝深度比值(绒隐比)，绒毛高度高，则肠道吸收表面积大。隐窝深度浅，代表肠上皮细胞成熟率高；绒隐比值上升，说明肠上皮细胞成熟和功能活性提高，凝结芽孢杆菌能分泌多种消化酶，参与降解和消化饲料，提高饲料利用率，如β-半乳糖苷酶使乳糖降解为葡萄糖和半乳糖，蛋白酶将植物性蛋白降解为氨基酸，脂酶、淀粉酶等降解营养物质产生游离脂肪酸、维生素、短链脂肪酸等营养物质。同时，凝结芽孢杆菌能促进机体分泌多种消化酶，从而促进肠道消化吸收。此外，凝结芽孢杆菌还能够产生乳酸，氨基酸、维生素等多种营养物质，提高钙、磷、锌、铁等矿物质的利用率，提高肠道蠕动速度，改善肠道消化功能。为畜禽生长发育提供有利条件。凝结芽孢杆菌产生的细菌素。有机酸以及短链脂肪酸，可以产生抗菌和抗黏附作用，预防胃肠道疾病，降低肠道pH，创造有益菌增殖的有利条件，进而促进肠道对营养物质的消化吸收。

诸多研究表明，凝结芽孢杆菌可以促进畜禽肠绒毛的发育，显著提高绒隐比，增加肠黏膜与营养物质的接触面积，增强肠道的消化服收能力。有研究表明。断奶仔猪感染产肠毒素大肠杆菌K88后，与饲喂基础饲粮对照组相比，饲粮中添加1.0×107CFU/g凝结芽孢杆菌能够使空肠和回肠的绒毛高度和绒隐比显著提高，隐窝深度显著降低，同时影响空肠黏膜细胞因子表达量、平衡肠道菌群，提高了断奶仔猪平均日增重和平均日采食量，改善生长性能。已有多项研究表明，与对照组饲喂基础饲粮的肉鸡相比，饲喂凝结芽孢杆菌使肉鸡耗料增重比显著降低，证明肉鸡饲喂凝结芽孢杆菌能够提高肉鸡的饲料转化率，对肉鸡的生长性能有积极影响。Zhou等研究结果显示，日粮中添加凝结芽孢杆菌能够显著提高广西黄鸡日增重、饲料转化率，降低耗料增重比，明显提升肉品质，并提高鸡存活率。碱性磷酸酶除了可以保护肠道黏膜，防御致病菌对肠道黏膜屏障的损伤外，还是反映小肠消化吸收功能的标志酶，可以水解磷酸盐，促进脂肪吸收利用。在黄羽肉鸡饲粮中添加不同量的凝结芽孢杆菌菌粉能够不同程度地提高碱性磷酸酶活性，其中添加2×108CFU/kg凝结芽孢杆菌对于提升1-28日龄黄羽肉鸡碱性磷酸酶活性提高效果最好，同时黄羽肉鸡血清中尿素氮的含量降低，说明凝结芽孢杆菌有利于营养物质特别是蛋白质的消化吸收。夏亿研究表明，日粮添加1×1010CFU/kg凝结芽孢杆菌能降低感染产气荚膜梭菌肉鸡的肠道损伤评分，提高十二指肠和空肠绒/隐比。使肠黏膜屏障和免疫相关基因的表达量出现显著变化，从而缓解肠道损伤。提高畜禽营养物质消化率。综合分析，凝结芽孢杆菌能够促进肠绒毛发育，分泌多种消化酶，产生氨基酸、乳酸、维生素等营养物质，提高肠道消化功能，降低耗料增重比，为畜禽生长发育提供有利条件。

2.4 改善肠道免疫功能肠

肠道由单层柱状上皮细胞覆盖的绒毛和隐窝组成，是动物机体抵御病原体的一道重要防线，也是非特异性免疫的初始防线。已有研究表明。凝结芽孢杆菌能够促进肠道黏膜产生特异性分泌型免疫球蛋白(SlgA)；降低畜禽胆固醇和血脂水平，防止动脉粥样硬化；降低血糖水平，控制糖耐量减低现象；调控细胞因子，如抑制肿瘤诱导因子的表达、调节核转录系统NF-κB P65分泌致炎因子白细胞介素-8(IL-8)，以缓解肠道炎症的发生。此外，凝结芽孢杆菌还具有抗氧化功能。其细胞壁及其代谢产物能够抑制肠道中活性氧诱导的氧化作用，还能促进自然杀伤细胞和巨噬细胞成熟，增强中性粒细胞和抗原呈递细胞活性。表现出抗菌活性，促进免疫器官的生长发育。提高体液和细胞免疫水平。

凝结芽孢杆菌对于肠道免疫有积极的促进作用。能够增强肠道黏膜免疫功能，减少肠道继发性感染，改善畜禽生长发育。致炎因子白细胞介素-1β(IL-1β)作用较为强烈，能直接导致炎症反应；细胞因子白细胞介素-10(IL-10)和白细胞介素-22(IL-22)能促进免疫细胞的增殖分化，抑制促炎因子，减轻炎症损伤。已有多项研究表明，感染沙门氏菌的肉鸡饲喂凝结芽孢杆菌后，IL-1β基因表达受到抑制，IL-10基因和IL-22基因表达量提高，血清中免疫球蛋白IgG含量增加。宫秀燕等报道，日粮中添加400mg/kg凝结芽孢杆菌能降低感染肠炎沙门氏菌和产气荚膜梭菌肉鸡的炎症反应和血清氧化损伤，增强抗菌基因表达，提高肠道免疫功能从而提高肉鸡生长性能。胸腺、脾脏和法氏囊是肉鸡重要的免疫器官，免疫器官指数能够反映免疫器官的发育程度。有研究报道，饲粮中添加0.3×106CFU/g凝结芽胞杆菌显著提高了AA肉鸡脾脏指数，法氏囊指数也有增加的趋势，可促进免疫器官生长发育。然而，饲粮中凝结芽孢杆菌的添加量并非越多越好，适量添加凝结芽孢杆菌可降低耗料增重比，显著增加平均日增重，提高成活率和胸肌率，提高畜禽的生长性能。申维维等研究表明，饲喂凝结芽孢杆菌低剂量(2×107CFU/mL)、中剂量(2×108CFU/mL)和高剂量组(2×109CFU/mL)可显著提高肉鸡平均日增重，脾脏指数、胸腺指数以及T淋巴细胞转化率显著高于空白对照组，其中以中剂量组的提高免疫效果最为显著；随着饲喂凝结芽孢杆菌的时间延长，对T淋巴细胞转化的促进效果也提高。因此，凝结芽孢杆菌可抑制肠道病原菌的增殖，促进免疫因子释放和免疫球蛋白分泌；还可利用其抗氧化功能，提供免疫细胞增殖的有利条件，增强畜禽体液免疫和细胞免疫水平。

3 小结

凝结芽孢杆菌能够提高畜禽饲料转化率，改善肠道微生物群，增强免疫功能，提升抗氧化能力等，与其他益生菌相比，更能够抵御恶劣环境，适应于加工和储存。因此，凝结芽孢杆菌作为微生物饲料添加剂在生产应用中具有广阔的开发前景。但是目前仍存在一些亟待解决的问题：①关于凝结芽孢杆菌调控畜禽肠道健康的分子机制以及作用机理有待进一步探索；②针对不同畜种、不同生长时期、不同生理特点，凝结芽孢杆菌的饲用方式和饲用剂量有待进一步研究；③肠道作为一个开放的体系，菌群结构组成复杂，不同菌群之间存在拮抗或协同作用，应结合凝结芽孢杆菌在肠道菌群中扮演的角色，分析探讨其与其他菌群的配伍效果，为发掘凝结芽孢杆菌与其他饲用益生菌的组合应用奠定基础。

参考文献：略

作者：李茹，李燕等发表于《中国畜牧杂志》2024年第2期。