芽孢杆菌研究现状及应用进展返回列表
微生态学是近年来发展的一门生命科学。微生态调节剂指在微生态学理论指导下，调整微生态失调，保持微生态平衡，提高宿主健康水平或增进健康佳态的益生 菌及其代谢产物和生长促进物质制成的制剂。2002年联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）对微生态制剂中的益生菌定义为：益生菌是活的微生 物，通过给予（摄入）充足的数量，对宿主产生一种或多种特殊且经临床论证的功能性健康益处。动物肠道是一个巨大的细菌库，在体内构成微生态平衡。若这种平 衡破坏，出现菌群失调，将会引起许多相关疾病。芽孢杆菌由于稳定性好、抗逆性强、复活率高等优点，运用芽孢杆菌进行微生态制剂的研究开发与应用受到人们广 泛重视。本文针对芽孢杆菌对肠道菌群调节的研究进展进行综述。
1、肠道菌群
1.1 胃肠道正常菌群
胃肠道栖息着大约30属500多种细菌，主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上，而仅类杆菌及双歧杆 菌就占细菌总数90%以上。胃、十二指肠、空肠细菌的种类及数量极少，主要由于胃酸、胆汁作用及小肠液流量大，蠕动节奏快，细菌在繁殖前即被冲洗到远端回 肠及结肠，细菌浓度＜103/mL，主要为革兰氏阳性需氧菌，如链球菌、葡萄球菌和乳酸杆菌。而回肠未端由于肠液流量少，蠕动减慢，细菌数逐渐增加到105/mL～108/mL，主要含乳酸杆菌、大肠杆菌、类杆菌和梭状芽孢杆菌等。至结肠，细菌数明显增加，浓度109/mL～1012/mL，主要为厌氧菌：双歧杆菌，类杆菌，乳酸杆菌占绝对优越，为优势菌群，而有潜在致病性的梭状芽孢杆菌和葡萄球菌仅少量。
肠内菌群保持共生或拮抗关系，维持微生态平衡。与宿主健康及疾病有密切关系。肠道个体菌群分为三个部分：生理性细菌与宿主共生关系，为专性厌氧菌，是 肠道的优势菌群，如双歧杆菌、类杆菌、优杆菌和消化球菌等是膜菌群的主要构成者，具有营养及免疫调节作用；条件致病菌与宿主共栖，以兼性需氧菌为主，为肠 道非优势菌群，如肠球菌、肠杆菌，在肠道微生态平衡时是无害的，在特定的条件下具有侵袭性，对人体有害；病原菌多为过路菌，长期定植的机会少，生态平衡 时，这些菌数量少，不会致病，如果数量超出正常水平，则可引起人体发病，如变形杆菌、假单胞菌和常为韦氏梭菌等。
1.2 菌群失调
菌群失调是指肠道正常菌群的种类、数量和比例发生异常变化，偏离正常的生理组合，转变为病理性组合状态。临床上以腹泻为最明显症 状，其它如肠道菌群中潜在致病菌引起的内源性感染和一些过敏性疾病如特异性反应性湿疹、过敏性皮炎和炎症性肠病等，被认为与菌群变化致肠一屏障功能损害及 免疫紊乱有关。随着抗生素的广泛应用，特别是抗菌谱过广，应用时间长，是引起菌群失调的主要诱发因素。同位素、激素及放射治疗和化疗均可在治疗疾病的同时 降低抗体免疫力，影响益生菌，使潜在的致病菌定植。手术、外伤、感染和肿瘤以及环境恶化等均可引起菌群失调。
正常微生物通过占位起到保护作用，即竞争粘附位点来阻止病原菌附着。芽孢杆菌进入动物胃肠道后，通过生物夺氧作用在生长繁殖过程中消耗肠内过量的气体，造 成厌氧状态，而抑制需氧的有害菌的生长繁殖。并且，芽孢杆菌在生长繁殖过程中可产生细菌素、有机酸等物质，改变肠内微生态环境，可以形成不利于有害菌生长 繁殖的肠内环境。
2、微生态调节剂组成
微生态调节剂是所用正常活的微生物成员及其代谢产物和生长促进物质制成的制剂，可促进菌群失调的恢复。微生态调节剂包括益生菌、益生元和合生素三个部分。
（1）益生菌（probiotics）：指含活菌(或包括菌体组分及代谢产物的死菌的生物制品)经口或其他粘膜投入，它们可直接作为食品添加剂服用， 以维持肠道菌丛的平衡，旨在粘膜表面处改善微生物与酶的平衡或刺激特异与非特异性免疫。如芽孢杆菌，通过与病原菌竞争营养物质，抑制病原菌；提高机体的免 疫机能，并提供营养物质等作用，调节消化道健康，增强动物体的免疫功能，达到促进目标动物的生长、提高饲料的转化率的目的。
（2）益生元（prebiotics）：通过选择性的刺激一种或少数种菌落中的细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响从而改善寄主健康的不可被消化 的食品成分，起着增进宿主健康的作用，如双歧因子、各种寡聚糖，常见的有乳果糖、蔗糖寡聚糖和棉子寡聚糖及寡聚麦芽糖，只能被人体少数几种细菌利用，可以 起益生菌同样效果，促进益生菌生长，抑制有害菌达到调整肠道微生态平衡的目的。近年来，我国研制的中草药作为微生态调节剂，引起国内外高度重视，发现阿 胶、五味子、刺五加等中药对双歧杆菌有明显促进作用，这可能与中药的低聚糖类等物质有关。
（3）合生素（synbiocs）：合生元作为新一代微生态调节剂，是益生菌与益生元合并使用的制剂，既可发挥益生菌的生理性细菌活性，又可选择地增加这种菌的数量使益生作用更持久，从而维护动物机体的微生态平衡。
3、芽孢杆菌在畜牧业中的应用
3.1 在养猪业中的应用
试验结果表明，断奶仔猪（21-61日龄）日粮中添加0.10％的芽孢杆菌制剂，与对照组、抗生素组相比，日增重分别比提高 13.1%和2.9%；料重比分别改善10.7%和4.3%。Sogarrd（1988）研究表明，芽孢杆菌对断奶仔猪具有类似于泰乐菌素和喹乙醇促生长 效果。Peo（1987）试验结论，枯草芽孢杆菌可使生长猪日增重提高6-7%，饲料转化率提高3-4%。
3.2 在养禽业中的应用
芽孢杆菌制剂对肉仔鸡的生产性能有显著的提高作用（p<0.05），日增重提高14.33%，料重比改善13.57%，与抗 生素组相比也体现出仔鸡生产性能改善趋势（p>0.05）。芽孢杆菌制剂还显著提高蛋鸡的入舍鸡产蛋率和产蛋量（p<0.10），对其它生产 性能指标有一定改善作用。刘延贺等（1999）试验结果也表明，芽孢杆菌能使蛋鸡产蛋率提高13.09%。
3.3 在养鱼业中的应用
芽孢杆菌制剂在鲤鱼上的应用效果实验中，芽孢杆菌制剂组在促生长和提高抗病力方面表现出良好的取代抗生素的效果。芽孢杆菌制剂组增重率比对照组提高了 21.65%，饵料系数比对照组降低了8.61%，成活率比对照组提高了10.6%（p<0.05）。Kumar（2006）报道饲料中添加枯草芽 孢杆菌的试验组鲤鱼增重率比对照组提高了6.86%-15.57%；成活率比对照组高50%-69%，具有很大的经济价值。
攻毒实验表明在攻毒后的14天内，对照组和黄霉素组的累计死亡率分别为78.77%和67.13%，而芽孢杆菌制剂组的累计死亡率是30.45%，显著提高了鲤鱼的抗病力。
3.4 在养虾业中的应用
在南美白对虾上的应用效果试验中，添加芽孢杆菌制剂的试验组增重率比对照组提高11.65%，饵料系数比对照组降低0.2，成活率 比对照组提高了7.96%（p<0.05）。姚健(1994)在培育对虾苗种时投喂芽孢杆菌,发现虾苗的成活率比对照组提高了10%～15%。 Luis Balcazar等（2007）在南美白对虾饲料中添加枯草芽孢杆菌，试验组增重率比对照组提高了31.2%，饲料系数比对照组低0.2，成活率比对照组 提高了5.01%；显著降低了致病弧菌攻毒后14d内的累计死亡率（p<0.05）。
4、微生态制剂的问题
微生态制剂临床应用尚有许多待解决的问题：（1）目前尚无微生态制剂的药代动力学的系统描述，益生菌在肠道发挥作用 的有效剂量及定植所需剂量无法明确。（2）尚没有一种微生态制剂长期在肠道定植，停用益生菌后，其作用只能维持1～2 d ，最长一周作用即消失。（3）微生态制剂发挥作用确切的机制尚有待于进一步阐明，目前提到的有：生态占位，定植抗力，生物夺氧，免疫调节，降低肠腔pH 和细菌代谢产物抗菌作用等。各种益生菌作用机理需进一步研究。
1、肠道菌群
1.1 胃肠道正常菌群
胃肠道栖息着大约30属500多种细菌，主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上，而仅类杆菌及双歧杆 菌就占细菌总数90%以上。胃、十二指肠、空肠细菌的种类及数量极少，主要由于胃酸、胆汁作用及小肠液流量大，蠕动节奏快，细菌在繁殖前即被冲洗到远端回 肠及结肠，细菌浓度＜103/mL，主要为革兰氏阳性需氧菌，如链球菌、葡萄球菌和乳酸杆菌。而回肠未端由于肠液流量少，蠕动减慢，细菌数逐渐增加到105/mL～108/mL，主要含乳酸杆菌、大肠杆菌、类杆菌和梭状芽孢杆菌等。至结肠，细菌数明显增加，浓度109/mL～1012/mL，主要为厌氧菌：双歧杆菌，类杆菌，乳酸杆菌占绝对优越，为优势菌群，而有潜在致病性的梭状芽孢杆菌和葡萄球菌仅少量。
肠内菌群保持共生或拮抗关系，维持微生态平衡。与宿主健康及疾病有密切关系。肠道个体菌群分为三个部分：生理性细菌与宿主共生关系，为专性厌氧菌，是 肠道的优势菌群，如双歧杆菌、类杆菌、优杆菌和消化球菌等是膜菌群的主要构成者，具有营养及免疫调节作用；条件致病菌与宿主共栖，以兼性需氧菌为主，为肠 道非优势菌群，如肠球菌、肠杆菌，在肠道微生态平衡时是无害的，在特定的条件下具有侵袭性，对人体有害；病原菌多为过路菌，长期定植的机会少，生态平衡 时，这些菌数量少，不会致病，如果数量超出正常水平，则可引起人体发病，如变形杆菌、假单胞菌和常为韦氏梭菌等。
1.2 菌群失调
菌群失调是指肠道正常菌群的种类、数量和比例发生异常变化，偏离正常的生理组合，转变为病理性组合状态。临床上以腹泻为最明显症 状，其它如肠道菌群中潜在致病菌引起的内源性感染和一些过敏性疾病如特异性反应性湿疹、过敏性皮炎和炎症性肠病等，被认为与菌群变化致肠一屏障功能损害及 免疫紊乱有关。随着抗生素的广泛应用，特别是抗菌谱过广，应用时间长，是引起菌群失调的主要诱发因素。同位素、激素及放射治疗和化疗均可在治疗疾病的同时 降低抗体免疫力，影响益生菌，使潜在的致病菌定植。手术、外伤、感染和肿瘤以及环境恶化等均可引起菌群失调。
正常微生物通过占位起到保护作用，即竞争粘附位点来阻止病原菌附着。芽孢杆菌进入动物胃肠道后，通过生物夺氧作用在生长繁殖过程中消耗肠内过量的气体，造 成厌氧状态，而抑制需氧的有害菌的生长繁殖。并且，芽孢杆菌在生长繁殖过程中可产生细菌素、有机酸等物质，改变肠内微生态环境，可以形成不利于有害菌生长 繁殖的肠内环境。
2、微生态调节剂组成
微生态调节剂是所用正常活的微生物成员及其代谢产物和生长促进物质制成的制剂，可促进菌群失调的恢复。微生态调节剂包括益生菌、益生元和合生素三个部分。
（1）益生菌（probiotics）：指含活菌(或包括菌体组分及代谢产物的死菌的生物制品)经口或其他粘膜投入，它们可直接作为食品添加剂服用， 以维持肠道菌丛的平衡，旨在粘膜表面处改善微生物与酶的平衡或刺激特异与非特异性免疫。如芽孢杆菌，通过与病原菌竞争营养物质，抑制病原菌；提高机体的免 疫机能，并提供营养物质等作用，调节消化道健康，增强动物体的免疫功能，达到促进目标动物的生长、提高饲料的转化率的目的。
（2）益生元（prebiotics）：通过选择性的刺激一种或少数种菌落中的细菌的生长与活性而对寄主产生有益的影响从而改善寄主健康的不可被消化 的食品成分，起着增进宿主健康的作用，如双歧因子、各种寡聚糖，常见的有乳果糖、蔗糖寡聚糖和棉子寡聚糖及寡聚麦芽糖，只能被人体少数几种细菌利用，可以 起益生菌同样效果，促进益生菌生长，抑制有害菌达到调整肠道微生态平衡的目的。近年来，我国研制的中草药作为微生态调节剂，引起国内外高度重视，发现阿 胶、五味子、刺五加等中药对双歧杆菌有明显促进作用，这可能与中药的低聚糖类等物质有关。
（3）合生素（synbiocs）：合生元作为新一代微生态调节剂，是益生菌与益生元合并使用的制剂，既可发挥益生菌的生理性细菌活性，又可选择地增加这种菌的数量使益生作用更持久，从而维护动物机体的微生态平衡。
3、芽孢杆菌在畜牧业中的应用
3.1 在养猪业中的应用
试验结果表明，断奶仔猪（21-61日龄）日粮中添加0.10％的芽孢杆菌制剂，与对照组、抗生素组相比，日增重分别比提高 13.1%和2.9%；料重比分别改善10.7%和4.3%。Sogarrd（1988）研究表明，芽孢杆菌对断奶仔猪具有类似于泰乐菌素和喹乙醇促生长 效果。Peo（1987）试验结论，枯草芽孢杆菌可使生长猪日增重提高6-7%，饲料转化率提高3-4%。
3.2 在养禽业中的应用
芽孢杆菌制剂对肉仔鸡的生产性能有显著的提高作用（p<0.05），日增重提高14.33%，料重比改善13.57%，与抗 生素组相比也体现出仔鸡生产性能改善趋势（p>0.05）。芽孢杆菌制剂还显著提高蛋鸡的入舍鸡产蛋率和产蛋量（p<0.10），对其它生产 性能指标有一定改善作用。刘延贺等（1999）试验结果也表明，芽孢杆菌能使蛋鸡产蛋率提高13.09%。
3.3 在养鱼业中的应用
芽孢杆菌制剂在鲤鱼上的应用效果实验中，芽孢杆菌制剂组在促生长和提高抗病力方面表现出良好的取代抗生素的效果。芽孢杆菌制剂组增重率比对照组提高了 21.65%，饵料系数比对照组降低了8.61%，成活率比对照组提高了10.6%（p<0.05）。Kumar（2006）报道饲料中添加枯草芽 孢杆菌的试验组鲤鱼增重率比对照组提高了6.86%-15.57%；成活率比对照组高50%-69%，具有很大的经济价值。
攻毒实验表明在攻毒后的14天内，对照组和黄霉素组的累计死亡率分别为78.77%和67.13%，而芽孢杆菌制剂组的累计死亡率是30.45%，显著提高了鲤鱼的抗病力。
3.4 在养虾业中的应用
在南美白对虾上的应用效果试验中，添加芽孢杆菌制剂的试验组增重率比对照组提高11.65%，饵料系数比对照组降低0.2，成活率 比对照组提高了7.96%（p<0.05）。姚健(1994)在培育对虾苗种时投喂芽孢杆菌,发现虾苗的成活率比对照组提高了10%～15%。 Luis Balcazar等（2007）在南美白对虾饲料中添加枯草芽孢杆菌，试验组增重率比对照组提高了31.2%，饲料系数比对照组低0.2，成活率比对照组 提高了5.01%；显著降低了致病弧菌攻毒后14d内的累计死亡率（p<0.05）。
4、微生态制剂的问题
微生态制剂临床应用尚有许多待解决的问题：（1）目前尚无微生态制剂的药代动力学的系统描述，益生菌在肠道发挥作用 的有效剂量及定植所需剂量无法明确。（2）尚没有一种微生态制剂长期在肠道定植，停用益生菌后，其作用只能维持1～2 d ，最长一周作用即消失。（3）微生态制剂发挥作用确切的机制尚有待于进一步阐明，目前提到的有：生态占位，定植抗力，生物夺氧，免疫调节，降低肠腔pH 和细菌代谢产物抗菌作用等。各种益生菌作用机理需进一步研究。