地衣芽孢杆菌的研究进展

山东宝来利来生物工程股份有限公司 张 菊 李金敏 张志焱李伟谷巍

地衣芽孢杆菌为中生芽孢的革兰氏阳性需氧菌，是芽孢杆菌中目前较具有应用潜力的菌种之一，具有调节动物微生态平衡，促进肠道有益菌生长，降低病原菌的数量，增加动物机体的抗病力，提高机体的免疫功能。本文就地衣芽孢杆菌的作用机理及其在饲料生产和环境防治中的应用作一综述。

1 地衣芽孢杆菌的生物学特性

地衣芽孢杆菌最适生长温度大约为50℃，但也能在更高的温度下存活。酶分泌的最适温度为37℃。可能以孢子形式存在，从而抵抗恶劣的环境；在良好环境下，则可以生长态存在。地衣芽孢杆菌是我国农业部2003年3l8号公告批准使用的饲料级菌株之一。与传统的益生菌、双歧杆菌和乳酸菌相比，地衣芽孢杆菌的活菌成分是芽孢休眠体，并具有耐高温、耐干燥、耐酸性、耐胆盐和人工胃液等特点（刘燕和王静慧，2002；全艳玲，2002）。

2 地衣芽孢杆菌的作用机制

2.1 生物夺氧 地衣芽孢杆菌为需氧菌，在生长过程中消耗大量的氧气，使得肠道内氧气浓度降低，为肠道内的生理性厌氧菌，如双歧杆菌、乳酸杆菌、消化链球菌、类杆菌等菌的生长繁殖创造有利条件。同时使得需氧的有害病原菌 （如大肠杆菌）的生长由于缺氧受到抑制。通过支持生理性厌氧菌的增殖，抑制致病菌的生长，使菌群失调得以调整，使肠道功能得以恢复，最终使胃肠道的微生态体系处在健康平衡的状态，动物的免疫力得到提高（唐娟等，2008；Verschuere等，2000）。

2.2 生物拮抗 体外试验表明，地农芽孢杆菌对葡萄球菌、白色念珠菌有很强的拮抗作用。地衣芽孢杆菌在生长代谢过程能产生多种抗菌物质，如短杆菌肽、枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素和头孢菌素C等。因此，其对常见的致病性大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用。

2.3 产生多种酶类和营养物质 地衣芽孢杆菌在生长过程中，可分泌蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等多种有助于消化吸收的酶类，此外，在降低和消除抗营养因子上也发挥了重要作用。地衣芽孢杆菌DSM13含有高度保守的蛋白分泌系统，没有聚酮体合成体系，但能形成脂肽性地衣素。已经确定的胞外酶有淀粉酶、β-半乳糖苷酶、纤维素酶、几丁质酶、果聚糖酶、麦芽糖淀粉酶、多聚糖降解酶、碱性蛋白酶、锌蛋白酶等。目前，已经从地衣芽孢杆菌不同菌株中克隆出的有关重要酶编码基因有：青霉素酶、α-淀粉酶 、果胶裂解酶、多酚氧化酶、γ-谷氨酰转肽酶、β-1，3-1，4-葡聚糖酶、蛋白酶、纤维素酶、β-半乳糖苷酶 、碱性磷酸酶等编码基因（牛丹丹等，2009；Veith 等，2004）。这些酶具有降解饲料中复杂碳水化合物，如果胶、葡聚糖、纤维素等。

地衣芽孢杆菌在一定条件下能产生抗逆性内生孢子，可以产生脂肽类、肽类、磷脂类、多烯类和氨基酸类等多种抗生素，对多种病原菌起到很好的抑制作用。地衣芽孢杆菌同时能产生多种营养物质，如维生素、氨基酸、有机酸、促生长因子等，参与动物机体新陈代谢，为机体提供营养物质（Kim 等，2004）。

2.4 增强机体免疫功能 地衣芽孢杆菌生长条件要求低，繁殖快，能迅速定植在肠黏膜上，在短时间内成为肠道的优势菌群。能调节动物肠道菌群平衡，改善肠道微生态环境，促进动物生长、减少动物肠道疾病的发生，提高动物机体的抗病力；同时其还具有免疫抑制、竞争性吸附及合成抑菌物质等多方面的作用。地衣芽孢杆菌能刺激动物免疫器官的生长发育，激活淋巴细胞，提高免疫球蛋白和抗体水平，增强细胞免疫和体液免疫功能，提高机体免疫力（Duc等，2004）。有试验发现，仔兔饲喂地衣芽孢杆菌20 d及40 d后，其免疫器官生长发育较对照组迅速，成熟快，并且胸腺、脾脏重量等显著提高（潘康成和何明清，1998；潘康成和杨汉博，1997）。地衣芽孢杆菌的免疫促进作用的机理是：口服芽孢杆菌后，其作用于肠道集合淋巴结的抗原结合位点或通过调整动物的微生物菌群，尤其是增加双歧杆菌菌群数量，从而间接地发挥免疫赋活的作用，提高机体的局部或整体防御功能，从而达到抗应激、防病和抗病的作用。

3 地衣芽孢杆菌在饲料中的应用

3.1 在猪饲料中的应用 戴国俊等（2007）研究不同剂量地衣芽孢杆菌对断奶仔猪腹泻的影响，结果表明，与对照组相比，各地衣芽孢杆菌添加组仔猪肠道内大肠杆菌和葡萄球菌增殖的作用受到显著抑制（P＜0.05）。各不同剂量地衣芽孢杆菌添加组间仔猪肠道内大肠杆菌和葡萄球菌的数量差异不显著（P＞0.05），且呈不规则变化。

3.2 在家禽饲料中的应用 李福彬等 （2010）试验表明， 在基础日粮中添加 1×109、2×109和 3×109CFU／kg地农芽孢杆菌，蛋鸡的免疫性能有随其添加量增加而提高的趋势，其中以2×109CFU／kg的添加量改善蛋品质的效果最好。燕淑海和肖美华（2010）试验表明，在基础日粮中添加60 g/t的地衣芽孢杆菌制剂喂养蛋鸡，在100 d饲喂阶段内能够提高蛋鸡的产蛋率达1.5%～4%。有研究表明，在肉鸡日粮中添加地衣芽孢杆菌能够优化肠道组织结构，抑制肠道有害菌的生长、促进有益菌的生长或共生，从而提高了消化器官功能，有利于营养物质的吸收，促进机体的生长。陈家祥等（2010）研究发现，日粮中添加地衣芽孢杆菌有益于肉鸡的肠道发育和盲肠微生物区系平衡，饲养前期50 mg／kg添加水平，饲养后期200 mg／kg添加水平显著优化了肉鸡的肠道组织结构，抑制了盲肠中有害菌的生长。

3.3 在反刍动物饲料中的应用 周振峰（2006）研究发现，每千克精饲料中添加20亿单位的地衣芽孢杆菌可显著提高泌乳奶牛产奶性能 （P＜0.05）；同时奶品质有所改善，但差异不显著（P＞0.05）；并且奶牛抵抗热应激的能力增强。

3.4 在水产动物饲料中的应用 赵卫红等（2008）研究表明，光合细菌、地衣芽孢杆菌及其1∶1的混合制剂均能提高异育银鲫鱼种血液中白细胞的免疫机能，其中混合制剂作用效果最佳，其次地衣芽孢杆菌，效果最差的是光合细菌。沈文英等（2009）研究表明，养殖水体中添加地衣芽孢杆菌可显著提高三角帆蚌的消化酶活性、免疫功能和抗氧化能力，促进蚌体生长；从促生长效果和经济效益考虑，地衣芽孢杆菌最适添加量为1.0×106cfu／mL，适宜间隔时间为15 d。

4 地衣芽孢杆菌在环境防治中的应用

4.1 对猪粪的无公害化处理 由于地衣芽孢杆菌生存能力强，能充分利用猪粪液中的营养物质大量繁殖，抢夺了沙门氏菌与志贺氏菌生长的生存空间和营养来源，限制了病原菌的繁殖。要对畜禽粪便进行无害化处理，应该对微生物之间的拮抗关系加以利用，应用地衣芽孢杆菌处理猪粪液，既能将NH3转化为生物量，又能抑制病原菌，是畜禽粪便无公害化处理的理想途径（杜珍辉，2005）。

4.2 吸附环境中的重金属 周鸣等（2006）认为地衣芽孢杆菌死菌体菌体对Cr6+具有更好的吸附效果。在优化条件下，即温度为50℃，摇床转速为140 r/min，溶液pH为2.5，吸附时间为2 h，菌体浓度为1 g/L，Cr6+起始浓度为300 mg/L时，菌体对Cr6+有最大吸附量，为60.5 mg/g。胡洪波等（2002）利用微生物吸附回收金、银、铂、铅等重金属的研究结果表明，地衣芽孢杆菌R08死菌体吸附Pd2+的最高吸附量可达到每克菌体吸附224.8 mgPd2+。

4.3 降解养殖水体中的污染物 微生态制剂调控技术已经成为解决养殖水域污染病害问题的有效手段之一（杨学芬等，2003）。相对于传统的物理和化学方法，微生态技术具有成本低、收效大、无二次污染等优点。张庆华等（2011）研究地衣芽孢杆菌对养殖水体氨氮、残饵降解特性，结果表明，接种5%菌量的降解率均高于1%菌量的降解率，48 h内接种5%菌量的蛋白质和淀粉的降解率分别为35.2%和52.6%；地衣芽孢杆菌X3914菌株具有较好的氨氮、饲料蛋白质和淀粉的降解能力，在水产养殖上具有潜在的应用价值。

5 小结

地衣芽孢杆菌具有耐热、酶系丰富、产酶量高和安全等诸多优良特性，被认为是较理想的工业生产菌株。目前，地衣芽孢杆菌生产工艺较为成熟，但在饲料生产和环境污染治理等方面也只是处在起步阶段，相信随着研究地不断深入，今后将有很广阔的发展空间。

[1]傅明亮，刘晓杰，刘婧，等.地衣芽孢杆菌弹性蛋白酶纯化和性质研究[J].食品科学，2011，32（7）：216 ～ 219.

[2]陈家祥，张仁义，王全溪，等.地衣芽孢杆菌对麻羽肉鸡肠道组织结构及盲肠微生物区系的影响[J].动物营养学报，2010，22（3）：757 ～ 761.

[3]杜珍辉.地衣芽孢杆菌10182对猪粪液的无害化处理与利用的初步研究[J].渝西学院学报，2005，4（2）：50～53.

[4]全艳玲.地衣芽孢杆菌对有害微生物的拮抗作用[J].食品科学，2002，23（8）：67 ～ 69.

[5]戴国俊，段忠进，谢恺舟，等.不同剂量地衣芽孢杆菌对断奶仔猪腹泻的影响[J].上海畜牧兽医通讯，2007，3：40 ～ 41.

[6]胡洪波，梁洁，刘月英，等.微生物吸附贵金属的研究与应用[J].微生物学通报，2002，29（3）：94 ～ 97.

[7]解鑫，平文祥，葛菁萍.地衣芽孢杆菌HDYM-04产β-甘露聚糖酶补料分批发酵条件优化[J].食品科学，2011，32（13）：218 ～ 224.

[8]李福彬，陈宝江，梁陈冲，等.地农芽孢杆菌对蛋鸡生产性能、蛋品质及血清相关指标的影响[J].中国饲料，2010，13：5 ～ 8.

[9]刘燕，王静慧.微生态学理论和我国微生态制剂的研究现状[J].中国兽药杂志，2002，36（8）：35 ～ 38.

[10]牛丹丹，石贵阳，王正祥.分泌高效蛋白的地衣芽孢杆菌及其工业应用[J].生物技术通报.2009，6：45 ～ 50.

[11]潘康成，何明清.地衣芽孢杆菌对家兔体液免疫功能的影晌研究[J].中国微生态学杂志，1998，10（4）：204 ～ 206.

[12]潘康成，杨汉博.饲用芽孢菌作用机理的研究进展 [J].饲料工业，1997，18（9）：32 ～ 34.

[13]沈文英，余东游，李卫芬，等.地衣芽孢杆菌对三角帆蚌消化酶活性、免疫指标和抗氧化指标的影响[J].动物营养学报，2009，21（1）：95 ～ 100.

[14]唐娟，张毅，李雷雷，等.地衣芽孢杆菌应用研究进展[J].湖北农业科学，2008，47（3）：351 ～ 354.

[15]燕淑海，肖美华.地衣芽孢杆菌制剂对蛋鸡产蛋率的影响[J].潍坊教育学院学报，2010，23（1）：74 ～ 75.

[16]杨学芬，杨瑞斌，齐振雄.微生态制剂在水质调控中的应用[J].水利渔业，2003，23（3）：40 ～ 42.

[17]张浩，张帅，张娜，等.地衣芽孢杆菌2709蛋白酶分离纯化与性质[J].现代食品科技，2010，26（2）：129 ～ 132.

[18]张庆华，封永辉，王娟，等.地衣芽孢杆菌对养殖水体氨氮、残饵降解特性研究[J].水生生物学报，2011，35（3）：448 ～ 503.

[19]赵卫红，陈立侨，刘晓利，等.地衣芽孢杆菌和荚膜红假单胞菌对异育银鲫鱼种非特异性免疫机能的影响[J].上海水产大学学报，2008，17（6）：757～760.

[20]周鸣，刘云国，李欣，等.地衣芽孢杆菌对Gr6+的吸附动力学研究[J].应用与环境生物学报，2006，12（1）：84 ～ 87.

[21]周振峰.地衣芽孢杆菌对奶牛泌乳性能的影响[J].中国奶牛，2006，5：13～14.

[22]Duc L H，Hong H A ，Barbosa T M，et al.Characterization of Bacillus Probiotics Available for Human Use[J].Appl Environ Microbiol，2004，70（4）：2161～2171.

[23]Kim Y，Cho J Y，Ku K J H，et al.Identification and Antimicrobial Activity of Phenylacetic Acid Produced by Bacillus licheniformis Isolated from Fermented Soybean，Chungkook-Jang[J].Current Microbiology，2004，48（4）：312～317.

[24]Verschuere L，Rombaut G，Sorgeloos P.Probiotic Bacteria as Biological Control Agents in Aquaculture[J]Microbiol Mol Biol Rev，2000，64（4）：4655～4671.

[25]Veith B，Herzberg C，Steckel S，et al.The Complete Genome Sequence of Bacillus licheniformis DSM13，an Organism with Great Industrial Potential[J].J Mol Microbiol Biotechnol，2004，7（4）：204 ～ 211.