益生菌的生物学功能及其在仔猪生产中的应用

孙朋朋，宋春阳

（青岛农业大学动物科技学院，山东 青岛 266109）

益生菌是指能够在生物体内存活，对宿主的生命健康有益的一类微生物，一般把益生菌活菌制剂或含有微生物培养物的微生物制剂称为益生菌。近年来人们开始认识到微生物及其产物能够对机体产生影响，从细菌、真菌、酵母等微生物中筛选得到了大量被认为是益生菌的微生物；并且开始在动物生产中应用。在养猪生产中的应用主要是仔猪，由于仔猪肠道发育不完善，尚未建立起良好的肠道微生物区系，因此仔猪生长性能较低，容易生病，尤其是腹泻问题。益生菌能够调节仔猪胃肠道失调、增强仔猪肠道免疫功能，有效降低仔猪腹泻率，提高仔猪生长性能。

1 益生菌的分类

益生菌又称微生态调节剂、生态制品、活菌制剂，是取代或平衡体内系统中一种或多种菌系作用的微生物添加剂，即通过添加动物消化道内的有益微生物，改善体内消化道菌群平衡，从而对生物产生有益作用，迅速提高机体的抗病能力、代谢能力和对营养特质的消化吸收能力，达到防治消化道疾病和促进生长的双重作用。益生菌的本质是细菌微生物，目前的研究认为，作为益生菌的细菌应该具备有对宿主有益、无毒性作用和无致病作用、能在消化道内存活、能适应胃酸和胆盐、能在消化道表面定殖、能够产生有用的酶类和代谢物、在加工和贮存过程中能保持活性等特点[1]。目前已发现的益生菌大体上可分为乳杆菌属、双歧杆菌属和革兰氏阳性球菌属[2]。

1.1 乳杆菌属

乳杆菌属革兰氏阳性兼性厌氧菌，最佳繁殖环境是35～40℃、pH为4.5～6.4的弱酸性环境，并且具有很强的抗酸抗盐性。已发现的乳酸杆菌有56种，主要用于生产微生态制剂的约10种，包括短乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酷乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种等乳杆菌属。乳杆菌属是动物体肠道中的重要微生物，与动物的健康密切相关。当其达到一定数量时，能改善调节动物肠道微生物菌群的平衡、增强机体的免疫力、降低胆固醇水平、缓解乳糖不耐症以及抑制肿瘤细胞形成等。

1.2 双歧杆菌属

双歧杆菌属革兰氏阳性专性厌氧菌，其最适繁殖温度为37～42℃，pH为6.5～7.0。现已发现的双歧杆菌有32种，其中14种是从人体中分离出来的，包括：B.adolescentis、B.angulaangu-latum、B.bifidum、B.breve、B.catenulatum、B.dentium、B.infantis、B.longum、B.pesudocatenulatum等[3]。双歧杆菌是动物肠道内很重要的生理性菌群，通常寄生在人和动物的小肠后段。Fandl等研究发现，在婴儿肠道内以婴儿双歧杆菌和短双歧杆菌为优势菌群，随着年龄的增长，双歧杆菌在肠道中的含量逐渐降低，而在成人肠道内则仅有少量两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌和长双歧杆菌存在，很多老年人的肠道已无双歧杆菌的存在[4]。作为一种优良的生态菌种，双歧杆菌具有维持肠道微生态平衡、生物颉颃、免疫调节和营养等多方面的生理功能，与人类的许多病理、生理现象密切相关，现已确认双歧杆菌是人体健康的重要标志之一。同样，双歧杆菌在动物生产中也具有及其重要的作用。

1.3 革兰氏阳性球菌及其他菌

革兰氏阳性球菌属兼性厌氧球菌，目前研究较多的革兰氏阳性球菌有嗜热链球菌、粪链球菌、乳球菌、乳酸肠球菌及属于链球菌属的中介链球菌等。此外，随着对革兰氏阳性球菌研究深入，近年来不断开发出新的益生菌资源，例如一些明串球菌属、丙酸杆菌属和芽孢杆菌属的部分菌种株及部分酵母菌和霉菌等亦可归入益生菌的范畴[5]。以保拉迪酵母菌为例，该菌常被制成保拉迪酵母菌散剂，这种酵母菌制剂对治疗儿童或成人急性感染或非特异性腹泻、预防和治疗抗菌素诱发的结肠炎和腹泻及预防由管饲引起的腹泻和肠应激综合征有一定疗效。

2 益生菌的生物学功能

2.1 在肠道内形成屏障

肠道菌群和肠黏膜共同构成一道保护屏障，阻止细菌、病毒的进入，从而保护肠道的健康。益生菌是肠道正常菌群的优势菌群，与肠黏膜紧密结合构成肠道的生物屏障，抑制致病菌的过度生长及外来致病菌的入侵，维持肠道的微生态平衡。黄回等研究结果表明，乳酸杆菌能通过有机酸降低pH、营养竞争、占位、产生抑制毒素的代谢产物、合成有抗菌活性的细菌素、黏附定植及形成膜菌群等，抑制致病菌或条件性致病菌的生长，维持肠道固有菌群，保证溶菌酶、蛋白质分解酶的分泌，从而保护肠道生物屏障[6]。肠道细菌决定了肠道黏膜屏障的通透性。有害细菌可增加屏障的通透性，从而导致细菌黏膜壁。一些益生菌能预防和修复由食物抗原或药物引起的黏膜损伤。Michail等研究发现，益生菌还能阻止由病原体引起的上皮细胞支架和紧密连接蛋白的破裂，从而提高黏膜屏障功能，防止电解质分泌作用受阻[7]。Ren等在研究肝脏移植手术后肠道障碍功能时发现相对于空白对照而言，喂食双歧杆菌和乳杆菌对于术后肠道屏障功能的恢复与提高有显著帮助，不仅如此，这些益生菌对于改善肠道微生物菌群结构也能起到积极、有效的作用[8]。

2.2 抵抗有害细菌

大量研究已证实，益生菌可通过多种机制抑制肠道内常规有机体或潜在病原体的生长，包括降低肠腔内pH、分泌细菌素、抑制细菌黏附于肠上皮细胞，减少肠道内细菌的易位。此外，益生菌还可促进肠隐窝产生具有抗菌效应的防御素。乳酸菌对幽门螺杆菌感染胃黏膜的影响是益生菌抵抗细菌的一个重要例子，Lammers等研究表明，一些乳酸菌和双歧杆菌通过释放细菌素或有机酸抑制幽门螺杆菌的生长，降低该病原菌黏附肠上皮细胞的能力[9]。少数乳酸菌通过降低尿素酶活性而减少幽门螺杆菌在鼠体内的定植并抑制其活性。近来研究者认为，益生菌并不能从根本上消除幽门螺杆菌，但可增加宿主对其的抗生能力，并且认为只有在病原体感染细胞之前使用益生菌才会发挥其作用。Van等研究却发现，当干酪乳杆菌DN-114001与未分化和分化的人类上皮细胞系预培养或干酪乳杆菌与大肠埃希菌共同孵育后，干酪乳杆菌可抑制大肠埃希菌对上皮细胞的黏附[10]。这就说明，在病原体感染细胞前后加入益生菌都可能抑制病原对细胞的侵袭。Bandai等在从塞内加尔鳗鱼肠道中分离的益生菌对美人鱼发光杆菌抑制作用的研究发现对照和Pdp 11饲喂的鳗鱼的肠道和肝脏细胞中出现大量脂肪球聚集。说明益生菌通过激发脂蛋白的合成来改变上皮细胞的功能，从而抑制有害微生物的生长[11]。

2.3 营养作用

有营养特性的益生菌主要是芽孢杆菌、双歧杆菌和乳酸杆菌等。其营养特性具体表现为芽孢杆菌在其生长繁殖过程中能够产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性酸，这些酸类能够降低动物肠道的pH，可有效抑制病原菌的生长，为乳酸菌的生长创造了条件；双歧杆菌不仅可以产生各种维生素（如VB1、VB2、VB6、VB12、烟酸和叶酸等）以供机体所需，还能通过抑制某些维生素分解菌来保障维生素的供应；乳酸杆菌能合成动物所需要的多种维生素（如VB1、VB2、VB6、VB12）以及烟酸、泛酸、叶酸等，当肠道菌群失调时，动物会表现出维生素缺乏症；因此在饲料中添加适量的益生菌将缓解维生素缺乏症。

2.4 其他

当需氧型益生菌进入消化道后，其生长繁殖消耗肠道内大量氧气，通过“生物夺氧”而使需氧型致病菌大幅下降，因而起到了预防动物患病的作用。能够产生有益的代谢产物，如产生有机酸，降低肠道pH；产生过氧化氢和天然抗生素类物质，减少肠道内氨及胺等毒性物质的产生，形成抑制或杀死有害菌的环境。拥有完整肠道菌群的动物比无菌动物有更高的巨噬细胞活性和免疫球蛋白水平，例如乳酸杆菌能提高巨噬细胞的活性，并能防止肿瘤的生长；双歧杆菌也具有良好的抗菌性，并能增强机体的免疫功能。

3 在仔猪生产中的应用

3.1 降低仔猪腹泻率

仔猪断奶过早容易造成应激，最直观的表现就是采食量下降、生长缓慢和腹泻频率增加[12]。此外，病原性因素、环境因素、饲料因素等也会导致仔猪的腹泻，腹泻在一定程度上影响了仔猪的生长发育，进一步影响了养猪的经济效益。在仔猪饲料中添加益生菌可以较好的减少仔猪腹泻率的发生。陈碧红选取平均体重为（6.47±0.04）kg的21日龄的杜×长二元杂交猪40头，按性别、体重、窝源基本一致的原则随机分两组，每组两个重复，每个重复10头猪，对照组饲喂基础日粮，试验组在饲料中添加益生菌制剂0.2%，结果显示，对照组的腹泻率和腹泻指数分别为2.6%和1.8，添加益生菌组的腹泻率和腹泻指数分别为1.2%和0.75，添加益生菌可以显著降低腹泻率和腹泻指数（P＜0.05）[13]。石秋锋等选择日龄和体重相近、健康状况良好的杜×长×大断奶仔猪为试验对象，随机分成6组，每组4个重复，每个重复8头猪，对照组饲喂基础日粮，试验组饲喂添加益生菌的饲粮，结果发现，与对照组相比，试验组仔猪腹泻率显著降低（P＜0.05）[14]。薛淑梅选择45日龄健康长白荣昌断奶仔猪60头，随机分为对照组和试验组，对照组饲喂基础日粮，试验组添加益生菌0.1%，结果显示，与对照组相比，试验组仔猪粪便中乳酸杆菌含量增加，大肠杆菌含量降低，差异极显著（P＜0.01）；同时与对照组相比，试验组断奶仔猪的腹泻率与腹泻指数分别下降15.55%和83.5%，差异极显著（P＜0.01）[15]。乔宏兴等以年龄胎次近似、健康母猪所生产日期相近的仔猪为试验对象，分为对照组和试验组，对照组饲喂基础日粮，试验1、2、3组分别在基础日粮中添加益生菌8%、10%、12%，结果发现，与对照组相比，试验组仔猪腹泻率、死亡率、腹泻次数差异均显著低于对照组（P＜0.05），但试验组各组间无显著差异（P＞0.05）[16]。刘虎传等选择平均体重为（6.39±0.42）kg的（21±2）d杜×长×大三元杂交断奶仔猪48头为试验对象，按性别、体重和窝源基本一致原则随机分为两组，每组4个重复，每重复6头猪，对照组饲喂基础日粮，试验组在基础饲粮中添加益生菌1×109cfu·kg-1，试验期为21 d，结果发现，28日龄时，益生菌组回肠内容物pH显著低于对照组（P＜0.05），与对照组相比，添加益生菌制剂显著增加空肠、回肠绒毛高度和上皮内淋巴细胞数量（P＜0.05），显著提高回肠杯状细胞数量（P＜0.05），试验组显著降低回肠隐窝深度（P＜0.05）；35日龄时，显著增加空肠、回肠绒毛高度（P＜0.05），显著提高空肠上皮内淋巴细胞数量（P＜0.05），显著降低空肠、回肠隐窝深度（P＜0.05）；42日龄时，试验组显著增加空肠、回肠绒毛高度（P＜0.05），显著提高空肠上皮内淋巴细胞和杯状细胞数量（P＜0.05），显著降低空肠隐窝深度（P＜0.05）；28日龄时，益生菌组盲肠内容物中丁酸和乳酸含量显著高于对照组（P＜0.05）；35和42日龄时，益生菌组盲肠内容物中乙酸、丙酸、丁酸和乳酸含量显著高于对照组（P＜0.05）[17]。益生菌可以通过改善断奶应激对绒毛高度和隐窝深度的影响，提高肠道淋巴细胞数量和挥发性脂肪酸含量，降低肠道pH，从而缓解断奶应激对肠道环境的影响，从而降低断奶仔猪的腹泻率。

3.2 提高仔猪生产性能

研究表明，添加益生菌能够提高仔猪的生产性能，降低料重比，提高经济效益。石秋锋等研究证明，饲料中添加益生菌可显著提高仔猪日增重（P＜0.05），显著降低料重比（P＜0.05），并且能够提高粗蛋白质表观消化率[14]。薛淑梅研究表明，饲料中添加益生菌，饲料利用率和平均日增重都有较大的提高，其中饲料利用率提高11.0%，平均日增重提高6.53%，差异极显著（P＜0.01）[15]。陈碧红在饲料中添加益生菌制剂2 kg·t-1，结果显示，与对照组相比，试验组仔猪平均日增重显著提高23%（P＜0.05），并显著降低料重比和腹泻率（P＜0.05）[13]。胡艳等以胎次相近、健康、28 d断奶的杜×大×长三元杂交仔猪60头为试验对象，随机分为两组，每组5个重复，每重复6头猪，进行为期32 d的饲养试验，结果发现，日粮中添加复合益生菌能够显著降低料重比（P＜0.05），提高断奶仔猪体重、平均日采食量和平均日增重，并降低料重比和腹泻率；与对照组相比，添加益生菌，仔猪对干物质、粗蛋白质、能量表观消化率和表观消化能含量分别提高了6.96%、9.52%、5.70%和5.68%，差异显著（P＜0.05），粗脂肪消化率提高5.07%[18]。周盟等研究结果发现，添加益生菌能显著降低断奶仔猪料重比（P＜0.05），提高仔猪对营养物质的消化率[19]。王虎伟选用平均体重为（6.39±0.42）kg的（21±2）d杜×长×大三元杂交断奶仔猪48头，按性别、体重和窝源基本一致的原则随机分为两组，每组4个重复，每个重复6头猪，对照组饲喂基础饲粮，试验组在基础饲粮中添加1×109cfu·kg-1活菌，试验期21 d，结果表明，添加益生菌制剂可显著提高断奶仔猪平均日增重（P＜0.05），并显著降低料重比和腹泻率（P＜0.05）[20]。周映华等在基础日粮中单独或联合添加益生菌、抗生素和小肽研究其对断奶仔猪生产性能的影响，结果表明，与对照组相比，添加益生菌、抗生素和小肽日增重分别提高10.95%、13.01%和9.92%，饲料利用效率提高11.24%、12.36%和9.55%，仔猪腹泻率降低34.95%51.46%和32.02%；与对照组相比，益生菌＋抗生素组、益生菌+小肽组仔猪日增重分别提高13.69%和20.21%，饲料利用效率提高10.68%和13.48%，仔猪腹泻率降低33.99%和46.61%。因此，单独或联合添加能够提高断奶仔猪的生产性能，益生菌与小肽合用对仔猪生产性能存在一定的协同效应，而益生菌与抗生素合用未表现出协同效应[21]。董晓丽选择35～37 d的断奶仔猪（大×长）144头，平均体重9.7±0.88kg，随机分为4组，每组6个重复，每个重复6头仔猪，试验期35 d，分别饲喂基础日粮组（对照组）、基础日粮+植物乳杆菌（LB组）、基础日粮+枯草芽孢杆菌（BS组）、基础日粮+植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌的混合物（LBS组），结果表明，试验14 d，饲喂益生菌的仔猪日增重有增加趋势，与对照组相比饲料转化率得到显著改善（P＜0.05），但添加不同益生菌的仔猪平均日采食量和饲料转化率差异不显著（P＞0.05）[22]。研究表明，益生菌不仅能够提高仔猪的生产性能，而且可提高仔猪对饲料的消化率，降低饲料成本，是仔猪饲料中不可或缺的一种添加剂。

3.3 其他

益生菌制剂可以通过多种途径和机理调节肠道微生态平衡，抑制有害菌在肠道内生长，减少毒素的产生，共同维持肠黏膜正常的形态和结构，从而改善断奶仔猪的小肠吸收和黏膜免疫功能。断奶可导致仔猪肠道吸收功能减弱。试验结果表明，乳酸菌与致病菌之间存在非特异性的对肠上皮细胞顶端受体竞争黏附，可使致病菌在肠黏膜上的黏附受到抑制，乳酸菌还可分泌胞外多糖（EPS），提高菌株对肠道表面的非特异性黏附能力[23]。同时，益生菌能够提高仔猪的抗氧化和免疫能力，黄俊文等研究结果表明，富硒益生菌不同程度地提高了猪的抗氧化能力，表现在血中谷胱甘肽氧化酶（GSH-Px）和超氧化物歧化酶（SOD）活性的提高，丙二醛（MDA）含量下降，从而减轻对细胞膜的损伤和破坏，提高猪的免疫力。此外，在仔猪饲料中添加益生菌可以减少仔猪猪舍的臭味，试验表明，饲喂益生菌剂后，仔猪粪便中硫化物及氨根离子、氮离子的含量与同期对照相比下降；硫化物平均下降17.4%，最高下降28.5%；氨根离子、氮离子平均下降19.4%，最高下降33.3%，从而减轻粪便的臭味[24]。王虎伟研究结果表明，添加益生菌制剂可以显著提仔猪断奶后第7天血清白介素-1β水平，也显著提高第21天血清免疫球蛋白G、白介素-6和肿瘤坏死因子-α及回肠黏膜分泌性免疫球蛋白（IgA）水平（P＜0.05），空肠分泌性IgA水平稍高于对照组，但差异不显著（P＞0.05），而粪便IgA及外周血T淋巴细胞CD3+、CD4+和CD8+及CD4+/CD8+比值并无显著性差异（P＞0.05）[20]。

4 小结

益生菌在仔猪饲料中已经成为不可缺少的饲料添加剂，其作用效果也已经得到了验证，适量的添加益生菌可以提高仔猪生产性能，降低仔猪腹泻率，减少猪舍的环境污染等。但益生菌的种类众多，而且添加量目前还没有完全确定，因此，在仔猪饲料中的添加还没有达到最好的效果，随着研究的深入，可使益生菌在猪饲料中的应用效果更佳。

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