丁酸梭菌作为饲料添加剂在动物养殖与疾病防控中的应用进展

黄潇航 ， 张龙 ， 胡奇林 ， 黄志坚 ， 殷光文 *， 江和基 *

（1.福建农林大学动物科学学院，福建福州 350002；2.福建省动物药物工程实验室，福建福州 350002；3.福建省农业科学院畜牧兽医研究所，福建福州 350013）

丁酸梭菌，俗称为丁酸菌、酪酸梭菌。其在医学应用上，对由于抗生素滥用等致病因素引起的肠炎具有较好的治疗效果，此外对过敏性支气管炎炎症、糖尿病等临床疾病也具有一定疗效。丁酸梭菌作为动物肠道内分布普遍的一种重要菌类，多能在动物粪便中通过细菌分离得到，在动物饲料营养添加的试验性研究中，该菌也是动物肠道生态菌群结构健康与否的重要指示细菌之一。本文就该菌的抗氧化、肠道菌群调节、促生产、抗菌消炎等功能及其在畜牧兽医领域的生产应用进行综述。

1 丁酸梭菌的主要生物特性

1.1 肠道稳态调节功能 丁酸梭菌具有耐热耐酸及耐受多种抗生素等特点（易中华，2017）。合理使用丁酸梭菌进行饲料添加后，能够提高动物肠道内维持环境稳态的梭菌属细菌含量，减少条件致病菌发病的概率。该菌本身具有的芽孢形成能力所赋予的重要生物学特性强抗逆性，也是其能够作为口服肠道益生菌制剂调节肠道菌群健康的原因。在枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌等益生菌制剂促进动物肠道活性功能的数据研究上，丁酸梭菌和双歧杆菌等几类细菌的肠道分布位置及比例对动物肠道稳态健康具有参考价值。Sui等（2018）在试验测定中发现，TLR2对丁酸梭菌作用于肠道上皮细胞的分子机制十分重要，在没有TLR2表达的情况下，NF-κB、IL-8、IL-6 和 TNF-α 显著降低，这也在某种程度上意味着丁酸梭菌可激活上皮细胞中TLR2介导的MyD88非依赖性信号传导途径（Gao 等，2012）。

1.2 抗菌与炎性修复 微生物学试验证明，丁酸梭菌的某些分离株能够拮抗某些致病菌的繁衍增殖，谢树贵等（2007）试验发现，B1丁酸菌株对猪大肠杆菌K88、K99、O139株和猪肠炎沙门氏菌O4Hi株、金黄色葡萄球菌均有显著抑制作用。这也为丁酸梭菌作为益生菌制剂防控细菌病原所致传染性疾病提供了一个重要的提示。在给断乳仔猪喂食该类益生菌，抵御大肠杆菌攻毒效力的保护试验中，Li等（2018）认为，丁酸梭菌能够增强肠屏障功能，抑制断奶仔猪凋亡相关的斑点样蛋白非依赖性NLRP3炎性体信号传导途径，对无抗化养殖中动物疾病的防治与肠道健康具有重要意义，降低了大肠杆菌攻毒仔猪的血清二胺氧化酶活性和d-乳酸浓度，增加了肠紧密连接蛋白表达，同时能够降低血清和肠道中的IL-1β、IL-18水平，增幅白细胞介素10的表达水平。该菌在肠道菌群方面的调节功能能够应用在预防和治疗坏死性肠炎等消化道炎症方面。在对患有坏死性肠炎的肉鸡模型试验中发现，饲喂丁酸梭菌能降低NE病变的发生率和严重程度。其本身对动物的增重、饲料利用率方面也有显著影响，这意味着该类菌在提高动物生产效益等方面具有重要的应用价值（Takahashi等，2018）。 Gao 等（2012）试验研究发现，丁酸梭菌可以通过抑制EHEC活力而直接治疗EHEC诱导的细胞凋亡来达到预防EHEC诱导肠道疾病的目的，同时为丁酸梭菌治疗家禽大肠杆菌病提供了试验数据。

1.3 抗氧化功能 丁酸梭菌的抗氧化功能主要体现在其能够通过对动物器官中的SOD等酶含量进行调控。Jia（2017）发现，试验使用的丁酸梭菌菌株预防高脂饮食引起肥胖的作用可能与葡萄糖增加，蛋白质和脂肪减少有关。在畜牧生产应用中，丁酸梭菌能够促进鸡、猪等的体重增长，提高肉类的质量，且能够优化肠道菌群生态结构，提高肝、肠等重要器官的抗氧化功能，增加动物肠道的免疫功能，在对新生幼畜营养性腹泻等病症的非特异性免疫防治上具有可观的发展前景。在过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等氧化酶的含量及代谢中，丁酸梭菌试验组的结果多表现为抗氧化作用，该项功能对于畜禽肠道菌群稳态的维持具有重要意义。

1.4 促生长功能 丁酸梭菌可通过帮助肠道菌群形成较好的定植生态而达到提高饲料消化吸收效率的目的。目前在猪、鸡、兔等动物的试验中均体现了该类菌在动物促增长方面的显著效果。也是该类菌能够作为益生菌使用在动物生产中的一个基本效用。在经济动物某些重要生长、繁殖基因的调控上，丁酸梭菌的饲喂添加能发挥一定的调控作用。袁文华等（2019a、2019b）将丁酸梭菌应用在肉鸽养殖中发现，其单独或者与乳酸杆菌联合应用可促进生长基因GHR和IGF-1（乳鸽）和繁殖基因BMP15、FSHR（青年鸽）的表达，这是在除免疫增强，肠道菌群调控之外的又一重要应用。丁酸梭菌在肉用动物的肉质改良和蛋用动物的蛋品质量提高上也具有一定的有益影响。在高端肉品的供销中，除对产品的营养价值有着较高要求之外，肉品尤其是生鲜肉品的肉品成色、条纹走向、肉脂比例等都对其销售价格和产地口碑有一定影响，因此丁酸梭菌在动物肌肉代谢比例中所体现出来的脂类代谢调节作用，肌肉生产等效果是该菌在动物促生长价值开发的一项重要附加项目，目前已经在鸡肉、鸭肉、鹅肉、猪肉的生产试验中进行尝试，未来的投产应用值得进一步研究。

2 在动物养殖中的应用

2.1 在养猪业中的应用 丁酸梭菌在养猪业中的应用是该菌在畜牧养殖业生产应用中的重要组成部分，除了能够较好的促进猪只个体的增长之外，还能够提高饲料的转化利用率，在肠道健康、血液生理生化、日增重等多项指标上具有重要的促进作用。丁酸梭菌应用于母猪、仔猪和育肥猪的生产应用功能也有不同。Chen等（2018）在断乳仔猪LPS应激性腹泻的模型试验中，通过饲喂一定剂量的丁酸梭菌成功达到了仔猪腹泻率的控制效果；0.4%丁酸梭菌益生菌制剂的使用，能够降低TNF含量，在增加肠道隐窝数，改善肠黏膜发育等生理结构基础上，提高肠黏膜中的IL-10、TLR2-mRNA表达水平。在育肥猪的生产试验中，丁酸梭菌的使用能够达到提高饲料利用率的作用，这在对饲料需求量较大，营养结构要求更为细致的育肥猪快速增长时期的猪群饲养成本的控制和增重方面具有可观的使用价值。张秀江等（2015）研究表明，在育肥猪日粮中分别添加微生态制剂、丁酸梭菌制剂及两者复合制剂，日增重分别提高6.5%、7.5%、14.0%，证明丁酸梭菌在育肥猪阶段使用具有生长促进效能及与其他微生态制剂的良好协同作用。Meng等（2010）在育肥猪生产试验中，所使用的益生菌复合制剂在剂量合适的情况下能够改良育肥猪的肉质，并且能量的表观总消化率有所提高。在母猪繁殖组的丁酸梭菌使用试验中，合理比例丁酸梭菌能够帮助母猪繁殖提高产前免疫力，帮助新生仔猪更好地获得某些传染性病原的先天性免疫力，产前对特定病原PEDV等进行特异性免疫的母猪群体，丁酸梭菌的使用也能提高疫苗的特异性免疫保护效果，减少疾病损害（Inatomi等，2017）。

2.2 在禽类养殖中的应用 丁酸梭菌在禽类养殖的研究中被认为具有改善禽类生长性能、抗氧化能力和免疫功能的作用，是一种性价比均较适合于生产应用的益生菌制剂。在沙门氏菌的丁酸梭菌添加做营养保护试验中发现，与对照组相比，试验组鸡肝脏、脾脏和盲肠内容物的沙门氏菌含量均存在不同程度的降低；试验鸡群中3个器官内容物的 IFN-γ、IL-1β、IL-8和 TNF-α 的产生均有降低，Zhao等（2017）认为，其具有替代抗生素的潜力。Yang等（2012）在肉鸡丁酸梭菌的添饲试验中，以肠道菌群中所含有的盲肠乳杆菌和双歧杆菌数量进行肠道健康的评级发现，喂食丁酸梭菌的试验组，肉鸡盲肠乳杆菌和双歧杆菌计数高于对照组。在养殖蛋禽饲料中添加适当比例的丁酸梭菌，试验鸡的产蛋性能、蛋品质、血清参数和盲肠微生物群落均优于对照组，尤其在血清参数中，血液中的IgG含量显著提高，整体的免疫功能得到提升（Zhan等，2019）。对需要作为肉类进出口加工销售的肉禽养殖而言，除了禽类的生长速度和免疫健康需要考虑之外，还需考虑所产禽类的肉质是否符合食品加工或者市场销售的风味需求。在饲料中添加丁酸梭菌能够在一定程度上改善规模化养殖中禽类肉质中存在的风味缺失问题。Liu等（2018）在北京鸭肉质量影响试验中发现，在饲喂过程中添加丁酸梭菌能够调控鸭肉中的脂质代谢，可改善生产性能，对肉质、氨基酸和脂肪酸组成均有较好的影响，增加了必需氨基酸和风味氨基酸的浓度及总多不饱和脂肪酸在内的多种风味影响物质的含量。在生产高端肉类供应上，丁酸梭菌等益生菌的添加饲喂具有重要意义。孙玲玲等（2018）在五龙鹅的育肥试验中发现，相比于枯草芽孢杆菌的益生作用，丁酸梭菌的添加在鹅胸肌的增加上更具有优势，两种菌联合应用效果更佳，在250 mg/kg枯草芽孢杆菌+250 mg/kg丁酸梭菌的试验组中，五龙鹅胸肌率和腿肌率提高4.20%和10.86%，腹脂肪率降低10.97%。

2.3 在兔等草食动物方面的应用 丁酸梭菌在牛、羊、兔等草食动物的研究报道较少。草食动物尤其是反刍动物消化结构的独特性决定了其消化道内菌群维持平衡和健康生态的重要意义。丁酸梭菌益生制剂的使用能够帮助肉用兔种在仔兔阶段更好地对抗来自大肠杆菌等肠道致病菌的感染（Tachikawa等，1998），减低患病风险。同时在成年育肥兔的饲养中，丁酸梭菌的添加能够起到良好的保健作用。Liu等（2018）在兔群健康养殖的试验中指出，丁酸梭菌能够增强试验组兔群小肠消化酶活性，改善黏膜形态和抗氧化状态，维持小肠屏障功能，这也决定了其在兔群肠道健康、天然免疫中的重要保健功能，同时在兔群的个体增重上，效果显著。在反刍动物的生态养殖中，丁酸梭菌在乳牛日常饲料中的添加饲喂，在剂量合理的前提下具有重要的益生作用。丁酸梭菌某些特定菌株及其相关制品在围产期奶牛饲料中的添加，结合特定蛋白添加能够显著提高外周淋巴细胞群中CD4+T 细胞的数量（Kohiruimaki等，2008）。 同时，丁酸梭菌与其他益生菌制剂的复合使用比起单一菌种更具有开发利用价值，尤其在动物外周免疫系统及相应免疫细胞的激活，免疫因子的正向调节能够发挥重要作用。Qadis等（2014）在复合益生菌制剂的试验中发现，在饲料中添加含有丁酸梭菌等在内的复合益生菌制剂能够进一步激活动物体内的免疫应答机制，主要体现在试验组某些特定的T细胞亚群T细胞数的增加，同步饲喂后期伴随IL-6、INF-γ和TNF-α等表达水平改变。丁酸梭菌在草食动物领域，尤其是反刍动物瘤胃及肠道免疫方面的具体调控机制值得进一步研究与探讨。

2.4 在水生经济动物养殖中的应用 水生经济动物养殖中，益生菌制剂的应用更为广泛。丁酸梭菌能够在鱼类增重、肠道菌群结构调节、肝功能改善等方面发挥作用，对某些水生动物常见致病菌，其能够发挥凝集和拮抗作用，从而帮助鱼类抵御疫病的侵袭。肠道菌群稳态和调控保持对于抑制大肠杆菌等条件致病菌具有重要的意义。作为条件致病菌，在肠道中的存在并不只有致病因素，还有部分肠道稳态、营养吸收转化等重要生命活动，但当宿主的抵抗力降低或肠道微生态平衡发生较大变化时，条件致病菌就有可能成为真正的致病原，因此益生菌制剂的添加对于某些条件致病菌的群防群控具有重要意义。Pan等（2008）发现，丁酸梭菌特定菌株CB2能表现出较好的凝集和拮抗嗜水气单胞菌、鳗弧杆菌的抗菌效果，并且在鱼类肠细胞模型中得到印证。Gao等（2013）认为丁酸梭菌能够在鱼类肠炎沙门氏菌和副溶血弧菌感染防控方面发挥一定的作用。除此外，也有很多关于丁酸梭菌在细菌方面拮抗和抑制情况的研究报道。樊英等（2019）的试验表明，饲料中添加丁酸梭菌，可促进虹鳟生长，改善其机体营养成分，维护肝功能，改善肠道菌群结构，尤其能够提高肠道梭菌属细菌的所占比例。在鱼类养殖试验中，丁酸梭菌的添加能够抑制鱼类肝脏等组织脏器中的某些参与重要代谢的成分含量，维持鱼类某些包括总胆红素等生理成分的稳态，朝着有益于动物机体内环境稳定的方向调控。在甲壳类动物的养殖上，丁酸梭菌的添加对于虾群的生产试验效果更为可观。丁酸梭菌在饵料添加后，溶菌酶活性等指标的相对表达水平均得到提高，其他数值的正向变化，证明了其能够帮助南美白对虾提高对氨胁迫的生长性能、SCFA含量、体内粗蛋白质含量，能够起到提升免疫力的效果（Duan等，2017）。此外，丁酸梭菌能够帮助人工养殖虾群更好应对亚硝酸盐胁迫，提高SOD、CAT、GPx活性，并且与热应激相关的HSP70、铁蛋白基因表达水平测定中均高于对照组（Duan等，2018）。除了增强肠道免疫、改善绒毛高度和肠壁厚度等肠道结构，逆境适应性调控上，丁酸梭菌对细菌性疾病，诸如副溶血性弧菌等的攻毒保护效果，也被认为能够为虾群提供免疫方面的保护增强（Li等，2019），对甲壳类动物的健康养殖具有重要意义。

3 结语

丁酸梭菌具有良好的益生菌性能，但是未来益生菌制剂的研发方向还是以复合型益生菌制剂研发为主导，因为尽管单种益生菌的添加能够增强动物的生产性能，但以丁酸梭菌为例的益生菌用于添加制剂用途，除能必须具备有利于动物生产性能的生物学功能之外，还应考虑在养殖户的经济承受范围内。对规模化养殖而言，能够适度减少养殖过程中所需要的成本，同步促进生长的益生菌制剂是比较理想的选择。将多种益生菌共同制备成复合制剂，能够更为有效地激发动物的生产潜能，最大限度地发挥益生菌的益生作用。丁酸梭菌在传统动物的养殖中所展现出的促生长、强免疫、抗氧化、稳肠道、提肉质等优点已经为试验所证实，并在养殖中得到推广应用。伴随我国养殖业对于传统畜禽养殖的环保整顿后，中小散户特种经济动物养殖业的崛起，丁酸梭菌在内的益生菌制剂在特种经济动物的研发实践领域尚未成熟。当前丁酸梭菌在肉鸽养殖，狐等毛皮动物养殖的生产增效试验，或许说明其在未来特种养殖热潮的推动下有望能成为新的生产实践课题的研究点。