凝结芽孢杆菌在蛋禽生产中的应用及其作用机理研究进展

苗华彪，张 榕，万思迪，黄遵锡*

(1.生物能源持续开发利用教育部工程中心，云南 昆明 650500；2.云南师范大学 生命科学学院，云南 昆明 650500)

禽蛋作为“优质廉价”的营养品，在居民食品消费结构中所占比例正在逐步提高[1]。但蛋禽养殖过程中常面临着应激刺激、抵抗力下降、肠道功能紊乱和药物残留等问题，导致蛋禽产蛋性能下降、蛋品差、死淘率高和蛋品污染[2]。凝结芽孢杆菌可以通过调节肠道菌群平衡、促进肠道健康与营养物质吸收等方面提高疍禽养殖效益[3-4]。作为新型益生菌，凝结芽孢杆菌已获得包括美国、欧盟等国家的认可[5-6]，我国于2004年已经批准凝结芽孢杆菌的使用，目前，已被广泛应用于药品、食品和饲料添加剂等行业中[7-9]。凝结芽孢杆菌的优势在于其具有“二重性”，既可产酸，又能形成芽孢[3-4]。然而，目前关于凝结芽孢杆菌在蛋禽上的应用报道并不多见，且结论存在差异。本文将针对凝结芽孢杆菌的生物学特性、在蛋禽生产中的应用、益生机理、存在的问题及展望等方面进行简要综述。

1 凝结芽孢杆菌的生物学特性

凝结芽孢杆菌是一种兼性厌氧革兰氏阳性菌，类属芽孢杆菌属[10]。菌体表面无鞭毛，呈头发丝状，长约2.5～5.0 μm，宽约0.6～1.0 μm；芽孢端生，如“榔头”状；喜中性偏酸pH，最适温度为37～45 ℃[11-12]。在其生长过程中可利用多种糖类物质，经同型乳酸发酵生成L-乳酸，具有乳酸菌类同样的保健功效，也具有芽孢杆菌属耐酸(pH>2.42)、耐热(80 ℃)、耐盐(1%～8% NaCl)、容易培养和耐储存的特点，而这一点也是其最明确的优势[13-14]。在动物饲粮中添加凝结芽孢杆菌，芽孢化的菌体形态，能够顺利通过制粒条件、动物胃液环境，进入十二指肠，然后，芽孢萌发形成营养体，随后进入小肠，开始迅速生长繁殖，并发挥生物学功能[11]。

2 凝结芽孢杆菌在蛋禽生产中的应用

2.1 凝结芽孢杆菌对蛋禽产蛋性能的影响

2.1.1 凝结芽孢杆菌对蛋鸡产蛋性能的影响 我国鸡蛋产量占整个禽蛋市场的80%左右。在罗曼蛋鸡饲粮中添加凝结芽孢杆菌组与对照组相比，试验组料蛋比降低4.37%[15]；死淘率降低22.58%～33.33%[16-17]；产蛋率提高1.57%～2.02%[17]。但孙冬岩等[18]在罗曼褐壳蛋鸡产蛋后期添加2.0×105cfu/g凝结芽孢杆菌，试验组产蛋率下降5.00%，这可能和蛋鸡的年龄、饲粮营养水平和添加量有关。此外，凝结芽孢杆菌的添加也有利于缓解因沙门氏菌感染导致的蛋鸡产蛋性能降低，能使蛋鸡料蛋比极显著降低10.50%[19]。与枯草芽孢杆菌相比，凝结芽孢杆菌在蛋鸡饲粮中的添加更具有优势，邢冠润等[20]研究表明，产蛋后期添加适量的凝结芽孢杆菌可提高蛋鸡产蛋率和平均蛋重，降低腹泻率和料蛋比，且效果优于枯草芽孢杆菌。但在高铅环境下，凝结芽孢杆菌的添加不利于蛋鸡生产性能的改善，陈靖源等[21]试验表明，铅与凝结芽孢杆菌R11对产蛋率具有显著交互作用，在高铅组中，添加凝结芽孢杆菌R11后使产蛋率极显著降低9.23%，这可能由于在高剂量铅干预下，促使凝结芽孢杆菌R11分泌某种物质干扰蛋鸡体内激素分泌导致产蛋率下降。综上，在蛋鸡饲粮中添加(1.5×105～3.3×107cfu/g)凝结芽孢杆菌，能够改善蛋鸡产蛋性能，主要体现在料蛋比、腹泻率和死淘率等方面的降低，但由于蛋鸡品系不同、试验阶段不同所得结果也有差异。

2.1.2 凝结芽孢杆菌对蛋鸭及其他蛋禽产蛋性能的影响 在蛋鸭中，王向荣等[22]在饲粮中添加1.2×106cfu/g凝结芽孢杆菌，与对照组相比可显著提高蛋鸭产蛋率6.71%和平均日产蛋量7.19%，显著降低料蛋比12.22%；梁振华等[23]也得到上述一致的研究结果，蛋鸭30～60 d、60～90 d产蛋率、日均蛋质量和料蛋比均有明显改善。在朝鲜鹌鹑中，王维等[24]试验结果表明添加1.0×108cfu/g凝结芽孢杆菌对朝鲜鹌鹑生长性能效果最好，其平均日增重显著高于对照组12.08%，料重比显著下降9.96%。在种鹅中，王大一等[25]试验结果表明复合益生菌(凝结芽孢杆菌+纳豆芽孢杆菌+粪肠球菌)可以使种鹅产蛋率显著提高22.91%、平均蛋重显著提高2.46%；料蛋比显著降低14.99%。综上，饲粮中添加凝结芽孢杆菌不仅对蛋鸡产蛋性能具有良好改善效果，而且在蛋鸭、鹌鹑、种鹅也表现出积极的正向效果，且在蛋鸭等蛋禽中的改善幅度要优于蛋鸡，可能和蛋鸭的饲粮类型更加劣质有关。

2.2 凝结芽孢杆菌对蛋禽蛋品质的影响

蛋品质是蛋禽生产中极为重要的指标，与禽蛋的营养成分、食用价值和市场销售密切相关，同时对禽蛋的保藏时间、孵化率和破损率等也有一定影响[26-30]。研究表明，在蛋禽饲粮中添加一定量的凝结芽孢杆菌，可使鸡蛋蛋壳厚度提高5.96%～50.00%[15，20-21]和蛋壳强度提高18.96%[15]，鹌鹑蛋蛋壳强度提高10%[24]；但王向荣等[21]在临武蛋鸭中的试验结果却相反，添加凝结芽孢杆菌却使蛋壳厚度显著降低14.00%，这可能和添加量及蛋禽类型不同有关。此外，由于蛋壳强度和厚度与禽蛋的不合格率、破蛋率或次蛋率息息相关，凝结芽孢杆菌的添加必然会减少禽蛋不合格蛋的损失[28-29]。如在新罗曼蛋鸡饲粮中添加凝结芽孢杆菌，其劣质蛋和不合格蛋率分别显著降低38.86%[15]和30.72%[31]；在罗曼粉壳蛋鸡中，其破蛋率显著降低17.25%和14.78%[17]；在京红产蛋鸡后期添加不同剂量的凝结芽孢杆菌，均能显著降低不合格蛋率，高达20.14%～76.25%，并且，优于枯草芽孢杆菌的添加[20]；但孙冬岩等[21]研究结果是凝结芽孢杆菌的添加可使破壳蛋显著提高38.76%，可能和所选用的产蛋后期蛋鸡品系有关。蛋黄颜色也是评价蛋品质好坏的重要指标，凝结芽孢杆菌的添加能够使蛋鸭蛋黄颜色指数极显著提高43.88%[22]；在京红蛋鸡中也能使蛋黄颜色指数显著提高5.5%，但和剂量有着一定关联，其机制有待进一步研究[20]。哈氏单位和蛋白高度是影响禽蛋新鲜度的重要因素[22]。在蛋鸭和朝鲜鹌鹑饲粮中添加凝结芽孢杆菌其哈氏单位可显著提高4.00%～5.78%[24]，蛋白高度可显著提高5.37%～11.28%[22，24]；但也有差异，如陈靖源等[24]的试验结果为哈氏单位显著降低3.58%，这可能和在有铅干预的试验环境有关。此外，还有凝结芽孢杆菌的添加可以显著提高蛋壳重/蛋重(15.38%)和种鹅产蛋孵化率(2.86%)以及显著降低蛋形指数和破畸蛋率(31.91%)的报道[21，24]。综上，蛋禽饲粮中添加凝结芽孢杆菌能够改善肠道对营养物质的吸收、肠道菌群平衡和输卵管系统的健康来达到改善蛋壳强度、厚度等质量问题，或者降低次品蛋、不合格蛋或破蛋率；提高蛋黄颜色、哈氏单位、蛋白高度等指数，这些指标均显示蛋品质的改善。

3 凝结芽孢杆菌益生机理

凝结芽孢杆菌作为一种新型益生菌，其确切的益生作用机制还不清楚，但学者们普遍认为益生菌发挥作用是一个多种物质、与其他益生菌协同作用的综合方式[3]。

3.1 促进蛋禽肠道健康

3.1.1 缓解肠道氧化损伤 过多的氧自由基会引起对动物体的氧化损伤，特别是肠道损伤[32]。抗氧化功能的重要指标有：总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和丙二醛(MDA)等[32-33]。凝结芽孢杆菌能够产生具有显著抗氧化活性的胞外多糖，可以提高蛋禽体内的T-AOC、抗氧化酶类活性和降低MDA的含量，避免蛋禽免受氧化损伤[34]。如王维等[24]报道的添加凝结芽孢杆菌可使朝鲜鹌鹑血清T-AOC、T-SOD和CAT活力均显著提高20.86%、14.86%和7.02%，MDA活力下降39.13%。张嘉懿等[35]在北京油鸡和刘聪等[36]在蛋鸡中添加凝结芽孢杆菌也得到一致结论。凝结芽孢杆菌的添加有利于缓解蛋禽机体内氧化损伤，从而减弱应激环境下蛋禽生产性能的降低。

3.1.2 改善蛋禽肠道形态和吸收功能 完整的肠道形态表征着肠道健康及对营养物质的良好吸收[36]，衡量小肠消化吸收功能的主要指标有绒毛高度、绒窝深度及其比值[37]。刘聪等[36]研究结果表明饲粮中添加凝结芽孢杆菌能使蛋鸡十二指肠绒毛宽度极显著提高14.65%，绒毛吸收面积显著提高20.27%～21.33%；空肠中绒毛长度显著提高12.24%～13.95%，绒毛长度/隐窝深度比值显著提高3.02%～16.53%；凝结芽孢杆菌能够显著促进肠道结构发育，增加营养物质的消化吸收，从而达到提高蛋禽生产性能的目的。凝结芽孢杆菌本身可以产生多种动物内源性酶制剂，促进营养物质的消化吸收[38-39]。如邢冠润等[40]在蛋鸡饲粮中添加凝结芽孢杆菌可使十二指肠、空肠和回肠的淀粉酶(34.38%～65.32%)、脂肪酶(53.54%～59.14%)和蛋白酶(39.12%～52.53%)比活力显著提高。凝结芽孢杆菌通过分泌多种水解酶或酶促因子的方式，将这些大分子物质降解为小分子物质，使其易被动物体消化吸收，从而提高饲料利用率[41-43]。血浆总蛋白、白蛋白的升高和尿素的降低表征着蛋禽对蛋白质和氨基酸的良好代谢，通过对蛋白质、氨基酸、肽类物质的吸收利用，有利于蛋禽生产性能的提高[42,44]。邢冠润等[40]研究了凝结芽孢杆菌的添加对产蛋鸡后期血清生化指标的影响，与对照相比，试验组丙氨酸转移酶(ALP)显著提高11.58%、血钙显著提高7.11%，甘油三酯和尿素分别显著降低16.40%和7.94%。程志斌等[15]试验表明，添加凝结芽孢杆菌可使蛋鸡氮、磷表观消化率显著提高6.86%和12.06%；黄遵锡等[31]试验表明，添加凝结芽孢杆菌可使蛋鸡血清中的白蛋白显著提高14.53%，尿素氮显著降低12.10%[31]。黄世猛等[19]也得到一致的研究结果，添加凝结芽孢杆菌可使血浆总蛋白显著升高。碳酸钙作为蛋壳的主要成分，钙含量高达38%左右，凝结芽孢杆菌产生的乳酸可以促进动物对铁、磷、钙等矿物盐及维生素D等脂溶性营养物质的吸收，或是影响了对叶黄素和胡萝卜素的吸收，有利于提高蛋壳质量，促进蛋品质的改善[30,45-46]。凝结芽孢杆菌可通过机体代谢蛋白等营养物质的利用和调控激素分泌、促进卵巢相关基因受体的表达等途径，从而对卵巢、卵泡的发育造成影响、使得卵巢发育更完善，提高蛋禽蛋品质和产蛋性能。如邢冠润等[40]研究表明，凝结芽孢杆菌添加量为1.0×107cfu/g时，相比对照组，其血清激素卵泡刺激素(FSH)、雌二醇(E2)含量显著提高25.69%和8.17%，可提高蛋鸡促黄体生成素受体和卵巢卵泡刺激素受体基因mRNA的表达量。

3.2 提高蛋禽机体免疫力和抗病能力

肠道免疫系统是动物健康的重要防线，益生菌可以通过增加吞噬细胞的活性，刺激机体分泌溶菌酶，提高胸腺、脾脏和胃肠等器官对病原微生物的抵抗能力[3,47]。邢冠润等[40]研究了凝结芽孢杆菌对产蛋鸡后期器官指数的影响，试验结果表明凝结芽孢杆菌添加量为1.0×107cfu/g组的脾脏指数较对照组显著提高104.76%，可能是凝结芽孢杆菌合成有益物质，作为抗原刺激了免疫器官的生长发育，提高了蛋鸡免疫水平。有报道显示，凝结芽孢杆菌的发酵上清液和细胞壁中某些成分具有抑制活性氧、调节细胞因子和增强吞噬细胞来提高肠道免疫能力[3,48]。此外，也可通过促进B淋巴细胞的增殖和免疫球蛋白的分泌提高体液免疫的水平，防治一些特定的感染[49-50]。邢冠润等[40]对蛋鸡免疫细胞进行研究，发现添加凝结芽孢杆菌可以显著提高产蛋后期蛋鸡血清中免疫球蛋白(IgG、IgA)、白介素(IL-2、IL-4、IL-10)和TNF-α的含量，分别显著提高8.46%、15.76%、19.84%、9.26%、64.78%和108.80%以及十二指肠、空肠、回肠黏膜的分泌型免疫球蛋白(sIgA)的含量，分别显著提高23.09%、14.89%和74.17%，另外，血清γ-干扰素(IFN-γ)的含量显著降低9.33%，并且优于枯草芽孢杆菌的添加。总之，蛋禽饲喂凝结芽孢杆菌能够改善免疫器官、免疫细胞和促进动物本身的健康生长，激活自身免疫系统，从而增强机体抵抗力，减少蛋禽腹泻率和死淘率[51]。

3.3 抑制病原菌，调节蛋禽肠道菌群结构

动物肠道内菌群结构是一个复杂的“大家庭”，但当肠道内有害菌“过量”并打破平衡状态时，动物就会发病[52]。凝结芽孢杆菌一般通过消耗游离的氧气、降低肠道pH和产生抑菌物质凝固素和Lactoporin的途径来维持这种平衡[4，10，41，53-54]。刘聪等[36]研究表明，凝结芽孢杆菌的添加可以减少蛋鸡肠道沙门氏菌的定值，可使蛋鸡盲肠沙门氏菌拷贝数显著降低29.60%，改善肠道微生物区系。Xing等[55]研究表明，饲粮中添加凝结芽孢杆菌R11可以使其在十二指肠、盲肠、空肠中的数量显著增加，使有害菌群大肠杆菌、铜绿假单胞菌、沙门氏菌的数量降低。肠道菌群平衡和机体的消化吸收、免疫、生长均有着密切关联，凝结芽孢杆菌通过调节蛋禽肠道菌群结构，进而影响到蛋禽的生产性能，甚至影响到蛋品质的好坏。

4 存在的问题和展望

综上所述，凝结芽孢杆菌因其所具有的“独特”性质，能够一定程度改善蛋禽产蛋性能和蛋品质。但相对国外而言，我国对凝结芽孢杆菌的研究和应用依然处于滞后阶段，在蛋禽养殖中仍存在以下问题有待解决：①产品稳定性方面：应从发酵工艺入手，解决目前国内单一液体发酵的方式，可使用固体发酵以及混合发酵；此外，在发酵培养基、参数、工艺优化等方面也有待深入研究。②剂量使用方面：应当根据不同蛋禽品种、不同产蛋期、菌株和其他因素进行系统全面的研究，做到“精准定位”，以便为实际应用提供一定的依据。③应用范围拓展方面：凝结芽孢杆菌在蛋禽初产期和产蛋后期，对蛋禽的免疫功能和肠道菌群结构及与其他添加剂的复合使用效果迄今鲜有报道，这些方面的使用效果及作用机理，值得深入研究与探讨。总之，随着人们对凝结芽孢杆菌的深入研究，饲用凝结芽孢杆菌在蛋禽养殖中的开发和利用将更加科学合理。