益生素的研究進展及其在動物養殖中的應用現狀普遍能增強體質,減少抗生素,同時提高飼料利用率和生長率
隨著人類生活水平的不斷提高,人們對肉、蛋、奶需求量不斷增加,致使畜禽生產和水產養殖規模愈來愈大,現代化、集約化程度愈來愈高。隨著養殖規模日益擴大和養殖量的不斷增加,也帶來了一系列嚴重問題,未處理的養殖糞便和養殖廢水、工業和生活污水,使養殖環境遭到嚴重污染和破壞,致使養殖病害頻繁發生。養殖者通常會用廣譜抗生素來控制病害的發生,但過多使用抗生素不僅會使細菌耐藥性增加,動物消化道菌群助動物建立有利于宿主的微生物區系,增加非特異性免疫功能來增強體質,防止細菌感染,減少抗生素的使用,同時提高飼料利用率和生長率,為養殖業的可持續發展提供了新的途徑。
1、益生素的發展概況
益生素( Probiotics)一詞首先被Lilley 和till-well( 1965)使用,最初被定義為“由一種微生物分泌的刺激若于種微生物生長的物質”。美國學者.Parker(1974)認為“益生素是維持腸道內微生物平衡的微生物或物質",由于該定義范圍太大,易于引起混亂,美國食品與藥品管理局(FDA)把該類產品定義為“可以直接飼用的微生物制品”。Fuller( 1989)重新定義為“一種可通過改變腸道菌群平衡而對動物施加有利影響的活的微生物飼料添加劑”。Hsossard(1990)給 益生素的定義是“攝人動物體內參與腸道內微生物群落的阻礙作用,或者通過增強非特異性免疫功能來預防疾病而間接地起到促進生長作用和提高飼料效率的活的微生物培養物”。Catesoupe(1999)定 義為“微生物以活體形式進人宿主胃腸道并且改善宿主的健康水平”。Gram 等(1999)去掉“改善宿主胃腸道"的限制,拓寬了益生菌的定義范圍:一種活的微生物輔助劑,可以通過改善宿主微生態平衡對宿主產生有益的影響。Naidll 等(2004)將益生菌定義為“可以作為飼料添加劑的一類微生物,通過調節宿主細胞黏膜以及系統的免疫功能來影響宿主的生理狀態，同時改善宿主的腸道微生態平衡,阻止致病菌的生長繁殖”。我國學者在1991年提出了一.個較通俗的概念“飼用微生物添加劑”,也有人將益生素稱為”益生菌、活菌劑、微生態制劑、促菌生、生菌素、促生素、利生素”。
2、益生素的作用機理
益生素是一種活的微生物制劑，與抗生素相比,它的作用機理在理論上的進展還比較小，目前主要有以下幾種學說:
2.1生物奪氧說
胃腸道內厭氧菌占大多數,微生態制劑中有益的耗氧微生物在體內定植,特別是芽孢桿菌能消耗腸道內的氧氣,造成厭氧環境,降低局部氧分子的濃度,扶植厭氧微生物的生長,提高其定植能力,從而使失調的微生態恢復平衡,達到治療疾病的目的。
2.2 優勢菌群說
在微生物系統內,少數優勢微生物種群起控制作用,一旦失去優勢種群,就可導致微生物失調。微生態制劑中的活菌大多為機體正常菌群中的一員,具有定植性、排它性繁殖性,進人機體后能卷人自然的生態系統中,對非正常菌群中的微生物發生頡抗作用。另外,有些微生物還可產生藥理活性物質,直接調節微生物區系,抑制病原菌,控制病害發生。還有一些微生物在發酵和代謝過程中通過提高或降低某些酶的活性改變有害微生物的代謝，而不利于其生長。
2.3 御菌群屏障說
又稱生物頡抗說,正常微生物群構成機體的防御屏障,微生物群有序地定植于粘膜、皮膚等表面或細胞之間,形成生物屏障,這些屏障可以阻止病原微生物的定植,起著占位、爭奪營養、互利共生等生物共生或拮抗作用。服用微生態制劑后，機體能產生生物防御作用。益生素中的有益菌在體內對病原微生物有抵御作用，可以參與消化道有益菌群與致病菌之間的生存和繁殖空間競爭、時間競爭、定居部位競爭以及營養競爭,競爭性抑制病原微生物粘附到腸黏膜上皮細胞上,同病原微生物爭奪有限的營養物質和生態位點,限制致病菌群的生存、繁殖。有益菌在消化道內生成致密的膜菌群,形成微生物屏障,一方面抑制消化道粘附病原菌,中和毒性產物;另一方面防止毒素和廢物的吸收。
2.4 三流運轉說
微生態制劑可以成為非特異性免疫調節因子,增強吞噬細胞的吞噬能力,通過提高抗體水平或巨噬細胞活性，刺激免疫系統防御能力,減少腸內有毒物質的產生,促進腸蠕動，維持粘膜結構完整,從而保證了微生態系統中能量流、物質流和基因流的正常運轉。
2.5 營養物質合成理論
正常微生物群與營養之間有著密切的關系，有些微生物在發酵或代謝過程中會產生生長素等生理活性物質,有助于食物消化和營養吸收,促進代謝。微生態制劑在腸內定位繁殖,能產生乳酸等有機酸降低腸道pH,抑制病原菌生長，還可產生多種有利于動物機體維生素B類、氨基酸、有較強活性的多種淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶類,生長刺激因子可提高飼料轉化率,促進動物增重。.
3、益生素 在動物生產中的應用現狀
在國外,直接飼用微生物已逐步應用于畜牧生產上,在理論及應用方面的研究,也取得了豐碩的成果。許多國家的雞、豬、肉用牛以及犢牛代用乳中等已普遍使用益生素。益生素在水產養殖中的應用研究也有不少研究，主要集中在魚類養殖中,蝦蟹類的研究很少。國外益生素的研究多是圍繞乳酸桿菌屬、枯草桿菌及一些鏈球菌類進行;我國則以芽孢桿菌、乳酸桿菌的研制為主,產品多為單一菌劑。我國對飼用微生物的研究始于20世紀80年代，目前在飼用微生物添加劑研究的理論技術和應用取得了突破性進展。許多研究單位和生產廠家、飼料公司都在進行該方面的研究與產品的開發應用,部分產品已進人市場,但絕大多數正處于試驗研究階段。
3.1 家禽
益生素在家禽養殖中的應用研究比較多,也有比較廣泛的應用。益生素中某些細菌(如乳酸桿菌和鏈球菌)產生乳酸,起到酸化劑的作用,提高營養物質的消化率，同時還能降解某些飼料中復雜的碳水化合物。研究發現，益生素使雞十二指腸淀粉酶活性和總蛋白酶活性分別提高24.24%和17. 98% ,對促進肉雞早期生長和提高飼料轉化率有良好效果。報道在肉雞日糧中添加0.1%的乳酸菌,肉雞小腸內容物淀粉酶活性增高。在1日齡肉雞日糧中添加乳酸菌和芽孢桿菌的復合益生菌后,飼喂7d,其小腸淀粉酶活性較對照組顯著升高,并持續到14日齡。用產蛋白酶的益生菌制備成益生素飼喂肉雞,結果發現:益生菌能提高內容物中蛋白酶的活力(提高319.08U/g,約21. 76%,P< 0.05)。在肉雞飼料中添加不同的促生長劑,結果發現,益生素組(150x 10-')的日增重比阿散酸組(5x 10-5)高8.50%,比酶制劑組(150x 10-9)高24.5%,比對照組高8.21%;飼料轉化率比酶制劑組、阿散酸組高8.6%,經濟效益分別比酶制劑組、阿散酸組提高81.96%和43.3%。
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【視頻】使用養雞專用復合益生菌能夠提高養殖密度
在雞飼料中添加微生態制劑可提高肉雞的日增重、飼料轉化率和產蛋率。報道,對28萬只火雞的研究結果顯示，飼喂羅氏乳酸桿菌組比對照組的死亡率降低了2.8%,體增重平均提高了2.1%,飼料轉化率降低了3.5%。將動物微生態制劑加入30周齡的蛋雞飼料中，結果表明,微生態制劑能明顯提高產蛋率和飼料轉化率,蛋的品質無差異,且能提高每只雞的經濟效益。報道乳酸桿菌和芽胞桿菌復合益生素對0~6周齡三黃雞有明顯的促生長作用,并能顯著地提高飼料利用率,有效地改善腸道內的微生態平衡,并認為乳酸桿菌和芽胞桿菌復合益生素可以作為--種有效的綠色飼料添加劑，用于三黃雞的規模化無公害生產。
微生態制劑可以提高動物免疫力和抗病力，增進非特異性免疫功能來增強體質,抑制病原微生物，降低發病的機率,防止細菌感染。報道用研制成功的嗜酸乳活菌制劑在石河子地區預防雛雞白痢，試驗組發病率為8.75%，明顯低于對照組27.5% ,30 日齡雛雞平均日增重提高12.26%。報道,凝結芽抱桿菌試驗組雞的免疫器官生長發育較對照組迅速,血中T細胞值較對照組高。Zulkifli研究發現，雞喂乳酸菌培養物后(1g/kg)， 連續21 d(3h/d)處于36C的熱應激下，與不喂乳酸菌的雞比較有較高的飼料利用率,并對NDV產生較高的抗體。
3.2 豬
益生索在豬養殖中的應用研究比較多并有比較廣泛的應用。國內的許多飼養試驗表明,益生素能夠提高斷奶仔豬的日增重及飼料利用率,提高其免疫力和抗病力,抑制病原微生物和防止細菌感染,并且明顯降低仔豬的腹瀉和死亡率, 研究報道,利用植物乳酸桿菌、干酪乳酸桿菌、糞鏈球菌制成的混合微生態制劑哏豬,豬粘膜組織的淀粉酶活性顯著升高。報道仔豬從出生后1~2d開始飼喂益生素可使仔豬成活率提高4%~5%,并且可顯著提高仔豬日增重和飼料報酬。將主要含蠟狀芽孢桿菌糞鏈球菌等4種每克含活菌(1x 108)的復合益生菌劑加入到斷奶仔豬飼料中與,對照組對比,用復合益生菌制劑的試驗組可節約飼料、提高增重及減少藥物開支,每頭豬直接增加經濟效益5.96元。報道給剛出生的仔豬飼喂乳酸桿菌可以減少大腸桿菌的數目，試驗結果顯示,糞便中乳酸桿菌與大腸桿菌的比例為1280:1,而沒有飼喂乳酸桿菌組,其比例為2:1,此比例的提高可以保護仔豬抵抗致病性大腸桿菌的侵襲，有效防腹瀉的發生。報道了在豬日糧中添加芽孢桿菌使豬小腸內容物中淀粉酶活性增高。試驗表明在日糧中添加2%的微生態制劑對于提高肥育豬的飼料利用率,降低糞便氨含量具有明顯效果。添加益生素和寡糖于斷奶仔豬日糧中能顯著提高營養物質消化率,且益生素和寡糖對能量、有機物質、干物質消化率存在顯著的互作效應。
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3.3 反芻動物
益生素通過產生大量消化酶類,如絲狀真菌中的木酶、曲酶能產生蛋白酶、淀粉酶、半纖維素酶等各種消化酶;或經腸內發酵直接產生丙氨酸、纈氨酸、天冬氨酸和蘇氨酸等,還可產生維生素等,提供 動物機體所需營養物質;在動物胃腸道形成微酸性環境，使瘤胃內環境穩定,激活內源酶活性，維持腸道內pH值,有利于維生素D、Ca2+、Fe2+等的消化吸收。報道,酵母培養物可增加肉牛采食量，提高增重速度和飼料報酬;綜合16個研究結果報道，飼喂酵母培養物可使肉牛增重速度提高7.5%。報道,通過添加曲霉菌或酵母菌制劑提高乳酸的利用,使瘤胃pH值升高,減少反芻動物因飼喂高精料日糧引起的瘤胃pH值降低所造成瘤胃機能障礙。益生素可以維持和加強犢牛小腸上皮細胞胞質中細胞器的結構和功能,從而在亞細胞水平上發揮作用。酵母可以通過改變微生物的作用增強對瘤胃內氨的利用和蛋白質合成,增加進人后段消化道的微生物蛋白質的數:量和小腸中非氨態氮的吸收率,在消化道內促進植酸酶產生,提高反芻動物對磷的吸收利用。綜合18個研究結果報道，飼喂酵母培養物產奶量平均提高7.8% ;在能量、蛋白質、酸性纖維和.中性纖維均超過NRC標準的混合日糧中添加酵母,也表現出產奶量增加3.1%,4%校正乳提高9.3%,乳脂率提高0.29%的效果。
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在羔羊日糧中添加益生素具有提高存活率,減少腹瀉,提高飼料利用率和促進生長的作用。活菌制劑(主要成分是芽抱桿.菌)對羔羊的痢疾治療效果表明:累計治愈率,第一天為47. 68%;第二天為93. 69%;第只天為100%,此試驗表明,益生素能減少或防止羔羊腹瀉,提高存活率,促進羔羊生長。研究表明:羔羊日糧中添加0.1g/只.●d劑量的益生素時,羔羊的生長速度及免疫功能均達到最佳狀態。研究表明:添加.益生素的羔羊的成活率和斷奶體重明顯要高于未添加益生素的羔羊。報道,在羔羊日糧中添加適量益生素,可改善羔羊胃腸道內環境,從而有助于羔羊對營養物質的消化吸收,建立適合動物生長的微生態環境，達到營養保健的目的,提高羔羊生長發育速度和增強免疫力，并取代飼料中的抗生素,減少畜禽體內抗生索的殘留。
3.4 水產養殖
魚類腸液與哺乳動物相同,是混合液體,其中含有胰、肝和腸分泌的成分，包括蛋白酶、淀粉酶.和脂肪酶等,鯉科魚類的蛋白酶在消化道的后1/3段活性最強，而淀粉酶在整個消化道中都有分泌。有益菌進人魚腸道后,除了調節腸道菌群平衡外,有些菌種(如:芽孢桿菌)還能分泌淀粉酶和蛋白酶。研究發現飼喂益生素后的鯉魚腸道蛋白酶和淀粉活性分別比對照組提高.3.84和2.76倍。研究發現鯉魚飼喂光合細菌后,腸道中光合細菌的最高檢出數為4.78 + 0.75(Log10/g腸道內容物),可使腸道中的淀粉酶和蛋白酶活性分別比對照組提高2.68和2.94倍,提高水產品產量。在飼料中添加EM飼養建鯉,隨著添加量的增加(2%，4%, 6%),實驗組建鯉日增重率分別比對照組提高0.6%，9.2%和16.0%,餌料系數降低1.3%.7.4%和22.9%。
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正常情況下,魚蝦腸道中有大腸桿菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌等8種菌,菌群處于相對穩定狀態。有研究表明,飼料中添加芽孢桿菌,能促使動物腸道菌群增加,產生揮發性脂肪酸,抑制有害菌,為耐酸性細菌如乳酸菌的生長創造條件;同時，還能產生蛋白類拮抗物質,該物質能拮抗腸道中的病原細菌,與有害菌競爭腸道的附著點,從而形成有益菌的優勢菌群，維持和調整腸道微生態平衡。用地衣芽孢桿菌作為添加劑飼喂異育銀鯽后發現魚體腸道內芽孢桿菌、乳酸桿菌數量均有提高，而大腸桿菌數量減少。把PSB拌人餌料投喂中國對蝦22d后發現蝦體PO、SOD、溶菌和抗菌活力分別比對照組高102.2%、22.1%、53.4%和14.0%,血細胞數目高出67.2%。將蠟樣芽孢桿菌DM423用于對蝦，用量為1 x 10-6mg/kg,出苗量比對照組高10% ~ 15%不等,與乳酸菌混合使用可提高存活率。
微生態制劑在水產養殖上可以用于改善水質,增強魚的機體健康,改善魚的商品性質和種用性能。以益生菌調節養殖水體的微生態環境,提高水質,達到健康養殖、穩產高產的方法已初顯成效。光合細菌混合菌液作為中國對蝦苗期水質凈化劑取得了明顯的效果,水體的透明度提高了20cm。向羅非魚養殖水體中添加以芽孢桿菌為主的微生物復合菌劑，能明顯改善水質條件,降低氨氮、亞硝酸鹽,提高羅非魚的生長。報道,在成魚養殖池中施用EM活性微生物水產專用肥,溶氧量比對照池提高11.2%,氨氮和亞硝酸鹽含量分別降低54%和55% ,餌料系數低8.2%,單位面積凈產量提高14.4%。而且,飼用微生物還可促使機體分泌殺菌物,拮抗有害菌,如乳酸菌生長過程中會產生許多低分子量物質,包括乙醇、二氧化碳和雙乙酸、過氧化物和其他代謝產物,其中許多代謝物具有廣譜抗菌活性,不同的抗菌物質之間具有增效作用,如將乳酸菌和酵母菌進行混合,飼喂印度白蝦，幼蝦的生長率和存活率明顯提高,當添加量在2.5g/kg時,其存活率和生長率最高。
4、使用益生素時應注意的問題
4.1可以用作益生素菌種的很多,在實際應用中.應深人研究各菌種的生理特性,從中篩選出一些無毒、無害的優良菌種,而且要盡量選育一些來自動物的正常菌群。
4.2選擇菌種時要以菌株安全性為出發點,在試驗過程中定期進行安全性檢測,以保證菌株的無毒副作用,同時要保證活菌制劑中活菌的含量與穩定性,特別是在飼料加工過程中,菌株必須能經受起高溫的考驗,可以通過微膠囊包埋技術和基因工程技術來保證益生素正常效力的發揮。
4.3益生素使用要有一定的針對性,充分考慮到其作用對象以及使用目的,對不同的動物要區別對待,對不同的使用及生產需要應選擇合適的制劑,才能達到最理想的效果。如反當動物一般選用真菌類益生素,以曲霉為好;促進仔豬生長發育、提高日增重和飼料報酬則應選用雙歧桿菌等菌株;魚類則偏重于乳酸菌和芽孢桿菌;用于改善養殖生態環境主要是用光合細菌和硝化細菌。
4.4合理正確把握益生素的施用時間和施用劑量。益生素在動物的整個生長過程中都可以使.用,但不同的生長時期其作用效果不盡相同。幼齡動物由于腸道菌群未建立或處于不斷變化狀態,使用益生素用于防止病原微生物侵害腸道和提高防御能力方面,比生長后期用效果明顯。益生素使用時要達到合適的菌株數量,才能在體內形成菌群優勢,發揮積極作用。
4.5使用益生素時不應同時使用抗生素,如果飼喂益素的同時添加抗生素,那么益生素中的活菌制劑將會由于受到抗生素的抑制而失去作用。
4.6 益生素的預防效果優于治療,由于其作用發揮較慢,應連續使用才能維護正常微生態平衡,在動物的養殖過程中不斷地加以補充,才能達到預期效果。
5、益生素的發展趨勢與展望
5.1 發展趨勢
從國外的開發和使用效果看,復合菌制劑較單一菌株益生素的效果更好,更符合生態環境;復合菌制劑一般都具有協同作用,因此有單一菌株.的益生素逐漸向復合益生素發展的趨勢,如腸道共生復合菌、瘤胃復合菌等。為了提高益生菌劑有效性,人們正著力于益生素輔劑的研制開發,如微膠囊的應用;開發和研究益生素與其他制劑間的聯合使用,如酶制劑、酸化劑、中草藥等,充分利用制劑間的協同作用;采用基因工程技術構建更易于生產保存、定植、繁殖或具有特殊功能的工程菌制劑,益生素作為轉基因工程菌的研究已有.報道,主要是將益生菌作為基因工程的受體菌,使之表達一些有用的外源基因,擴大其生物學特殊功能,從而達到一種制劑發揮多種功能的目的。
5.2展望
由于抗生素產生的耐藥菌和藥物殘留增加，人們使用這些藥物時的安全性和療效降低,產生的抵觸情緒越來越大,而益生素卻不存在毒性、殘留、耐藥性和環境污染等問題,益生素的研究開發日益受到人們的重視。隨著微生態學研究的進一步深人，以及人們對綠色、安全和環保意識的不斷增強.益生素的應用前景會更加廣闊,相信在未來會有形形色色的益生素廣泛地應用于農業、醫療、保健業、環保等各個行業。
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