畜禽生產中植物乳桿菌的應用范文
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摘要:植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)是一種乳酸菌，廣泛存在于自然界中，特別是在各種類型的發酵食品中。植物乳桿菌定植在人和動物腸道中，具有抑制病原菌、改善腸道環境、調節腸道菌群、提高機體免疫力等諸多優良益生功能，它廣泛用于食品、醫藥和飼料添加劑中。文章主要介紹了植物乳桿菌的生物學特性、生理功能及其在畜禽生產中的應用，展望了今后的研究方向和發展前景。
植物乳桿菌是廣泛存在于自然界中的一種革蘭氏陽性乳桿菌，常見于乳制品、果蔬、肉類及各類發酵食品中。植物乳桿菌是一種在人體胃腸道中發現的益生菌，它可以代謝產生各種天然抑菌物質如有機酸、細菌素、過氧化氫和丁二酮等，具有促進人體健康的作用［1］。植物乳桿菌具有很多生理功能，如調節免疫功能、腸道功能，頡頏致病菌感染等。因為其優良的生理特性和益生功能，植物乳桿菌廣泛應用于食品、醫療衛生、工業生產和動物飼料中。文章綜述了植物乳桿菌的生物學特性、生理功能及其在畜禽生產中的應用和作用機制，以期為植物乳桿菌在畜禽生產中的應用提供參考。
1植物乳桿菌的生物學特性
植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)屬于乳桿菌屬，可以在15℃下生長，最佳生長溫度為30～35℃，魏艷等［2］對新疆地區酸奶中優勢乳酸菌進行分離與鑒定時發現，植物乳桿菌在45℃也能生長;植物乳桿菌為厭氧或兼性厭氧菌，呈短桿狀，最適pH值約為6.5，屬于同型發酵乳酸菌［3］。植物乳桿菌是一種化能異養微生物，其自身不能合成所需的營養素，必須從外界獲取營養物質，如糖、氨基酸、維生素和礦物質等以滿足自身的生長和新陳代謝需要。因此，植物乳桿菌在微生態環境中的生長相對復雜。隨著基因組學的發展，自2003年植物乳桿菌第1株全基因組序列完成以來，到2018年累計對67株植物乳桿菌菌株進行了全基因組測序并提交給美國國立生物技術中心，基因組草圖為302株［4］。陳臣［5］利用基因組學和轉錄組學分析了植物乳桿菌ST－Ⅲ代謝低聚果糖(FOS)通路，找到了關鍵基因，并且探知代謝過程中產物和菌體的變化。ZhangW．Y．等［6］分析得到植物乳桿菌L．plantarumP－8的基因組，進而揭示了與細菌素產量相關的基因簇，為實現細菌素工業化生產提供了基礎。LiX．F．等［7］采用比較基因組學的方法進行研究，發現植物乳桿菌素基因簇負責細菌素的生物合成，這可能與它的抗菌活性有關。隨著科學的發展，基因組學、蛋白質組學、代謝組學和轉錄組學研究的進步，不僅可以在分子水平上揭示植物乳桿菌的遺傳信息，還可以進一步分析其生理功能和代謝機制。此外，有效利用植物乳桿菌可為人類健康作出更大的貢獻。
2植物乳桿菌的生理功能
2.1耐受腸道環境
植物乳桿菌必須通過胃的酸性環境和十二指腸的膽鹽環境，以活菌狀態到達小腸和大腸，才能起到調節菌群的作用。因此，在篩選優質益生菌的工作中，耐受酸性和高膽鹽環境是基本條件。植物乳桿菌發酵碳水化合物產生乳酸，導致環境pH值降低，菌體為保持細胞穩定性將動員各種機制來應對酸性環境，包括受損大分子的修復和保護、生物膜的形成、代謝途徑改變等。酸性環境時，乳酸菌的分子伴侶、熱激蛋白等相關蛋白會上調表達，進而保護目標蛋白的活性［8］。B．J．Miller等［9］研究結果表明，植物乳桿菌通過蘋果酸－乳酸發酵途徑從而抵御酸脅迫。 植物乳桿菌通過產生胞外多糖、表層蛋白對膽鹽產生應激反應，進而維持膜結構以應對膽鹽環境的變化。胡斌［10］進行了植物乳桿菌膽鹽耐受性影響因素分析，發現植物乳桿菌菌體通過改變細胞膜脂肪酸構成而影響菌體細胞完整性進而改變其膽鹽耐受性。可見在遇到酸性環境和高膽鹽環境時，植物乳桿菌自身會通過調節代謝或產生特定代謝產物方式形成生物學屏障或提供細胞防御能力以適應外界環境的變化。目前，已從發酵食品、乳制品和人體腸道中分離出對胃腸環境具有良好耐受性的植物乳桿菌。從阿爾及利亞的發酵綠橄欖中分離的植物乳桿菌在pH值2.0環境中耐受4h后存活率達53%，在2%的膽鹽中耐受48h后存活率達59%［11］。表明植物乳桿菌能夠很好地耐受胃腸道中胃酸和膽鹽，進而在腸道中發揮作用。
2.2調節腸道功能
腸道菌群是腸道防御屏障的重要組成部分，對維持機體健康起著至關重要的作用。胃腸道中的各種微生物相互配合、相互制約，形成平衡的微生態系統。曾東等［12］給小鼠口服植物乳桿菌F22后，發現小鼠的腸道菌群失衡有所改善，乳酸桿菌、雙歧桿菌和總厭氧菌數量增加。謝俊華［13］研究植物乳桿菌NCU116對腸道健康的影響，發現植物乳桿菌影響腸道菌群的結構組成，直接影響腸道代謝和免疫功能。彭芝蓉等［14］研究了植物乳桿菌F1208對便秘大鼠腸道功能的影響，發現F1208能明顯緩解洛哌丁胺引起的大鼠便秘，促進糞便的排泄。M．Alander等［15］研究結果表明，植物乳桿菌腸衣膠囊可以顯著減少腸道中腸桿菌科和梭菌屬的數量。植物乳桿菌可以通過定植抗力和生態占位來抑制病原體，腸上皮的吸附部位被更多的有益菌所占據，病原體被排斥，從而保護腸道免受病原體入侵［16］。同時，植物乳桿菌本身可以產生抑菌物質，如細菌素、過氧化氫、有機酸、二氧化碳和二乙酰等，以提高腸道免疫功能［17］。王俊通［18］研究了植物乳桿菌ZS2058，發現其可以通過產生共軛亞油酸來改善DSS誘導的小鼠結腸炎。
2.3調節免疫功能
植物乳桿菌本身或其代謝物是發揮免疫調節作用的主要因素。李吉楠等［19］在研究乳酸菌對動物局部和系統免疫調節功能時發現，植物乳桿菌能通過細菌本身或細胞壁成分提高黏膜表面和血清中IgA、IgG、IgM水平，以增強體液免疫。B．DelRio等［20］在給患萊姆病的小鼠服用植物乳桿菌活菌后，發現植物乳桿菌可以有效防止小鼠被細菌感染，可見植物乳桿菌加強了小鼠自身免疫力。DongH．等［21］研究結果表明，植物乳桿菌NCIMB8826能促進淋巴細胞、T細胞等免疫細胞的增殖，并加強其活性。
2.4頡頏胃腸道致病菌感染
胃腸道的感染通常由致病細菌引起，例如沙門氏桿菌、幽門螺桿菌和空腸彎曲桿菌等。目前，服用抗生素是治療這些感染最有效的方法，但是伴隨著服用抗生素出現很多問題，如耐藥性，以及抗生素引起的腸道菌群紊亂，導致腹瀉、便秘和其他腸道病癥。對此許多研究人員都在探索使用如益生菌、植物源物質等非抗生素制劑來替代抗生素。益生菌在頡頏胃腸道病原體感染方面取得了顯著成果。有此研究結果表明，植物乳桿菌能夠降低沙門氏桿菌感染引起的動物死亡率［22］。陳曉華等［23］研究結果表明，植物乳桿菌代謝產生抗菌物質，分泌幽門螺桿菌競爭性黏附受體，刺激黏蛋白的表達以抑制胃中幽門螺桿菌的定植。WangG．等［24］研究植物乳桿菌N8、N9時發現，N8、N9可以有效抑制空腸彎曲桿菌黏附及侵襲HT－29細胞系，起到屏障作用。
3植物乳桿菌在畜禽生產中的作用
3.1提高生長性能
益生菌被廣泛用作飼料中生長促進劑的替代品，與抗生素促進生長的機制不同，益生菌通過改變腸道菌群的微生物平衡從而對動物產生益生作用。梁海威等［25］利用植物乳桿菌22703喂養肉雞，發現植物乳桿菌可以提高肉雞的生長性能，改善血液生化指標。龔勝等［26］在肉雞日糧中添加不同水平的植物乳桿菌代謝產物，結果其可以改善肉雞生長性能，降低糞中大腸桿菌含量，提高小腸絨毛高度和糞中揮發性脂肪酸含量。高長斌等［27］研究結果表明，植物乳桿菌WEI－70可以提高產蛋母雞的生產性能，提高雞蛋品質。在生長豬日糧中添加植物乳桿菌GF103可以改善生長豬腸道菌群的環境，提高生長豬的生長速度和飼料利用率［28］。侯成立等［29］研究結果表明，植物乳桿菌能有效提高斷奶仔豬的日增重，降低料重比。上述研究結果表明，植物乳桿菌可以改善肉雞和仔豬的生產性能，但效果不同，這可能與家畜和家禽的種類和生長期有關。可見，針對不同畜禽，應該根據實際情況選擇適合的菌株和添加劑量。
3.2調節腸道菌群，改善腸道環境，改善腸道屏障功能
腸道微生態平衡對動物維持腸道健康和生產性能非常重要［30］。乳酸菌和大腸桿菌定量比被認為是評價動物消化道微生態平衡的重要指標，乳酸菌數量高于大腸桿菌數量可以促進有益菌對腸道致病菌的抑制［31］。索成［32］給斷奶仔豬喂食植物乳桿菌ZF316后，發現仔豬消化道中的有益菌數量增加，大腸桿菌數量降低，且提高了兩者的比例。張乃峰等［28］將植物乳桿菌添加到生長豬日糧中，發現植物乳桿菌可以刺激生長豬腸道乳酸菌的生長，抑制腸道有害菌增殖。植物乳桿菌不僅能夠改善腸道環境，其在腸道內還發揮屏障作用、頡頏沙門氏桿菌等致病菌、抵抗炎癥、治療腹瀉等。楊亞晉等［33］給感染沙門氏桿菌的蛋雞飼喂植物乳桿菌后，雞蛋和糞便中沙門氏桿菌含量減少，家禽的抗感染能力提高。植物乳桿菌可以有效降低肉雞飼養環境中空腸彎曲桿菌的濃度，降低空腸彎曲桿菌感染肉雞的風險［34］。K．W．Kim等［35］發現植物乳桿菌LAT在豬的腸上皮細胞中能夠有效地抑制炎癥的發生。姚國強等［36］研究結果表明，植物乳桿菌HM－10能顯著緩解犢牛腹瀉，使腹瀉率和死亡率顯著降低。馮柳柳等［37］的研究結果表明，植物乳桿菌SLP可以承受pH值2.0和0.3%膽鹽環境，體外黏附率達到4.6%，能與部分抗生素相容，與試驗中的其他益生菌均無相互抑制;SLP培養上清液及培養物對禽源大腸桿菌、沙門氏桿菌和金黃色葡萄球菌具有顯著抑制作用。可見由于植物乳桿菌能夠調整腸道菌群環境，調節腸道免疫功能，頡頏致病菌，因此可以改善畜禽腸道環境，發揮屏障作用。
3.3提高機體免疫力
大自然充滿各種微生物:細菌、病毒、支原體、衣原體、真菌等。在巨大經濟利益的驅使下，畜禽飼養密度高，飼養環境較差，病原菌很容易傳播并發生感染，尤其在畜禽免疫力不足的情況下，致病微生物很容易入侵機體，進而發生感染性疾病。G．Perdigón等［38］給小鼠喂食植物乳桿菌CRL936后，發現小鼠血清中IgA和IgM水平升高，免疫水平增強。劉乃芝等［39］研究結果表明，不同水平的植物乳酸菌在一定程度上提高了肉雞的免疫功能。楊繼瓊等［40］在斷奶肉兔日糧中添加植物乳桿菌，有效減少了斷奶肉兔漲肚、腹瀉、死亡等現象，提高免疫器官的抵抗能力。P．A．Maragkoudakis等［41］將不同水平的植物乳桿菌PCA236添加到山羊飼料中，結果不同水平的植物乳桿菌不同程度地提高了山羊機體免疫蛋白的水平。綜上，植物乳桿菌提高動物免疫力可能與調節免疫球蛋白水平、刺激機體免疫系統功能等有關。
4小結
總之，植物乳桿菌具有許多優良的生理功能。在提高畜禽生長性能、提高動物健康水平、增強動物免疫力和改善畜禽產品品質方面具有一定的作用，它對動物的胃腸環境也具有良好的耐受性。目前，主要通過飼料中添加植物乳桿菌發酵液或菌體，以及用于青貯飼料生產來利用植物乳桿菌，并已收到了良好效果。在國內外抗生素飼料添加劑逐漸被禁用的趨勢下，探索用植物乳桿菌替代某些抗生素的功能將是未來的研究方向。
作者：薛艷蓉 靳光 張元慶 王呈 梁茂文 趙瑞生 劉波 單位：山西省農業科學院
