我国动物微生态制剂研究, 开发和应用动态.doc
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1、我国动物微生态制剂研究、开发和应用动态何明清 倪学勤 (四川农业大学)六和微生态技术咨询:冯朝夕 13213169197 E-mail:Liuhesw一、动物微生态制剂起源动物微生态学是研究正常微生物群之间,正常微生物群与动物体内环境之间,动物体与外界环境之间三者相互关系的多学科相互交叉的一门新兴的边缘学科。动物体内正常微生物群与宿主的免疫、营养、生物拮抗、肿瘤、急性和慢性感染都有非常密切的联系。而动物微生态制剂是在微生态理论指导下采用已知有益微生物(PM),经培养、发酵、干燥、加工等特殊工艺制成的含有活菌并用于动物的生物制剂或活菌制剂。其它名称如生物兽药、饲用微生物添加剂、生物发酵剂、生物净
2、化剂、生物饲料、益生素、益生菌剂,合生素等都属于动物微生态制剂范畴。从动物体或自然界分离、鉴定的有益微生物(PM)如大肠杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、粪链球菌、酵母菌、芽孢杆菌、真菌和光合菌等已制成不同类型的动物微生态制剂用于防病治病、增强免疫功能、促进生长、提高饲料利用率、净化环境、发酵饲料、脱毒、解毒和提高饲料的营养成分等。我国动物微生态制剂起源于20世纪70年代,当时为防治疾病克服抗生素的抗药性及二重感染,四川农大何明清等通过大量调查和研究,于1980发表的仔猪黄痢及其生物制剂预防法研究,阐述了采用不产生肠毒素但产生大肠菌素的大肠埃希氏菌SY30菌株(O7:K)的是有益微生物,经口服预防初生
3、仔猪黄痢354例,保护率78,对照组152例,自然保护率16。同年江苏农学院方定一教授,采用NY10(大肠杆菌)预防仔猪黄痢也取得明显效果。1980年四川农业大学仔猪黄痢及生物制剂研究获得了四川省政府重大科研成果奖,从此,为动物微生态制剂的研究、开发和产业化生产拉开了序幕。二、动物微生态平衡与失调研究(一)猪肠道菌群研究1.猪不同日龄及不同肠段正常肠菌群研究何明清等(1982)选择1、8、22、42、180日5个日龄健康杂交猪,从空肠、回肠、盲肠和直肠定量测定了双歧杆菌等10个菌群,发现这些菌群在肠内定居有以下特性:(1)年龄不同对肠道菌群影响:乳猪出生时在肠道是无菌的,不久肠道会产生多种微生
4、物,经过生长、繁殖、渐渐形成相对稳定的微生态平衡。乳猪出生后24h,大肠杆菌等便可定居于肠道中, 8日龄在小肠和大肠定植的乳酸杆菌、双歧杆菌、消化球菌、拟杆菌、真杆菌、大肠杆菌、肠球菌和酵母菌达高峰并形成一个相对稳定的菌群。其中优势菌群为乳酸杆菌、双歧杆菌、消化球菌和拟杆菌。随日龄增长,8种菌群有下降趋势,而真杆菌和酵母菌在42180日龄均未检出。(2)肠段不同各菌群的菌数不同,如拟杆菌,空肠(2804)、回肠(5311)、盲肠(6416)、直肠(6813)。双歧杆菌、拟杆菌、真杆菌、消化球菌和大肠杆菌、葡萄球菌、在大肠和小肠有显著差异,且大肠多于小肠。(3)猪的品种不同优势菌群有差异北京大学
5、汪国顺等(1992)用贵州深山区小型猪F2代,定量测定了空肠、回肠、盲肠和结肠4个肠段的9种菌群。结果显示:乳酸杆菌、韦荣氏小球菌及消化球菌为优势菌群。2.仔猪不同日龄不同肠段肠道菌群与仔猪黄、白痢病关系的研究何明清等(1983)选用1、7、14、21、28 5个日龄的杂交猪30头,健、病各15头,在小肠和大肠定量测定6种需氧菌(大肠杆菌、肠球菌、葡萄球菌、酵母菌、沙门氏菌和芽孢杆菌)和6种厌氧菌(拟杆菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、小梭菌、真杆菌和消化球菌)。结果:1健猪直肠,6种需氧菌(49811):6种厌氧菌(7711)=1:1000,即厌氧菌的总菌数为99。在空肠6种需氧菌群(3914):6种
6、厌氧菌(5712)=1:100,即厌氧菌的总菌数为90;2下痢仔猪的空肠,6种需氧菌(4411): 6个厌氧菌群(4914),两者菌数由健康时的1:100更替为1:1。在直肠,两者菌数由健康时的1: 1000更替为1:100;3下痢仔猪部分肠道菌群的显著更替:大肠杆菌在空肠从5015上升为6409(p 005),由健康时的第6位,下痢时上升为第1位。而拟杆菌从健康时5011下降为3414(p 005),双歧杆菌和乳酸杆菌等菌数仍出现显著降低,需氧菌群与厌氧菌群出现更替,综上所述,说明仔猪发生黄、白痢时肠内菌群出现严重比例失调。(二)家禽肠道正常菌群研究1.鸡肠道菌群研究(1)嗉囊及肌胃微生物群
7、嗉囊和肌胃中的优势菌群为乳酸杆菌,而肠球菌,大肠杆菌及酵母菌在嗉囊的数量少,在肌胃有少量的肠球菌。(2)鸡不同日龄肠道菌群研究何明清等(1986)分别定量测定了50、100和360日龄鸡的11个正常肠菌群,结果:在空肠和直肠占优势的菌群为双歧杆菌、乳酸杆菌及拟杆菌;其次为消化球菌及弯曲杆菌等厌氧菌。需氧菌(大肠杆菌、葡萄球菌、芽孢杆菌及肠球菌)(4814):厌氧菌(671.7)=1:100即90以上为厌氧菌,它们之间处于相对稳定的平衡状态,未检出沙门氏菌及肠结肠炎耶氏菌。(3)健鸡与鸡白痢病鸡肠道菌群研究何明清等(1986)用中鸡(100日龄)和成年鸡(360日龄),病、健鸡各10只,定量测定
8、了11个肠道菌群。结果:1在空肠,大肠杆菌由健康时的3611居第7位,发病时上升为4713居第5位,在直肠也相似。拟杆菌在直肠由健康时的8215居第2位,发病时下降为7007居第4位,其余7个菌群无显著变化。鸡白痢沙门氏菌及肠结肠类耶尔辛氏菌在健鸡和病鸡均未发现;210例病鸡与10例健鸡的肠道菌群分析,4种需氧菌:4种厌氧菌,在空肠由健康时的3813:5813=1:100,发病时更替为4214:5510=1:10即厌氧菌在空肠的菌数下降10倍。表明无临床症呈隐性或慢性感染的中鸡和成鸡白痢的肠内出现明显的菌群比例失调。2.麻鸭不同肠段厌氧菌群研究何明清等(1990)采用气相、液相色谱分析细菌代谢
9、产物等方法,定量测定了麻鸭小肠、大肠中拟杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌和弯曲杆菌4种厌氧菌。结果:1细菌总数:小肠为974128,大肠为103142;24种菌群的种,在小肠有卵形拟杆菌,发酵乳杆菌,两歧双歧杆菌,空肠弯曲杆菌4个种。在大肠有卵形拟杆菌、多形拟杆菌、解脲拟杆菌、发酵乳杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌、短双歧杆菌、空肠弯曲杆菌和粪弯曲杆菌9个种。(三)鱼肠道菌群研究1.鲤鱼肠道菌群研究王红宁等(1992),3次从淡水养殖池中(水温1421,含氧量39405mgL,pH76843),定量测定了18尾成年鲤鱼肠道及水池中10种菌群,结果:1水池中的需氧菌有酵母菌、气单孢菌、大肠杆菌、芽孢杆菌和葡
10、萄球菌,其中酵母菌(438124)和气单孢菌(419150)的菌数高于大肠杆菌、芽孢杆菌及葡萄球菌。但未检出假单孢菌及厌氧的乳酸杆菌、双歧杆菌、拟杆菌和厌氧芽孢杆菌;210种菌群中有8种菌群:拟杆菌、气单孢菌、酵母菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、厌氧芽孢杆菌和需氧芽孢杆菌在不同水温,不同时间条件下在鱼体内处于相对稳定的平衡状态,其中占优势的菌群:厌氧菌为拟杆菌(866077),需氧菌为气单孢菌(802101)和酵母菌(767083);3鲤鱼肠道厌氧菌群与池水关系,即在池水中未检出厌氧菌。2.鳗鲡正常菌群研究上海复旦大学洪黎民(1994)研究淡水养殖的鳗鲡,鳗鲡的体表常见菌群与水环境中的菌群基
11、本一致,体表的优势菌群为假单胞菌,无色杆菌,气单孢菌;而海水养殖的鳗鲡,体表的优势菌群为五色杆菌、弧菌、假单胞菌,黄杆菌和微球菌等;鳗鲡肠道优势菌群为肠微球菌、贝内克菌和弧菌,其次为假单胞菌和气单胞菌。3.石班鱼体表菌群研究厦门大学杨淑专(1992)对海水网箱养殖的石班鱼,分别定量测定海水、健、病鱼体表的菌群,结果,当海水比重降低和水温升高时海水总菌数增加(16 22102mL,23 8.6102mL),鱼体表单位面积的含菌量也增加(16 13106cm2,23 14107cm2),海水、健康鱼和病鱼体表的优势菌群均为假单胞菌和气单胞菌,其次为金色葡萄球菌。(四)牛羊胃肠菌群研究1.瘤胃正常菌
12、群南京农大薛恒平(1994)报道,瘤胃内正常微生物群种类很多,主要为细菌、纤毛虫和厌氧真菌。(1)细菌:瘤胃内细菌种类很多,但多为厌氧菌。在每克瘤胃内容物中,细菌总数约为1071012,占瘤胃内容物的34。瘤胃内饲料营养成分的分解和合成主要靠细菌,其次是纤毛虫及厌氧真菌。瘤胃正常菌群按其作用包括:1纤维素分解菌有产琥珀酸拟杆菌等6个种,其菌数为1061010;2半纤维素分解菌有丁酸弧菌等4个种;3淀粉分解菌有反刍新月单孢菌等4个种;4蛋白分解菌有琥珀酸弧菌等6个种;5氨基酸分解菌,有瘤胃拟杆菌等6个种;6脂肪分解菌有梭形梭杆菌等6个种;7利用有机酸的细菌有产碱费氏球菌等8个种;8产甲烷菌有反刍
13、甲烷杆菌等7个种;9合成维生素的细菌:合成B族维生素的菌有丙酸杆菌等5个种,合成胡萝卜素的细菌有微球菌等6个种。(2)纤毛虫:瘤胃中的纤毛虫,目前所知,有120多种,其数量每毫升内容物含105106个。纤毛虫严格厌氧。纤毛虫可分为全毛虫目包括3个属和贫毛虫目包括4个属。(3)厌氧真菌:主要是瘤胃真菌。细菌、纤毛虫和瘤胃真菌三者之间关系密切,纤毛虫所需蛋白质主要靠吞噬细菌,细菌繁殖有赖于纤毛虫。当纤毛虫和细菌单独存在时,纤毛虫对纤维素的分解率为69,细菌为381,当两者共存时,纤维素的分解率提高至652,瘤胃真菌与细菌在纤维素的降解过程中起协同作用。2.肠道正常菌群犊牛的肠道菌群主要有拟杆菌、双
14、歧杆菌、乳杆菌、大肠杆菌和链球菌等,其中占优势的菌群为拟杆菌。羔羊的肠道菌群,新疆石河子农学院王良娟(1992)定量测定1、3、5、7四个日龄绵羊羔羊粪内的7种正常菌群及各菌群随日龄变化的演替过程,结果:13日龄羔羊粪便内菌群以乳杆菌和大肠杆菌占优势,57日龄已形成一个比较稳定的菌群,其优势菌群为拟杆菌。(五)兔肠道菌群研究1.健兔不同日龄肠道菌群研究山东农大牛钟相等(2000)选择未哺乳兔、哺乳兔和断奶兔,定量测定10种常见肠道菌群,结果:哺乳前仔兔空肠和回肠是无菌的。哺乳兔:乳杆菌、拟杆菌及酵母菌等为优势菌群。断奶兔:拟杆菌、双歧杆菌、消化球菌、乳杆菌、梭杆菌、大肠杆菌及酵母菌等为优势菌群
15、,表明断奶兔的肠道菌群已形成比较稳定的微生态平衡。2.健康兔与腹泻病兔不同肠段菌群的研究牛钟相等(2000)选择断奶的健兔与腹泻病兔定量测定10种肠道菌群。结果:腹泻兔大、小肠中厌氧菌的总菌数为(130131)较健康兔厌氧菌的总菌数(447153)少1000倍,而病兔的需氧菌总数较健康兔多100倍,即腹泻兔的厌氧菌总数显著减少,而需氧菌总数明显增加。其中未检出类杆菌、消化球菌和双歧杆菌,酵母菌、真杆菌等显著减少,而肠球菌、大肠杆菌等显著增加。通过扫描电镜观察,发现健康兔黏膜表面有较多的乳杆菌、球菌、酵母菌及霉菌孢子,而腹泻兔的空肠、结肠及盲肠黏膜处的正常微生物群的种类和数量都明显减少。试验表明
16、,健康兔和腹泻病兔肠内厌氧菌与需氧菌之间出现显著的菌群比例失调。(六)大熊猫肠道菌群研究何明清等(1992)定量测定了5只大熊猫粪便中的10种肠道菌群,结果:肠球菌(7905)、乳杆菌(7005)、双歧杆菌(6512)、和肠杆菌(5823)4种肠菌群是大熊猫常见的优势菌群,这几种菌群的检出率均达100,而酵母菌和链球菌检出率均为60,厌氧弯曲杆菌为40,葡萄球菌和需氧芽孢杆菌为20。但需氧的肠球菌占绝对优势与其它动物不同。三、生产工艺流程微生态制剂从小试中试产业化3个环节,其生产工艺都有不同,2000年我国动物微生态制剂产业化的生产工艺流程概括为5个系统:1.能源系统:主要提供蒸汽,其次为电。
17、蒸汽来自燃煤锅炉,为避免污染环境,2000年有的燃煤锅炉已改为燃油锅炉。2.空气压缩净化系统:好氧菌在大罐内生长繁殖过程中需要提供无菌空气,以保证该菌正常生长,该系统工艺流程为空气空压机贮气罐灭菌罐总过滤器分过滤器无菌空气培养罐。若生产厌氧菌则不需用该系统。3.大罐发酵培养控制系统:大罐液体发酵的流程为玻瓶摇振培养一级种子罐培养二级种子罐培养生产罐培养,在罐内培养过程中:培养温度、pH、空气流量等参数,主要采用人工调控,有的采用自动控制。4.干燥系统:干燥系统是指将发酵液中的水分去掉的过程。2000年采用的方法:1通过连续离心去掉水分保留菌泥,将菌泥与载体按比例混合均匀,进行室温干燥;2通过板
18、框过滤去掉水分保留菌泥,进行室温干燥;3通过低温真空浓缩去掉水分,使发酵液的水分去掉7080,余下的2030与载体混合进行室温干燥;4发酵液加载体直接进行气流,或喷雾干燥。5.检验系统:该系统是5个系统中的中枢机构:1承担种子培养,保证菌种纯净无杂菌生长;2按时检测发酵液中已知有益菌的生长状况;3半成品和成品检验主要测定每克菌粉所含的活菌数及水分等。四、作用机理动物微生态制剂作用机理尚不成熟,据目前所知概况为以下几个方面:1.生物夺氧及竞争性排斥:好氧芽孢杆菌等进入动物胃肠道在生长繁殖过程中消耗肠内过量的气体,造成厌氧环境,利于厌氧菌繁殖,恢复微生态平衡,达到防治疾病目的,何明清等(1993)
19、给下痢仔猪连续3天口服蜡样芽孢杆菌后,肠内需氧菌与厌氧菌之间由下痢时的1:1恢复到健康时的1:1000:即99以上为厌氧菌。厌氧菌中双歧杆菌、乳酸杆菌显著增加,而大肠杆菌,沙门氏菌显著减少。陈惠等(1994)在给生长育肥猪饲喂地衣芽孢杆菌后,肠道菌群中厌氧菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)增多,而需氧菌及兼性厌氧菌特别是大肠杆菌显著减少(p 005)。竞争性排斥(CE)是指孵出的雏鸡,口服厌氧微生物使小鸡早期建立一层正常的微生物屏障、以抵抗外袭菌感染。广西农大李康然等(2000)从健鸡盲肠内容物中分离出乳酸杆菌等厌氧菌,并制成微生态制剂,采用沙门氏菌强毒攻击后再用微生态制剂治疗的试验结果:15日龄时试
20、验组成活率952,土霉素对照组为90,空白对照0。2.生物拮抗致病性微生物:有益微生物对致病菌有抑制性的生物拮抗作用表现为:南京农大(2000年)乳酸杆菌对致病菌的生物拮抗作用是由于这些细菌产生细菌素和有机酸等。细菌素是一种具有生物活性蛋白成分和杀菌活性的化合物。淳泽等(1993)从健康动物肠道分离的两株芽孢杆菌,在固体和液体培养基中对猪大肠杆菌、猪霍乱沙门菌、鸡大肠杆菌、鸡白痢沙门氏菌有拮抗作用,并证明拮抗作用主要是芽孢杆菌产生了细菌素,其次为有机酸。胡东兴等(1996)给鲤鱼饲喂地衣芽孢杆菌后对气单胞菌有显著生物拮抗作用。3.改善体内外生态环境,减少氨、胺等有害物质产生苟晓金、江朝元(19
21、89)给母猪饲喂蜡样芽孢杆菌制剂后,使母猪肠道内的有益微生物增加而潜在的致病微生物减少,因而粪便中的有益微生物数量增多,致病性微生物减少,当仔猪接触母猪奶头、粪便及场地、用具等获得的有益菌多,有害菌少,因而,预防仔猪下痢的有效率达85以上。氨、胺、吲哚、硫化氢、靛基质等物质对动物肠道黏膜细胞有明显的毒害作用。乳酸菌等在肠道生长繁殖能产生有机酸,细菌素等抑制物质,可抑制肠内大肠杆菌等腐败细菌的生长,降低脲酶的活性,进而减少蛋白质向氨、胺等有害物质的转化,使肠内氨的浓度降低,并减少向外界排泄,改善了畜禽的生活环境。李淑敏(2000)酵母细胞可吸附毒素、致病菌和降解黄曲霉毒素等。4.增强动物体的免疫
22、功能,抵御感染有益微生物是一种非特异免疫增强剂。刘克琳等(1994),用地衣芽孢杆菌制剂饲喂肉鸡,采集1、3、6周龄鸡的胸腺、法氏囊、脾脏及盲肠扁桃体等,进行光镜和电镜观察,结果:试验组免疫器官较对照组生长迅速和成熟快。6周龄时,胸腺、法氏囊、脾脏的重量较对照组提高了8315、446和7482,盲肠扁桃体面积较对照组增大了117。在胸腺、脾脏、法氏囊和盲肠扁桃体黏膜固有层、黏膜下层分布着大量的淋巴细胞和一些浆细胞,它们受抗原刺激后,分化、繁殖、发挥免疫功能的作用。聂志武等(1997),在生长肥育猪的日粮中添加01的益生素(主要成分为芽孢杆菌),可使猪体血液中的巨噬细胞吞噬的细菌由74上升到91
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