戊糖片球菌的益生功能及其在动物生产中的应用

摘要戊糖片球菌作为乳酸菌的一种，其益生功能越来越受到关注和重视。对戊糖片球菌微生物制剂的功能及其在动物生产、青贮饲料加工领域中的应用进行了综述，并对其研究前景进行了展望，以期为戊糖片球菌的研发提供依据。

关键词乳酸菌； 戊糖片球菌； 微生态饲料添加剂； 微生物青贮添加剂

中图分类号S816.7文献标识码

A文章编号0517-6611（2016）02-073-03

Abstract Pediococcus pentosaceus are categorized as lactic acid bacteria and have attracted much attention due to their probiotic potential.The functions of Pediococcus pentosaceus microbial preparation and their application in animal production，silage processing field were reviewed，and the future prospect was forecasted，in an attempt to provide a basis for research and development of Pediococcus pentosaceus.

Key wordsLactic acid bacteria； Pediococcus pentosaceus； Microbial feed additives； Microbial silage additives

饲用抗生素在畜禽和水产动物生产过程中的广泛应用，极大地提高了动物的生长性能，在解决畜产品、水产品供给方面做出了巨大贡献。但是，破坏肠道微生态平衡、在畜禽和水产品中残留、耐药微生物的出现等问题也已暴露无疑，其研发既能提高动物的生产性能，又能保障畜（水）产品安全的环境友好型饲料添加剂已成为动物营养学的研究热点。近年来，随着对益生菌益生功能的深入研究，微生态饲料添加剂因其在提高动物的健康水平、抗病能力和免疫力方面的积极作用，作为饲养抗生素的最具发展潜力的替代品，已被畜牧和水产行业所接受[1-2]。戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）隶属链球菌科片球菌属，为革兰氏阳性菌，因能发酵葡萄糖产生乳酸而属于乳酸菌的一种。目前，戊糖片球菌作为益生菌，已被应用在动物生产、青贮饲料加工领域中。基于此，笔者对戊糖片球菌微生物制剂的功能和应用的研究进展进行了综述，以期为戊糖片球菌的研发提供理论依据。

1戊糖片球菌的益生功能

1.1抑制致病菌的增殖

在现代畜牧业和水产业的生产过程中，动物不断受到各种不利因素的影响（如各种环境变化造成的应激、抗生素药物的滥用导致肠道微生态失调等），给病原微生物可乘之机并大量增殖，影响机体健康。因此，抑制病原菌繁殖，维持动物肠道微生态平衡，可以提高动物的健康水平，加快动物的生产过程。Shin等[3]以来源于鸭肠道的戊糖片球菌JWS939为研究对象，抑菌试验结果表明JWS939能有效杀死李氏特菌，且该菌株在pH 2.0～9.0或90 ℃加热30 min仍能存活。MuozAtienza等[4]以分离自水产动物的16株戊糖片球菌为研究对象，研究了其对常见鱼病病原菌的抑制作用，并进行了安全性初步评价。结果表明，来源于大西洋鲑、大西洋鳕、欧洲鸟尾蛤、真蛸、欧洲狼鲈、虹鳟鱼的16株戊糖片球菌对格式乳球菌（JIP2999）、无乳链球菌（CF01173）、嗜水气单胞菌（CECT5734）、海豚链球菌（LMG14521）、鳗利斯顿氏菌（CECT4344、CECT7199）5种常见鱼病病原菌均有抑制作用，而这16株戊糖片球菌对嗜水气单胞菌和鳗利斯顿氏菌均表现出较强的抑制作用，抑制圈直径≥10 mm。安全性评价结果表明，部分戊糖片球菌菌株对红霉素（1/16）、克林霉素（4/16）、卡那霉素（2/16）和四环素（2/16）有抗性。以上研究结果表明，戊糖片球菌作为动物肠道微生物的固有菌种，具有抑制病原菌增殖与促进动物健康的潜力，但尚需进行抗生素药敏试验，有必要进行安全性评价。

1.2增强免疫力

大量研究表明，益生菌可以通过增强系统和局部免疫功能，提高机体抗病能力，这被认为是益生菌促健康的重要作用机制之一[5]。Cao等[6]从泡菜中自行分离到戊糖片球菌L1，将其与HT29人肠上皮细胞预孵育后16 h，再添加促炎剂肿瘤坏死因子α作用3 h，结果表明戊糖片球菌L1显著抑制了促炎基因IL8、CCL20、CXCL10和CXCL1以及NFκB细胞信号通路关键基因NFKB1和RELA基因的mRNA表达水平，以及细胞培养上清中IL8的分泌水平，证实了戊糖片球菌在肠上皮细胞水平的免疫调节作用。Masuda等[7]从日本传统发酵食品Sunki泡菜中分离到戊糖片球菌Sn26，并将1 μg/mL的戊糖片球菌Sn26分别与BALB/c小鼠派伊尔小结细胞、卵清蛋白诱导过敏腹泻BALB/c小鼠脾脏细胞共同孵育72 h，结果表明Th1型细胞因子IL12和IFNγ的分泌水平显著增加，免疫球蛋白E分泌水平显著降低。BALB/c小鼠预先口服1 mg戊糖片球菌Sn26菌粉（每周5次，剂量为1 mg/次），7 d后开始口服卵清蛋白（每周3次，剂量为10 mg/次），连续口服给药56 d，每次口服卵清蛋白后1 h观察腹泻情况，结果表明腹泻发生时间延迟，血清中免疫球蛋白E分泌水平显著降低。以上研究从体外和体内2个角度证实了戊糖片球菌具有免疫调节功能，可以提高动物抗病能力和健康水平。

1.3减少体脂沉积

近年来，人类肥胖症的发病率逐年提高，已对畜禽生产提出了更高的要求，开发安全、高效的饲料添加剂产品，从营养的角度降低动物的体脂沉积、提高瘦肉率是饲料工业发展的重要方向之一。目前，戊糖片球菌作为微生态饲料添加剂的研究，主要集中在促生长、提高动物生长性能和增强免疫力方面，而在减少畜禽体质沉积方面鲜有报道。Zhao等[8]以C57BL/6JcL小鼠为实验动物，饲喂高脂日粮建立肥胖模型后，随机分为对照组（HFDC）、戊糖片球菌LP28组（HFDLP28）和植物乳杆菌SN13T组（HFDSN13T），分别饲喂高脂日粮、高脂日粮+戊糖片球菌LP28和高脂日粮+植物乳杆菌SN13T，其中LP28和SN13T在日粮中的浓度均为1.25×109 CFU/g，饲养56 d后屠宰采集样品，结果表明与饲喂高脂日粮的对照组相比，戊糖片球菌LP28组小鼠体增重降低40%（P<0.05），肝脏中甘油三酯含量降低54%（P<0.001），胆固醇含量降低70%（P < 0.05），脂肪细胞体积和脂滴大小明显减小，脂肪代谢相关基因CD36和过氧化物酶体增殖物激活受体γ的mRNA表达量均显著降低，而植物乳杆菌SN13T组小鼠上述指标无显著变化。上述研究表明，在日粮中添加戊糖片球菌具有显著降低动物体脂沉积和提高瘦肉率的潜力。

2戊糖片球菌在动物生产中的应用

2.1家禽

微生物饲料添加剂是经农业部批准，通过将其添加到配合饲料中来改善动物肠道的微生态菌群平衡、提高饲料转化效率、增强免疫力和改善动物健康水平的一种饲料添加剂产品。目前，微生物饲料添加剂已广泛应用于畜禽生产中，在保障畜产品安全，提高动物福利，改善养殖环境卫生方面发挥关键作用。孔璨等[9]以无特定病原体（Specific pathogen free，SPF）鸡为研究对象，采用MRS琼脂和乳酸杆菌培养基分离其肠道中的益生菌，通过形态学观察、生理生化指标检测以及16S rDNA基因序列分析进行优势菌株的种属鉴定，共分离到包括戊糖片球菌在内的4种乳酸菌和2种肠球菌，结果表明戊糖片球菌是SPF鸡体内的固有微生物菌株。王浩等[10]将鹅源戊糖片球菌制备成液体菌制剂添加到基础日粮中饲喂1日龄健康AA雄性肉仔鸡，研究戊糖片球菌对AA肉仔鸡生长性能和肉品质的影响。结果表明，在42 d的试验期内，与饲喂基础日粮的对照组相比，在基础日粮中添加戊糖片球菌1×1010 CFU/只的处理组可以显著降低饲料的料重比，改善鸡肉品质和抗氧化指标；相同的添加量和试验期内，可以显著降低从1周龄开始饲喂戊糖片球菌的AA肉鸡公雏的料重比（P<0.05），并可以显著提高4～6周龄AA肉鸡的胸肌率（P<0.05），显著降低血清中胆固醇含量（P<0.05）[11]。李念珍等[12]以从四川草科鸡盲肠黏液层中分离的戊糖片球菌（CGMCC编号为6566）为材料，通过正交试验确定制备微胶囊的最佳配方后，将制备好的戊糖片球菌微胶囊按1 g/kg（微胶囊活菌数为2.5×109 CFU/g）的浓度添加到基础日粮中，饲喂1日龄的AA肉雏鸡，试验周期为42 d。结果表明，与饲喂基础日粮的对照组相比，戊糖片球菌处理组的全期平均增重提高了13.36%（P<0.05），料肉比降低了6.07%（P<0.05），胸肌率和腿肌率分别提高了15.58%（P<0.05）和11.07%（P<0.05），胸腺、脾脏和法氏囊重量也有了不同程度提高（P>0.05）。上述试验结果表明，戊糖片球菌是家禽肠道内的固有微生菌株，在日粮中添加戊糖片球菌制剂可以显著提高家禽的饲料转化效率、生长性能和产肉性能，在一定程度上改善机体的免疫功能。

2.2水产动物

随着饲用抗生素的负面作用日益突出，如何有效提高水产动物的健康水平、净化水质，保证水产品的安全性已成为水产养殖业持续健康发展的关键因素。益生菌作为抗生素替代品的研发热点，也已广泛应用在水产动物的养殖过程中。美人鱼发光杆菌（Photobacterium damselae）是引起鱼类感染“巴斯德氏菌病”的病原菌，该菌致病性强、宿主广泛，在世界范围内使海水养殖业遭受了严重损失。Xing等[13]从成年军曹鱼的肠道中分离到戊糖片球菌菌株LAB4012，体外抑菌试验表明其培养物上清液可以有效抑制美人鱼发光杆菌杀鱼亚种（Photobacterium damselae subsp.Piscicida，Pdp）的生长繁殖；将其培养物（OD595 nm=2.0）离心沉淀再经PBS悬浮后，按照1∶3比例喷涂到饲料上（浓度为109 CFU/g），为期14 d的饲养试验结果表明，与不加戊糖片球菌菌株LAB4012的空白饲料组（LAB-）相比，饲喂LAB4012不接种Pdp疫苗组（LAB+）的军曹鱼（初始体重为4.6 g）生长率提高12%；14 d后，将军曹鱼浸泡在含有Pdp的海水中，结果表明，与LAB-组相比LAB+组的军曹鱼相对生存率达74.4%，外周血白细胞呼吸暴发率显著提高（P<0.05）；为期35 d的饲养试验结果表明，尽管戊糖片球菌菌株LAB4012未能提高接种Pdp疫苗军曹鱼的特异性免疫反应，但与LAB-组相比，LAB+组军曹鱼的生存率提高22%（P<0.05）。以上结果表明，LAB4012可作为有效的益生菌来提高军曹鱼生长速度，抵抗美人鱼发光杆菌感染。

Huang等[14]研究了戊糖片球菌菌株LAB4012对青石斑鱼先天免疫、生理健康以及鳗弧菌引起弧菌病的影响。将2 g的青石斑鱼随机分为试验1、2组和对照1、2组（n=20），其中试验1、2组按体重的4%饲喂含有LAB4012的饲料（109 CFU/g），另外对照1、2组饲喂不含有LAB4012的饲料，21 d后试验1组和对照1组腹腔注射5×105 CFU的鳗弧菌，试验2组和对照2组腹腔注射6×105 CFU的鳗弧菌，接种后青石斑鱼不再饲喂含有LAB4012的饲料，统计7 d内死亡率，结果表明，与对照组相比，相同接种量试验组的青石斑鱼死亡率显著降低（P<0.05）；以体质量1.5 g的青石斑鱼为研究对象，试验组按体重的4%饲喂含有LAB4012的饲料，对照组饲喂不含有LAB4012的饲料，每周称重，28 d后采用实时定量PCR检测头肾和脾脏中抗/促炎因子，结果表明28 d后，与对照组相比，试验组增重的百分率显著提高（P<0.05），头肾组织的抗炎因子TGFβ1极显著增加（P<0.01），脾中的促炎因子TNF2显著降低（P<0.05）、IL1β极显著降低（P<0.01）；将平均体重为288 g的青石斑鱼随机分为试验组（LAB+）和对照组（LAB-），LAB+组按1%体重饲喂含有LAB4012的饲料（109 CFU/g），LAB-组饲喂不含有LAB4012的饲料，饲喂7 d后每条鱼臀静脉采血后，立即腹腔注射非致死剂量的鳗弧菌106 CFU，1 d后再次臀静脉采血，对比感染前后的血液中红细胞和白细胞数量，并采集头肾组织提取其巨噬细胞，检测其吞噬活性，结果表明饲喂7 d后接种致病菌前，LAB+组的红细胞数量与LAB-组相比极显著增加（P<0.01）；接种后，LAB+组的红细胞、白细胞数量和头肾组织巨噬细胞吞噬活性与LAB-组相比极显著增加（P<0.01）。以上试验结果表明，戊糖片球菌可以作为饲用益生菌添加到饲料中，在调节水产动物免疫和抵抗致病菌感染方面发挥益生作用。

2.3在青贮饲料加工中的应用

青贮饲料是新鲜的青绿饲草经乳酸菌在厌氧条件下发酵而成的一种多汁适口、气味酸香、营养丰富、主要用于喂养反刍动物的饲料。在青贮过程中，乳酸菌将饲草中的可溶性碳水化合物转化成乳酸等有机酸，使pH下降，抑制有害微生物生长繁殖，从而利于长期保存。青贮饲料历史悠久，是乳酸菌在饲料加工中被广泛应用的方式之一[15]。研究表明，戊糖片球菌是苜蓿青贮饲料发酵过程中的固有乳酸菌菌株[16-17]。因为青贮饲料原料中乳酸菌数量较少，微生物青贮添加剂应运而生。微生物青贮添加剂通常由几种乳酸菌、酶和一些营养成分组成，具有促进乳酸菌大量繁殖、加快发酵过程、加速产生乳酸、促进多糖和粗纤维的转化和提高营养成分含量的作用[18]。张慧杰[15]从青贮饲料原料及发酵过程中分离到戊糖片球菌、植物乳杆菌、乳酸片球菌、弯曲乳杆菌和希氏肠球菌等10株乳酸菌菌种，并选择产酸速度较快的乳酸片球菌GI7和GI24、弯曲乳杆菌GI44、戊糖片球菌GI11和植物乳杆菌GI62为试验菌株，进行苜蓿青贮试验筛选微生物青贮添加剂，结果表明由等量的植物乳杆菌 GI62、戊糖片球菌GI11、乳酸片球菌GI7组成的微生物添加剂，均匀喷洒到铡短的苜蓿上（5.0×105 CFU/g），乳酸菌的数量最多，pH最低，青贮效果最优。刘艳丰等[19]采用由戊糖片球菌、植物乳杆菌、纤维素酶和木聚糖酶组成的微生物青贮剂发酵青贮玉米秸秆（20 g/t），密封发酵45 d后选择泌乳前期荷斯坦奶牛进行60 d的饲养试验，与不加微生物青贮剂的青贮饲料进行对比，结果表明与常规青贮相比微生物青贮剂处理的秸秆品质高、适口性好，饲喂奶牛后产奶量提高，具有较好的经济效益。以上试验表明，戊糖片球菌是青贮饲料发酵过程中的固有菌种，可作为微生物青贮添加剂的乳酸菌菌种之一，在青贮饲料的制作过程中发挥作用。

3展望

大量研究表明，微生物饲料添加剂具有以下特点：①产生有机酸或抗菌物质，抑制病原微生物增殖；②有效黏附肠道位点，竞争排除病原微生物定殖；③产生各种消化酶；④刺激免疫反应。微生物饲料添加剂在维持动物肠道微生态菌群平衡、提高饲料转化效率和免疫力、防病治病等方面效果显著，是替代饲用抗生素和化学合成药物，生产无公害、绿色畜禽产品和水产品最具有发展潜力的替代品。菌种是微生物饲料添加剂发挥功能的基础，也是产品安全的首要保证，世界各国对此都有明确规定和严格管理。2006年我国农业部658号公告《饲料添加剂品种目录》中就将戊糖片球菌列入了可允许使用的微生物名录。因此，以我国丰富多样的乳酸菌发酵制品或不同养殖环境条件下的畜禽粪便为原料，筛选戊糖片球菌，进行益生功能研究和安全性评价，并利用现代微生物和分子生物学技术进行遗传改造，开发微生物饲料添加剂、微生物青贮添加剂具有广阔前景。

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