1、第 卷 第期家畜生态学报 年月 专题论述丁酸梭菌及其在生猪养殖中的应用研究 收稿日期 修改日期：作者简介徐翡（），女，山东临沂人，硕士，主要从事饲料添加剂研究。：通讯作者刁新平（），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，硕士生导师，主要从事动物营养与饲料工作。：徐翡，刘震，侯金旺，张鑫，刁新平（东北农业大学 动物科学技术学院，黑龙江 哈尔滨 ）摘要丁酸梭菌是一种抗生素替代品，菌体为高度氧敏感性专性厌氧革兰氏阳性芽孢杆菌，又名丁酸菌、酪酸菌、丁酸梭状芽孢杆菌等，其代谢产物为丁酸、乳酸、乙酸、丁酸菌素、酶和各种维生素，其中丁酸是主要的代谢产物。丁酸梭菌具有耐酸、耐高温高压、耐多种抗生素的特点，由于其在生猪养
2、殖生产方面，具有安全无毒、绿色、无残留以及良好的稳定性，还具有调节肠道微生物菌落平衡，改善肠黏膜形态，提高机体生长性能、消化率、免疫力、抗氧化能力等多种优良生物学功能，丁酸梭菌作为新型饲料添加剂广泛应用于畜牧养殖业。文章阐述了丁酸梭菌的研究概况、代谢途径及其在生猪生产中的应用研究进展，以期为进一步合理利用研究丁酸梭菌制剂提供方向思路和参考。关键词丁酸梭菌；代谢；养猪生产；影响因素 中图分类号 文献标识码 文章编号 （）：自 年非洲猪瘟在我国爆发，疫情迅速遍布全国各地，对生猪养殖企业和养殖户冲击力极大，造成了严重的经济损失，生猪出栏量大幅度下滑，导致猪肉价格居高不下，如今国土资源部大力支持养殖业
3、发展。在当前背景下，合理利用丁酸梭菌代替抗生素保障养猪业的健康稳定发展，提高经济效益尤为重要。猪饲料中添加抗生素已有 年的历史，不可否认抗生素短暂地抑制了病原菌，在一定时间内提高了生产效率和经济效益，后果是含抗生素药物无节制使用导致动物免疫系统抵抗能力薄弱，由细菌感染引发内源性感染、病毒感染、二重感染。环境惨遭破坏，土地、水源被严重污染，人类餐桌食品安全等问题困扰着众多科研学者。年，伴随着限抗禁抗无抗政策的实施，安全、稳定、绿色、无污染、无残留、无毒副作用的替代品丁酸梭菌被广泛应用。丁酸梭菌的研究概况丁酸梭菌概念丁酸梭菌（）属于芽孢杆菌科，梭菌属，是 专性厌氧革兰 氏阳 性 芽 孢杆菌，一般存
4、在于土壤或健康动物粪便中。菌体两端呈钝圆，周身鞭毛用于运动，中间部分轻度突起，细菌呈杆状或微有弯曲，在琼脂培养皿上形成白色或奶油色的不规则圆形菌落，湿润，具有酸臭味，直径为，后期发育形成芽孢，孢子卵圆偏心或次端生，最适合生长的温度为 、为，在消化道能耐受胃酸、胆汁、消化液，不失活，具有耐高温高压、耐酸耐碱、耐药物、耐辐射的特点，有很强的抗逆性和稳定性，可抵抗不良环境，在体外适宜的温度干燥环境下可存活年。外源丁酸梭菌无法在肠道内生长，但从粪便中分离的内源丁酸梭菌可在动物肠道内定植生长并发挥作用，为更好发挥丁酸梭菌的潜力，应致力于发现更优良的菌种类，以及对内源益生菌的分离。丁酸梭菌研究进展 年，丁
5、酸梭菌被千叶医科大学的宫入近治博士首次发现，并命名为宫入菌。而 年，俄罗斯微生物研究所的 博士在健康人的粪便和土壤中分离得出的 菌株也是丁酸梭菌。到了 年，日本成功研制出丁酸梭菌制剂，在临床上得到广泛应用。直到 年，丁酸梭菌才由俄罗斯微生物研究所引入我国黑龙江省科学院微生物研究所并定植，。年，日本就研制出对肠道菌群紊乱引起的肠炎、急慢性肠炎引起的腹泻、肠道应激综合征等有显著作用的酪酸菌制剂米雅片剂和米雅利桑爱儿颗粒剂。在 年，我国研究人员经多次试验筛选出了丁酸梭菌 菌株，继而攻克了高产量发酵技术、低温分离技术、制剂技术以及常温保存技术等，每毫升含菌量达到一亿个，芽孢含量高达，成为目前可查到专利
6、数据的 倍。随着技术的进一步成熟，赵建新等从健康人的粪便中分离得出株丁酸梭菌，经过安全性评价试验，最终得到生产饲用益生菌 菌株。近几年，将丁酸梭菌作为抗生素的替代品在畜牧养殖生产领域使用，大大减少抗生素的使用剂量，降低动物耐药性以及药物的残留，对保护环境、减少污染、保障畜牧业健康稳定持续性发展具有重要意义。丁酸梭菌在动物机体中的代谢丁酸梭菌与糖代谢丁酸梭菌利用葡萄糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖产生淀粉酶、蛋白酶、半纤维素酶、纤维素酶、脂酶、糖苷酶等，淀粉酶能够水解，糖苷键，将多糖水解成葡萄糖、麦芽糖、糊精和寡糖，淀粉酶能够作用于淀粉大分子的非还原性末端，每次水解一个麦芽糖分子。这些小分子物质能被小肠
7、直接吸收和利用，从而显著提高了消化道中营养物质吸收率。丁酸梭菌对糖的代谢过程是通过转移酶系统将葡萄糖由胞外转移进胞内，再通过磷酸化形成磷酸葡萄糖，磷酸葡萄糖被分解生成磷酸烯醇式丙酮酸（，）和丙酮酸并产生 。糖降解途径是所有微生物利用葡萄糖代谢所共同经历的阶段。丁酸梭菌与维生素代谢丁酸梭菌在肠道内能合成维生素以及族维生素（、）等维生素类物质。维生素和维生素经过磷酸化作用与蛋白质结合成脱氢酶、脱羧酶、转氨酶等并以辅酶的形式存在，维生素可与焦磷酸等生成辅酶，辅酶参与糖、蛋白质、脂肪等营养物质的代谢和生物转化过程，而维生素 作为一碳单位的载体主要参与嘌呤和嘧啶的合成。在丁酸梭菌的代谢过程中，族维生素以
8、辅酶的形式，调节内分泌，促进胃肠代谢，维持机体正常生理活动，增强抗病力，促进维生素的吸收，具有保健作用。维生素 则有助于肠黏膜损伤的修复，抗氧化，防癌，促进伤口愈合。丁酸梭菌与脂肪酸代谢丁酸梭菌发酵过程中会产生大量短链脂肪酸（，）和部分长链脂肪酸，这些脂肪酸主要包括丁酸、乳酸和少量乙酸。丁酸梭菌主要利用肠道中的谷氨酰胺和葡萄糖等营养物质生成丁酰 ，丁酰 则通过丙酮酸途径在磷酸转丁酰酶作用下生产丁酰磷酸盐，经硫解酶、羟丁酰辅酶脱氢酶、丁酸磷酸转移酶和丁酸激酶的催化形成丁酸。丁酰 还可在乙酸参与的情况下，经丁酰 乙酰 转移酶的催化作用产生丁酸和乙酰 。少部分的丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下氧化 （还原
9、性辅酶）并产生乳酸。一部分乙酰 经乙酰磷酸转移酶催化生成乙酰磷酸，再通过乙酸激酶催化生成乙酸和，同时合成了少量甲酸。此外，丁酸梭菌还存在以 为辅酶的苹果酸支路，催化苹果酸和乙酰 转化为丙酮酸，在整个过程中会有大量有机酸产生，使 下降，不利于丁酸梭菌的生长增殖。丁酸均能被结肠上皮细胞吸收利用，为细胞提供能量来源，其中有超过 的能量来自丁酸的氧化，由于丁酸的代谢率最高，丁酸梭菌的部分功效主要来源于丁酸。丁酸梭菌还能促进肠道中其它益生菌生长，例如双歧杆菌和乳酸菌等，为益生菌的生长繁殖提供能量，抑制致病菌的增殖，修复损伤的肠道，促进长绒毛的发育与上皮组织细胞的再生。丁酸梭菌与 代谢丁酸梭菌在产生丙酮酸
10、阶段，和 通过与丙酸和乳酸等发酵过程相偶联而氧化为 ，维持 的平衡。细菌为保证代谢的正常运行，被氢化酶利用，催化 生成 和电子，同时 接受电子产生。研究表明，在氢化酶处理大量 的过程中，丁酸梭菌为防止细胞质的酸化，会利用部分通过固氮酶将转化为氨态氮，这一过程也会产生副产物。丁酸梭菌与氨基酸代谢丁酸梭菌利用碳水化合物产生蛋白酶，蛋白酶将蛋白质分解成氨基酸。研究表明，在主成分分析（，）中，检测到大量潜在物质中除脂肪酸外，还存在缬氨酸、内丙氨酸、羟基丁酸、焦谷氨酸、丙氨酸等，丁酸梭菌把焦谷氨酸氧化分解产生 谷氨酸，经谷氨酸脱羧酶催化产成氨基丁酸，氨基丁酸经氨基丁酸转氨酶催化形成琥珀酸半醛，琥珀酸半醛
11、向羟基丁家畜生态学报第 卷酸转化并伴随着 向 转化。羟基丁酸、焦谷氨酸、丙氨酸在，丙二醇的生成和 的合成中发挥了平衡作用。丁酸梭菌与不完全三羧酸循环在厌氧条件下，丁酸梭菌通过糖酵解途径产生的磷酸烯醇式丙酮酸（）与 经磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化形成草酰乙酸（），再经顺乌头酸酶催化形成异柠檬酸，在异柠檬酸脱氢酶催化下 生 成 酮 戊 二 酸；另 一 途 径 是 草 酰 乙 酸（）转化成琥珀酸，在琥珀酰 合成酶催化下，生成琥珀酸，由于丁酸梭菌缺少琥珀酸硫激酶和琥珀酸脱氢酶，无法合成琥珀酸及延胡索酸造成三羧酸循环（）中断，形成不完全的三羧酸循环（图）。图丁酸梭菌生化反应中的主要代谢途径 己糖激酶 ；
12、磷酸果糖激酶 ；醛缩酶 ；烯醇化酶 ；丙酮酸激酶 ；丙酮酸脱氢酶 ；铁氧还原蛋白氧化还原酶 ；硫解酶 ；三羟丁酰 脱氢酶 ；巴豆酶 ；丁酸磷酸转移酶 ；丁酸激酶 ；乙酰磷酸转移酶 ；乙酸激酶 ；乳酸脱氢酶 ；丁酰 乙酰 转移酶 ；乙醛脱氢酶 ；乙醇脱氢酶 ；甘油脱氢酶 ；二羟丙酮激酶 ；甘油脱水酶 ；，丙二醇脱氢酶，；磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 ；琥珀酰 合成酶 ；柠檬酸缩合酶 ；顺乌头酸酶 ；异柠檬酸脱氢酶 ；谷氨酸 脱羧酶 ；氨基丁酸转氨酶 丁酸梭菌在猪生产中的应用丁酸梭菌对猪生长性能的影响丁酸梭菌作为饲料添加剂能够产生丁酸和多种酶类，合成多种维生素，对机体有营养保健作用，能够降解饲料中的抗营
13、养因子，提高饲料消化率，其中起主要作用的是丁酸，丁酸能被结肠上皮完全吸收用于供能。等 研究表明，断奶仔猪日粮添加丁酸梭菌，可提高饲料转化率，提高生长性能。张秀江等 研究结果表明，添加丁酸梭菌可使仔猪日增重平均提高，采食量平均减少 ，饲料效率平均提高 ，在生长肥育猪日粮中添加丁酸梭菌、微生态制剂与丁酸梭菌合用分别提高了生长肥育猪日增重、，日采食量提高、，料肉比分别下降、，提高经济效益、。这也提示，丁酸梭菌对不同生长阶段以猪促进生长的效果不同，这可能与猪的消化系统发育程度有关，丁酸梭菌和微生态制剂联合作用，效果好，功效成倍提高。李玉鹏等 研究结果表明，试验添加 丁酸梭菌组仔猪平均日增重提高，料重比
14、降低。王远霞等 研究结果表明，与对照组相比，丁酸梭菌 组（组）、丁酸梭菌 组（组）断奶仔猪平均体重呈现上升趋势，但无显著差异。孙华等 研究表明，在生长肥育猪前期饲料中添加丁酸梭菌高剂量相比中、低剂量提高第期徐翡，等：丁酸梭菌及其在生猪养殖中的应用研究肥育猪日增长效果更优，添加丁酸梭菌低剂量相比中、高剂量更能提高肥育猪饲料转化率。所以各有优势，可根据实际生产要求制定合理的饲养方案。王腾浩 研究发现，添加丁酸梭菌能显著提高断奶仔猪平均日增重、显著降低料重比和腹泻率，可以较好的替代抗生素。由此可见，不同活性的丁酸梭菌对猪的生长性能都会有促进作用，但关青龙等 研究结果表明，在生长猪饲粮中添加丁酸梭菌，
15、试验 日增重、采食量和料重比均无显著差异，丁酸梭菌虽然耐高温高压、耐多种抗生素，本身具有较好的稳定性和抗逆性，但也有可能受养殖条件、添加水平、饲养水平等外在因素的影响而产生效果不显著的结果。丁酸梭菌对肠道微生物的影响猪的肠道内存在数量庞大的微生物，混合生存并维持着一种动态平衡。当微生态环境稳定时就会有利于机体生长发育及对营养物质的吸收和利用。孙健等 研究表明，丁酸梭菌可显著降低粪便中乳杆菌科微生物的比例，提高普雷沃菌科和韦荣菌科微生物比例。试验添加丁酸梭菌组仔猪空肠和回肠中乳酸杆菌数量显著提高，空肠和回肠中大肠杆菌数量降低。等 研究表明，仔猪饲粮中添加丁酸梭菌制剂，降低了仔猪肠道内的大肠杆菌数
16、量，增加了乳酸杆菌即益生菌的数量。在生长猪饲粮中添加丁酸梭菌，与对照组相比，粪便中大肠杆菌数量降低，乳酸菌数量提高 。王远霞等 研 究 表 明，与 对 照 组 相 比，丁 酸 梭 菌 组（组）、丁酸梭菌 组（组）断奶仔猪肠杆菌科和大肠杆菌的相对丰度显著下降，拟杆菌门丰度相对上升；高通量测序结果表明，组断奶仔猪空肠菌群操作分类单元（）数量和香农指数显著高于对照组。这也提示，由于动物的肠道菌群以厌氧菌为主，丁酸梭菌在进入动物肠道后，能够促进有益的乳酸杆菌、双歧杆菌、乳球菌的增殖，乳酸杆菌成为优势菌群后会消耗胃肠道内的大部分氧气，同时调节胃肠道，抑制病原微生物繁殖生长。丁酸梭菌对肠道形态的影响肠道是动物吸收营养物质的主要部位，丁酸梭菌对猪肠道绒毛发育具有促进作用，良好的肠道形态是维持机体稳定的重要屏障，是提高饲料转化率及经济效益的基础。庞敏等 研究结果表明，酪酸梭菌组与对照组相比断奶仔猪回肠隐窝深度显著降低，绒腺比显著升高。郑有秀等 研究发现，在基础饲粮中添加 、和 丁酸梭菌，结果断奶仔猪的空肠绒毛高度较对照组分别显著提高了 、和 ，空肠绒毛高度隐窝深度较对照组分别显著或极显著提高了 、和