馮 杰，楊 旸，周 莉，鄒 波*

（ 1. 富順縣畜牧獸醫(yī)技術(shù)推廣中心，四川 自貢 643200 ； 2. 富順縣動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，四川 自貢 643200 ）

丁酸梭菌（Clostridium butyricum）廣泛存在于人和動(dòng)物腸道、糞便以及酒窖泥、土壤和奶酪等厭氧環(huán)境中，因能夠大量產(chǎn)生丁酸而得名[1]。丁酸梭菌具有良好的益生特性和抗逆性，是集芽孢桿菌和乳酸菌優(yōu)點(diǎn)于一身的天然綠色菌種，也是新型綠色環(huán)保型飼料添加劑菌種的理想選擇，在畜禽無(wú)抗養(yǎng)殖需求下?lián)碛惺謴V闊的應(yīng)用前景[2-3]。國(guó)內(nèi)對(duì)于丁酸梭菌的研究起步較晚，最初研究領(lǐng)域主要為人醫(yī)臨床應(yīng)用。2009年7月，農(nóng)業(yè)部（現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部）正式批準(zhǔn)丁酸梭菌作為新飼料添加劑應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)，推動(dòng)了丁酸梭菌作為飼料添加劑在我國(guó)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用[4]。本文主要綜述了丁酸梭菌的生物學(xué)功能及其在家禽養(yǎng)殖中應(yīng)用效果的研究進(jìn)展，以期為丁酸梭菌制劑研究及家禽養(yǎng)殖替抗提供理論基礎(chǔ)和新思路。

1 丁酸梭菌的生物學(xué)特征

丁酸梭菌屬厚壁菌門(mén)（Firmicutes）梭菌綱（Clostridia）、梭 菌 目（Clostridales）梭 菌 科（Clostridiaceae）梭 菌 屬（Clostridium），為革蘭氏陽(yáng)性厭氧產(chǎn)芽孢短桿菌，菌體呈直桿狀或稍有彎曲，兩端鈍圓，寬約0.5～1.7 μm，長(zhǎng)約2.4～7.6 μm，周生鞭毛，能運(yùn)動(dòng)。平板培養(yǎng)基中菌落乳白色或奶油色、濕潤(rùn)，呈不規(guī)則圓形，直徑為1～3 mm，培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氣，培養(yǎng)后期產(chǎn)生孢子，芽孢呈圓形或卵圓形，使菌體偏末端部位膨大呈梭狀[5-6]。丁酸梭菌形成的芽孢為內(nèi)生芽孢，具有耐熱、耐酸、耐鹽和易保存的生理特征，在溫度20～41 ℃和pH 值4.0～9.8 條件下均能夠生長(zhǎng)，經(jīng)90 ℃處理5 min 存活率在95.0%以上；在pH 值2.0 條件下處理3 h，存活率在94.8%以上，pH值為1.0時(shí)仍可生存；在0.3% 膽鹽中處理12 h，存活率71.0%以上，在0.1%以下膽鹽中幾乎不受影響。丁酸梭菌的固體活菌制劑在干燥和室溫環(huán)境下可保存3年以上[7-10]。丁酸梭菌發(fā)酵主要代謝產(chǎn)物為短鏈脂肪酸（丁酸、乙酸、乳酸、丁醇等），還可產(chǎn)生消化酶（淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶和蛋白酶等）、抗菌肽、B族維生素、維生素K和氫氣等，但丁酸梭菌在發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)存在酸脅迫效應(yīng)，產(chǎn)量相對(duì)低于其他芽孢桿菌[11-13]。

2 丁酸梭菌的生物學(xué)功能

2.1 維持腸道黏膜屏障

腸道黏膜屏障是一個(gè)由腸上皮屏障、化學(xué)屏障、生物屏障、免疫屏障共同組成的立體防御系統(tǒng)，是機(jī)體防御外界病原物入侵的重要屏障[14]。丁酸梭菌在腸道內(nèi)可產(chǎn)生以丁酸為主的短鏈脂肪酸，丁酸等可直接為腸黏膜細(xì)胞提供能量，對(duì)腸上皮細(xì)胞的修復(fù)和再生起到營(yíng)養(yǎng)作用；也可以通過(guò)促進(jìn)三葉肽的表達(dá)，間接幫助修復(fù)和維持小腸黏膜；還可通過(guò)激活蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白等信號(hào)通路介導(dǎo)的蛋白合成機(jī)制，上調(diào)緊密連接蛋白表達(dá)，降低腸道通透性。丁酸梭菌可能還可通過(guò)上調(diào)黏液層中黏蛋白（MUC2）的表達(dá)，增加黏液層厚度[15-19]，以此維持腸道黏膜屏障的完整性[20-21]。此外，丁酸梭菌可促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，有助于減少有害菌和毒素與腸黏膜的接觸時(shí)間[22]。

2.2 增強(qiáng)消化系統(tǒng)功能

腸道是動(dòng)物消化和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要場(chǎng)所，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收效率是機(jī)體健康狀態(tài)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。丁酸梭菌可通過(guò)產(chǎn)生消化酶、增強(qiáng)腸道消化酶活性和改善腸絨毛狀態(tài)等提高機(jī)體的消化系統(tǒng)功能。一方面，丁酸梭菌可通過(guò)產(chǎn)生消化酶和增強(qiáng)動(dòng)物腸道消化酶活性，進(jìn)而提高動(dòng)物腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收效率。在動(dòng)物腸道無(wú)氧環(huán)境中，丁酸梭菌產(chǎn)生的蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶和糖苷酶等可有效降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，與動(dòng)物腸道分泌的消化酶共同參與腸道內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，特別是可協(xié)助畜禽消化靠自身消化酶難以利用的纖維素和果膠等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[23]。丁酸梭菌還可通過(guò)增強(qiáng)腸道產(chǎn)生的淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶活性，提高食糜消化率[24]。

另一方面，丁酸梭菌還可通過(guò)改善腸絨毛的狀態(tài)提高腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，產(chǎn)生的丁酸可作為腸道絨毛生長(zhǎng)的直接能量來(lái)源，促進(jìn)腸絨毛發(fā)育，降低腸絨毛隱窩深度，提高絨毛高度/隱窩深度比值，增大腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力，從而影響腸道內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收效率[25-26]。

2.3 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

腸道微生態(tài)區(qū)系是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，一旦打破這種平衡，即可能導(dǎo)致疾病發(fā)生，因此維持腸道微生態(tài)平衡十分重要。丁酸梭菌可通過(guò)增加腸道有益菌數(shù)量、減少病原菌黏附和增殖等方式調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡以維持機(jī)體的健康狀態(tài)。首先，丁酸梭菌進(jìn)入腸道可與其他有益菌協(xié)同，對(duì)有害菌產(chǎn)生拮抗作用，與有害菌競(jìng)爭(zhēng)定植位點(diǎn)，減少其定植可能性；還可與有害菌競(jìng)爭(zhēng)吸收養(yǎng)分，抑制其生長(zhǎng)，起到維持腸道內(nèi)微生態(tài)平衡的作用。其次，丁酸梭菌可通過(guò)代謝產(chǎn)生丁酸、丁酸梭菌素和抗菌肽等物質(zhì)抑制腸道病原菌生長(zhǎng)，從而維持腸道微生態(tài)平衡；如以丁酸為主的短鏈脂肪酸可有效降低腸道pH值，抑制病原菌生長(zhǎng)；細(xì)菌素、抗菌肽等可有效減弱病原菌的黏附力或直接抑制病原菌生長(zhǎng)[27-28]。再次，丁酸梭菌產(chǎn)生的丁酸、B 族維生素、維生素K 等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可被腸道直接吸收利用，還可作用于腸道菌群，促進(jìn)乳桿菌、雙歧桿菌等有益菌的生長(zhǎng)和增殖。最后，丁酸梭菌產(chǎn)生的消化酶能夠?qū)⒛c道菌群無(wú)法直接利用的多聚糖轉(zhuǎn)化為可利用的低聚糖，提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有效提高腸道乳桿菌等有益菌的豐度，優(yōu)化腸道微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)，維持腸道微生態(tài)平衡[29]。

2.4 調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能

丁酸梭菌可促進(jìn)機(jī)體免疫器官發(fā)育，提高免疫器官指數(shù)；通過(guò)激活由Toll 樣受體2（TLR2）、孤G 蛋白偶聯(lián)受體（GPR）等介導(dǎo)的多個(gè)信號(hào)通路，使腸道黏膜處于免疫狀態(tài)，提高對(duì)病原菌的識(shí)別和信號(hào)傳遞能力，增強(qiáng)腸道黏膜的先天性免疫和獲得性免疫系統(tǒng)功能[15,30-32]。進(jìn)入腸道的丁酸梭菌可通過(guò)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-10（IL-10）調(diào)節(jié)機(jī)體免疫應(yīng)答[33]；可提高血清免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）和分泌型免疫球蛋白A（sIgA）含量，以增強(qiáng)動(dòng)物抗病能力；還可顯著提高血清中補(bǔ)體C3含量。C3在補(bǔ)體經(jīng)典激活途徑及旁路途徑中發(fā)揮重要作用，提示丁酸梭菌還可能通過(guò)激活補(bǔ)體系統(tǒng)增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫力[34]。

2.5 提高機(jī)體抗炎和抗氧化水平

腸上皮細(xì)胞TLR2 受體可通過(guò)識(shí)別丁酸梭菌，激活NF-κB 信號(hào)通路，誘導(dǎo)IL-10、白細(xì)胞介素-8（IL-8）和腫瘤壞死因子-β（TNF-β）等分泌，抑制炎癥反應(yīng)的同時(shí)增強(qiáng)免疫力；丁酸作為信號(hào)分子可被腸道上皮細(xì)胞的G蛋白偶聯(lián)受體識(shí)別，從而影響細(xì)胞因子的表達(dá)，減少炎癥反應(yīng)的發(fā)生[18,35-36]。丁酸梭菌還可提高血清谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）、超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）等的活性，清除體內(nèi)在應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生的自由基和活性氧；增加結(jié)腸谷胱甘肽和降低血清丙二醛（MDA）含量，緩解機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)[37-38]。此外，丁酸梭菌產(chǎn)生的氫氣還可能參與了選擇性還原細(xì)胞內(nèi)羥基自由基，與胞內(nèi)毒性最大的活性氧簇反應(yīng)，進(jìn)一步防止氧化損傷[39]。

3 丁酸梭菌在家禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1 提高家禽生長(zhǎng)性能

丁酸梭菌能夠通過(guò)提高機(jī)體的消化系統(tǒng)功能，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能。Li 等[40]報(bào)道，日糧添加1.0×109CFU/kg 丁酸梭菌能夠顯著提高肉雞體重和平均日增重。范磊[41]研究表明，在日糧中添加0.1%丁酸梭菌制劑可明顯提高21～42日齡肉雞生長(zhǎng)性能，增加平均日增重和采食量，降低料重比，但對(duì)8～21日齡肉雞的影響不顯著。賈志新[42]研究表明，在日糧中添加不同劑量的丁酸梭菌均可顯著提高1～21日齡櫻桃谷肉鴨的平均日增重，且存在提高22～42日齡櫻桃谷肉鴨的平均日增重的趨勢(shì)。丁酸梭菌對(duì)提高家禽日增重可能與動(dòng)物種類(lèi)、生長(zhǎng)階段、機(jī)體狀態(tài)、飼料營(yíng)養(yǎng)配比、菌種及添加劑量有關(guān)。

3.2 提高家禽屠宰性能、產(chǎn)蛋性能

丁酸梭菌還可通過(guò)穩(wěn)定腸道菌群結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生有益物質(zhì)、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、增強(qiáng)抗氧化能力和調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝等方式，提高家禽的屠宰性能、產(chǎn)蛋性能，改善家禽產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味。黃翠翠等[43]報(bào)道，在愛(ài)拔益加肉雞基礎(chǔ)日糧中添加5.0×108CFU/kg 丁酸梭菌能夠顯著提高肉雞屠宰率、肌間脂肪寬度、胸肌24 h 紅度值及pH 值，顯著降低胸肌24 h 亮度值和蒸煮損失。Liu 等[44]研究表明，添加丁酸梭菌能夠顯著提高北京鴨胸肌pH45min值、肉色紅度值，增加胸肌肌苷酸、肌內(nèi)脂肪、總氨基酸和總多不飽和脂肪酸等的含量，降低胸肌肉色的亮度值、剪切力和滴水損失；中劑量組和高劑量組包括谷氨酸和丙氨酸在內(nèi)的風(fēng)味氨基酸含量顯著增加，且氨基酸和脂肪酸含量與丁酸梭菌添加量呈正相關(guān)。

王成森[45]發(fā)現(xiàn)，海蘭褐蛋雞基礎(chǔ)日糧中添加丁酸梭菌可顯著提高產(chǎn)蛋率、蛋殼厚度和蛋黃顏色，顯著降低料蛋比和死淘率。Zhan等[46]發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌能夠提高蛋雞產(chǎn)蛋率和蛋殼硬度。也有研究表明，丁酸梭菌制劑能夠顯著提高種番鴨產(chǎn)蛋率和種蛋的受精率[47]。

3.3 增強(qiáng)家禽免疫功能

丁酸梭菌可促進(jìn)機(jī)體免疫器官發(fā)育，激活淋巴細(xì)胞，提高機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)疫苗的應(yīng)答水平，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。宋孟澤[48]研究表明，灌服21 d丁酸梭菌可顯著提高蛋雞脾臟中CD4+T細(xì)胞亞群比例和IL-10的相對(duì)表達(dá)。賈志新[42]研究表明，日糧中添加5.0×108CFU/kg丁酸梭菌制劑能夠顯著提高櫻桃谷肉鴨免疫器官指數(shù)，提高血清IgG、IgM、C3和C4含量，改善肉鴨免疫功能，增強(qiáng)機(jī)體抗病力。Zhang 等[49]報(bào)道，日糧中添加2.0×107CFU/kg 丁酸梭菌能夠顯著提升經(jīng)1.0× 108CFU 的E. coliK88 劑量攻毒后3、7 d的肉雞空腸黏膜sIgA含量以及攻毒后14 d血清IgA、免疫球蛋白Y（IgY）、C3的含量和攻毒后3、7、14 d血清C4含量。Abdel-Latif 等[50]報(bào)道，日糧中添加丁酸梭菌能夠顯著提高35 日齡肉雞新城疫抗體滴度水平。Cai 等[51]報(bào)道，肉雞經(jīng)3.4×104個(gè)艾美球蟲(chóng)孢子化卵囊劑量攻蟲(chóng)后，對(duì)照組糞便每克卵囊數(shù)（OPG）高達(dá)9.11×107個(gè)，丁酸梭菌組和疫苗組OPG 分別為3.0×107和1.65×107個(gè)，而疫苗+丁酸梭菌組OPG 僅為8.38×106個(gè)，表明丁酸梭菌能夠極顯著降低攻蟲(chóng)后肉雞糞便OPG；丁酸梭菌聯(lián)合球蟲(chóng)疫苗使用能夠增強(qiáng)球蟲(chóng)疫苗的作用效果，顯著減少糞便OPG，緩解艾美球蟲(chóng)引起的腸道損傷。

3.4 改善家禽圈舍環(huán)境

丁酸梭菌能夠通過(guò)提高腸道菌群對(duì)蛋白質(zhì)的消化利用，特別是通過(guò)增強(qiáng)盲腸發(fā)酵作用和降低內(nèi)容物pH 值提高腸道菌群豐度及其對(duì)氮的利用效率，使前段腸道未消化的氮更多地轉(zhuǎn)化為細(xì)菌菌體蛋白，促進(jìn)后段腸道對(duì)氮的利用，降低排泄物中尿氮比例；或降低家禽排泄物pH 值，抑制產(chǎn)脲酶細(xì)菌的生長(zhǎng)，減少排泄物中氨態(tài)氮向氨氣轉(zhuǎn)化，減少氨氣逸失，有助于改善圈舍環(huán)境，從而提高動(dòng)物福利[52]。譚莉等[53]研究表明，丁酸梭菌顯著降低盲腸21 d和糞便50 d尿酸含量，降低盲腸pH值，且在33 d達(dá)到顯著水平；在不同類(lèi)型芽孢桿菌制劑中，丁酸梭菌對(duì)降低排泄物氨逸失效果最優(yōu)。Such等[54]研究表明，日糧中添加丁酸梭菌對(duì)肉雞排泄物總氮量影響不大，但能夠顯著增加排泄物中干物質(zhì)含量以及尿酸含量，減少排泄物中解脲細(xì)菌數(shù)量，排泄物氨排放更低。還有研究報(bào)道，丁酸梭菌能夠改善肉雞對(duì)鈣、磷的吸收利用，顯著降低21日齡肉雞排泄物中鈣、磷含量[55]。

4 展望

丁酸梭菌是一種綠色、安全、高效、多功能、抗逆性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)潛力大的飼料添加劑菌種，日糧中添加丁酸梭菌有助于維持家禽的腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和菌群穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，增強(qiáng)家禽免疫力和抗逆能力，提高家禽生長(zhǎng)和繁殖性能，改善家禽產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味，降低家禽養(yǎng)殖成本，增加養(yǎng)殖業(yè)主經(jīng)濟(jì)收益。丁酸梭菌及其代謝產(chǎn)物的作用機(jī)制仍有待深入研究，今后丁酸梭菌將會(huì)在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。