动物微生态系统及其营养调控理论

1、动物微生态系统及其营养调控理论1动物微生态系统概念及其理论概述1.1动物微生态系统概念1动物的体内或体表存在着大量的正常微生物，这些微生物群系之间及微生物与动物之间形成了相互依存， 相互作用的不可分割的整体。现代医学将这些正常微生物视为动物体的组成部分，参与了动物体的生长、 发育、消化、吸收、营养、免疫、生物拮抗及其各种功能和结构的发生、发展和衰退的全过程，是一个象 呼吸、循环、消化一样的系统。因此被称为微生态系统。1.2动物微生态理论概述2一般认为，动物微生态理论包括4个方面的内容，即动物微生态平衡理论、动物微生态失调理论、动物微 生态营养理论、动物微生态防治理论。动物微生态理论认为，动物及

2、体内所寄生的微生物相互作用、相互 影响；在环境因素的影响下，动物与微生物保持动态的微生态平衡；在动物与环境的关系中，正常微生物 群作为宿主的组成部分，与环境保持一个动态的生态平衡；正常微生物群中的原籍菌对动物有益，外籍菌 则有害，两者又可相互转化；正常微生物群的组成存在种属和个体特异性；特定的环境条件可造成动物微 生态失调，使生态系统丧失功能；动物和微生物群之间存在共生关系，互相提供营养等生存条件。这些理 论是当前动物微生态在饲料工业中应用的理论基础。2动物微生物对动物营养消化代谢作用动物与正常微生物群之间的共生关系的实质就是营养关系。反刍动物的瘤胃、马属动物的后肠都是这种营 养关系的典型表现

3、。一些研究结果表明，即使是猪和禽这些典型的单胃动物，其肠道微生物群也在一定程 度上参与其营养过程，如维生素合成和消耗、氮的代谢、脂肪代谢和多糖、粗纤维的分解代谢等。2.1维生素合成和消耗反刍动物、兔、马、猪、禽类肠道微生物群均可以合成维生素K、B族维生素、8-胡萝卜素。对于成年反 刍动物，这种合成作用更为突出。传统营养学认为，成年反刍动物瘤胃合成的维生素完全可以满足其营养 需要，除了高产期，饲料中一般不再补充维生素。但关于微生物群对动物维生素营养的负面影响也见报道。 Buenrostro （1983）在研究中观察到乳酸菌接种大幅度地降低了肉鸡肝脏生物素沉积，增加了肉鸡生物素 需要量3。杨景云（

4、1991）认为，有些微生物会消耗硫胺素，产生硫胺素酶，增加动物对硫胺素的需要量4。 石现瑞（2000）认为，抑制和宿主竞争维生素的微生物生长可能是抗生素促生长作用的机理之一 5。综合上述研究结果可以看到，肠道微生物群在动物维生素营养中的作用并不完全明确，尽管其作用巳经肯 定。由于肠道微生物种群极其庞大和复杂，不同种属的微生物的营养代谢也千差万别，因此不能对其在动 物维生素营养中的作用一概而论。这就要求我们将动物微生态与维生素营养相结合，深入研究不同肠道微 生物种属对动物维生素营养的影响，并可能通过调控肠道微生态平衡，使之有利于动物从肠道微生物群获 取更多的维生素。2.2氮的代谢反刍动物的瘤胃中

5、分布着大量细菌和纤毛虫，这些微生物一方面能分解饲料中蛋白质；另一方面又能利用 饲料中的氮源合成菌体蛋白，作为动物蛋白的供应源。前者对动物利用饲料优质蛋白有不利影响，而后者 有利于动物利用饲料中的非蛋白氮。在现代畜牧业中，使用保护过瘤胃蛋白防止瘤胃微生物分解优质蛋白 和使用尿素等非蛋白氮源供微生物合成菌体蛋白的方法，巳经在实践中得到广泛应用。非反刍动物的肠道 微生物同样具有双重作用。一方面，肠道微生物具有分解蛋白质的能力，甚至可以分解几乎所有的含氮化 合物；另一方面，肠道微生物又具有利用氮源合成氨基酸和蛋白质的能力。此外，排泄于肠道和泄殖腔中 的尿素氮，也可通过肠管逆蠕动，转移到盲肠，由盲肠微生

6、物分解，进入再循环。关于这两种作用在非反 刍动物营养中的意义，目前尚难定论。一般地，在日粮蛋白质水平较低的情况下（氮临界平衡），这种作 用对宿主动物有利，因为饲料中的氮可以得到充分的利用。但在日粮供应蛋白质较为充足（氮正平衡）或 低质蛋白较多时，饲料中会有较多的含氮物质被肠道微生物分解，形成大量的氨或胺，对动物造成毒害。 据推测，抗生素促生长机理之一就是抑制肠道微生物分解饲料蛋白质，并降低肠道氨和胺及血氨的水平。 2.3糖类代谢瘤胃中存在一类纤维素和半纤维素分解菌，这类菌能产生纤维素酶，可分解纤维素和半纤维素。一部分纤 毛虫也能分解纤维素、半纤维素和果胶，分解产物包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和果

7、胶酸等。这些微生物 强大的分解作用使反刍动物能大量利用高纤维含量的粗饲料。此外，许多纤维素和半纤维素分解菌以及淀 粉分解菌都具有分解淀粉的能力。这些细菌主要通过其产生的a和8淀粉酶分解淀粉，产生麦芽糖、葡萄 糖等。大部分纤毛虫也能摄食和发酵淀粉，生成挥发性脂肪酸、乳酸、CO2和H2等。部分纤毛虫（全毛虫） 也能将可溶性糖如葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等同化，并将大部分（约82%）以淀粉形式储存。肠道微生物还可 分解利用动物不能利用的低聚糖，如：果聚糖、甘露寡糖等。胃肠道微生物的存在有利于动物更好地利用 碳水化合物，并能提高饲料消化率。但也有证据证明了肠道微生物在糖类代谢中的负面影响。肠道中能被 动物吸

8、收的碳水化合物也容易因肠道革兰氏阳性菌的发酵作用而被破坏。2.4脂类代谢脂肪分解细菌在动物和人的消化道中均有发现。这类细菌的存在可能不利于动物吸收饱和脂肪酸和非饱和 脂肪酸。试验证明，无菌大鼠比普通大鼠能更好地吸收脂肪酸，无菌鸡对脂肪的消化率也高于普通鸡。在 研究抗生素的试验中发现，在卫生条件恶劣的环境中，在饲料中添加抗生素，可促进脂肪酸的吸收。如果 给无菌鸡接种粪链球菌和魏氏梭菌则产生对高级饱和脂肪酸的吸收不良。还有证据证明，某些肠道细菌具 有将胆固醇转化为粪固醇的作用，这有可能会影响动物的胆固醇代谢。关于肠道微生物群对动物营养代谢 的知识大多来源于无菌动物和常规动物的比较研究，由于这些研究

9、未能区别微生物种属，研究的深度不足， 所以得出的结果差异较大。另外一些信息则来源于抗生素促生长作用的试验研究，从这些试验研究中得出 的微生物群对动物营养有负面作用的结论是以抗生素促生长机理假说的正确性为前提，而缺乏更为直接的 证据。因此，在动物微生态营养的研究中还必须结合窄谱抗生素抑菌的种属特异性和无菌动物模型，进一 步提高研究的深度和广度，为动物微生态营养学的发展积累基础知识。3动物微生态系统营养调控理论3.1优势种群理论宿主体内的正常微生物群均存在一种或数种优势种群，优势种群的丧失就意味着微生态失调。在动物肠道 微生态系统中，厌氧菌占99%以上，兼性厌氧菌和需氧菌不到1%，因此肠道中的优势

10、种群是厌氧菌。很多 微生态制剂的主要成分就是优势种群菌株，其作用就在于恢复或补充优势种群，使失调的微生态达到新的 平衡。3.2生物夺氧理论多数病原微生物属于需氧菌或兼性厌氧菌，当动物肠道内微生态系统失调、局部氧分子浓度升高时，有利 于病原微生物的生长和繁殖。使用微生态制剂可以培育耗氧微生物，降低局部氧分子浓度，抑制病原微生 物的生长，恢复失调的微生态平衡，从而达到预防和治疗疾病的目的。3.3生物拮抗理论正常微生物群构成了机体的化学屏障和生物屏障。微生物的代谢产物如乙酸、丙酸、乳酸、抗生素和其它 活性物质等共同组成化学屏障；微生物群有秩序地定植于粘膜、皮肤等表面或细胞之间形成生物屏障。补 充微生

11、态制剂可以重新构建机体的生物学屏障，阻止病原微生物的定植，发挥生物拮抗作用。3.4微生物群与营养关系理论肠道内正常微生物不仅可以帮助食物的消化吸收，还可合成蛋白质、维生素以及其它有益物质。使用适量 的微生态制剂可以显著提高饲料的利用率，并有利于维护机体微量元素的平衡。3.5 “三流运转”理论部分微生态制剂可以作为免疫调节因子，增强吞噬细胞的吞噬能力和抗体产生能力；还可以促进有毒物质 的代谢，促进肠蠕动，维持粘膜结构完整，从而保证了微生态系统中基因流、能量流和物质流的正常运转。4动物微生态系统营养调控理论在畜牧业上的应用动物微生态系统营养调控理论在畜牧业的成功应用即表现在饲用微生物添加剂在畜禽饲

12、料中的广泛使用及 其良好的饲养效果。动物养殖业中饲用微生物添加剂又称益生素（probiotics）或称微生态制剂。常用的 饲用微生物添加剂生产用菌种见表1。轰1叮族直姓章于生产微生物赢如剂的微生物借种痫的种类慕1暂的舛类罪is毒它他乳杆函光曲赛管氏赫宙舞她芸推杆菌发酵乳抨峦近缓募胞杆蕙瑞土乳杯菌也衣芸袍杆菌梨酸乳杆萄窸季芽胞杆翁还芽乳杵宙枯草杆旖罗特氏乳格峦皤淀挪1杆前腺由垛曲多珈轩带理片球菌产晚猫慵宙匹值尚臻菌袍氏丙醛杆第劫物戒岐抨蕙斯氏丙燹杆菌两歧触杆菌酿泡擘母赛儿戒蚊杆翁长戒岐杆萄二乙酰乳酸链球惠靖热咬耕宙皓酸乳杆范中间链球菌短乳抨宙保加利亚乳IT第嗜热他球干酩乳杆菌邕睇二梅乳杆由关于动

13、物胃肠道微生态学理论在畜牧业中的应用的另一方面是在饲料中应用功能性寡聚糖来调节动物胃肠 道的微生态系统。寡聚糖可以作为胃肠道内有益微生物的营养基质，改善动物消化道微生物区系，促进有 益菌的生成发育，抑制病原菌，腐败菌的繁殖，有利于保持胃肠道有益微生物群落的优势7-9。Yamashita 等（1984）的研究发现尽管果寡糖和异构化乳糖不能直接被动物消化道内的酶类分解，但能被肠道内的菌群 用作碳源，而且可以把这些糖类物质用作双歧菌的增殖因子10。Modler等（1996）的研究亦发现低聚糖 很容易在动物的回肠和大肠内发酵，并可以促进乳酸菌的生长，这些微生物又能产生乳酸、乙酸，降低胃 肠道内环境的pH值，抑制病原菌及腐败菌的生长，降低动物腹泻的发生率