罗伊氏乳杆菌广泛存在于人和动物肠道中,具有很强的肠黏附能力,具有抑制胃肠道病原菌繁殖、调节动物免疫机能、降低动物应激、减少动物发病率、调节肠道菌群、预防或减轻腹泻、提高饲料利用效率、促进动物生长、降低料重比等重要作用。基于以上优点,罗伊氏乳杆菌是具有较高开发价值的微生态制剂。本文简单综述了罗伊氏乳杆菌的益生特性以及其在畜牧业中的应用,以期为罗伊氏乳杆菌的进一步开发和应用提供参考。

一、罗伊氏乳杆菌生物学特性及生理功能

1、罗伊氏乳杆菌生物学特性

罗伊氏乳杆菌属于厚壁菌门,芽孢杆菌纲,乳杆菌目,乳杆菌科,乳杆菌属,是一种过氧化氢酶阴性、革兰氏阳性、非运动性、不产芽孢、专性异型发酵细菌。研究发现,罗伊氏乳杆菌对胃肠道环境具有较好的耐受能力,对人工胃液、肠液和胆盐都有一定的耐受性。这些特性使得罗伊氏乳杆菌具有成为一种在动物饲粮中添加且抗逆性强、能被有效利用的益生菌的潜力。

2、罗伊氏乳杆菌的生理功能

健康畜禽肠道在生长发育过程中会形成一个相对稳定的动态平衡系统,当这个平衡系统遭到破坏时,动物容易发生疾病,健康受到威胁,生长性能受到影响。罗伊氏乳杆菌及其代谢产物具有诸多优良生理功能,对维持动物机体健康、促进动物生长发育有积极意义。首先,罗伊氏乳杆菌的主要代谢产物之一是罗伊氏菌素,可以抑制有害菌如大肠杆菌、沙门氏菌等的生长,保护肠道的微生态平衡。其次,罗伊氏乳杆菌可以增加肠道中丁酸的含量,而丁酸主要功能是给肠道上皮细胞供能,从而可促进肠道上皮细胞的增值,因此罗伊氏乳杆菌对肠道上皮组织的再生和修复具有重要意义。再次,罗伊氏乳杆菌在动物肠道中还可产生乳酸和多种酶,如脂肪酶、胆盐水解酶等,有利于改善动物肠道pH、抑制细菌生长、提高饲料利用率等。最后,罗伊氏乳杆菌能合成B族维生素,将无机硒转化为可供机体利用的有机硒,这对改善畜禽的生长性能、维持动物健康具有重要的意义。还有研究发现,罗伊氏乳杆菌在提高动物免疫力、抗细胞凋亡方面也有一些作用。罗伊氏乳杆菌的益生作用机制及与其他益生菌的协同功能仍有待进一步研究,这可为罗伊氏乳杆菌产品的研究应用提供更多的理论依据。

二、罗伊氏乳杆菌在畜禽生产中的应用及其作用机理

1、提高生长性能

罗伊氏乳杆菌可产生多种酶、氨基酸和维生素等对动物有益的物质,能够促进畜禽对营养物质的消化吸收,改善动物生长性能。在肉鸡上的研究发现,罗伊氏乳杆菌可改善肉鸡体重水平,增加饲料转化率。研究发现,饲喂1%罗伊氏乳杆菌和植物乳杆菌混合制剂,可提高断奶仔猪氮表观消化率和总能量消化率。饲喂罗伊氏乳杆菌可提高仔猪断奶后第42天的体重和断奶后1～42d的平均日增重(ADG)。有研究发现,在生猪饲粮中添加猪源罗伊氏乳杆菌,可提高生猪的ADG,降低料重比。给山羊饲喂山羊源罗伊氏乳杆菌,提高了山羊的生长性能。但也有一些研究表明,添加罗伊氏乳杆菌对动物生长性能并无明显作用。这些研究表明,罗伊氏乳杆菌对改善肉鸡、猪和山羊生长性能有一定的作用,但作用效果有所不同,可能与使用剂量、添加形式及生理阶段等有关。可见,针对不同的畜禽及其不同生长阶段需要开发不同的罗伊氏乳杆菌制剂且确定合适的添加剂量是极有必要的。目前市场上毛皮动物源罗伊氏乳杆菌对动物生长性能影响的相关报道较少。

2、调节肠道菌群,改善肠道环境

研究发现,罗伊氏乳杆菌具有调节肠道菌群、改善肠道环境、维持动物肠道微生物的菌群平衡等功能。体内试验研究发现,罗伊氏乳杆菌可减轻由卵白蛋白(OVA)诱导的小鼠过敏性腹泻,调节肠道菌群,增加肠道中乳酸菌数量,同时降低非特异性细菌密度,改善肠道环境。利用罗伊氏乳杆菌发酵饲料饲喂断奶仔猪,可抑制产肠毒性大肠杆菌(ETEC),降低仔猪小肠及粪便中ETEC及其热稳定性肠毒素丰度。罗伊氏乳杆菌甘油发酵液可抑制牛瘤胃中的出血性大肠杆菌,调节瘤胃环境,降低牛患瘤胃病的风险。体外试验研究发现,从母乳喂养的婴儿粪便中分离出的罗伊氏乳杆菌,对Caco-2细胞具有较强黏附能力,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很强的抗菌能力,但对蜡样芽胞杆菌和沙门氏菌抑制作用稍弱。猪源罗伊氏乳杆菌可抑制干酪中单核细胞增生李斯特菌和大肠杆菌。从128岁老人粪便中分离得到的罗伊氏乳杆菌对蜡样芽胞杆菌和福氏志贺氏菌具有较明显的抑制作用。同时罗伊氏乳杆菌还具有抗腐败菌的能力,罗伊氏菌素可以抑制青霉菌的生长,同时不影响酸奶的理化性质和感官品质,减少因污染而造成酸奶的腐败变质。体内、外试验均表明罗伊氏乳杆菌可抑制一些病原菌的生长,同时促进有益菌的增殖,从而起到调节肠道菌群,改善肠道环境的作用。关于罗伊氏乳杆菌调节肠道菌群的作用机制有多种解释,其一,罗伊氏乳杆菌黏附能力较强,具有竞争性抑制致病菌附着的能力,可增加肠内有益菌数量,同时,降低大肠杆菌和沙门氏菌数量;其二,罗伊氏乳杆菌在厌氧发酵甘油过程中可产生一种广谱抗菌物质—罗伊氏菌素,其主要成分包括3-羟基丙醛单体、水合物及其二聚体,对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等致病菌具有抑制作用,这也可能是罗伊氏乳杆菌能够抑制致病菌生长的原因。罗伊氏乳杆菌这种广谱抑菌作用,可用作保健食品的主要成分,抑制致病菌生长,维持肠道环境;或作为防腐剂,延长饲粮保存时间;或用来部分替代抗生素,但其抑菌机制还需进一步的研究。

3、促进肠道发育,提高肠道屏障功能

肠道是营养物质消化、吸收和转运的主要部位,其功能单位是绒毛,肠黏膜表面的大量绒毛极大地增加了营养物质的吸收面积,肠道的绒毛高度、隐窝深度及绒毛长度/隐窝深度(V/C)是衡量小肠消化吸收功能的重要指标。研究发现,饲粮中添加罗伊氏乳杆菌,可增加仔猪回肠绒毛高度,降低十二指肠隐窝深度。给每只新生仔猪灌服罗伊氏乳杆菌(1.2×10¹⁰CFU/d),可进仔猪肠绒毛发育,提高空肠蔗糖酶和麦芽糖酶活性,促进仔猪肠上皮细胞紧密连接蛋白(TJ)的表达,在改善新生仔猪的肠黏膜屏障功能中起到一定的作用。肠上皮细胞间的紧密连接对调节肠道屏障功能的通透性及维持上皮结构的完整性有重要意义,而紧密连接蛋白加快表达可促进肠道屏障功能的成熟。Liu等研究发现,给新生仔猪灌服一定数量的罗伊氏乳杆菌,可以提高其体重、空肠绒毛高度以及结肠食糜丁酸及支链脂肪酸含量,降低结肠食糜产气荚膜杆菌数量。研究还发现,罗伊氏乳杆菌可降低腹泻率,减轻腹泻程度,预防坏死性小肠结肠炎。可见,罗伊氏乳杆菌在改善肠道形态、促进肠道发育和提高肠免疫屏障功能有一定的作用效果。其作用机理一方面是调节肠道菌群平衡,改善肠道微生物屏障,另一方面是促进肠道黏膜发育,提高肠道有机屏障。

4、提高机体免疫能力

罗伊氏乳杆菌可刺激肠道黏膜免疫组织,在机体免疫功能方面有着调控作用,包括多种不同的作用机理。研究发现,给哺乳母猪饲喂罗伊氏乳杆菌,可增加初乳中蛋白质含量,增加哺乳母猪白细胞介素-2(IL-2)含量,提高血清中干扰素-α(IFN-α)、干扰素-β(IFN-β)含量。添加罗伊氏乳杆菌还可降低断奶仔猪空肠黏膜中白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的mRNA表达量及其蛋白质含量,可提高转化生长因子-β(TGF-β)的mRNA表达量及其蛋白含量,可提高空肠和回肠黏膜分泌型免疫球蛋白(sIgA)含量。这表明罗伊氏乳杆菌可通过调节细胞免疫改变血清中细胞因子的含量,增强机体的免疫功能。研究发现,乳酸菌对非特异性免疫的调节主要是通过影响单核巨噬细胞的免疫功能而实现,乳酸菌还可抑制细胞分泌炎性细胞因子。罗伊氏乳杆菌还可降低由脂多糖(LPS)诱导巨噬细胞导致IL-6的合成量增加的现象,调节由LPS刺激的免疫反应,暴露在罗伊氏乳杆菌无细胞培养上清液的单核细胞衍生的树突细胞,在LPS刺激后,可调节自体T细胞的免疫应答,提高IL-6、白细胞介素-10(IL-10)和白细胞介素-23(IL-23)分泌量。罗伊氏乳杆菌甘油发酵液可降低暴露于变形链球菌和牙龈卟啉单胞菌的HaCat细胞系的白细胞介素-8(IL-8)和人β防御素-2(hBD-2)的mRNA的表达量。侯成立发现罗伊氏乳杆菌可通过提高肠道内短链脂肪酸(SCFA)含量来促进上皮细胞表达防御肽(pBD),从而改善肠道黏膜免疫功能,保证仔猪的健康生长。综上,罗伊氏乳杆菌提高动物免疫力可能与通过调节免疫球蛋白、血清细胞因子含量和刺激机体免疫系统等有关,具体机理有待进一步的研究。

5、降低血清胆固醇含量

罗伊氏乳杆菌在调节动物血清中胆固醇代谢方面也有一定的作用。研究发现,罗伊氏乳杆菌可降低因高脂饮食肥胖的大鼠血清甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)含量。罗氏乳杆菌在发酵过程中具有较高的移除胆固醇能力,而且其无细胞上清发酵液也具有较高的胆固醇移除能力。在临床试验中也发现,罗伊氏乳杆菌可以降低高胆固醇血症病人的血清胆固醇含量,进而降低动脉硬化、心肌梗塞和猝死等疾病发生。有研究发现,在生猪饲粮中添加猪源罗伊氏乳杆菌,可增加血清高密度脂蛋白含量,降低血清中胆固醇含量。研究表明,罗伊氏乳杆菌降低胆固醇的能力可能与其具有高活性胆盐水解酶(BSH)有关。未来将罗伊氏乳杆菌用于降低畜禽制品胆固醇含量、提高肉蛋制品质量,从而减少人类有关胆固醇摄入,是罗伊氏乳杆菌研究的一个新方向,但不同菌种对胆固醇的降低程度以及降低机理仍需进一步研究。

6、降低饲粮中毒素毒性

罗伊氏乳杆菌在降低饲粮中毒素毒性方面也有一定的作用。研究发现,罗伊氏乳杆菌可减轻赭曲霉毒素A(OTA)对人体外周单核细胞(PBMC)的毒性作用,可降低OTA抑制PBMC分泌TNF-α的能力,可逆转OTA诱导的细胞凋亡,可减轻动物摄入的赭曲霉毒素毒性。Hathout等研究发现,罗伊氏乳杆菌还可改善黄曲霉毒素(AF)诱导中毒大鼠的食物摄入量和体重水平,可降低肝脏、肾脏中丙二醛(MDA)含量,降低黄曲霉毒素的毒性,其原因可能与罗伊氏乳杆菌的抗氧化性有关。有研究发现,罗伊乳杆菌还可降低胃肠道溶液中丙烯酰胺(AA)的含量,减缓食物中毒导致的胃肠不适、呕吐、腹泻等。目前,罗伊氏乳杆菌已被证明可提高青贮饲料安全性,降低青贮中病原体、酵母和霉菌数量,而获得高稳定性青贮饲料。由此可见,罗伊氏乳杆菌可降低食物中毒风险,或可作为防腐剂,延长饲粮保质期。但罗伊氏乳杆菌降低食物毒素的机理及筛选安全的菌株有待进一步研究。

7、同源罗伊氏乳杆菌的应用

相对于上述的功能,同源(原籍)罗伊氏乳杆菌还具有其先天优势。原籍菌群与宿主组织具有相同或相似的抗原性,不易引起宿主产生抗体或即使产生也是低水平的,提升了原籍菌群的定植能力,并且原籍菌群具有较高的定植抗力,对致病菌或潜在致病菌的定植和增殖具有抵抗性。Girl等发现同源罗伊氏乳杆菌可以提高鲤鱼的某些先天免疫参数,未发现对鱼的健康有不利影响。同源罗伊氏乳菌存在将病原微生物或病毒传染给采食动物的风险,即在特定情况下会致病,如肠道稳态失衡、免疫力下降等,这就要求必须从健康的动物体内筛选并通过大量、长期的临床试验以确定菌株安全性,同时增加宿主的免疫能力,维持宿主微生态平衡,遏制正常菌群向致病菌群的转化。同源罗伊氏乳杆菌应用前景非常可观,但生物安全仍需进一步研究。

三、小结

综上所述,罗伊氏乳杆菌具有诸多优良的生理功能,在提高畜禽生长性能、提高动物健康水平、增强动物免疫力和改善畜禽产品品质方面具有一定的作用效果,还对动物胃肠道环境具有较好的耐受性。在国内外抗生素饲料添加剂逐渐禁用的趋势下,探索罗伊氏乳杆菌替代某些抗生素的功能也是未来的研究方向之一。

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