动物微生态基础知识

2021/1/25 1 动物微生态知识 动物微生态知识讲座 山东宝来利来生物工程股份有限公司 单宝龙 2021/1/25 2 动物微生态知识讲座 第一章 各种动物的微生态研究 第一节 猪微生态学 一、微生态分布 1、皮肤微生态：猪的皮肤因受土壤、空气及动物排泄物的污染，而栖生 多种细菌、放线菌和霉菌。如葡萄球菌、链球菌、枯草杆菌、肠杆菌、八 叠球菌、绿脓杆菌、双球菌等，可检测出 170多个。 2、消化道微生态：成年猪的消化道内菌群总数在 10 ，总重量达到 1.27 KG，其中乳杆菌是猪肠道的最优势菌群，其次是拟杆菌、消化球菌、厌氧 弯曲杆菌、真杆菌、螺旋体、双歧杆菌、粪链球菌、酵母菌和大肠杆菌。 其中在空场、回肠、盲肠、直肠数量最多。 正常情况下猪粪便菌群总数在 10 个 /克。 3、呼吸道微生态：猪的鼻腔粘膜定居的正常微生物群最多，从中可以分离 出链球菌、支原体和肺炎链球菌等，其次是气管上部。气管的中下部微生物 越来越少，而健康猪的支气管末梢和肺泡是无菌的。但发生支气管炎和肺炎 时可分离出细菌，而且主要是化脓性链球菌。 14 10 2021/1/25 3 动物微生态知识讲座 4、泌尿、生殖道微生态：猪的阴道及尿道粘膜栖居有正常微生物群，如 葡萄球菌、链球菌、大肠杆菌、如杆菌和抗酸性细菌等。而卵巢、子宫和睾 丸是无菌的。 二、猪肠道微生态的建立和演替 猪出生时，肠道是无菌的，不久就有数种微生物浸入肠道，经过生长、繁 殖，逐渐形成一个微生物群体。仔猪出生 24小时内在空肠、回肠、盲肠和直 肠就定植了双歧杆菌、大肠杆菌、乳杆菌、消化球菌、肠球菌、小梭菌、拟 杆菌和酵母菌。到 8-22日龄达最高峰并形成一个定型的菌群，以双歧杆菌、 拟杆菌、乳杆菌、大肠杆菌和消化球菌占优势。 42日龄后随着年龄增长各个 菌群的数量略有下降，其原因可能与猪的营养与饲料结构的变化有关，如粗 纤维等成分的增多。 三、猪正常微生物群的生理作用 正常微生物群对猪的细胞免疫、体液免疫、粘膜免疫均有影响，尤其是 粘膜免疫。猪的肠道、呼吸道、生殖道等粘膜广泛分布淋巴组织，这些淋巴 细胞在微生物群的刺激下产生分泌型 IgA，是粘膜表面抗感染的主要物质。 14 2021/1/25 4 动物微生态知识讲座 正常微生物群对外袭菌（致病菌）有一定程度的拮抗作用。 正常微生物群对猪的营养有密切的关系，它们在帮助消化、合成蛋白质、 维生素等方面具有重要作用。 四、猪的微生态平衡与失调 正常情况下猪的微生态菌群保持在一种合理的动态平衡中，需氧菌与厌氧 菌、阳性菌和阴性菌，微生物的种群与数量都保持一定的比例。如健康仔猪 小肠的需氧菌与厌氧菌之比为 1： 100，即 99%以上是厌氧菌；在大场内两 者的比例为 1： 1000。当仔猪出现腹泻时，它们的比例发生严重失调，在仔 猪小肠表现为 1： 1，在大肠表现为 1： 100。环境变化、动物生病、应激、 饲料改变、抗生素等都可能带来微生态失调。 14 2021/1/25 5 动物微生态知识讲座 第二节 家禽微生态学 一、家禽消化道的特点 家禽消化道的特点与其他动物有显著不同，如家禽无牙齿和结肠，但有发 达的嗉囊、肌胃和两条盲肠。这类特殊消化道结构，各部位存活着不同的微 生物群。如鸡嗉囊内乳杆菌构成最优势菌群（ 10 个 /g ），还有链球菌和肠 杆菌。腺胃、肌胃与嗉囊菌群相似，仅总菌数有异。小肠为兼性厌氧菌，如 链球菌、大肠杆菌、葡萄球菌、芽孢杆菌，前段少后段多。盲肠内各种厌氧 菌显著增加，总数达到 10 个 /g，拟杆菌、真杆菌、双歧杆菌、消化球菌、 梭状芽孢杆菌是最优势菌群，其次是乳杆菌、链球菌、肠杆菌、葡萄球菌、 产期荚膜梭菌、酵母菌。而鸭的肠道正常菌群与鸡有所不同，拟杆菌、乳杆 菌、弯曲杆菌和双歧杆菌为主。 二、家禽微生态的建立与作用 鸡在胚胎期一般是无菌的，但在出壳时，雏鸡受到外界环境细菌的污染， 在消化道内很快就有大量细菌生长繁殖，逐渐适应定植下来，形成一个微生 物群体。 9 11 2021/1/25 6 动物微生态知识讲座 研究雏鸡、育成鸡和成年鸡肠道后段菌群的变化，发现雏鸡随日龄增长， 双岐杆菌与大肠杆菌明显增加，肠球菌与厌氧弯曲杆菌逐渐减少，而乳杆菌、 消化球菌、类杆菌、葡萄球菌、芽孢杆菌的变化不大。 肠道菌群对肠粘膜上皮细胞有显著影响，普通鸡与无菌鸡的小肠长度相当 但普通鸡小肠重量大大超过无菌鸡。实验表明，肠道菌群可使肠壁增厚，肠 粘膜上皮细胞腺窝深度增加，丝状分裂活动增强，代谢功能旺盛。 正常菌群具有屏障功能。嗉囊中的优势菌是乳酸杆菌，由于它产生的乳 酸和少量的短链挥发性脂肪酸，使嗉囊内的酸度下降到 PH4.5，有效的控制 了嗉囊内微生物的种类。一些研究者用乳酸杆菌活菌制剂饲喂雏鸡和成年鸡 可减少沙门氏菌感染，从而达到预防沙门氏菌感染的目的。而给鸡饲喂大量 的粪链球菌后，则造成鸡的生长缓慢，解剖发现鸡的十二指肠存在过量的粪 链球菌，引起鸡的营养吸收障碍。 肠道内细菌具有分解几乎所有氮化物的能力，同时也能合成多种氮化物。 普通鸡比无菌鸡能更好的消化饲料中的蛋白质。尤其注意到，排泄于肠道末 端和泄殖腔中的尿素氮，通过肠管逆蠕动，转移到盲肠，盲肠含有的大量尿 酸分解菌，对这些内源性氮的再循环利用起到重要作用。 14 2021/1/25 7 动物微生态知识讲座 第三节 反刍动物微生态学 一、反刍动物消化道的特点 反刍动物消化道结构的主要特点是复胃，如牛羊的复胃有瘤胃、网胃、 瓣胃、皱胃组成。前三个胃没有胃腺，主要靠微生物的发酵作用消化饲料， 其中瘤胃最大，占复胃的 85%，占动物总重量的 20-30%，瘤胃微生物区系 极为复杂。只有皱胃有分泌胃液的胃腺。 牛羊采食粗料后，先进行咀嚼，形成食团后吞咽入瘤胃浸泡，隔一段时 间反刍时逆吐至口腔再反复咀嚼，然后再吞入瘤胃由微生物发酵分解。饲料 中 70-85%的可消化的干物质和粗纤维在瘤胃被微生物分解。 二、反刍动物胃肠菌群构成及功能 瘤胃内微生物种类繁多，数量巨大。主要是细菌和纤毛虫，微生物的体 积约占瘤胃液的 10%，其中细菌和纤毛虫各占 50%，除此还有各种酵母、 螺旋体、放线菌、噬菌体等。瘤胃微生物在反刍动物的糖类、蛋白质和脂肪 的代谢中起着极为重要的作用。反刍动物需要的能量主要靠瘤胃内发酵形成 的挥发性脂肪酸，饲料中蛋白质则被微生物分解先合成菌体蛋白，再被动物 消化吸收。反刍动物需要的维生素 B族和维生素 K，亦主要由微生物合成。 9 11 2021/1/25 8 动物微生态知识讲座 在 1克瘤胃内容物中，细菌数约为 10 -10 ，大多数数菌种为厌氧菌，也 存在一些兼性厌氧菌。主要包括纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解 菌、蛋白分解菌、氨基酸分解菌、脂肪分解菌、利用有机酸的瘤胃细菌、产 甲烷菌、合成维生素的细菌等。反刍动物瘤胃中微生物区系、数量受动物的 种类、年龄、饲养条件、抗生素、疾病、应激等多种因素的影响。 纤毛虫同样参与瘤胃内纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、氮化合物、脂肪 的分解作用。种类多达 120多种，每毫升瘤胃液可达 200万个，严格厌氧。 反刍动物肠道微生物有乳酸菌、双歧杆菌、肠杆菌等，其中乳酸菌产生抑 菌物质，可抑制溶血链球菌、肺炎球菌、沙门氏菌、结核杆菌、葡萄球菌等， 双歧杆菌除具有抑菌作用外，还可促进肠蠕动，促进钙、维生素 D的吸收。 三、瘤胃微生态平衡 瘤胃内各种细菌的数量和比例，随日粮的组成不同而发生变化，在日粮中 纤维素为 17%时，细菌对纤维素的消化最好，纤维素低于 13%或高于 22%时， 微生物群对纤维素的消化能力降低。细菌之间的相互关系主要表现为协同作用。 如纤维素分解菌与半纤维素分解菌之间的协同作用，瘤胃内糖类、蛋白质、脂 肪的消化代谢均存在菌群之间的协同作用。 12 7 2021/1/25 9 动物微生态知识讲座 而细菌和纤毛虫之间，既存在协同作用也存在拮抗作用。纤毛虫既可以竞争 细菌的事物，也大量捕食细菌，纤毛虫每分钟捕食 1%的瘤胃细菌。另一方面 纤毛虫也具有刺激细菌繁殖的功能，例如，当纤毛虫和细菌单独存在的情况下 ，纤毛虫对纤维素的消化率为 6.9%，细菌为 38.1%，两者共存时，纤维素的 消化率提高至 65.2%，远远高于两者之和 45%。研究发现纤毛虫体内有促进细 菌生产繁殖的刺激素。 犊牛在哺乳期的最初阶段（ 3周龄左右），瘤胃中多半是乳酸杆菌和一定种 类的蛋白水解菌，以后其他菌群逐步建立。给犊牛喂奶至 9周龄， 10周龄开始 饲喂苜蓿干草及谷物， 9-13周龄的瘤胃菌群与成年牛相似。如果人工提前饲喂 微生态制剂，可帮助犊牛提早建立瘤胃微生物区系，提前断乳，且促进生长。 而纤毛虫在犊牛瘤胃定居起于 2-3月龄。 反刍动物要尽量避免使用抗生素，抗生素容易导致瘤胃微生物菌群平衡的 打破，发生微生态失调，造成消化不良和代谢紊乱，甚至造成更为严重的后果。 2021/1/25 10 动物微生态知识讲座 第四节 水生动物微生态学 一、鱼类微生态学 鱼类体表和肠道等处定居着各种各样的微生物。据研究鱼体表面每平方里 米的粘质层中含有千万到上亿个细菌。淡水鱼类以假单胞菌、无色杆菌、气 单胞菌等占绝对优势，而海水鱼类则以无色杆菌、弧菌、假单胞菌、黄色杆 菌、微球菌占优势。鱼类胃肠道较短，结构相对简单，微生物种类和数量相 对较少，受环境和食物链影响差异较大。微生物种群主要有拟杆菌、气单胞 菌、酵母菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌、假单胞菌、 葡萄球菌、需氧芽孢杆菌等。动物食性的鱼类还含有较多的链球菌和厌氧芽 孢杆菌；植物性的鱼类则有较多的噬酸乳杆菌和双岐杆菌；杂食性的鱼类如 罗非鱼则弧菌和气单胞菌占绝对优势。 当水环境恶化、鱼的密度过大或滥用抗生素时，鱼类的体表或肠道微生 态平衡受到破坏，其相对简单的微生物菌群发生更替，而失去微生态平衡， 各种病害随之发生。 如鳗鲡容易发生溯河性微生态失调和寒冷性微生态失调，通过服用微生 态制剂可以显著缓解以上症状。 2021/1/25 11 动物微生态知识讲座 二、对虾微生态学 虾类在水中有昼伏夜出的生活习性，大部分时间以底栖生活，杂食性， 因而肠道菌群反映了沉淀物的菌群并以假单胞菌、气单胞菌、芽孢杆菌属 占优势。对虾发育到蚤状幼体期主要吞噬细菌和一些单细胞藻类，在水中 的优势菌（弧菌）成为虾肠道中的优势菌，也是含菌数最多的时期。对虾 经过 120天达到成体期后，假单胞菌占优势，如果气单胞菌和弧菌占优势， 生长不良。弧菌是一种机会性或条件性致病菌，当虾体抵抗力衰弱、受伤 或别的疾病发生，容易引起弧菌的二重感染。 10 个 /ml弧菌是对虾弧菌发 病的临界值。 对虾腮及肠道的正常微生物群与水环境、食物形成相对平衡的微生态系， 正常虾池条件下是稳定的。但当水温变化、水质污浊、有机物含量过高、池 底恶化、融氧量低、虾池菌数超过临界值、对虾发病、滥用化学药物和抗生 素时，生态平衡遭到破坏，一些正常菌群受到抑制，而一些有害菌或机会性 致病菌大量繁殖，就会引起对虾大规模爆发疫病。 5 2021/1/25 12 动物微生态知识讲座 第二章 动物微生态学的基本概念 第一节 微生态学发展史 1977年，德国人鲁西最早提出微生态学概念并在德国建立起第一个微 生态学研究室，该所的主要研究工作为活菌制剂，如大肠杆菌、双岐杆 菌、乳杆菌等的活菌制剂，用作生态调整或生态疗法。 1981年由魏曦教授提议召开了第一届中国微生态学术会议。此后康白 教授定义微生态为：“研究正常微生物结构和功能，以及与其宿主相互 关系的学科”。 1989年何明清教授参加第九届国际悉生生物学会议（巴黎 召开）后，又进一步提出动物微生态学的概念， 1992年中国畜牧兽医学 会微生态学分会在四川雅安成立， 1994年 8月何明清教授出版中国第一 部动物微生态书籍。 1996年，宝来利来公司成立，成为中国首家获得动物微生态制剂生产 许可证的企业，开启了中国动物微生态产业化的新篇章。 2021/1/25 13 动物微生态知识讲座 第二节 微生态学的几个重要概念 一、原籍菌群、外籍菌群和定植、粘附 美国哈佛大学杜鲍教授率先提出了这两个概念。原籍菌群是在长期历史 进化过程中形成的，与宿主的共生关系极为密切，对宿主是有益菌，因而 也称为固有菌群。而外籍菌群在其非特异性宿主体内，必须要适应环境， 耐受免疫屏障和生物拮抗等才能生存和发展，否则将被排除。 原籍菌群都具有定植能力，具有在宿主生长、繁殖和延续后代的能力。 动物出生后几个小时至几天，就会出现各部位的特异性微生物定植，哪个 部位定植哪种微生物都是一定的，是微生物与宿主两方面共同的遗传学机 制决定的。定植则依靠微生物对宿主的粘附，而这种粘附是有特异性的。 如大肠杆菌的 I型菌毛末端的蛋白质配体仅特异性的与上皮细胞、真皮细胞 和红细胞等表面的 D-甘露糖受体相结合。 微生物定植后就是繁殖与尽快形成一定的优势种群地位，还要抵抗其他 微生物的竞争，以及耐受宿主的免疫屏障作用。 2021/1/25 14 动物微生态知识讲座 二、微生物群落的多样性及菌群演替 动物和人的消化道微生物群落极具多样性，一般有 100-400个种群，每 克肠道内容物含有多达 10 个活菌体。动物体患病或者使用抗生素导致 微生物群落多样性降低，而种群的多少，决定菌群平衡的稳定性。 动物消化道从前端到后端，分别分布着需氧菌、兼性厌氧菌和专性厌 氧菌，其中兼性厌氧菌起到很大的缓冲作用，在有氧时起作用，无氧时 也起作用。 微生态演替是指正常微生物群，受自然或人为因素的影响，在微生态 空间中发生、发展和消亡的过程。临床上使用抗生素，往往伴有正常微 生物群的演替过程。正常的生理性演替如出生动物首先定居的多是需氧 菌和兼性厌氧菌，在生长过程中消耗了氧气，创造了厌氧环境，随后厌 氧菌开始生长，成为先定植菌的竞争对手，并占据了优势，而先定植的 需氧菌则降为第二位。动物的食物结构发生变化，也导致生理性演替。 抗生素、激素、同位素、疾病状态、外部环境变化、运输、感染、应 激等则导致病理性演替。在菌群正常时，感染是不易成功的，如果感染 成功，必须首先破坏正常菌群的生态平衡。 11 2021/1/25 15 动物微生态知识讲座 三、定位转移与抗生素引发内源性感染 定为转移是指微生物群离开其原籍，游动到其他部位或环境且能定植 下来，在一个生态区域内，有外籍菌定植，就意味着生态失调。如临床 大量应用抗生素的白痢病仔猪，常常看到耐药性的大肠杆菌向呼吸道转 移引起肺炎或胸部感染，也可定植于泌尿道引起肾炎、膀胱炎，或定植 于阴道引起阴道炎。正常情况这种定位转移不容易发生。 定位转移的诱因包括物理因素、化学因素、抗生素、疾病和免疫力下 降。如抗生素的使用消灭了敏感的正常菌群成员，其位置被耐药性菌群 占领，表现出定位转移。大肠杆菌是肠道原籍菌，当呼吸道正常菌群因 使用抗生素而受到抑制后，大肠杆菌便可转移到呼吸道，引起感染。 抗生素往往会促进耐药性的少数过路菌或外籍菌生长繁殖，如全身性 白色念珠菌、绿脓杆菌或肺炎杆菌的感染。 定位转移从浅入深又分为体表阶段、上皮细胞阶段、淋巴组织阶段、 网状内皮细胞系统阶段，直至浸染本无微生物定植的部位和组织，如血 行感染，浸染内脏组织、器官等。 11 2021/1/25 16 动物微生态知识讲座 四、协同、拮抗 微生态系统中的各种微生物个体间和种群间会发生各种不同的相互关 系，微生物种群内个体间的正性相互关系叫做协同，是微生物间互相提 供必要的营养物质或生长因子而产生的。而两种微生物共同生存时为获 得能源、空间、生长因子而发生的争夺现象，叫做拮抗。 协同又细分为单利协同：一方受益，另一方不受影响；中立：相互 间不发生任何影响；互惠互利：共同生活，互相受益。 拮抗又细分为竞争共存：虽然竞争，但和平相处；相互排斥：一方必 须战胜另一方，失败者将被排除出这个环境。此外还有单害共生、寄生、 吞噬等。 11 2021/1/25 17 动物微生态知识讲座 第三节 微生态平衡与微生态失调 一、微生态平衡 微生态平衡是在长期历史进化过程中形成的正常微生物群与宿主在不 同发育阶段的动态的生理性平衡。宿主与微生物、微生物与微生物之间 相 互依存、相互制约。不同的动物、不同的年龄、不同的发育阶段、不同 部 位，微生态平衡各具特征，甚至差异巨大。 动物种类与品种不同，如反刍动物和单胃动物相比，猪和鸡相比，微 生物菌群差异很大，同种动物不同品种也存在差异。 系统和器官也构成了各自的微生态特征，如消化道和呼吸道相比，微 生物菌群是不一样的。 动物一生中，随年龄增长，生理机能在变化，各生态区的生态平衡， 也在有规律的调整。幼龄、成年、老龄动物均存在有规律的动态变化。 动物处在发情、妊娠、哺乳、分娩、断奶及饲养管理更换等条件下， 也伴随着正常微生物种类和数量上的改变。 2021/1/25 18 动物微生态知识讲座 二、微生态平衡的影响因素 影响微生态平衡的主要因素可归纳为环境、宿主与微生物三个方面。 空气污浊、气候突变、饲料与饮水的变质、污染等外部因素，均可导 致宿主的机能失调和代谢紊乱，影响微生物菌群失调和定植状态异变。 如 环境温度降低，可使肠道内双岐杆菌减少。 宿主的免疫机能是抵御外袭菌侵袭和增强宿主防卫能力的重要因素， 也是清除内毒素的重要系统，免疫减弱和免疫抑制，导致微生态失调。 宿 主的生理机能如胃酸分泌、胆汁分泌、肠蠕动异常，也导致微生态失调。 抗生素是引发菌群失调的重要因素，严重破坏生态平衡，导致宿主失 去菌群屏障，失去生物拮抗作用，内源性条件致病菌和外源性致病菌大 量 繁殖。 2021/1/25 19 动物微生态知识讲座 三、微生态失调 微生态失调是指正常微生物群之间，及其与宿主之间的微生态平衡， 在外环境影响下，由生理性组合转变为病理性组合的状态。它包括两个 方面的内容：一方面是正常微生物群的种类、数量和定位的变化，另一 方面是宿主表现出患病，这两方面互为因果。 微生态失调可以分为以下四类情形： 菌群失调：一度失调是正常菌群在组成和数量的变化，没有临床表现 可以自然恢复。二度失调由生理波动转为病理波动，在临床有慢性病表 现，是不可逆的。三度失调临床表现为急性症状，引发二重感染。 定位转移：病原微生物开始出现定位转移。 血行感染：血行感染既是原籍菌易位传播的一种途径，又是一种易位 感染。血性感染分为菌血症和脓毒败血症。 易位病灶：正常微生物群因其他诱因所致，在远隔的脏器或组织形成 病灶，例如脑、肝、肾、腹腔、盆腔等的脓肿。 2021/1/25 20 动物微生态知识讲座 第四节 感染与抗生素疗法 一、感染的概念 在传染病学中，感染指病原微生物侵入动物体并在体内生长、繁殖， 对动物体引起一系列病理过程。而在微生态学中，感染是指一定条件下 动物体内原籍菌群发生易位、数量发生增减或易主，而动物体从生态平 衡 转化为生态失调。 感染是一种自然现象，并非全是坏事。如果感染引起了免疫，控制了 宿主不再受侵犯和更大的感染，那么感染就是制止感染的最后措施。如 疫苗的预防接种，就是用人工感染来代替自然感染来达到预防感染的目 的。 所以说，感染是普遍的，而发病是偶然的，死亡更是偶然的。 感染共分为内源性感染、外源性感染。内源性感染是指动物体自身的 正常微生物成员引起的感染，如耐药性大肠杆菌在一定条件下引起宿主 的自身感染。外源性感染就是外源致病性微生物引起的感染。 2021/1/25 21 动物微生态知识讲座 二、抗生素疗法 感染发生以后，传统思维模式就是选择抗生素进行干预治疗。那么 这种方法是否真正科学合理呢？事实上是抗生素不仅没有解决感染问题， 而是带来越来越严重的感染。 首先是抗生素破坏了正常的微生物生态平衡，摧毁了动物体内所拥有 的正常微生物屏障，使那些原来被菌群屏障所抑制的内源性原因菌和外源 性原因菌得以大量繁殖。先给小鼠服用链霉素扰乱其肠道正常菌群，再口 服感染沙门氏菌，实验小鼠最低只需 10个沙门氏菌就可腹泻，而未经链霉 素处理的对照组则至少需要 100万个沙门氏菌才能出现腹泻症状。 抗生素带来耐药性和耐药菌株的增加，而且耐药性可以通过质粒在细 菌中传递，在所以肠道细菌中，大肠杆菌和绿脓杆菌的传递作用最强。大 肠杆菌可将耐药性质粒传递给金黄色葡萄球菌、假单胞杆菌、变形杆菌、 伤寒杆菌、痢疾杆菌等不同种属的细菌。 统计表明，各国各地区治病菌出现的频率与抗生素呈现正相关，一般 来说，抗生素使用愈广、种类愈多，发生菌群失调和感染的频率愈高，而 耐药性愈强的菌愈会占优势。 2021/1/25 22 动物微生态知识讲座 抗生素促进了耐药性致病微生物的定位转移。大量使用抗生素的动 物，可见耐药性大肠杆菌等肠道菌向呼吸道转移，引起肺炎及肺部感染。 这是因为抗生素增加了呼吸道部位的敏感性，促进了肠道菌向呼吸道的转 移。 抗生素破坏正常菌群生态平衡后，动物的粘膜免疫遭到破坏，导致 机体免疫机能降低。免疫机能降低程度与抗生素抗菌谱、药物剂量及用药 时间有关。抗菌谱越广，用药剂量越大，给药时间越长，机体免疫机能降 低程度越明显。 大量使用抗生素还导致动物维生素 K与维生素 B等的缺乏。 滥用抗生素的后果是选育出一批致病性更强，危害更大的耐药性微生 物，广泛的流行。这个问题业已构成一个严重的流行病学及公共卫生问 题，其深远影响是不可估量的。 2021/1/25 23 动物微生态知识讲座 一、碳水化合物的代谢 很多肠内菌不仅对单糖、双糖，而且对多糖、寡糖、糖苷、糖醇等 糖类也具有酵解能力。双糖类以上的高分子糖类以及糖苷，由肠内菌产生 糖苷酶、半乳糖苷酶、葡萄糖醛酸酶而进行分解。 对于淀粉的分解，乳杆菌、双歧杆菌、链球菌、拟杆菌、梭状芽孢杆 菌、放线菌等菌属产生糖化型淀粉酶和液化型淀粉酶，将淀粉分解成麦芽 糖、双糖、葡萄糖。 对于纤维素和半纤维素的分解，粘细菌、梭状芽孢杆菌、产琥珀酸拟 杆菌、丁酸弧菌及瘤胃细菌能够产生纤维素酶和半纤维素酶类。 对于果胶的分解，芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、瘤胃拟杆菌、溶纤维拟 杆菌能够分解果胶酶，而将果胶分解成半乳糖醛酸。 第三章 肠道正常菌群的作用机理 第一节 胃肠菌群与动物营养的关系 2021/1/25 24 动物微生态知识讲座 二、蛋白质的代谢 水解蛋白质的细菌有变形杆菌、梭菌、芽孢杆菌、假单胞杆菌等， 能产生蛋白酶水解蛋白质分子内部的肽键，形成各种小分子肽。而几乎 所 有细菌都可以产生肽酶，将小肽分解成各种氨基酸。分解氨基酸的细菌 较 多，如大肠杆菌、粪链球菌、腐败性梭状芽孢杆菌、产气杆菌、变形杆 菌 等。 低蛋白质或低赖氨基酸条件下由于肠球菌的存在，能改善动物的生 长性能和生产性能。实验表明，低蛋白质日粮中氨利用菌的比例增大了， 如拟杆菌、月形单胞菌、螺旋体、真杆菌、梭状芽孢杆菌、肠杆菌、链 球 菌等。这些菌能利用氨 -N合成菌体蛋白。 三、脂肪、维生素、矿物元素的代谢 短链脂肪酸在草食动物由瘤胃发酵产生，在单胃动物则主要是在大肠 发酵产生，主要的挥发性脂肪酸为醋酸、丙酸、丁酸等。 肠内菌能合成 B族维生素，而脆弱拟杆菌和大肠杆菌能合成维生素 K。 此外，肠内菌还参与了钙、磷、 Cu、 Fe、 Zn、 Mn、 Se碘等矿物质的 代谢。 2021/1/25 25 动物微生态知识讲座 一、定植抗力 肠道正常菌群的一个非常重要的作用就是对肠道外籍菌群中的致病 菌，肠道内条件性致病菌有定植抗力作用，动物一旦缺乏定植抗力，动 物 肠道中的病原菌和潜在病原菌极易大量繁殖，并突破肠粘膜进入组织中， 最终致全身感染，甚至因此而死亡。 定植抗力不仅仅存在与动物肠道内，凡是有正常菌群存在的部位（包 括皮肤、口腔、呼吸道粘膜），都有正常菌群形成的定植抗力存在。在 已知的肠道菌群中，厌氧菌群的定植抗力起到主导作用，它们通过一种 纤丝状物 -糖须或糖被来与肠道粘膜细胞粘连。 研究发现，定植抗力会随着肠道菌群种类和数量的减少而下降，无菌 动物则不存在定植抗力，传统上用抗生素净化肠道的做法对正常菌群的 定 植抗力破坏很大。鲍恩霍夫研究证实，口服链霉素反而对伤寒沙门氏菌 等 致病菌在肠道的定植十分有利。 第二节 原籍菌群与抗感染 2021/1/25 26 动物微生态知识讲座 二、原籍菌群的抗感染作用 肠道中的原籍菌群对防御病原菌对宿主的感染起着重要作用。以往 从生理学的角度出发，将动物和人对抗感染的屏障分为三道：即皮肤和 粘 膜屏障，吞噬细胞屏障，血清屏障。定植抗力的抗感染作用被人们认识 后，动物和人抗感染的屏障成为四道，外加一个原籍菌群拮抗外袭菌屏 障。 初生动物容易发生各种腹泻，其原因是初生动物肠道内的固有菌群尚 未或尚未完善。初生动物的肠道并不呈厌氧状态，因而最初定植的是需 氧 和兼性厌氧菌，随着肠道内氧气逐渐被消耗，厌氧菌开始定植，并逐步 成 为肠道内的优势菌，与宿主肠粘膜保持密切的联系，成为固有菌群。 断奶是动物肠道正常菌群必须经历的一次重大调整，动物从吃奶转变 为吃饲料，引起一系列生理反映和肠道菌群的变化，定植抗力作用会出 现 显著下降，临床上表现为动物易患消化道疾病。 动物初生早期、断奶前后、腹泻过程中服用需氧或兼性厌氧的有益微 生物，这些细菌在肠道增殖后使肠道变成厌氧环境，有助于厌氧菌的定 植，尽早形成固有菌群。 2021/1/25 27 动物微生态知识讲座 第三节 胃肠菌群与粘膜免疫 一、动物的免疫应答 动物的免疫系统由免疫器官、免疫组织、免疫细胞和免疫分子组成。 免疫细胞可大致分为 T淋巴细胞、 B淋巴细胞和巨噬细胞三大类。根据参 加免疫应答的作用方式，又将免疫分为细胞免疫和体液免疫。 通常情况下，机体自身的物质不能刺激机体产生免疫应答，能刺激机 体产生免疫应答的异源物质被成为抗原，病毒、细菌等蛋白质都是良好 抗原，这些抗原刺激机体产生相应的抗体。抗原具有特异性，抗体也具 有 特异性。 研究发现，无菌动物接受的抗原刺激较普通动物少得多，其免疫系统 的发育水平非常低，免疫器官较无菌动物小，淋巴结的生发中心小，细 胞 稀少。一旦无菌动物变成有菌动物后，数日内其肠系膜淋巴组织就开始 发 育，生发中心明显，充满淋巴细胞。 2021/1/25 28 动物微生态知识讲座 二、粘膜免疫 为了抵抗致病微生物及毒素对肠道粘膜细胞的粘附和穿透，动物都有 健全的肠道相关淋巴组织（英文 GATT），在肠粘膜下层有许多潘氏结和 免疫细胞，其中的桨细胞能够分泌 IgA到肠粘膜表面，对提高宿主的抵抗 力，抵御病原微生物起着重要作用。 此外，动物还构建了由消化道、呼吸道、泌尿生殖道及外分泌腺等组 成的全身粘膜免疫网络，免疫应答产生的免疫活性细胞可从一处粘膜游走 于另一处粘膜。如肠道相关淋巴组织对某种大肠杆菌产生的特异性 SIgA， 在呼吸道粘膜也可以检测到。这为微生态制剂经口服方式有效治疗呼吸道 的耐药性致病菌提供了一种途径。 粘膜产生的所有抗体中 SIgA含量超过 80%， SIgA以二聚体形式为主， 具有 4个抗原结合位点，比单聚体 IgA具有更高的亲和性。 SIgA具有以下 作用：免疫排除作用，阻止免疫原性物质粘附到肠粘膜细胞上；中和病毒 和毒素的作用（如黄曲霉毒素）；凝集病原菌或封闭其鞭毛，使之失去粘 附能力；增强抗体依赖性细胞的功能和淋巴细胞的抗菌作用，提高粘膜分 泌液中其他抗菌物质的协同能力。 2021/1/25 29 动物微生态知识讲座 三、肠道菌群对粘膜免疫的重要作用 肠道正常菌群对宿主的粘膜免疫系统发挥重要作用。在无菌动物，由 于缺乏微生物的刺激，不仅脾脏及粘膜淋巴组织不发达，淋巴细胞减少， 且肠道内产生 IgA的浆细胞数量只有普通动物的十分之一，但在接种肠道 正常菌群后粘膜免疫水平可增加至普通动物水平。 研究发现，肠道正常菌群的革兰氏阴性杆菌产生的内毒素对激活宿主 的粘膜免疫系统具有重要作用，特别是双歧杆菌和乳酸杆菌。 宿主血清和肠粘膜表面存在着能与原籍细菌反映的抗体，但这些抗体 对原籍细菌在肠粘膜及隐窝等部位上定植和增殖并无影响，这是由于原 籍 细菌与其定居部位的宿主细胞通过糖须或糖被而建立了某种特殊的关系。 2021/1/25 30 动物微生态知识讲座 第四节 动物正常病毒群 一、动物正常病毒群 目前证实，并非所有的病毒均对宿主有致病作用，许多病毒的致病 作用都是在一定条件下发生的。大多数病毒属于正常病毒群， 90%以上的 内源性病毒群是无致病性的，还可对宿主表现出有益的作用，如对外源 性 病毒的致病性有某种拮抗作用，还有的病毒具有促进生长发育、细胞成 熟 和提高免疫机能的作用。动物体内的许多正常病毒都是以前病毒的形式 存 在于宿主细胞的核酸链中。 病毒的致病性是相对的，是有条件的。动物的健康带毒现象也很普 遍，目前生物学家从一些健康猪的心肌和扁桃体分离到 56株口蹄疫病毒， 包括 O型 31株， A型 20株， C型 5株，从而认为口蹄疫病毒具有普遍的健康 带毒现象。此外，猪瘟病毒、伪狂犬病毒也都存在健康带毒现象。 现已证实机体免疫力下降和生理机能障碍是诱发病毒致病的主要因素。 从这个角度看，发展健康养殖与生态养殖，提高动物免疫力，减少应激 是 多么重要！ 2021/1/25 31 动物微生态知识讲座 随着现代生物技术的进展，动物微生态学的研究方法不断创新和突 破。这些方法主要包括微生物群的微观电镜观察，菌群在微生态环境中 的 定性、定量、定位测定，微生物群的代谢过程，与宿主之间的关系，作 用 机理的阐述，微生物的体外培养，悉生动物试验，基因工程技术等。 电子显微镜在微生态研究中具有极为重要的意义，为了观察微生物菌 群与宿主的关系，以及观察微生物之间的关系，电镜是唯一的方法。电 镜 包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜。 基因工程又被称为基因克隆或 DNA重组技术，运用基因工程技术进行 微生态研究，有助于从本质上揭示微生态各菌群生命活动的秘密以及菌 际 关系的本质。生物学家把一些有用的目的基因，如抗原决定簇基因，诱 导 机体产生保护性抗体的病原体基因，以及对动物生长发育有利的酶基因 等 克隆到经过改造的动物正常菌群中。当这些正常菌群定植于动物体后， 这 些基因随着细菌生长、染色体 DNA的表达而表达。基因产物直接在动物体 内发挥作用，省去体外发酵、提取、再进入动物体内的过程。 第四章 动物微生态工程和制剂 第一节 动物微生态研究方法学 2021/1/25 32 动物微生态知识讲座 悉生动物在微生态研究中扮演了极为重要的角色。悉生动物是指一 切生命形态都知道的动物，和无菌动物基本是一个概念。必须采取无菌 出生，无菌隔离器饲养，然后饲喂无菌饲料和饮水。又可以根据微生物 的污染程度，分为清洁动物、无特殊病原体动物、无菌动物。 动物对正常微生物群的演替、定植、定位、组成及其相互关系都有 影响，动物的年龄、饲料、生理变化等都是引起微生态变化的重要因素， 这些因素的作用机制，主要是通过悉生动物和普通动物的对比研究从而 取得了大量的科学信息。 正是借助于这些科学工具，生物学家系统研究了动物常见的微生物 群，包括乳酸菌、芽孢杆菌、双歧杆菌、拟杆菌、梭菌、肠杆菌、肠球 菌、 葡萄球菌、假单胞菌等细菌，和酵母菌、假丝酵母、黑曲霉、米曲霉、 木 霉等真菌，以及螺旋体、衣原体、立克次氏体、支原体、正常病毒群等 边 缘微生物群。揭示了这些微生物的形态、结构、分类、生物学特性、分 布、 生理特性和病理特性等，以及这些微生物与宿主之间的密切关系。 2021/1/25 33 动物微生态知识讲座 第二节 动物微生态工程 动物微生态工程就是运用动物微生态理论指导，将有益微生物研制成 为促进动物生长或生产性能，抗感染，促进免疫，提高饲料转化利用率， 提高畜产品品质，或降低环境污染等功效的复合或单一的微生态制剂。 目前国际上研究微生态制剂有以下几个发展趋势：首先尽量使用动物 自身的原籍微生物，也就是菌种的同源性，如猪源菌种运用在猪身上，而 禽源菌种运用于家禽身上，尽量避免异源菌种的使用；尽量少用过路菌作 为微生态菌种，如芽孢杆菌制剂已经在人的身体限制使用。 动物微生态制剂运用复合菌种效果由于单一菌种，也避免了用户自己 复配单一菌种的麻烦。但单一菌种的研制和复配复合菌种的基础。目前单 一菌种的研究注重某特定性能的开发，如免疫、抗感染、营养、肠道菌群 调控、拮抗特定病原、代谢途径改善、 pH调节、环境调控、抗应激等。 微生态菌种数量型向质量型的转变，就是尽量减少外源微生物菌种对 肠道正常菌群平衡的干扰，数量越少而性能越高越好。微生态数量过高会 造成菌群平衡的打破，会带来感染的发生就营养消耗的增加。 2021/1/25 34 动物微生态知识讲座 此外，转基因工程菌种仍然受到使用上的严格限制。虽然基因工程 的诞生与发展极大的推动了动物微生态研究的发展，但关于新菌种的应 用 任何一个国家都非常慎重。美国是世界上批准有益微生物种类最多的国 家，目前也不过 42种，而且还没有批准任何一款转基因菌种在动物微生态 上使用。 即使是自然菌种，也必须进行严格的菌种安全性和遗传稳定性试验。 保证足够长的时间验证对动物不带来任何负面影响，才可以投入使用。 在 剂型选择上，微生态最佳保存方式是冻干保存，液体剂型是最不稳定的。 芽孢杆菌因为可以形成芽孢，可以通过喷雾干燥的方法，非常稳定。 动物微生态是一门新学科，它的产品是形态、分类、特征、功能、数 量等各个方面差异巨大的活菌，没有办法制定一个科学的产品标准。和 我 们过去接触的化学品是完全不同的物质形态，所以用化学品的评价标准 来 运用与微生态产品，是不科学的做法。这也是为什么微生态制剂在全世 界 发展了 30多年，除酸乳外始终没有合适的统一标准的原因。微生态如何 标准化，这个问题全世界的生物学家们还要继续探讨下去。 2021/1/25 35 动物微生态知识讲座 第三节 动物微生态制剂 动物微生态制剂如何发挥作用？综合国内外微生态的研究结论，有优势 种群学说，生物夺氧学说，定植抗力学说、生物拮抗学说、粘膜免疫学说、 肠道营养学说、肠道调控学说等主流学说。以宝来利来产酶益生素为例， 在 以上学说的基础上，细化为以下八个方面。 详见 宝来利来产酶益生素的八个宝 。