微生态基本理论

1、微生态基本理论 作者: 荆棘鸟 发布日期: 2008-12-09 查看数: 187 出自: /html 动物微生态营养、应用技术及发展趋势张日俊 （中国农业大学 动物营养学国家重点实验室 饲料生物技术实验室）1微生态基本理论概述1.1微生态概念Rusch：细胞水平或分子水平的生态学 研究正常微生物与其宿主内环境相互依赖和相互制约的细胞水平和分子水平生态科学 生态：生物群体及其所处的环境。1.2正常菌群在动物或人的体内和体表常常存在一层微生物或微生物层(microbial zone)，而且在正常情况下，动物处于健康状态，并未出现异常或致病现象，这一微

2、生物层就是正常微生物群(normal microbiota)，或称固有（原籍/内生）菌群。否则称过路菌。它对动物体非但无害，而且有益；不仅有益，而且是必要的、不可缺少的；生理系统（第十三系统）人或单胃动物消化道中寄居大量细菌。LucKey估计，人或动物消化道中含1014细菌细胞 ，而人体或动物细胞仅为1013人粪便湿重的40%以上是细菌细胞单胃动物（猪、兔、禽）微生物量：50亿500亿/g湿粪， 5001000种。但计数法，有85%无法培养得到。1.3 肠道微生态系的组成微生态系的组成：正常微生物群在动物体内定居是在长期历史进化过程中，微生物通过适应和自然选择的结果，在微生物与微生物之间，微生

3、物与动物体之间，微生物、动物体及其环境三者之间形成一个相互依赖，相互制约的呈动态平衡的微生态系（称“微生态三角”）。例如：健康猪的皮肤上有金黄色葡萄球菌，消化道中有大肠杆菌、沙门氏菌、轮状病毒，呼吸道中有多杀巴氏杆菌，生殖道中有螺旋体、大肠杆菌、抗酸性细菌。猪的健康受损、免疫功能低下时，正常微生物群的结构遭到破坏，出现生态失调时，才有可能表现致病作用。1.4 微生态平衡微生态平衡(eubiosis)：在长期历史进化过程中，正常微生物的各级生态组织结构（种属、比例）与宿主（不同发育阶段的动物）体内、体表的相应生态空间结构（粘膜、皮肤等的组织结构）相互作用的生理性统一体，这个统一体的内部结构（菌群

4、结构和其所处的环境结构）和存在状态（和平共处）就是微生态平衡。存在状态：和平共处，细胞间、分子间相、互作用状态。1.5影响微生态平衡的因素1.5.1 环境的影响（1）空气成分（氧少、氨多、病原微生物多）以及气温突变：使宿主生理机能严重失调，造成疾病发生，进而影响菌群。（2）饲料与饮水：饲料变质、养分不全，饮水污染 ，造成宿主的代谢紊乱或感染。（3）化学物质与辐射：使组织、器官损伤，自然防御机制受破坏，免疫机能降低，导致微生物感染。特点是间接作用，主要是改变了宿主的生理功能，致使菌群失调。1.5.2 宿主的影响菌群平衡 （1）免疫状态：宿主的免疫机能是抗感染、防卫以及清除正常微生物群代谢产物内毒

5、素。当免疫功能缺陷、抑制、损害，均可造成微生态失调。（2）遗传：正常微生物群的组成与数量，存在种属、个体间的差别。可能是控制正常菌群组成与数量的因素之一。（3）生理状态：影响正常微生物的定植和数量。胃酸减少或缺乏，使胃内正常菌群菌数减少；肠蠕动过速与缓慢，菌群存留时间及繁殖数量；胆汁酸分泌减少，肠道粘液过少等，降低菌群的定植与数量。1.5.3 微生物菌群本身影响菌群平衡正常微生物菌群的自身状态（有益和有害微生物的组成、比例）以及种群间相互关系的失调都影响菌群平衡。1.6 微生态平衡的作用能够保证动物消化道机能正常和健康；能够产生非特异性免疫调节因子，提高动物免疫能力；能够合成蛋白酶、淀粉酶等，

6、提高常规养分利用率；能够增强消化力：微生物能利用纤维素、半纤维素、果胶、几丁质、植酸磷等动物自身不能利用的物质的能力，从食物细胞释放出养分；能够合成维生素和菌体蛋白，丰富营养。未知生长因子，促进生长。1.7 动物微生态失调微生态失调(dysbiosis) ：指正常微生物菌群之间，正常微生物与其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。 dys-有病的；biosis生命。失调的内涵：（1）菌间的比例失调：正常菌群之间微生物群落的平衡状态遭到破坏；（2）菌与宿主的生态失调：如宿主患病或抗生素过度使用，菌与宿主的平衡遭到破坏。（3）菌、宿主与外环境的失调：如气温突然变

7、冷引起腹泻。微生态失调的主要表现有：菌群的种类、数量和定位的变化（间接可见）以及宿主患病或出现病理变化（直接可见）。菌群间的关系有助生、抗生和偏生。（1）助生(mutualism)：是指两种或两种以上共同生长的微生物互相受益，保持微生物菌群的平衡状态。（2）抗生(antibiosis)：是指使用抗生素等药物后，微生物菌群间比例失调。（3）偏生(即偏害共生amensalism /偏利共生commensalism)：是指两种微生物共同生长时，一方产生抑制另一方生长的因子。如病原菌产生抑制正常菌的因子。微生态失调的分类（1）定位转移或易位：某部位的菌群从转移到另一个本来不该出现的部位（区域）。如霉菌

8、毒害肠粘膜（2）血行感染：血行感染可出现在定位转移之前，也可出现在定位转移之后。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。血行感染分为菌血症与脓毒败血症。菌群侵入血液生长繁殖称菌血症。正常菌群进入血液很常见，但不一定都形成感染。只有在动物抵抗力降低，免疫功能减弱的情况下才引起感染。脓毒败血症即细菌经血行(菌血症)转移到其他部位引起严重感染，然后再由感染部位重新进入血行，引起严重感染。预后大多不佳。（3）易位病灶：正常菌群因其他诱因易位，在远隔的脏器或组织形成病灶。例如脑、肝、肾、腹腔、盆腔等处的脓肿。这种病例多与脓毒败血症连续发生或同时发生。1.8微生失调的原因（1）外界环境因素

9、，如气候因素腹泻。（2）动物正常生理结构破坏，如手术、漏管。（3）免疫抑制疗法（激素、同位素治疗）。（4）抗生素疗法。破坏正常菌群。如，防治腹泻时，大量使用土霉素、金霉素，不仅杀灭了致病菌，也对厌氧菌有明显的抑杀，定植抗力下降，对外源性感染的敏感性增加。促进耐药菌株的增加。大肠杆菌可将耐药性质粒传递给金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、假单脑菌属、变形杆菌、不动杆菌、伤寒杆菌、痢疾籽菌等不同种属的细菌，引起流行病学及公共卫生问题。促进定位转移。大量使用抗生素，使耐药性大肠杆菌等肠道菌向呼吸道转移。（5）中毒、感染、肠炎、便秘。如，赤霉菌毒素、黄曲霉毒素等中毒1.9菌群失调的危害消耗宿主碳水化合物及能量，

10、导致饲料效率下降；杂菌（如大肠杆菌及沙门氏菌）不正常增生，导致下痢或肠道疾病；部分细菌产生毒素，导致损伤肠道粘膜，如大肠杆菌、梭菌、曲形菌的毒素；继发感染，导致菌血症、毒血症；粘膜变薄甚至脱落，导致营养吸收障碍。如，僵猪、僵鸡。1.10菌群平衡的重要性消化道解剖学的修饰，如腔室体积、消化道壁结构、消化道粘膜可吸收面积的改变，促进消化道成熟；消化道内容物质量的修饰，如物理（pH、氧还电位等）的、生物化学的；消化道生理学的修饰，如肠蠕动，消化道上皮细胞的再生，脂、糖、氮、水、无机物等物质的吸收的改善；对外来细菌的菌群屏障作用，如严格屏障作用和非严格屏障作用，有些细菌能分泌拮抗蛋白，抑制一些有害微生

11、物的生长；消化道免疫系统的修饰，如分泌IgA浆细胞数目的增加和派伊尔淋巴集结大小的增加，标志着免疫功能的增强；补充消化酶，消化道是直接暴露于微生物菌群作用的部位，微生物可产生一系列作用。主要是酶的生化作用；产生多种氨基酸、维生素（K、C、B1、B2、B6、泛酸、烟酸、生物素、肌醇和叶酸等）以及其他代谢产物，可被畜禽利用，促进生长和增重对动物的能量和脂类代谢产生影响。与微生物种类有关。2 动物微生态营养2.1 动物肠道微生物菌群多样性和演替规律2.1.1 研究方法的比较传统方法：用选择培养、计数的方法，可分析的微生物占环境中总微生物的0.110%(Brock,1987; Amann,1995)，

12、可培养的极有限。直观、定性、定量、在种或属水平上描述有些微生物不可培养，不全面。现代方法：分子生物学方法，基于16S-rDNA/rRNA，可了解全貌，较准确了解菌群结构。建立16SrDNA文库：引物PCR测序DNA序列分析FASTA或BLAST计算丰度（）结构。在属在水平上描述，比较全面。分析多样性的意义：菌群结构影响动物的生理状态，包括抗病力，消化机能，生产效率等；菌群的结构影响动物的产品风味、品质，动物营养学的热点之一；菌群结构与人类肥胖病、高胆固醇症关系密切。2.2 肉仔鸡不同肠道菌群演替规律3 动物微生态调节剂应用技术3.1微生物饲料添加剂微生物饲料添加剂又称益生菌或益生素（probi

13、otics），是含活菌和（或）死菌，包括其组分和产物的细菌细菌制品，经口或经由其它粘膜途径投入，旨在改善粘膜表面微生物或酶的平衡，或者刺激特异性或非特异性免疫机制（1994,德国国际会议）。灭活益生素：是将已知有益微生物经培养等特殊工艺制成的只含灭活的死菌及其代谢产物的制品称为灭活益生素，这方面的制品已在我国出现。微生物饲料添加剂的剂型及优缺点见下面两类产品优缺点对比表：表1 固液发酵对比表发酵方式 活菌数 产品剂型 货架时间 功效固体 少 粉剂、单一 短 模糊液体 多 粉剂、微胶囊、液态等 长 明确益生素（微生物饲料添加剂）的功能有：生成乳酸，降低肠内pH，不利致病菌生长；产生过氧化氢，杀灭病原菌；防止毒胺或氨的生长；产生抗生素作用；产生某些酶而有助消化；合成B族维生素；释放细胞壁多糖蛋白，刺激免疫系统，增强动物体免疫功能。3.2 益生元（Prebiotics）在