乳酸链球菌素替代抗生素对湖羊瘤胃发酵参数的影响【字数:8857】
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摘 要 II
引言
瘤胃发酵是反刍动物区别于单胃动物最重要的消化道特征之一,反刍动物可以利用单胃动物不能直接消化利用的纤维素,将其转化为可供动物机体利用的单糖、挥发性脂肪酸和能量等,使原本无法直接被人类利用的能量更多的流向对人类有益的地方,因此,反刍动物在畜牧行业中占据着举足轻重的地位。但是由于瘤胃微生物发酵利用的原因,反刍动物对蛋白质的消化和利用相较于单胃动物而言比较低[1]。除此之外,蛋白质、碳水化合物和脂肪等大部分营养物质的吸收利用都离不开瘤胃发酵的作用。瘤胃中栖息着大量的微生物,可以将日粮中的营养成分降解发酵为挥发性脂肪酸(VFA)、肽类、氨基酸及氨等成分;同时又可以利用氮源等发酵产物合成微生物蛋白质、B族维生素和维生素K等营养物质。因此维持良好稳定的瘤胃发酵内环境对提高反刍动物饲料利用率、保证机体健康以及提高生产性能至关重要。
影响瘤胃发酵模式因素有很多,总的来说改善瘤胃发酵主要是通过以下几种方法:改善饲料配方、使用饲料添加剂、通过生物学手段等。莫能菌素是一种应用于反刍动物最广泛的离子载体添加剂之一,早在1967年前人就从发酵液中分离得到莫能菌素,并报道了其抗球虫的作用;1970年,美国批准其可作为抗球虫剂使用,随后礼来公司将其作为第一种可被商用的聚醚类离子抗生素推向市场。几年后,美国和日本先后批准其可作为肉牛饲料添加剂,我国于1985年批准其在我国生产。近几年,欧盟逐渐批准其用于奶牛酮病的预防[2]。莫能菌素属于醚类离子抗生素,具有五环多醚结构和酸性[3]。有研究表明,莫能菌素对革兰氏阳性菌(G+)非常有效,但是对革兰氏阴性菌(G)几乎没有作用[46],它通过增加瘤胃丙酸浓度,抑制甲烷生成,瘤胃蛋白降解以及脱氨基作用等来影响瘤胃微生物的代谢[7]。莫能菌素对于减少甲烷和氮排放有着显著的效果,且大大降低了生产成本。然而饲料中饲用抗生素的滥用使得饲药残留和耐药菌株的产生带来了严重的环境压力和食品安全问题,成为制约畜牧行业发展的重要因素之一。因此高效、低抗药性的抗生素替代物的开发是世界各国畜牧行业的需求和未来趋势[8]。
细菌素作为一类具有天然抗生素潜力的天然抗菌剂备受关注,它是某些细菌在代谢过程中由核糖体产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽。Nisin作为研究最为 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ¥351916072$
透彻的、最商业化的细菌素,是乳酸菌I类细菌素中的IA类型羊毛硫细菌素的主要代表[9]。早在1928年,Rogers[10]就通过研究证明,Nisin代谢产物能够有效抑制部分G+的生长与繁殖。1951年,Hirsch等[11]证明了乳酸链球菌素可以抑制芽孢杆菌的生长从而避免奶酪酸败。1969年,乳酸链球菌素通过世界卫生组织进入了食品防腐剂行列,成为世界上第一种应用于食品的抗菌肽[12],我国则于1988年批准Nisin在乳制品、肉制品等中的使用。Nisin是一种由包括乳酸菌和链球菌在内的某些革兰氏阳性菌产生的细菌素[13],是由34个氨基酸组成的高分子多肽,根据其构型不同可以分为Nisin A型、Nisin Z型等六种亚型,具有很强的杀菌作用[14.15],主要用于抑制乳酸杆菌、肉毒杆菌、葡萄球菌等革兰氏阳性菌[16],少部分革兰氏阴性菌也会影响[17]。Nisin在食品行业中应用已久且其安全性和有效性在近几十年中被反复证明,是一种可靠的食品防腐添加剂,但是作为畜牧行业饲料添加剂的使用还尚不广泛,由于Nisin安全高效无残留的特点,可以将其作为理想的抗生素替代物[18]。不同类型的细菌素抑菌机理不同,一般来说包括损伤细胞膜,抑制细胞分裂和损伤细胞壁等[19.20]。Nisin的抑菌机制是主要通过阻碍细胞分裂从而抑制细菌生存:一是通过影响细胞内陷;二是通过与细胞质前体物质脂质结合阻止细胞隔膜的产生[21]。乳酸链球菌素对G+有着更强的抑制作用,而G+和G在结构上主要的区别表现在细胞壁上[22]。后者虽然细胞壁肽聚糖含量不如前者,但是组成复杂,结构致密,只有分子量低于600Da才有通过的可能。而乳酸链球菌素的分子量高达3500Da,因此无法穿越G的细胞壁进而无法作用于细胞膜,侧面证明了乳酸链球菌素的作用可能离不开对于细胞膜的识别或者吸附[23]。Engelke G等[24]关于Nisin的抑菌机制提出了“孔道”理论——只要膜电位合适,Nisin将吸附在目标菌株的细胞膜上,将C末端伸入从而形成可以允许分子量500Da以下亲水分子流入的孔道,进一步导致细胞膜的去极化以及ATP外漏、水分子渗入以及内容物外泄,最终导致细胞自溶消亡而达到抑菌的目的。我们认为Nisin作为反刍动物的饲料添加剂具有潜在的改善瘤胃发酵的作用,是基于前人对其动物消化道改善功能的研究。已有研究表明,乳酸链球菌素可用于畜禽胃肠道的调节[25.26],而前人也多次进行了关于证明其减少甲烷产量,降低氨氮浓度,影响挥发性脂肪酸,以及改善动物生长性能等作用的体内或体外的试验。由前人的研究结果可以预测,Nisin在体外试验或在其他动物上所表现的积极作用也可能会表现在本试验中。因此本试验以湖羊为研究对象,通过体内试验在基础日粮中添加乳酸链球菌素研究其对湖羊瘤胃pH、挥发性脂肪酸、氨态氮等瘤胃发酵参数的影响,从不同角度进一步证明乳酸链球菌素对湖羊的作用效果,旨在为畜牧行业无抗生产时代的到来提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及试验动物
1.1.1 试验材料
添加剂:乳酸链球菌素(浙江新银象生物工程有限公司),活性1×106 IU/g;CAS:1414455;莫能菌素(山东胜利生物工程有限公司),规格2000万单位。
1.1.2 试验动物
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