抗生素长期使用会在畜禽体内累积,造成抗生素残留量超标,且在抗生素选择下存活的细菌具有较强的耐药性,危害畜禽和人类的健康[1]。基于此,美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)于2017年正式宣布停止使用人兽共用抗菌药作为抗生素促生长剂,我国分别于2017年、2018年和2020年出台禁抗、减抗的措施,以规范畜牧业中促生长类抗生素的使用[2]。在此背景下,大量研究表明适量益生菌可有效改善畜禽健康状况,抑制病原微生物生长以及优化肠道菌群结构,有望减少抗生素在畜牧业中的应用并发挥积极作用[3]。在众多益生菌中,屎肠球菌(Enterococcus faecium)作为一种重要的饲料添加剂,在畜牧业中广泛应用,有着良好的应用前景。屎肠球菌于1984年被FDA和美国饲料控制官方协会(Association of American Feed Control Officials,AAFCO)列为饲料安全菌株,成为第1批被FDA批准用于动物饲养的益生菌[4]。诸多研究已经证实屎肠球菌具备优良的生物学性质,能以活菌状态抵达宿主胃肠道,进而发挥其益生菌功能,对宿主产生积极影响,在益生菌研究及饲料添加剂应用领域展现出特有的价值与潜力。本文综述了屎肠球菌的生物学特性、作用机制、在畜牧业中的应用以及目前存在的问题与挑战,旨在推动屎肠球菌在畜牧生产中的应用并提供参考。
1 屎肠球菌的生物学特性
1.1 屎肠球菌的形态与结构
1.2 屎肠球菌的耐热性
温度作为微生物生长环境因素之一,影响着菌落的生长状态及速度。屎肠球菌是人和动物肠道内普遍存在的菌群,能很好地适应体内温度,以活菌的形式发挥益生作用。此外,优良的益生性屎肠球菌还应具有较高的耐热性,以保证在饲料制作过程中的存活率[9]。谢改杰等[10]从健康猪粪便中分离的屎肠球菌在50 ℃以下的水温中静置15 min后存活率接近100%。屎肠球菌SQ-1经过65 ℃处理15 min后存活率仍有75%以上,80 ℃时仍有活菌存在[6]。屎肠球菌GXNN20210320-4在50 ℃下的存活率达到103.10%,在60 ℃时存活率保持在82.35%且仍具备生长能力[11]。万颖等[12]研究发现,屎肠球菌F11.1G有较强的热稳定性,在110 ℃的情况下抑菌率仍大于40%。由此可知,屎肠球菌能够满足作为饲料添加剂对耐热性的要求,且具有一定优势。
1.3 屎肠球菌的耐酸性
屎肠球菌是肠道菌群之一[13],但作为饲料添加剂时需要具有一定的耐酸性,才能通过胃液后以活菌的形式到达肠道并定植。单胃动物胃液pH一般在2.0~2.5[14],反刍动物的皱胃胃液pH为2.0~3.0,胃液酸度会随动物摄食有所下降。屎肠球菌的耐酸性决定其能否通过胃液,以活菌形式抵达动物肠道。徐淑琴等[15]研究发现,在pH=3.0的培养液中培养4 h后,屎肠球菌EF1-mh的浓度为9.50×106 CFU/mL,继续培养16 h,培养液pH降到2.0后仍有活菌存在。屎肠球菌SC-Y112在pH=2.0的模拟胃液中培养3 h后存活率约为73.66%[16]。与在pH=6.0的环境下孵育相比,屎肠球菌HDRsEf1在pH=2.5的环境下孵育2 h后活菌浓度下降不显著,在pH=2.0的环境下仍有大量活菌存在[17]。由此表明,屎肠球菌具备优良的耐酸性,该菌可抵抗胃液酸度以活菌的形式抵达肠道进行定植。
1.4 屎肠球菌的耐胆盐性
胆盐作为胃肠道中的生物表面活性剂,在脂质消化过程中发挥着重要作用[18]。动物消化道内胆汁的浓度为0.03%~0.30%[19],屎肠球菌需要具有耐胆盐的特性才能以一定的活菌数量抵达肠道。屎肠球菌F1.11G在胆盐浓度为0.15%时的存活率高达126.6%,在胆盐浓度为0.20%时的存活率为96.6%[12]。屎肠球菌C1在0.2%的胆盐中存活率为67.152%,在0.4%的胆盐中存活率仍为30.331%[20]。屎肠球菌SWUN5732在0.3%的胆盐环境下的存活率为78.9%,说明该菌能通过消化道存活[21]。汤伟等[7]研究发现,不同浓度(0.1%、0.2%、0.3%,m/V)的猪胆盐对屎肠球菌Ef026的生长有一定的抑制,但活菌数仍能维持初始水平,表明该菌对胆盐有良好的耐受,能够通过胃肠道并达到一定数量,进而发挥益生作用。
1.5 屎肠球菌的黏附性和抑菌性
菌株的黏附性与在动物肠道的停留时间紧密相关,而停留时间又直接影响其在体内发挥作用的效果,因此,菌株黏附性对其发挥益生作用意义重大[22]。鼠李糖乳杆菌因其具有强黏附力,常被当作比较对象来评估其他菌株的黏附能力[4]。马青雯等[23]在其试验中测得鼠李糖乳杆菌的黏附率为14.13%,而屎肠球菌DLR6-12-2菌株的黏附率达18.16%。屎肠球菌B13和262菌株对Caco-2细胞的黏附率分别为36.69%和31.75%[22]。梁小东[21]的体外Caco-2细胞黏附试验表明,屎肠球菌SWUN5732可有效黏附于Caco-2细胞表面。王涛等[17]通过黏附性试验发现,屎肠球菌与黏蛋白有明显的黏附,表明屎肠球菌HDRsEf1能在肠道中滞留。益生菌黏附是其进入胃肠道并充分发挥功能的首要关键步骤,屎肠球菌优良的黏附能力使其能有足够的时间滞留于肠道表面并定植,进而发挥益生作用。
同样,病原菌入侵宿主也需先进行黏附后表达毒性因子[22]。屎肠球菌较强的黏附性可以与病原菌抢占定植位点,阻断病原菌与黏膜受体黏附,进而起到一定抑菌作用。此外,屎肠球菌还可分泌细菌素,抑制病原菌生长。张晓勇等[24]研究发现,屎肠球菌FDT2能产生细菌素等抑菌物质,抑制大肠杆菌、沙门氏菌等肠道致病菌的增殖。屎肠球菌LX12-2和LX18-9对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、单增李斯特菌和沙门氏菌均有不同程度的抑菌效果[25]。单春乔等[26]研究发现,屎肠球菌M74与大肠杆菌和沙门氏菌混合发酵36 h后,屎肠球菌M74的代谢产物浓度升高,对自身生长有一定抑制,而对大肠杆菌和沙门氏菌则有强烈的抑制作用,近似灭杀。在王朝等[27]的试验中,屎肠球菌SC1、SC6、SC7、SC9、SC10和SC11对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌呈现出较强的抑菌能力,抑菌圈直径均大于10 mm。由此可知,屎肠球菌在肠道定植后可抑制病原菌的定植,调节肠道微生态环境。
综上所述,屎肠球菌具有广泛的环境适应性和良好的抗逆性,能够在动物体内维持较高活性。其耐酸、耐胆盐能力突出,可适应不同动物的胃肠道环境并保持一定数量。该菌的黏附性有助于其在宿主肠道内定植,进而发挥益生菌功能。益生菌对致病菌的抑菌效果是筛选益生菌的关键指标之一。屎肠球菌的抑菌性能够抑制病原菌的生长繁殖,维持动物肠道健康。这些特性使其符合益生菌作为饲料添加剂在畜牧养殖领域的要求,展现出广阔的应用前景和潜力。
2 屎肠球菌的作用机制
2.1 屎肠球菌能促进营养物质吸收
畜禽生产性能的提升本质上依赖于消化道对营养物质的吸收与利用,而肠道菌群在其中发挥着不可忽视的作用。屎肠球菌通过代谢活动产生乙酸和丁酸等短链脂肪酸,这些有机酸不仅可供宿主吸收利用[26],还能促进钙、铁、磷等矿物质的溶解与吸收。该菌可分泌多种酶类加快纤维素降解[28],促进营养物质消化吸收,进而提高动物生产水平。李媛媛等[29]研究发现,屎肠球菌可显著增强21日龄仔猪空肠麦芽糖酶、淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶活性,有效降解饲粮中的碳水化合物和蛋白质等物质,有利于仔猪对营养物质的消化吸收。动物肠道形态也影响营养物质的消化吸收。屎肠球菌对肠道发育有显著促进作用,通过改善肠绒毛高度与隐窝深度[30]、延长小肠相对长度,改善肠道发育;提高肉鸡肠道指数[31],扩大营养物质消化吸收表面积;上调5-羟色胺转运体(影响肠道运动的关键物质)表达,刺激肠道运动[32],从而优化肠道发育并提升营养物质吸收效率。此外,屎肠球菌可通过调节肠道菌群结构显著提升肠道微生物多样性及丰富度[33]。研究表明,该菌通过提高有益菌门酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度,调节肠道微生态平衡,进而增强饲粮中营养物质的降解效率[31]。由此可知,屎肠球菌不仅改善了肠道消化吸收功能,还能维持肠道健康屏障,最终实现对动物生产性能的显著提升。屎肠球菌促进营养物质吸收的机制如图1所示。
2.2 屎肠球菌能调节肠道菌群平衡
肠道菌群作为宿主健康的重要“微生物器官”,其动态平衡对动物健康起着基础性作用[34]。在这一微生态系统中,屎肠球菌作为重要的乳酸菌成员之一,通过多重机制调控肠道菌群结构,为宿主肠道健康提供多维度的保障。屎肠球菌代谢产生的有机酸,在一定程度上使肠道环境的pH降低,抑制肠道内不耐酸的细菌生长[35],例如抑制大肠杆菌和沙门氏菌的繁殖。研究发现,在海兰褐蛋鸡饲粮中添加屎肠球菌后,蛋鸡肠道中乳酸菌的数量增加,而大肠杆菌和沙门氏菌的数量减少[36]。这一现象表明,屎肠球菌能在一定程度上提升动物肠道内有益菌群的数量,有效改善海兰褐蛋鸡的肠道内环境,促进肠道健康。屎肠球菌还可分泌包括肠球菌素P在内的细菌素,展现出广谱抑菌活性。其中,菌株ID4通过破坏指示菌细胞膜完整性,使指示菌细胞膜发生明显穿孔,内容物泄漏,对多种革兰氏阳性致病菌表现出较好抑制效果[37]。细菌在宿主肠道定植后才能具有生物活性,屎肠球菌较强的黏附性和共聚性可以通过排斥、竞争和置换3种方式与有害病原菌竞争肠道细胞表面生态位点,形成空间位阻,减少病原菌定植[22];同时与其他有益菌构成优势菌群,抑制病原菌的繁殖,进而优化宿主肠道环境,维持肠道微生态平衡[22],为宿主肠道健康提供保障。
2.3 屎肠球菌能增强肠道上皮屏障功能
肠道上皮作为机体重要的物理和免疫屏障,既能通过紧密连接结构阻止病原微生物入侵,减少感染风险,又能限制病原菌及内毒素穿透肠黏膜,对维持肠道健康及机体稳态至关重要[38]。屎肠球菌能够黏附于肠道上皮细胞,刺激局部黏膜免疫,其分泌的生物素以及代谢物质能够在肠道表面形成屏障。该菌还可通过竞争黏附并聚集在肠道表面,与其他有益菌形成生物膜,阻止病原菌入侵[22]。肠道上皮细胞间的紧密连接是肠道物理屏障的关键,其结构完整性依赖于跨膜蛋白与胞内衔接蛋白的协同作用。其中,跨膜蛋白主要包括密封蛋白(claudin)、闭合蛋白(occludin)及连接黏附分子,它们通过胞内结构域与闭锁小带蛋白(ZO)家族相互作用,共同调控细胞旁通透性及屏障功能[39]。研究发现,植物精油和屎肠球菌联合饲喂能上调ZO-1 mRNA相对表达量,提高肠道紧密连接蛋白表达,维护肠道物理屏障完整性。此外,屎肠球菌还能刺激杯状细胞表达和分泌黏蛋白,使黏膜层细胞活动受限,进而提高上皮细胞间紧密连接的稳定性[22]。Toll样受体(TLR)在非特异性免疫中至关重要,可精准识别突破肠道黏膜屏障的微生物,激活免疫应答[40]。崔百磊等[41]发现,灭活后的屎肠球菌能提高仔猪回肠TLR-4 mRNA相对表达量,由此可见,屎肠球菌的代谢物对TLR基因表达有一定促进作用,有利于调节仔猪肠黏膜屏障的应答。屎肠球菌调节肠道菌群并增强肠道屏障的机制如图2所示。
2.4 屎肠球菌能提高抗氧化能力
在生理状态下,生物体通过精密调控的抗氧化系统维持代谢稳态。当氧化-抗氧化稳态失衡时,自由基(如羟自由基、超氧阴离子等活性氧分子[42])过量生成或清除障碍会导致氧化应激,最终诱发多系统病理损伤[43]。屎肠球菌能快速定植于宿主的消化道内并发挥生理作用,提高宿主抗氧化能力,帮助清除自由基[44-45]。血清中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)是生物体氧化应激反应中的关键抗氧化酶,其活性直接反映机体清除自由基的能力;丙二醛(MDA)作为膜脂质过氧化的标志性产物,其含量变化可作为评估组织或器官氧化损伤程度的重要指标[46]。在泌乳中期奶牛的饲粮中添加低剂量的屎肠球菌制剂可使血清MDA含量降低[47];在老龄健康宠物犬的饲粮中按体重添加0.5 g/kg屎肠球菌后,该宠物犬血清MDA含量显著降低,血清GSH-Px和总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性显著升高[48],说明屎肠球菌可以通过清除自由基、提高抗氧化酶活性的方式,有效预防宿主发生氧化应激,具有一定的抗氧化作用。过氧化氢酶(CAT)是抗氧化防御体系的核心酶之一,其功能是分解细胞内的过氧化氢(H2O2),从而避免氧化损伤并维持细胞氧化还原稳态。冯宝宝等[49]研究发现,断奶仔猪饲喂低剂量的屎肠球菌SF68后能显著提高空肠、回肠中CAT活性,并提高谷胱甘肽(GSH)含量,为GSH-Px提供更多底物以减少过氧化物对细胞的氧化损伤。由此可知,屎肠球菌在抗氧化防御系统中发挥着较大的抗氧化作用。
2.5 屎肠球菌能增强机体免疫能力
肠道是机体的主要免疫系统,被认为在免疫系统中起着重要作用[50]。屎肠球菌除了能增强肠道屏障,还能通过调控相关免疫因子表达来提高宿主免疫力。崔百磊等[41]发现,断奶仔猪灌服屎肠球菌后,空肠、回肠黏膜白细胞介素-8(IL-8)mRNA相对表达量显著降低,且白细胞介素-10(IL-10)和转化生长因子-β(TGF-β)mRNA相对表达量显著提高,表明屎肠球菌可以通过激活肠道黏膜免疫应答,上调抗炎细胞因子表达并抑制促炎介质的释放,从而维持肠道免疫稳态。饲粮中添加嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和屎肠球菌的混合菌剂,可降低肉兔血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)和干扰素-γ(INF-γ)含量,同时提高血清免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)含量[51]。血清溶菌酶活性是评估非特异性免疫的指标之一。Wu等[52]研究发现,随着给肉鸡饲喂屎肠球菌水平的提高,血清溶菌酶活性线性提高,表明屎肠球菌能够增强肉鸡的非特异性免疫能力。研究表明,红细胞膜表面存在多种细胞因子受体,可通过结合特定配体促进淋巴细胞的增殖;同时可黏附、清除免疫复合物,参与免疫应答[53]。低剂量的屎肠球菌可使红细胞数量升高,通过促进红细胞增殖从而促进机体免疫力的提高[47]。此外,黄金贵等[31]发现,屎肠球菌还可以提高肉鸡脾脏、胸腺和法氏囊指数,表明屎肠球菌可通过促进免疫器官发育使宿主免疫力得到提升。屎肠球菌提高抗氧化能力并增强机体免疫力的机制如图3所示。
综上所述,屎肠球菌通过其高效的肠道黏附能力、代谢产酸降低pH的特性及兼性厌氧的生态适应性,在肠道微生态竞争中占据显著优势。该菌可通过竞争黏附位点、分泌有机酸及抗菌物质抑制病原菌定植,同时与其他益生菌协同形成优势菌群,维持肠道菌群平衡。其代谢产物不仅可促进宿主对营养物质的吸收利用,还能通过增强肠道黏膜屏障功能减少病原菌侵害,并通过调节免疫应答提升动物抗病能力。在畜牧养殖中,屎肠球菌制剂通过改善肠道菌群结构、增强消化吸收效率及提高机体抗氧化能力和免疫力,显著降低腹泻率并促进动物生长性能的提高,为健康养殖提供重要支撑。
3 屎肠球菌在畜牧业中的应用
3.1 屎肠球菌在猪生产中的应用
在猪养殖生产中,仔猪断奶是一个关键过渡时期。由于饲粮营养成分和形态以及生理状态的改变易导致哺乳仔猪消化系统紊乱、生长发育受阻、免疫力降低并诱发腹泻,引起断奶应激,影响猪养殖经济效益[54]。因此,屎肠球菌对断奶仔猪的影响研究较多。大量研究表明,屎肠球菌具有调节肠道菌群平衡、促进肠道发育等作用,可有效缓解仔猪断奶应激[55]。饲喂屎肠球菌后,能明显改善断奶仔猪的肠道形态,减少腹泻,降低仔猪死淘率[30,56-57]。屎肠球菌可改变断奶仔猪肠道菌群结构,使乳酸菌数量增加,大肠杆菌数量减少[58-59],同时使菌群的丰富度增加[33],调节菌群平衡,增强对营养物质的消化,进而改善仔猪的生长性能。熊小伍等[60]研究发现,饲喂添加屎肠球菌NCIMB10415的饲粮,断奶仔猪平均日采食量提高3.4%,平均日增重提高3.0%。屎肠球菌还可以通过提高血清免疫球蛋白M(IgM)和IgG含量来提高断奶仔猪的免疫力[61]。王永[62]在断奶仔猪的饲粮中添加屎肠球菌后发现,仔猪的红细胞以及淋巴细胞的数量都有所增加,且添加300 mg/kg的屎肠球菌显著提高了仔猪脾脏重量,表明屎肠球菌可有效促进免疫器官发育,提高仔猪的免疫力,从而减少仔猪患病,降低淘汰率。此外,屎肠球菌还可提高断奶仔猪空肠内各种消化酶的活性,增强对营养物质的消化[29],与中链脂肪酸混合饲喂可使平均日增重升高,且能降低氨气排放[63]。在断奶期联合饲喂屎肠球菌DSM 7134、枯草芽孢杆菌AS1.836和酿酒酵母ATCC 28338可改善仔猪肠道形态并调节微生物群落,预防腹泻[64]。
屎肠球菌对新生仔猪也有一定的益生作用。在新生哺乳仔猪阶段,口服屎肠球菌有助于其建立有益的微生态平衡,对结肠微生物群落产生持续影响[65],不仅能促进仔猪体重增长,还能有效降低腹泻率[66]。Büsing等[67]给新生仔猪口服液体屎肠球菌DSM 10663后,仔猪的腹泻发生率和严重程度均有所降低。王茹[68]研究发现,屎肠球菌可有效缓解由大肠杆菌引起的新生仔猪腹泻,帮助维持肠道菌群平衡。Palkovicsné等[69]通过体外研究证实,屎肠球菌可抑制大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌对猪肠上皮细胞的黏附,即使在病原菌黏附后进行后处理,也同样能发挥抑制作用,说明屎肠球菌可破坏已经建立的病原菌定植。此外,泌乳母猪饲粮中添加屎肠球菌可提高其对干物质、氮和总能的表观消化率[70]。屎肠球菌、甘露寡糖和苯甲醛混合饲喂可增加育肥猪空肠中的肠球菌数量,减少大肠杆菌数量,提高饲料转化率,使育肥猪最终体重升高[71],提高养殖场经济效益。
由此可知,在猪的养殖生产中,屎肠球菌对仔猪有显著益生功效。该菌可促进新生仔猪肠道内有益菌的定植,有效降低仔猪腹泻率,同时有助于提高断奶重。仔猪饲粮中添加屎肠球菌不仅能够增强机体免疫力,抑制大肠杆菌等有害菌的生长繁殖,减少相关疾病发生,还能有效促进仔猪肠道发育,加强对营养物质的吸收,提高饲料利用率,减少饲料浪费,进而提高养殖的经济效益。综合而言,屎肠球菌在养猪业中展现出较高的应用潜力与价值。
3.2 屎肠球菌在家禽生产中的应用
在家禽生产中,屎肠球菌对肉鸡益生作用的研究较为广泛。饲粮中添加屎肠球菌可提高22~42日龄肉仔鸡平均日增重,降低料重比,并增强免疫能力[46]。安文艺等[72]研究发现,屎肠球菌可使21日龄肉仔鸡血清IgA含量升高;与壳寡糖同时添加可协同缓解由脂多糖诱导的脾脏肿大,减少炎症反应,有效改善脂多糖刺激对肉仔鸡产生的不利影响。屎肠球菌能通过提高小肠绒毛高度、肠道中消化酶活性以及蛋白质代谢[73-74]来促进肉鸡对营养物质的消化吸收[75],进而提高生长性能。胡真真等[76]通过在21日龄肉鸡饲粮中添加不同剂量屎肠球菌发现,肉鸡小肠中乳糖酶和麦芽糖酶活性升高,有效提升肠道对营养物质的消化效率。屎肠球菌还可增强肉鸡抗氧化功能[77]。毛俊舟等[78]研究发现,饲粮中添加屎肠球菌后,肉鸡血清GSH-Px和SOD活性以及总抗氧化能力(T-AOC)均高于基础饲粮组的肉鸡,并提高肝脏CAT活性,表明屎肠球菌能改善肉鸡抗氧化应激能力;并且通过对照,验证了屎肠球菌在提高血清和肝脏抗氧化能力上,200 mg/kg屎肠球菌的添加量与抗生素效果相当。此外,屎肠球菌还能改善大肠杆菌感染肉鸡的生长性能[79];减少沙门氏菌入侵,预防细菌感染[80];减轻鼠伤寒沙门氏菌感染导致的肠道损伤,增强肉鸡肠道屏障[81]。Shao等[82]研究证实,屎肠球菌NCIMB 11181可缓解鼠伤寒沙门氏菌对肉鸡肠道的损伤,或可作为有效非抗生素饲料添加剂改善肠道健康和控制沙门氏菌感染。
屎肠球菌对蛋鸡也有积极影响,能够提高饲料利用率,降低料蛋比[83];促进蛋鸡对营养物质的消化吸收,提高平均蛋重[84-86];增加生殖激素分泌,提高产蛋率[86]。复合益生菌(含屎肠球菌)还可减少无壳蛋产生,改善钙骨化[87]。Park等[88]研究发现,屎肠球菌能提高蛋鸡的产蛋量、蛋壳厚度和养分消化率,降低粪便大肠杆菌数量,有助于提高蛋鸡对养分的利用率,促进雏鸡生长和健康。屎肠球菌还能提高蛋鸡免疫能力。屎肠球菌AL 41可提高蛋鸡的吞噬活性以及吞噬活性指数,证实了该菌能够非特异性地调节宿主的免疫系统[89]。Beirão等[90]研究发现,饲粮中添加屎肠球菌NCIMB 10415可提高蛋鸡接种减毒肠炎沙门氏菌疫苗后特异性黏膜IgA的产生,这种益生菌与疫苗相互作用的机制有助于优化禽业健康管理策略。除此之外,屎肠球菌还具有减少鸡的氨气排放[91];促进肉鸭蛋白质和脂肪代谢[92];改善乳鸽肌肉品质[93]等诸多益生作用,有较高的研究价值。
由此可知,屎肠球菌在家禽养殖中有诸多益处。在雏禽阶段,饲粮中添加屎肠球菌可以改善肠道形态结构,提高营养物质吸收,促进免疫器官发育,同时增加肠道菌群的丰富度与多样性,为畜禽健康奠定基础。在蛋禽养殖中,屎肠球菌可调节繁殖激素分泌,有效提高产蛋率,改善蛋品质。在肉禽养殖中,屎肠球菌可缓解致病菌的感染,减轻肠道损伤,维持肉禽肠道正常生理功能,还可提高肉禽的饲料消化率和利用率,减少饲料损耗,降低饲养成本,提高养殖效益。综上所述,屎肠球菌在家禽养殖中展现出极大的应用潜力,有望推动家禽养殖业高效、绿色发展。
3.3 屎肠球菌在牛、羊生产中的应用
瘤胃作为反刍动物进行消化的关键场所,其形态结构与微生物组成,对维持瘤胃内环境稳态、促进营养物质消化吸收起着重要作用[94]。幼龄反刍动物的瘤胃发育充分且功能健全是反刍动物发挥高生产性能的前提条件[95]。屎肠球菌能促进犊牛瘤胃黏膜层乳头发育,增大对营养物质和水分吸收的表面积;还能促进瘤胃腹侧肌肉层增厚,瘤胃蠕动加强,有助于搅拌及内容物混合,使食物与消化液充分接触[96]。屎肠球菌669能降低腹泻率,改善犊牛断奶前的生长性能[97]。Mamuad等[98]通过体外瘤胃发酵发现,添加0.1%的屎肠球菌SROD后,产琥珀酸丝状杆菌和黄色瘤胃球菌数量显著增加,产甲烷菌数量显著减少;该菌在减少甲烷排放的同时,既可使总挥发性脂肪酸含量增加,促进氧化供能;又可使乙酸含量增加,促进中链脂肪酸的合成,刺激瘤胃发育。Pang等[99]发现,屎肠球菌能够通过加快发酵过程来增强瘤胃降解能力,提高挥发性脂肪酸的产量,并且瘤胃发酵模式会从生成脂肪的乙酸和丁酸向生成葡萄糖的丙酸转变。在奶牛发生亚急性瘤胃酸中毒时,屎肠球菌和酿酒酵母混合饲喂可调节瘤胃pH,维持瘤胃内原虫数量及维生素B12浓度,有效防止牛奶产量下降[100]。
屎肠球菌对泌乳奶牛也有积极影响。屎肠球菌和酵母混合饲喂可提高奶牛产后21 d内干物质采食量,并使产奶量和牛奶中蛋白质含量升高[101]。在奶牛泌乳中期,饲喂屎肠球菌可使红细胞增多,增强免疫;促进血糖稳定,提高泌乳量[47];提高粗脂肪表观消化率,利于饲料转化和利用[102]。胡良宇等[103]研究屎肠球菌制剂对奶牛泌乳中期的影响发现,屎肠球菌能提高奶牛泌乳量,减少各类乳体细胞及其总数,有助于提高牛奶的总蛋白含量。此外,屎肠球菌可提高断奶羔羊瘤胃指数,提高乙酸和丁酸含量,改善瘤胃发酵,进而提高羔羊的生产性能及屠宰性能[104-105]。绵羊饲喂屎肠球菌可调节瘤胃菌群[106],提高对营养物质的消化率,并提高产奶量[107];提高血清白细胞介素-2(IL-2)、IgA、IgG、IgM和TNF-α含量,改善免疫性能[108]。屎肠球菌还可通过减轻肠道损伤、降低黏膜炎性因子、改善肠道黏膜通透性,治疗山羊的大肠杆菌性肠炎,减少腹泻[109]。
综上所述,在反刍动物养殖生产中,屎肠球菌发挥着多方面的积极功效。于幼龄反刍动物阶段,该菌可有效促进瘤胃发育,为动物后续具备优良的健康状况和生产性能筑牢根基。同时,屎肠球菌能优化瘤胃微生物组成,调控发酵模式,减少甲烷排放,助力养殖环境的可持续性。对于牛、羊等反刍家畜,屎肠球菌展现出诸多益生作用,该菌可提高屠宰性能、增强机体免疫力、调节瘤胃菌群结构,维持瘤胃微生态平衡,还可缓解肠道炎症,保障肠道健康。由此可见,屎肠球菌在反刍动物养殖领域展现出多维度的积极作用,具有极大的研究价值和应用潜力。
4 屎肠球菌存在的问题与挑战
4.1 屎肠球菌的毒力因子
部分肠球菌是肠道内的正常菌群,某些致病性肠球菌也是人畜共患的条件致病菌,有较强的耐受性。当机体免疫力下降时,致病性屎肠球菌易引起感染性疾病。肠球菌的致病能力与其携带的毒力因子表达与否有关,主要包含溶血素(cyl)、聚集物质(asal)、表面蛋白(esp)、胶原蛋白黏附素(ace)、心内膜炎抗原(efaA)、明胶酶E(gelE)和透明质酸酶(hyl)等[110]。其中cyl可以使革兰氏阳性菌、真核生物细胞和红细胞的胞浆膜出现小孔,使其破裂发生溶血;asal有利于菌株黏附于真核细胞表面的受体;esp使肠球菌定殖,并延长停留时间;ace是肠球菌表面黏附素,促进菌的黏附;efaA编码一种脂蛋白,促进肠球菌黏附到非寄居器官,从而引起感染;gelE编码一种含锌的蛋白酶,参与感染和炎症进程;hyl是一种外分泌酶,协助肠球菌在组织内播散[111-112]。不同的屎肠球菌菌株携带的毒力基因不同。章婧等[111]发现,我国广东省禽源肠球菌主要携带efaA、gelE、ace这3种毒力基因,其中efaA的携带率最高。王曈[113]在宁夏地区不同规模的奶牛养殖场分离出255株肠球菌(30.59%为屎肠球菌),采用PCR方法共检测出7种毒力基因,其中gelE的携带率最高。因此,在菌株投入应用前,需通过基因检测技术精准检测出菌株中是否存在与致病性相关的基因,对菌株进行筛选。此外,还可将分离的菌株接种到动物模型中,观察动物的感染情况、疾病严重程度等,评估菌株的致病性和风险程度[114]。
4.2 屎肠球菌的耐药性
耐抗生素肠球菌近年来有所上升,抗生素敏感性是评估肠球菌的重要因素[115]。王佳慧等[116]对41株屎肠球菌进行药敏试验发现,这些菌株对庆大霉素、卡那霉素和萘啶酸的耐药率为100%,对诺氟沙星中度敏感,对四环素、万古霉素、阿莫西林等敏感。肖何等[117]从冷水鱼肠道中分离出13株屎肠球菌,对四环素、红霉素等9种抗生素敏感,屎肠球菌MQ-1和EQ1-1对链霉素中度敏感。刘永安等[118]检测一株羊源致病性屎肠球菌的耐药性发现,该菌对青霉素G、环丙沙星以及四环素等6种抗生素高度耐药,对红霉素、万古霉素等抗生素敏感。肠球菌的耐药性除了因为在早期抗生素的使用逐渐进化,还可以将耐药基因转移到其他肠球菌中[111],且因为不同地区抗生素使用情况不同,致病菌携带的耐药因子有所差异,给当地的感染治疗带来一定困难。屎肠球菌多重耐药性的增加已对公共卫生安全造成威胁,尽管引入了几种新的抗生素和抗生素佐剂,但仍面临治疗挑战[119]。
在畜牧业中,乳酸菌作为益生菌的组成部分,对畜禽的生长发育、健康维护等方面发挥着广泛且积极的作用,屎肠球菌和粪肠球菌在其中占据着举足轻重的地位,为畜牧业的高效发展提供了有力支撑。虽然屎肠球菌的致病性低于粪肠球菌,但随着抗生素在畜牧业长期且大量的使用,屎肠球菌的耐药性日益严峻,这一现状促使科研人员和养殖从业者在使用该菌时必须秉持审慎态度。屎肠球菌的环境抗性较强,有多重耐药性且其耐药性可随着抗生素的持续使用而不断强化。一旦畜禽感染耐药性屎肠球菌后,常规治疗手段较难取得理想效果。因此,在将屎肠球菌应用到实际生产之前,需先对其进行全面的安全性评估,确保安全后方可投入使用;同时也要针对菌株开展药敏试验,以便其引起畜禽疾病时,能迅速采取有效的治疗措施,保障生物安全,减少经济损失。
5 小结
本文聚焦屎肠球菌,阐述其生物学特性、作用机制、在畜牧养殖中的应用以及目前存在的问题。屎肠球菌对环境的适应性较强,有较广的温度、pH耐受范围,具备良好的耐胆盐等特性,在动物体内维持较高活性、黏附性和抑菌性,有利于菌群定植于肠道。屎肠球菌一方面可调节畜禽肠道微生态平衡,提高营养物质消化吸收,促进畜禽健康生长,有效增加养殖场的经济效益;另一方面可增强宿主免疫力,提高畜禽抗病能力,降低腹泻率和死淘率,有效减少养殖场的经济损失。在猪、家禽、牛羊等不同动物的养殖过程中,屎肠球菌均展现出能够提高生产性能、优化肠道环境、增强机体抗氧化能力和免疫力等诸多优势,具备作为饲料添加剂的潜力,能有效提高养殖场经济效益。然而,目前屎肠球菌也面临着一些问题与挑战,部分菌株存在致病性和毒力因子,且耐药性可不断累积,威胁动物健康的同时,也对公共卫生安全构成潜在风险,这在一定程度上限制了屎肠球菌在畜牧业更为广泛和安全有效的应用。未来,亟待深入研究以解决这些问题,推动屎肠球菌在畜牧养殖领域的高效利用。
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