动物营养学报 >

2026 , Vol. 38 >Issue 5: 3174 - 3186

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.254

综述

贝莱斯芽孢杆菌的生理功能及其在畜禽生产中的应用

  • 廖飞 , 1 ,
  • 何洁 1 ,
  • 乔艳龙 1 ,
  • 胡延春 , 2, *
展开
  • 1 贵州农业职业学院, 贵阳 551400
  • 2 四川农业大学动物医学院, 成都 611130
*胡延春,教授,博士生导师,E-mail:

廖 飞(1986—),男,贵州余庆人,副教授,博士研究生,从事动物疫病防控研究。E-mail:

Office editor: 陈燕

收稿日期: 2025-11-21

  网络出版日期: 2026-05-14

基金资助

贵州省高等学校生态家禽科技创新团队项目(黔教技[2023]098号)

收起

Physiological Functions of Bacillus velezensis and Its Application in Livestock and Poultry Production

  • LIAO Fei , 1 ,
  • HE Jie 1 ,
  • QIAO Yanlong 1 ,
  • HU Yanchun , 2, *
Expand
  • 1 Guizhou Vocational College of Agriculture, Guiyang 551400, China
  • 2 College of Veterinary Medicine, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
*professor, E-mail:

Received date: 2025-11-21

  Online published: 2026-05-14

Fold

摘要

贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)作为一种近年来备受关注的新兴益生菌,凭借其强大的胃肠道环境耐受性、丰富的抗菌代谢物产生能力及多种益生功能,在畜禽生产中展现出广阔的应用前景。本文系统阐述了贝莱斯芽孢杆菌的生理功能,主要包括对酸和胆盐的强耐受性、肠道上皮黏附能力、通过产生活性物质实现广谱抑菌性、霉菌毒素降解能力、纤维素酶分泌功能,以及肠道菌群调节作用等;同时,本文还综述了该益生菌在畜禽生产中的应用研究进展,以期为贝莱斯芽孢杆菌在畜禽健康养殖中的进一步研究与应用提供参考。

关键词： 贝莱斯芽孢杆菌; 生理功能; 畜禽生产; 益生菌; 肠道健康; 抗菌脂肽

本文引用格式

廖飞 , 何洁 , 乔艳龙 , 胡延春 . 贝莱斯芽孢杆菌的生理功能及其在畜禽生产中的应用[J]. 动物营养学报, 2026 , 38(5) : 3174 -3186 . DOI: 10.12418/CJAN2026.254

Abstract

Bacillus velezensis, an emerging probiotic that has garnered significant attention in recent years, exhibits great application potential in livestock and poultry production due to its strong tolerance to the gastrointestinal environment, capacity to produce diverse antimicrobial metabolites, and multiple probiotic functions. This review systematically elaborated the physiological functions of Bacillus velezensis, primarily including its high tolerance to acid and bile salts, excellent adhesion capability to intestinal epithelial cells, broad-spectrum antimicrobial activity through the production of active substances, ability to degrade mycotoxins, secretion of cellulase, and regulation of intestinal flora. Additionally, this paper reviewed the research progress on the application of this probiotic in livestock and poultry production, aiming to provide a reference for further research and application of Bacillus velezensis in healthy livestock and poultry farming.

Key words： Bacillus velezensis; physiological functions; livestock and poultry production; probiotic; intestinal health; antimicrobial lipopeptides

随着全球人口的增长和生活水平的提高,对动物源性食品(肉、蛋、奶)的需求持续攀升,这给现代畜牧业生产带来了巨大的压力。在过去的半个多世纪里,抗生素生长促进剂(antibiotic growth promoters,AGPs)在集约化养殖中被广泛使用,其在预防疾病、促进动物生长方面发挥了关键作用[1]。然而,抗生素在饲粮中的长期和亚治疗剂量的使用已导致细菌耐药性的产生与传播,这不仅威胁到动物和人类的健康,也造成了环境中抗生素残留的严峻问题[2]。面对这一全球性挑战,世界各国相继颁布了严格的“禁抗”与“替抗”法规。这一产业变革迫切要求学界与养殖业寻找安全、高效、可持续的抗生素替代品。在众多替代方案中,益生菌(probiotics)因具有调节肠道健康、增强免疫力且无残留等优点,被视为最具潜力的AGPs替代品之一[3]。其中,芽孢杆菌属(Bacillus)因其能够形成抗逆性极强的芽孢,能够耐受饲料加工过程中的高温、动物消化道的强酸环境和胆汁盐的侵蚀,从而以高存活率到达动物肠道并发挥作用,在饲用益生菌中占据了重要地位[4]。贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis,B. velezensis)是近年来通过分子分类学从解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等复合群中重新界定和分离出来的一种新兴益生菌种[5]。随着全基因组测序技术的普及,大量原先被鉴定为其他菌种的芽孢杆菌被更正为B. velezensis,使其成为研究和应用的新热点。
B. velezensis的生理功能具有多重性和协同性,其促生长和抗病机制主要源于以下几个方面:1)具有广谱且强大的抗菌活性,B. velezensis的基因组中包含多个编码抗菌脂肽[表面活性素(surfactin)、伊枯草菌素(iturin)、丰原素(fengycin)]及非核糖体肽等次级代谢产物的基因簇[6],这些代谢产物能够有效抑制多种常见的畜禽病原菌从而维持肠道微生态平衡[7];2)通过分泌多种消化酶来辅助动物消化营养物质,提高饲料转化率[8];3)通过竞争性排斥作用占据肠道黏膜的附着位点,并产生有机酸,降低肠道pH,为乳酸杆菌等有益菌创造有利的生长环境,从而优化肠道菌群结构[9];4)B. velezensis及其代谢产物是有效的免疫调节剂[10],能够刺激动物机体的体液免疫和细胞免疫。
综上所述,B. velezensis作为一种多功能的饲用益生菌,在“后抗生素时代”的畜禽生产中具有广阔的应用前景。本文旨在系统梳理B. velezensis的生理功能及其作用机制,并总结其在畜禽生产中的应用效果与最新研究进展,以期为该益生菌的进一步研究和科学应用提供参考。

1 B. velezensis的生理功能

1.1 胃肠道环境的耐受性和黏附性

益生菌需耐受胃部的低pH环境与肠道的高浓度胆盐环境,才能确保足量活菌成功抵达肠道并实现增殖,最终发挥益生功效[11]。黏附性被认为是益生菌在肠道内实现初始定植的前提,是其发挥持久益生作用的基础。良好的黏附能力有助于菌株占据肠道上皮的生态位点,形成一道生物屏障,从而有效竞争性排斥病原菌的附着[12]。此外,黏附作用还能拉近益生菌与宿主肠道细胞的时空距离,更高效地发挥其局部免疫调节和刺激肠道屏障和代谢功能等作用[13]。Digută等[14]对源自高盐度水域的B. velezensi 24.5菌株进行评估,证明其具备良好的胃肠道耐受性:在3 h模拟胃液中活菌数保持稳定,对2%胆盐的存活率高达100%;同时,该菌株表现出较强的黏附潜力,其24 h自聚集率高达84.42%,对己烷的疏水性达到71.62%。Tang等[15]从肉鸡肠道中分离的B. velezensis K12菌株,具有较好的耐酸、耐胆盐等胃肠道耐受性和黏附性,且基因遗传分析发现该菌株含有与酸和胆盐耐受性、黏附性、抗氧化剂及次级代谢产物生成相关的基因。Chen等[16]从藏绵羊粪便中分离的B. velezensis TS5菌株,对pH 2.0的胃酸及0.3%的胆盐均表现出良好耐受性,同时具备优异的自聚集能力和较高的人结肠癌细胞(Caco-2)黏附率,这为其在肠道内的存活与定植提供了关键保障。Wang等[17]从东北民猪中分离的B. velezensis MZ-09菌株,对氯化钠、胆盐和人工消化液均具有很强的耐受性。Da Rosa等[18]从鱼肠道中分离的B. velezensis P45菌株,不仅具有胃肠道耐受性、黏蛋白代谢与黏附能力,还表现出较强的体外自聚集能力及生物膜形成特性;同时其基因组中鉴定出纤连蛋白结合蛋白和烯醇化酶等黏附相关基因,这些特征共同证实了其优异的肠道定植潜力。马伊丹等[19]的研究显示,犬源B. velezensis E2菌株兼具良好的胃肠耐受性、黏附性、抗氧化活性及多种消化酶(如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶)分泌能力,且该菌株安全性良好(无溶血活性、不产生有害生物胺),其基因组中亦鉴定出与上述益生特性及细菌素合成、应激耐受相关的基因。由此可见,尽管不同来源的B. velezensis在胃肠道环境中的耐受性具有一定差异,但其大多具有较强的抗逆性,能保证在动物消化道中定植和发挥作用。然而,目前尚缺乏将其与枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等其他广泛应用的益生芽孢杆菌进行直接、系统的抗逆性比较研究。开展此类对比分析,将有助于更准确地评估B. velezensis在复杂肠道环境中的定植竞争优势,为其精准应用提供科学依据。

1.2 抑菌性

抑菌能力是评价益生菌能否作为抗生素替代品的关键指标之一[20]。B. velezensis作为一种重要的益生菌,其最突出的生理功能之一便是强大且广谱的抑菌活性。该菌能够通过产生多种抗菌物质、竞争生态位以及诱导宿主免疫等多种途径,有效抑制畜禽肠道及环境中的病原微生物,从而维护动物健康[21]。有研究发现,B. velezensis产生的脂肽(特别是iturin)能有效抑制金黄色葡萄球菌溶血素的活性,通过结合溶血素分子干扰其功能,最高可减少76%的溶血作用,展现了作为抗毒力疗法控制奶牛乳腺炎的潜力[22]。Medeot等[23]研究表明,B. velezensis MEP218产生的C16/C17 fengycin具有广谱抗菌活性(对鼠伤寒沙门氏菌、鲍曼不动杆菌、大肠杆菌等均有抗菌活性),基因组分析揭示了该菌株11个参与次级代谢产物合成的基因簇,包括非核糖体环脂肽(fengycin和surfactin)、聚酮化合物、萜类及细菌素。Afroj等[24]研究表明,B. velezensis AP183菌株(植物根际土壤分离)通过在生物表面形成保护性生物膜,有效抑制金黄色葡萄球菌在伤口和奶牛乳腺中的定植与增殖,并在适宜剂量下能安全有效地治疗金黄色葡萄球菌乳腺炎。B. velezensis 1273菌株的无细胞上清液不仅能有效抑制金黄色葡萄球菌及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的生长,还能破坏其生物膜(抑制约30%生物膜形成,杀灭45%~60%成熟生物膜细胞),该作用机制与诱导活性氧产生、破坏细胞膜及细胞壁有关[25]。紫茎泽兰内生菌B. velezensis EA73菌株的无细胞上清液能有效抑制生物膜生长,显著降低胞外多糖、蛋白质及胞外DNA(eDNA)含量,并下调生物膜形成关键基因细胞内黏附素A基因(ica A)、葡萄球菌附属调节因子A基因(sar A)和群体感应基因(agr)的表达;进一步的网络药理学分析预测,其活性成分可能通过调控白细胞介素17(IL-17)、趋化因子(chemokine)等宿主炎症信号通路共同发挥作用[26]。Zhang等[27]从商业饲料添加剂中分离出2株具有良好抗菌活性的B. velezensis 9-1和B. velezensis 76-1菌株,并从中分别纯化出2种小分子抗菌肽,即肽-Ⅰ(分子质量988.570 6 Da,序列VFLENVLR)与肽-Ⅱ(分子质量1 286.625 5 Da,序列FSGSGSGTAFTLR),这2种抗菌肽对金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌和肠沙门氏菌均表现出良好活性,其最小抑菌浓度分别为64和16、32和64、8和8 μg/mL,且具备优良的热、酸、碱及蛋白酶稳定性,有望开发为饲料抗生素替代品。陈凡等[28]从海洋角蜂巢珊瑚和珍珠龙胆石斑鱼体表黏液分离的2株B. velezensis SH39和B. velezensis TG1菌株,对包括维氏气单胞菌、嗜水气单胞菌、哈维氏弧菌等在内的14种水产病原菌表现出显著的广谱抑菌活性,其中对欧文斯氏弧菌的抑制效果最强,抑菌圈直径分别达到(21.77±0.42)和(24.26±0.40)mm。有研究表明,B. velezensis PJP10菌株无菌发酵液中的抑菌物质可能是iturin、fengycin和surfactin这3个家族的成员[29]。B. velezensis不仅对人和动物源病原细菌具有抑菌活性,还对植物源病原菌也有抑菌活性。源自宜宾糖红高粱的B. velezensis MY1菌株对损毁链格孢菌、木贼镰孢菌、谢瓦曲霉等5种酿酒高粱有害真菌均表现出显著拮抗活性,其无菌发酵滤液在0.8%浓度下对损毁链格孢菌GN3的抑菌率可达53.59%,对全部测试菌株的抑菌率均超过50%,最高达75.26%[30]。综上所述,B. velezensis主要通过产生多种抗菌物质、破坏生物膜及调控相关基因表达等多种机制,对畜禽、水产及植物源病原菌均展现出强大且广谱的抑菌活性,凸显了其作为抗生素替代品的巨大潜力。未来研究需深入揭示其抗菌物质的构效关系与协同机制,并在复杂微生态模型及实际应用环境中验证其效能,同时评估长期使用的安全性及耐药性风险,以推动其向标准化产品转化。

1.3 降解霉菌毒素

霉菌毒素是霉菌产生的有毒次级代谢产物,可广泛污染饲料原料,被畜禽摄入后会引起生长性能下降、免疫抑制、器官损伤甚至死亡,对畜牧业造成巨大的经济损失。因此,降解霉菌毒素和抑制霉菌的生长成为当前的热点研究方向。B. velezensis BLS-1菌株在体外对玉米赤霉烯酮(ZEN)、呕吐毒素(DON)、黄曲霉毒素B1(AFB1)、伏马毒素(FB)和赭曲霉毒素A(OTA)均具有降解作用,经其发酵液处理48 h后,降解率分别为62.04%、61.63%、50.60%、20.60%和27.07%[31]。源自水牛瘤胃液的B. velezensis U-336菌株对菊花粕中的AFB1、DON和ZEN具有显著的降解能力,经28 d发酵处理后,其降解率分别达到49.94%、54.76%和68.94%,同时该菌还能够颉颃典型产毒菌株(禾谷镰刀菌、鲜绿青霉、黄曲霉和烟曲霉)的生长[32]。B. velezensis A2菌株能够降解AFB1、OTA和ZEA,在饲喂含AFB1 1.52 mg/kg、OTA 2.76 mg/kg和ZEA 4.62 mg/kg霉变饲粮的肉鸡中,该菌株与戊糖片球菌联用使肉鸡21日龄体重从659.40 g显著提高至840.23 g,同时显著改善肠道屏障功能并降低炎症因子表达水平[33]。还有研究表明,B. velezensis A2菌株可通过调控Wnt/卷曲相关蛋白(FRZB)/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路,有效减轻ZEA引起的氧化应激、炎症反应和细胞凋亡,从而对肠道细胞起到保护作用[34]。B. velezensis L9菌株在24 h内对ZEN降解率达到91.14%,其降解机制以生物降解为主,兼具吸附与酶解作用,胞外酶为其核心活性成分;该菌株耐高温、耐酸且可耐受0.3%胆盐,生存能力强;全基因组测序显示,其编码的几丁质酶、羧酸酯酶及内酯水解酶协同作用,通过解开ZEN内酯环、破坏其结构以消除毒性[35]。B. velezensis CL197菌株具有降解ZEA能力,降解率达99%(初始浓度1 μg/mL),且不产生有毒代谢物α-玉米赤霉烯醇(α-ZOL);在模拟猪的体外消化试验中,该菌株能降解64%的ZEA[36]。B. velezensis IS-6菌株能高效降解OTA,对OTA的降解率高达89%(37 ℃,24 h),并确定该过程为酶促反应,且亚铁离子(Fe2+)和铜离子(Cu2+)能增强降解活性,并成功从中克隆并表征了一种全新的OTA降解酶,该酶属于核苷二磷酸连接部分X水解酶(Nudix)家族,被命名为Nh-9,该重组酶在相同条件下对OTA的降解率为68%,并能将OTA转化为毒性更低的赭曲霉毒素α(Otα),Nh-9是该菌株降解OTA的关键酶,且可能与其他酶系共同发挥作用[37]。B. velezensis E2菌株在OTA的生物降解和对抗产毒真菌发挥双重作用,对韦斯特迪克氏曲霉(Aspergillus westerdijkiae)fc-1具有显著的抑制效果,在培养基和梨果实上的抑制率分别达到51.7%和73.9%;在48 h内对OTA(初始浓度2.5 μg/mL)降解率超过96.1%,其降解机制可能主要涉及酶促转化和碱性水解,产生开环产物OP-OTα[38]。Wang等[39]研究证实了B. velezensis WB菌株通过产生iturin、芬荠素、surfactin和杆菌肽等多种多肽化合物,诱发尖孢镰刀菌氧化应激,导致其菌体形态损伤,并同时抑制其毒素(镰刀菌酸)的产生。在现有可特异性降解霉菌毒素的微生物中,以芽孢杆菌属的相关报道最为广泛,除了B. velezensis外还有枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌等,DON降解率在43.19%~79.59%,表现出参差不齐的现象[40]。因此,B. velezensis不仅能通过产生降解酶直接高效分解多种霉菌毒素,还能抑制产毒霉菌的生长,并通过调节动物体内信号通路和改善肠道健康来缓解毒素的危害,该菌是一种集生物防治、毒素降解与体内保护于一体的微生物解决方案。

1.4 产纤维素酶

纤维素是植物细胞壁的主要成分,但其难以被动物自身分泌的消化酶分解,因此,利用微生物纤维素酶改善饲料中纤维素的利用率对动物营养至关重要。值得注意的是,B. velezensis作为一类广泛存在的益生菌,其产纤维素酶的能力具有普遍性,不同研究结果从多样化的生态环境中均分离到了具有该功能的菌株。杜仲树皮内生菌源B. velezensis 157菌株具有高产内切纤维素酶能力,酶活最高可达(5.14±0.18) U/mL[41]。叶淼[42]从新鲜仔猪粪便中分离的B. velezensis Y1菌株具有产纤维素酶的功能,研究发现该酶的最适温度为65 ℃,最适反应pH为6.0,除钾离子(K+)和钙离子(Ca2+)对该酶活性有显著的促进作用外,锌离子(Zn2+)、镁离子(Mg2+)、铝离子(A13+)和Cu2+对该酶活性都有一定的抑制作用。修志君等[43]从马铃薯田土样中分离的B. velezensis WXB10菌株可产生半纤维素酶(活性为32.17 U/mL),该酶能快速降解马铃薯秸秆。孙会刚等[44]从土壤中筛选到1株产纤维素酶活性较高的B. velezensis XH-4菌株,活性达到39.20 U/mL,其中银离子(Ag+)对纤维素酶活性促进作用最强,Ca2+、铁离子(Fe3+)、K+对其活性有抑制作用。吴诗丽等[45]从白酒糟和酱醪中分离得到3株纤维素酶活性相对较高的B. velezensis B12、B. velezensis JL39和B. velezensis JL55菌株,其羧甲基纤维素酶活性为(109.37±6.89) U/mL~(125.97±4.37) U/mL,菌株胞外纤维素酶最适反应温度为50 ℃,最适pH为5.5~6.5;金属离子Cu2+、Ca2+、Mg2+对3株菌的酶活都有促进作用。林淑华等[46]从野猪肠道分离得的多株B. velezensis也展现出良好的纤维素酶活性。彭雨晴等[47]从农家蜂蜜中分离出B. velezensis Q1菌株具有良好的纤维素降解能力,可提高玉米干酒糟及其可溶物中粗纤维的降解率,其粗纤维降解率为28.31%(最佳发酵条件:接菌量4.8%、液料比0.5 mL/g、发酵时间75 h)。Li等[8]从健康动物肠道中筛选出的B. velezensis LB-Y-1菌株具备优异的产多酶潜力,包括纤维素酶、蛋白酶和植酸酶。Zhang等[48]从白蚁肠道中分离的B. velezensis BV-10菌株,全基因组解析该菌含有许多与纤维素、半纤维素和木质素降解相关的基因,进一步研究表明B. velezensis BV-10菌株能够提高青贮饲料的发酵品质,与其他青贮发酵添加剂共同使用时效果更为显著。国内外研究中,具有高产纤维素酶的菌株种类繁多,包括真菌、细菌和放线菌等;其中能够高产纤维素酶的梭菌属和芽孢杆菌属是2种典型的菌属[49]。相较于真菌,细菌因其代谢周期短、对温度和pH等环境耐受范围广、易于培养且来源广泛等特征,在应对环境压力方面展现出更强的生理弹性与应用优势[50]。综上所述,大量研究证实,B. velezensis在自然界中分布广泛,其分泌的纤维素酶在提高饲料纤维降解率、改善发酵品质方面功能明确,该菌展现出作为高效饲料添加剂的巨大应用潜力。

1.5 调节肠道菌群

肠道菌群作为动物体内一个复杂的微生态系统,其稳定与平衡对宿主的营养物质代谢、免疫调节和肠道健康至关重要。然而,在集约化养殖中,抗生素的长期使用极易导致肠道菌群紊乱,微生态平衡破坏,从而引发肠道炎症、屏障功能受损等一系列健康问题。因此,寻找能够精准调控肠道菌群、恢复微生态健康的“替抗”策略已成为当前研究的热点。大量研究证实,B. velezensis能够通过多种途径有效重塑肠道菌群结构。B. velezensis CAU277菌株通过分泌广谱稳定的抗菌物质,在体外,48 h内使空肠弯曲菌数量从2.88×107 CFU/mL急剧下降至10.47 CFU/mL;在鸡体内,则将其定植量降低了1.00×102 CFU/g粪便,同时提升了肠道菌群多样性[51]。B. velezensis A2菌株通过调节肠道微生物组成,降低放线菌属(Actinobacteria)有害菌的相对丰度,增加红蝽菌目(Coriobacteriales)有益菌的相对丰度和短链脂肪酸含量,有效缓解了ZEA诱导的小鼠肠道炎症损伤[52]。也有研究表明,B. velezensis DSM 33864菌株在体外和体内都能有效降低艰难梭菌数量,并未对正常的肠道菌群组成产生不良影响[53]。Wang等[9]从健康黑猪体内分离出的B. velezensis HBXN2020菌株能显著降低鼠伤寒沙门氏菌在肠道内的定植水平并减轻感染,还可通过调节细胞因子表达以缓解肠道炎症、维持肠道屏障完整性以及稳定肠道菌群结构(如增加乳酸杆菌和阿克曼氏菌等有益菌的丰度)来发挥作用。B. velezensis LB-Y-1菌株可调节肉鸡肠道菌群结构,使副萨特氏菌属(Parasutterella)、理研菌科(Rikenellaceae)等有益菌相对丰度显著提高,同时降低埃希氏菌-志贺氏菌属(Escherichia-Shigella)等机会性病原菌的占比[8]。鸡源B. velezensis BV2菌株可通过调节肠道菌群结构,以调控肠道主要组织相容性复合体 Ⅱ类(MHC-Ⅱ)的表达及能量代谢途径,进而缓解球虫和产气荚膜梭菌联合感染引起的肉鸡坏死性肠炎。在饲喂含金霉素饲粮的肉鸡模型中,添加B. velezensis H-7菌株可促进阿克曼菌属(Akkermansia)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、布劳特氏菌属(Blautia)、芽孢杆菌属和乳杆菌属(Lactobacillus)等有益菌的富集,同时降低四环素类耐药基因的丰度,有助于改善肉鸡肠道的健康水平[54]。在饲粮中添加禽源B. velezensis X1菌株发酵玉米粉(2 kg/t)有提高肉鸡盲肠微生物数目的趋势,且显著提高乳杆菌属、回肠杆菌属(Ileibacterium)和鼠杆菌属(Muribaculum)相对丰度[55]。B. velezensis MZ09菌株可通过重塑肠道菌群、激活短链脂肪酸-G蛋白偶联受体43-信号转导与转录激活因子3(SCFAs-GPR43-STAT3)通路以及抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)炎症小体介导的细胞焦亡多种途径缓解葡聚糖硫酸钠诱导的仔猪结肠炎[56]。Yang等[57]从B. velezensis CGMCC 24752菌株中分离得到一种新型胞外多糖BVP1,可重塑肠道菌群富集有益代谢物(水杨酸、亚精胺和4-羟基苯乙酸),从而显著缓解代谢相关脂肪性肝病的肝脏脂肪变性、损伤和炎症,且粪便微生物移植试验证实该效果由BVP1修饰的肠道菌群介导。在环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠模型中,B. velezensis GV1菌株多糖通过调节肠道菌群,显著富集鼠杆菌科(Muribaculaceae)、消化球菌科(Peptococcaceae)和毛螺菌科(Lachnospiraceae)等有益菌,并影响叶酸生物合成、果糖甘露糖代谢等关键代谢途径,可有效恢复免疫器官指数,提高免疫器官的白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、干扰素-γ(IFN-γ)和白细胞介素-2(IL-2)等细胞因子表达水平,并修复结肠组织损伤[10]。B. velezensis 411菌株通过调节肠道菌群[显著提高阿克曼菌属相对丰度、降低大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等病原菌相对丰度,以及调控巨噬细胞表达基因1(MPEG1)表达],有效缓解断奶仔猪腹泻,提高全期平均日增重,并显著增强肠道抗氧化能力[58]。
综上所述,B. velezensis可通过多重协同机制调节肠道菌群:一方面,它能直接抑制病原菌、促进有益菌的定植与富集,从而优化菌群结构;另一方面,其代谢产物(短链脂肪酸、胞外多糖)可调节宿主代谢与免疫信号通路,增强肠道屏障,并抑制有害炎症小体的激活。最终,该菌株在多物种模型中均展现出有效缓解由毒素、病原感染或化学诱导剂引起的肠道炎症与组织损伤的能力,凸显了其作为“替抗”产品的巨大应用潜力。当前研究虽证实了其积极效果,但存在一定局限:多数成果集中于现象描述,对菌株-宿主协同作用的分子通路的深度解析不足;菌株效果特异性强,缺乏跨物种、跨环境的普适性验证;应用方案(如精准剂量、时机)尚不明确。未来研究应着力于:利用多组学技术,阐明其活性成分与肠道菌群及宿主免疫的确切因果关联;通过比较基因组学与功能筛选,定向选育高效、稳定的专用菌株;开展大规模田间试验,建立精准施用参数,评估其在实际生产中的稳定性和经济效益。

1.6 其他特性

B. velezensis所分泌的天然代谢产物在抗癌和抗肥胖方面也表现出一定的潜力。B. velezensis SN-1菌株来源的释放型胞外多糖-2(rEPS-2)能够以时间和剂量依赖的方式显著抑制人肝细胞癌(HepG2)细胞增殖,在2 mg/mL浓度下抑制率达72.35%,rEPS-2引起G0/G1期阻滞,并激活凋亡相关酶半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)和半胱氨酸蛋白酶-9(Caspase-9),其活性分别提高至140%和162%,表明rEPS-2通过诱导细胞周期阻滞和凋亡发挥抗肝癌活性[59]。Asharaf等[60]从海藻共生菌B. velezensis中提取的一种β-(1→3)连接的硫酸化聚半乳糖胞外多糖(BVEP-2)也具有对抗肝癌的潜力。有研究报道了B. velezensis EHv5菌株产生的代谢物HeLM可缓解慢性结肠炎,并显著降低结肠癌发生风险[61]。Shin等[62]研究发现,B. velezensis KMU01菌株的无细胞培养上清液还具有抗肥胖效果。
同时,B. velezensis也表现出良好的安全性。张鑫宇等[63]对一株稻米内生B. velezensis BR-1菌株进行安全性评估,研究表明,BR-1不含有编码毒素的基因,不具有广谱耐药性,也不具有溶血活性,但含有益生菌特性相关的基因。此外,全基因组测序分析表明,犬源B. velezensis E2菌株未携带明确毒力因子或致病相关基因,且该菌株携带的5个耐药基因均定位于染色体且周围无前噬菌体和转座子等可移动元件,说明转移风险较低,表明其具有较高安全性[19]。Brutscher等[64]对B. velezensis BV379菌株基因组分析显示,其编码芽孢杆菌科相关毒素、毒力因子及参与毒素产生的酶的基因很少,尽管B. velezensis BV379菌株编码5个抗微生物耐药基因,但最小抑菌浓度测定表明,B. velezensis BV379菌株对所测试的8种临床相关抗生素均敏感,并且进一步的细胞试验表明,B. velezensis BV379菌株的细胞裂解物不会对人类肠上皮细胞活性和单层通透性产生不利影响。Tang等[15]对B. velezensis K12菌株进行完整基因组分析,发现了与酸和胆盐耐受性、黏附性、抗氧化剂以及次级代谢产物生成相关的基因,而未检测到与肠毒素或可转移抗生素耐药性相关的功能性基因。Wang等[65]通过体外与体内试验对B. velezensis B102和B. velezensis B116菌株进行安全性评价,结果显示这2种菌株在体外试验中均表现出优良的益生菌特性及安全性,不具有明胶酶和卵磷脂酶活性且未检测到致病或耐药基因;体内高剂量口服这2种菌株对小鼠未造成急性或亚慢性毒性,表明B. velezensis B102和B. velezensis B116菌株具有强大的益生菌潜力与安全性。因此,B. velezensis具有多样的生理特性和良好的安全性,是益生菌制剂开发的潜在候选菌株。

2 B. velezensis在家禽生产中的应用

目前,B. velezensis在家禽生产中的应用主要集中在鸡上,在鸭和鹅上研究较少。在饲粮中添加500 mg/kg(菌含量1.0×1011 CFU/g)的B. velezensis MZ-09菌株,不仅显著提高了肉鸡的生长性能和肉品质,还通过提高血清中免疫球蛋白含量增强肉鸡的免疫功能,并通过改善肠道形态、降低炎症细胞因子含量、提高短链脂肪酸含量和调节肠道菌群来维护肠道健康,从而共同促进宿主健康[17]。将分离自肉鸡盲肠的B. velezensis Y01菌株以1×108 CFU/mL的剂量饲喂1日龄肉鸡25 d,结果表明,试验组肉鸡末重显著提高,料重比(试验组为1.63,对照组为1.74)显著降低,生长性能得到明显改善[66]。在肉鸡饲粮中添加B. velezensis LB-Y-1菌株可改善其生长性能和胫骨矿化度,提高血清中白蛋白和总蛋白含量及碱性磷酸酶和消化酶活性[8]。在琅琊鸡饲粮中添加2.0×109 CFU/kg的B. velezensis Y01菌株,42 d后鸡的末重和平均日增重提高超过7%,同时显著改善血清指标[尿酸含量降低52.92%,免疫球蛋白G(IgG)含量提高36.09%];其作用机制是通过富集盲肠中厚壁菌门和拟杆菌门等有益菌群并产生有益代谢产物,同时降低有害菌丰度,从而下调毒力基因和抗生素抗性基因表达,最终增强鸡只免疫力并改善代谢功能[67]。Liu等[68]研究表明,在肉鸡饲粮中添加200 mg/kg的B. velezensis KNF-209菌株(6.0×1011 CFU/g),能够有效改善其生长性能,显著提高平均日增重并降低料重比;研究发现该菌株主要通过协同调节免疫功能[提高免疫球蛋白M(IgM)和白细胞介素-10(IL-10)含量,降低TNF-α、白细胞介素-1β(IL-1β)和IL-6含量]、增强消化酶(空肠脂肪酶、胰蛋白酶及回肠淀粉酶)活性以及增加肠道短链脂肪酸和乳酸含量等多重机制发挥作用。在肉鸡饲粮中添加1.0%的B. velezensis CE 100菌株(1×105 CFU/mL),其可通过调节肠道菌群(显著增加乳酸菌数量)并改善垫料质量(降低垫料含水量),从而有效减少足垫皮炎发生率和二甲硫醚臭味排放量,显著提高动物福利[69]。源自禽场土壤的B. velezensis OLS1101菌株,在以500 mg/kg(12×108 CFU/g)的剂量添加于肉鸡饲粮后,能显著改善产气荚膜梭菌攻击下肉鸡的肠道健康,使饲料转化率提高7.9%,有效下调促炎因子IL-1β、IL-6和IFN-γ的表达,同时上调抗炎因子转化生长因子-β(TGF-β)、黏蛋白2(MUC2)和分泌型免疫球蛋白A(sIgA)的表达,从而抑制回肠和盲肠病变,并且研究发现该菌株是通过其产生的枯草杆菌蛋白酶发挥关键免疫调节作用[70]。在育肥火鸡饲粮中添加7.5×107 CFU/kg的添加剂Enviva® PRO 202 GT(包含B. velezensis PTA-6507、B. velezensis NRRL B-50013和B. velezensis NRRL B-50104菌株)可提高生产性能[71]。
B. velezensis还可以用于蛋鸡。Ye等[72]研究表明,在蛋鸡饲粮中添加2.0×1010 CFU/kg的B. velezensis Y1菌株,可显著提高产蛋率、平均蛋重及蛋品质(蛋壳强度、蛋黄颜色、哈氏单位),并通过调节体内孕酮和胃肠激素含量,有效替代饲粮中的抗生素(50 mg/kg黄霉素),从而提高整体产蛋性能。欧洲食品安全局对B. velezensis CECT 5940菌株(Ecobiol®)的评估结果显示,以1×109 CFU/kg的剂量添加于蛋鸡及其他产蛋禽类饲粮时,该制剂安全有效,可用于所有家禽[73]。
此外,B. velezensis还可以用于发酵饲料。Chen等[74]在肉鸡饲粮中添加10%的B. velezensis发酵豆壳,可显著降低空肠TNF-α含量,上调抗氧化基因表达,并提高回肠与盲肠微生物数量及物种丰富度,进而有效改善肉鸡肠道抗氧化能力、抑制炎症反应并优化菌群结构。在白羽肉鸡饲粮中添加2 kg/t的B. velezensis X1菌株发酵玉米粉可降低料重比与肉鸡死淘率[55]。

3 B. velezensis在家畜生产中的应用

刘韶娜等[75]发现,在猪饲粮中添加B. velezensis B13菌株具有促进生长和抗病的潜力,主要通过改善猪粪便菌群的结构,提高毛螺菌科和瘤胃球菌属等短链脂肪酸产生菌群和乳杆菌属等有益菌的相对丰度,降低链球菌等条件致病菌的相对丰度,并上调天竺葵素-3-槐糖苷的相对含量来发挥作用。B. velezensis FZB42菌株与枫糖浆组成的合生元添加剂,通过显著提高断奶仔猪回肠丁酸和结肠乙酸与丁酸含量,并调节肠道菌群(增加颤杆菌属,降低弯曲杆菌等),有效提高了仔猪末重和平均日增重,改善了饲料转化率[76]。欧洲食品安全局对B. velezensis PB6菌株可作为饲料添加剂的安全性和有效性给予了科学的指导意见,在断奶仔猪饲粮中以1×107 CFU/kg剂量、在母猪饲粮中以1×108 CFU/kg剂量使用时能发挥肠道菌群稳定剂功效,且全基因组测序分析确认该菌株不含有已知的抗菌素抗性基因,确保了其使用的可靠性[77]。添加剂Calsporin® (B. velezensis DSM 15544菌株)在欧盟(EU)已被批准为动物技术添加剂,用于断奶仔猪、哺乳仔猪和母猪等,最低剂量为3×108 CFU/kg[78]。郭艺伟[79]从蚯蚓肠道内分离出了的B. velezensis Y1菌株具有较高的安全性,用该菌发酵蚯蚓浆产物饲喂育肥猪,能提高猪的抗氧化及免疫功能,且饲粮中添加5%的效果最佳,但是在生长性能上作用不明显。源自甘肃省牦牛粪便的B. velezensis JT3-1菌株,在犊牛饲粮中补充后,其基因组编码的抗菌物质能对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等多种致病菌产生强拮抗活性,从而显著提高犊牛平均体重并有效治疗腹泻;其中,对安格斯犊牛和牦牛犊的腹泻治愈率分别高达95.0% (171/180)和100.0% (149/149),同时显著提高血清中IgA、IgG、IgM和IFN-γ含量,增强机体免疫力[80]。在新西兰白兔饲粮中添加B. velezensis和乳酸乳球菌联合益生菌(每株各2 mL/kg,浓度分别为1.3×108、1.34×108 CFU/mL),显著提高了新西兰白兔的终末体重和饲料转化率,同时改善了肉品质(降低pH和蒸煮损失)、血液生化指标[提高还原型谷胱甘肽(GSH)含量和谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)活性,降低丙二醛(MDA)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)含量]以及盲肠微生物组成(增加乳酸菌相对丰度,减少大肠杆菌和沙门氏菌等病原菌相对丰度)。其作用机制可能与益生菌增强消化酶活性、优化肠道菌群结构、促进短链脂肪酸生成以及增强宿主免疫和抗氧化防御系统有关[81]。

4 小结

B. velezensis作为一种新兴益生菌,其多重生理功能并非孤立存在,而是通过协同机制直接驱动其在畜禽生产中的应用效果:1)抑菌功能,该菌产生的抗菌脂肽(如surfactin、iturin)能抑制病原菌(如金黄色葡萄球菌、沙门氏菌),减少感染风险,从而在家禽生产中提高生长性能和存活率;2)降解霉菌毒素,该菌通过酶解作用降解霉菌毒素(如AFB1、ZEA),改善饲料安全性,间接促进动物健康;3)产纤维素酶功能,该菌分泌的消化酶可增强纤维降解能力,提高饲料转化率;4)调节肠道菌群功能,通过竞争性定植和免疫调节(如激活SCFAs-GPR43-STAT3通路)优化肠道微生态结构,增强宿主免疫力。全基因组分析证实,该菌携带的已知毒力及耐药基因较少,安全性较高,目前欧盟等多个国家和地区已批准其作为饲料添加剂使用。上述功能通过多途径协同,如抑菌作用与肠道菌群调节互作,可减少病原负荷并增强肠道屏障功能,最终为实现无抗养殖提供了可行路径。未来研究需聚焦分子通路解析及跨物种应用验证,以推动其精准化应用。

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