CN109161509A - 一株能防治牛羊腹泻病的菌株 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及公开一株可防治牛羊腹泻病的菌株。本发明菌株为枯草芽孢杆菌,保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC NO:15545。本发明的枯草芽孢杆菌可在草食动物饲养中的应用,也可在制备草食动物的饲料添加剂中的应用,还可在制备草食动物的饲料中的应用。本发明的菌株,具有较强的黏附及抑菌能力,有很好的耐酸、耐胃肠道以及耐胆盐能力,能有效的防治牛羊腹泻病。
Description
技术领域
本发明涉及一株能防治牛羊腹泻病的菌株。
背景技术
20世纪以来,随着抗生素在饲料级添加剂中的广泛应用,抗生素在人类医疗、畜禽生产、疫病防治和促进动物生长、提高肉产品数量等各方面发挥了不可磨灭的重要作用。在现代畜牧养殖业中,抗生素在畜禽饲料生产中的大量使用已成为常态,有数据显示全球抗生素总产量的50%左右被用于畜牧养殖行业。但由于抗生素的长期使用和滥用,其弊端日益得到广泛认识。越来越多的研究发现,抗生素添加剂在应用中存在诸多安全问题,诸如抗生素在畜产品中的残留对人类健康的危害、过量排泄对环境的污染、长期使用导致耐药菌株产生等问题也成为人们日益关注的焦点。目前,许多国家已经禁止或限制了抗生素在饲料中的使用。如,1975年东欧国家明言禁止链霉素、青霉素、四环素和新霉素作为饲用添加剂;1986年瑞典已经全面禁止抗生素添加于饲料当中; 1999年欧盟多国禁止杆菌肽锌、维吉尼亚霉素、螺旋霉素和泰乐菌素添加于饲料当中。2001年我国农业部也颁发了《饲料药物添加剂使用规范》,严格规划了抗生素的使用范畴和使用剂量。2006年,欧盟正式禁止将抗生素类药物作为生长促进剂。2001年我国农业部也颁发了《饲料药物添加剂使用规范》,严格规划了抗生素的使用范畴和使用剂量。近3年共禁止了8种兽药用于食品动物。
因此,减抗或无抗畜禽产品将成为未来发展的主流,而当前益生菌制剂作为安全、绿色的饲料添加剂引起了极大的关注。2001年,联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)将益生菌重新定义为“摄入足够的量,对宿主的健康有促进作用的活的微生态制剂”。益生菌具有激活机体免疫系统,调节肠道菌群平衡,预防和治疗腹泻,缓解肠道炎症,治疗乳糖不耐症,降低血清胆固醇等多方面的生理功能。因此,益生菌的摄入对于人类和畜禽的营养和健康具有十分重要的意义。常见的益生菌包括乳杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌、以及酵母等等。
目前,在动物养殖中,腹泻病已成为影响我国畜牧业健康发展的主要因素,尤其在幼畜中,其腹泻病(如仔猪腹泻、犊牛腹泻和羔羊腹泻等)可导致幼畜发育不良和死亡。影响幼畜腹泻的常见原因包括感染性因素和非感染性因素两大类。常见非感染性因素有饲养管理不当、环境因素、应急因素(动物转场、运输、更换饲料等)、以及幼畜自身因素等;感染性因素主要包括细菌性腹泻、病毒性腹泻和寄生虫性腹泻。资料报道,通过日粮添加益生菌,可以明显缓解或抑制幼畜腹泻病的发生,增强机体免疫力。已有研究证实,益生菌制剂可有效预防初生犊牛发生腹泻,避免犊牛因腹泻而死亡;益生菌制剂可显著降低犊牛腹泻率、改善腹泻症状且有效治愈腹泻犊牛;及早给初生犊牛饲喂益生菌制剂,可更有效防治犊牛腹泻。因此,枯草芽孢杆菌和乳酸菌类微生态制剂可作为改善和治愈腹泻犊牛的有效益生菌制剂加以推广应用。动物微生态制剂应用于动物疾病研究,对疾病控制具有重要意义:1、动物消化道存在着微生态平衡,此平衡易受寒冷、高温、气候突变、疾病、免疫、药物、管理不当、营养失调、饲养环境条件恶劣等应激的破坏。2、当动物体内缺乏益生菌群,会引起微生态平衡被破坏,动物则表现为各种病症和亚健康状态,生长和生产性能下降。3、微生态制剂具有调节动物胃肠道微生物菌群平衡,稳定消化道pH值,促进饲料消化和营养利用,抑制病原菌,增强机体免疫功能和抗应激、促进生长、减少排泄量,改善畜舍空气质量,净化养殖环境等功能。4、采取科学合理的使用方法,在饲料中补充或饲喂微生态产品可预防或消除因动物微生态失调而引起的各种病症和临床状态。也可以辅助治疗消化道疾病,提高养殖效益。
微生态制剂作为饲料添加剂的使用是80年代后期迅速发展起来的,随着抗生素的逐渐禁用,作为无毒、无污染、无副作用的绿色环保产品,将在畜牧业中发挥重要作用。发展微生态制剂品不仅是生产无公害畜产品的需要,也是增强我国畜产品突破国际贸易中"绿色壁垒"能力,促进饲料工业和畜牧养殖业可持续发展的必要条件之一,其应用前景十分广阔。正如我国著名的微生物学家魏曦教授所言:“光辉的抗生素之后的时代,将是微生态制剂的时代。”同时,随着微生态学的快速发展以及这方面研究的进一步深入,通过筛选适于防病治病的有益菌株出现,更好的推动畜牧业的发展。目前,益生菌产品在日本和欧洲市场较为普遍。与发达国家相比,我国的益生菌研究起步较晚,基础较薄弱,虽然国内市场上也出现了一些与益生菌相关的功能性产品,但使用的菌种多数是购进或引进国外普遍认知的商业益生菌菌株。我国是农业大国,畜牧业养殖、传统发酵食品制作和食用历史悠久,资源丰富,应大力发掘我国本土益生菌,探索有益菌株。
因此,研制适合我国国情的抑制幼畜腹泻病的畜禽用微生态制剂,具有巨大的市场潜力。
为解决上述问题,寻找一种安全绿色的饲料添加剂是业内研究者的一个研究目标。
发明内容
本发明提供一株枯草芽孢杆菌。
本发明的一株枯草芽孢杆菌,于2018年4月2日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC NO:15545,保藏地址为中国北京。
本发明的枯草芽孢杆菌可在草食动物饲养中的应用,也可在制备草食动物的饲料添加剂中的应用,还可在制备草食动物的饲料中的应用。
本发明从不同环境基质中分离筛选益生菌,通过抗逆性、益生潜能分析和安全性分析,促牛羊生长分析、促进免疫效果分析等试验、益生菌生产工艺的优化,不同菌种优化组合,最终得到一种抗腹泻、促生长和免疫的畜牛羊用微生态制剂产品,为我国和世界的畜牧业安全高效绿色养殖提供一种有效的保障。首先,开发具有强抑菌性、黏附性,强耐酸、耐胃肠道及耐胆盐能力,并能增强动物免疫力的益生菌菌株极具应用价值,而益生性能与其发酵的枯草芽孢杆菌的种类密切相关,因此获得优质的有特异功能的枯草芽孢杆菌菌种是作为益生菌饲料添加剂最核心的技术。
枯草芽孢杆菌是一种我国本土益生菌,枯草芽孢杆菌具有诸多功能:(1) 枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质,这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用;(2)枯草芽孢杆菌迅速消耗环境中的游离氧,造成肠道低氧,促进有益厌氧菌生长,并产生乳酸等有机酸类,降低肠道PH值,间接抑制其它致病菌生长;(3)刺激动物免疫器官的生长发育,激活T、B淋巴细胞,提高免疫球蛋白和抗体水平,增强细胞免疫和体液免疫功能,提高群体免疫力;(4)枯草芽孢杆菌菌体自身合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类,在消化道中与动物体内的消化酶类一同发挥作用;(5)能合成维生素B1、B2、B6、烟酸等多种B族维生素,提高动物体内干扰素和巨噬细胞的活性。1989年,美国FDA 和美国饲料控制官员协会公布了可以直接饲喂,且一般认为是安全的微生物菌种名单种,包括42种益生菌。2013年我国农业部2045号令规定了可用于饲料的 34种益生菌。枯草芽孢杆菌位列这两个名单之中。
本发明的枯草芽孢杆菌菌株,具有较强的黏附及抑菌能力,有很好的耐酸、耐胃肠道以及耐胆盐能力,能有效的防治牛羊腹泻病。
附图说明
图1枯草芽孢杆菌JT3-1的菌落形态图。
图2枯草芽孢杆菌JT3-1的革兰氏染色图。
图3枯草芽孢杆菌JT3-1的PCR扩增片段图谱。
图4枯草芽孢杆菌JT3-1的生长曲线图。
图5温度对枯草芽孢杆菌JT3-1生长的影响。
图6枯草芽孢杆菌JT3-1黏附性。
图7枯草芽孢杆菌标准株CICC10275黏附性。
图8枯草芽孢杆菌对产气荚膜梭菌的抑菌图。
具体实施方式
以下是结合附图详细阐述本发明的方案。
1.菌株的分离
本发明枯草芽孢杆菌JT3-1(Bacillus subtilis JT3-1)是从甘肃健康牦牛粪便中分离获得的。本发明的菌株分离纯化方法是:称取甘肃牦牛粪便10g,用100mL TS Broth稀释混匀过滤后,取1mL混匀液离心,弃上清。加入适量营养肉汤,涡旋后置37℃培养箱摇振培养48h,80℃水浴10min,离心,弃上清。加入适量营养肉汤,涡旋后置37℃培养箱摇振培养24h。适量稀释后涂布营养琼脂(NA) 平板上。挑选出枯草芽孢杆菌疑似菌落的单菌落6个,分别在营养琼脂(NA) 平板上划线纯化培养3次,各挑一单菌落于营养肉汤培养基中37℃,250 rpm/min振荡培养18h,经16S分子鉴定确定为枯草芽孢杆菌后,保存备用,同时进行后续试验。取发酵菌液进行抗逆性以及体外益生特性试验,最终挑选出1 株黏附性强及抑菌性好,有很好的耐酸、耐胃肠道及耐胆盐能力的菌株保存并命名为JT3-1。于2018年4月2日提交并保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC NO:15545。
本发明前述使用的培养基的配方如下:
(1)营养肉汤培养基(1L):蛋白胨10.0g,牛肉膏3.0g,氯化钠5.0 g。将以上成分加入蒸馏水中,定容到1000mL,加热溶解,调节pH为7.3±0.2,分装后121℃高压灭菌20min。
(2)营养琼脂(NA)培养基(1L):蛋白胨10.0g,牛肉膏3.0g,氯化钠5.0g,琼脂15.0g。将以上成分加入蒸馏水中,定容到1000mL,加热溶解,调节pH为7.3±0.2,分装后121℃高压灭菌20min。(注:固体培养基在此基础上加1.5%琼脂粉)
(3)LB培养基(1L):胰蛋白胨10.0g,氯化钠10.0g,酵母浸粉5.0g,琼脂20.0g,pH调节为7.5±0.2。
2.菌种的鉴定
2.1菌种的形态观察
对菌JT3-1进行菌落形态观察(图1),对菌株进行革兰氏染色,其光学显微镜(1000倍)观察菌体形态参见(图2)。在营养琼脂(NA)平板上,菌JT3-1 的菌落扁平,边缘不整齐,表面粗糙皱褶,污白或为黄色。革兰氏染色显示阳性,菌体杆状。菌体细胞呈杆状,单个,很少成链,大小为0.7μm~0.8μm×2μm ~3μm,无荚膜,能运动。有芽孢,椭圆到柱状,中生或近中生,大小为0.8μm×1.5μm ~1.8μm。
生理生化特征的鉴定:
菌JT3-1生理生化特征见表1。
表1菌JT3-1的生理生化特征
注:生理学特征:(“+”表示阳性;“-”表示阴性);糖类发酵实验结果记录表:(“+,+”表示产酸,产气;“-,-”表示不产酸,不产气。)
2.2菌JT3-1的分子生物学鉴定
①细菌基因组DNA的提取采用TakaRa公司的细菌基因组DNA提取试剂盒提取,提取后将DNA分装于EP管冻存于-20℃。②16S rDNA序列的PCR扩增,得到目的片段长约为1500bp(图3)。将含有目标片段的产物委托南京金斯瑞生物科技有限公司完成测序,得到的实际有效核苷酸序列为1419bp,在NCBI数据库中对各16S rDNA序列进行Blast比对分析,得到序列与Bacillus subtilis的序列相似性为100%。将Bacillus subtilis JT3-1基因序列提交NCBI数据库中,进行细菌登入号的申请,申请得到的登录号为MH842139。
菌JT3-1的16S rDNA基因序列,结合菌JT3-1的形态观察和生理生化实验,以及系统发育树中的同源性分析,确定菌JT3-1为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)菌种。
3.枯草芽孢杆菌JT3-1的微生物学特性研究
3.1枯草芽孢杆菌JT3-1母液的制备
取100μL 30%甘油保存的枯草芽孢杆菌JT3-1接种于10mL的营养肉汤培养基中,37℃,250rpm/min振荡培养18h,制成菌种母液备用。
3.2枯草芽孢杆菌JT3-1生长曲线的测定
取3.1中枯草芽孢杆菌JT3-1母液(下同)分别接种于三瓶装有30mL营养肉汤的三角烧瓶中,37℃,250rpm/min振荡培养,以未接菌的液体培养基为对照,分别在发酵后0-30(h)的不同时间段内取200μL测定菌体OD(600nm)值,结果表明(图4),菌JT3-1发酵到2h时进入对数生长期,发酵到8h时达到最高峰,此时菌体OD(600nm)值为3.326±0.02。
3.3枯草芽孢杆菌JT3-1最适发酵温度的测定
取枯草芽孢杆菌JT3-1母液各100μL分别接种于装有10mL营养肉汤的试管中,25、30、35、40、45(℃)250rpm/min振荡培养18h,测定发酵液OD600nm) 值,结果表明(图5),菌JT3-1最适生长温度为40℃,菌体OD(600nm)值为4.262±0.17;菌在45℃时,OD(600nm)值仍然可到达2.020±0.02,发酵到50℃时菌的OD(600nm)值降到1.142±0.01处于生长缓慢状态,但菌株在如此高温状态下仍能够生长,说明该菌抗逆性强,能耐高温,该菌适合生长温度 30-45℃。
4.枯草芽孢杆菌JT3-1的益生特性研究
4.1JT3-1对胃肠道耐受性研究
收集过夜培养的菌体,用无菌的PBS重悬,将其浓度调整为1x109CFU/mL,并将其放入模拟胃液(pH3.0)中37℃培养1,2,3h,分别取样。3h后,再放入到模拟肠液中,1mL培养物加9mL模拟肠液(pH8.0),37℃培养2,4,8h 后,分别取样并采用平板计数法测定活菌总数,结果见表2,经过模拟胃液处理 3h以及模拟肠液处理8h过后,菌JT3-1的活率仍在90%以上,可知该菌能很好地耐受胃肠道环境,参见表2。
表2菌FBL-3a胃肠道耐受性检测
4.2枯草芽孢杆菌JT3-1菌株的耐胆盐试验
取JT3-1菌液以2%接种量接种于含有不同胆盐(含量梯度为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.6%)的营养肉汤培养基(pH7.3),置于37℃下分别培养0、2、4h,每个处理3个重复。各取1mL培养物于9mL生理盐水中混匀,制备10-4、10-5、 10-6个稀释度溶液,取0.1mL稀释液于NA固体平板上涂布,于37℃二氧化碳培养箱中培养12h(每个稀释度做3个平行)记录计算平板上的菌落数。结果见表3,在胆盐浓度为0.3%处理4h后菌JT3-1的生长量依然达到(3.83±0.20)×107 (CFU/mL),可知枯草芽孢杆菌JT3-1有很好的耐胆碱能力。
表3枯草芽孢杆菌JT3-1耐胆盐能力检测
4.3枯草芽孢杆菌JT3-1的耐酸试验
取菌JT3-1母液按以2%接种量接种于不同pH值(pH梯度为1.0、1.5、2.0、 2.5、3.0)的营养肉汤培养基,置于37℃下分别培养0、2、4h,每一处理3个重复。各取1mL样品菌液于9mL PBS中混匀,制备10-4、10-5、10-6个稀释度溶液,取0.1mL稀释液于NA平板上涂布,于37℃二氧化碳培养箱中培养12h(每个稀释度做3个平行)记录计算平板上的菌落数。结果见表4,菌JT3-1在pH值为1.0 以及1.5时基本不耐受,但在2.0及以上时,培养2h及4h均有一定程度的耐受,在pH为2.5,培养4h后,菌落可达到(3.82±0.25)×107(CFU/mL),生长良好,说明该菌具有很强的耐酸能力,在2.0-3.0之间,培养4h的菌落少于2h,说明在这一pH范围内,随着处理时间的延长,菌的生长受到抑制。
表4枯草芽孢杆菌JT3-1耐酸能力检测
4.4枯草芽孢杆菌JT3-1的表面性质测定
过夜培养枯草芽孢杆菌JT3-1(营养肉汤培养基)、金黄色葡萄球菌ATCC 6538(LB液体培养基)12h得到菌液,分别置于8000r/min、4℃下离心10min,收集菌体,分别用pH 7.2的无菌磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤2次(即在菌体中加入PBS,吹打混合均匀后,置8000r/min、4℃下离心10min,收集菌体)。自凝集率(%):用无菌的PBS将枯草芽孢杆菌JT3-1制成在波长600nm处的吸光值为0.5±0.02(A0)的菌悬液,静置24h后测定吸光值A24,自凝集率(%) 公式为(A0-A24)/A0×100%;他凝集率(%):用无菌的PBS将JT3-1和金黄色葡萄球菌ATCC6538的悬菌液调节成在波长600nm处的吸光值为0.5±0.02 (A0)的混合悬浮菌液。静置24h后测定吸光值A24,他凝集率(%)公式为 (A0-A24)/A0×100%;疏水性(%):用无菌的PBS将菌JT3-1制成在波长600nm 处的吸光值为0.5±0.02(A0)的菌悬液,将二甲苯加入到菌悬液中,在室温条件下预培养10min后将该两相体系涡旋振荡120s,37℃静置共培养1h,然后小心去除二甲苯相,于600nm处测定水相的吸光值A1。疏水性(%):公式为 (A0-A1)/A0×100%。测定结果见表5,可知JT3-1的自凝集率为85.32%,他凝集率为46.14%,疏水性为44.51%,说明枯草芽孢杆菌JT3-1可与致病菌(金黄色葡萄球菌)聚集,且疏水性能良好,可为黏附实验增加试验依据。
表5枯草芽孢杆菌JT3-1表面性质表
凝集试验 | A<sub>0</sub>±s | A<sub>24</sub>±s | 凝集率(%) |
自凝试验 | 0.511±0.012 | 0.075±0.035 | 85.32% |
他凝试验 | 0.505±0.025 | 0.272±0.017 | 46.14% |
疏水性试验 | A<sub>0</sub>±s | A<sub>1</sub>±s | 疏水性(%) |
0.519±0.023 | 0.288±0.027 | 44.51% |
4.5枯草芽孢杆菌JT3-1的黏附能力测定
将活化好的枯草芽孢杆菌JT3-1以2%的接种量接种于营养肉汤培养基中, 37℃培养12h,离心收集菌体(6000r/min,4℃,10min)然后用无菌PBS(pH 7.2)洗涤2次,将菌体重悬于Caco-2细胞培养液中,用培养液将菌体浓度调整至1×108CFU/mL。将已长成单层的Caco-2细胞用无菌PBS(p H 7.2)漂洗 2次,每孔加入200μL含菌体的细胞培养液中。置37℃、5%CO2、相对湿度95%的二氧化碳培养箱中孵育2h,用无菌PBS(pH 7.2)漂洗细胞3次,以除去未黏附的细菌。向24孔板中加入无水甲醇固定10min,姬姆萨染色,油镜镜检。每孔随机计数30个视野,通过计数黏附在单个细胞上的芽孢杆菌数,来判断黏附能力的大小,以枯草芽孢杆菌标准株CICC10275为对照。黏附结果见表6,枯草芽孢杆菌JT3-1与结肠癌细胞Caco-2黏附率达到3025±92.2CFU/30cell,而对照枯草芽孢杆菌标准株CICC10275与结肠癌细胞Caco-2黏附率则为1274±65.6 CFU/30cell,说明自分离枯草芽孢杆菌JT3-1有很强的黏附能力。
表6枯草芽孢杆菌JT3-1黏附能力表
菌株 | 黏附率 |
枯草芽孢杆菌JT3-1 | 3025±92.2 CFU/30 cell |
枯草芽孢杆菌标准株CICC10275 | 1274±65.6 CFU/30 cell |
5.抑菌性试验
枯草芽孢杆菌的抑菌试验:(1)无细胞发酵上清液的制备已活化后的枯草芽孢杆菌4℃,6000r/min,离心10min,取其上清液经0.22μm微孔滤膜过滤,所得液体即为枯草芽孢杆菌的无细胞发酵液,4℃保存,备用。(2)双层平板的制备倾倒下层琼脂,室温晾干,将活化后的致病菌用无菌的磷酸缓冲液 (pH 7.4)配制成含活菌数约为108cell/mL的菌体悬液,加入到已灭菌的半固体营养培养基中(需氧菌用NA平板,厌氧菌用MRS平板),混匀后倾倒于素琼脂平板中,室温条件下水平放置。待双层平板凝固后,用自制打孔器(孔径±7mm)进行打孔,向孔洞中加入无细胞发酵上清液,室温水平放置3h后,37℃培养18h后,用游标卡尺测量抑菌圏直径大小,重复3次试验求平均值(表7)。
抑菌试验结果(表7)表明5株枯草芽孢杆菌和2株植物乳杆菌对14株致病菌菌株中的不同抑制作用,其中7种菌株对单增李斯特氏菌和金黄色葡萄球菌均有较强的抑菌作用。与其他四株枯草芽孢杆菌相比,枯草芽孢杆菌JT3-1 具有较好的抗菌谱,抑菌范围更广。其中枯草芽孢杆菌JT3-1对鼠伤寒沙门氏菌、牛支原体和产气荚膜梭菌均有较好的抑制作用。
表7抑菌试验结果
备注:Bs-MQ7、Bs-MQ6、Bs-SKH、Bs-TWYX和Bs-JT3-1为枯草芽孢杆菌;Lp-MN和Lp-2PC1为植物乳杆菌。
6枯草芽孢杆菌JT3-1在牛羊腹泻病的应用研究
将枯草芽孢杆菌JT3-1与实验室自分离的另2株益生菌株按一定比例混合,制成微生态制剂。对甘肃苏南县和青海海北州不同程度腹泻病例共计40只羊80 头牛进行饲喂试验。结果表明,饲喂第二天观察病畜,发现腹泻症状有明显好转,连续饲喂三天后,症状较轻的病畜基本痊愈,症状较严重的病畜在饲喂4-5 天后也基本痊愈。
2018年7月1日至2018年8月31日,对新疆博乐某养殖场犊牛(10日龄内)腹泻病例进行益生菌制剂治疗(产房一和产房三),其益生菌主要有效成分之一为枯草芽孢杆菌JT3-1。产房一和产房三采用发病后益生菌制剂治疗,其治愈率分别为94.52%和95.16%;而产房二(对照组,勃林格殷格翰疗法)采用提前抗生素等联合给药预防,死亡率为0.9%(表8)。
表8新疆博乐天莱集团养殖场犊牛腹泻治疗记录表
Claims (4)
1.一株枯草芽孢杆菌,于2018年4月2日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC NO:15545。
2.权利要求1所述的枯草芽孢杆菌在草食动物饲养中的应用。
3.权利要求1所述的枯草芽孢杆菌在制备草食动物的饲料添加剂中的应用。
4.权利要求1所述的枯草芽孢杆菌在制备草食动物的饲料中的应用。
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