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生物技術是20世紀末期，在現代分子生物學等生命科學的基礎上發展起來的一個新興獨立的技術領域，已被廣泛應用于醫療保健、農牧業生產、環境保護、資源開發和利用等方面，對農牧業、制藥業及其相關產業的發展有著深刻的影響，成為全球發展最快的高新技術之一。生物技術的快速發展為解決疾病防治、食物短缺、能源匱乏和環境污染等一系列問題帶來了希望。
疾病預防控制和環境污染是以集約化和規模化為特點的現代養殖業面臨的最嚴峻挑戰。飼用酶制劑和微生態技術以其在動物營養、動物健康和環境等方面的廣闊應用前景而成為科學研究的熱點。畜牧行業的迫切需求和巨大的市場潛力，使飼用酶制劑和微生態技術大大縮短了由科學研究到工業化生產的轉化時間。盡管飼料酶制劑和微生態制劑的開發應用僅有二十多年的歷史，目前已成為最富有活力的高新技術產業之一。
微生態技術在現代畜牧業上的應用，為疾病預防控制和解決養殖業環境污染帶來了全新的理念并提供了可能性。20世紀中葉發現抗生素具有促進動物生長作用后，抗生素添加劑得到了廣泛應用，對畜牧業的發展做出了巨大貢獻。在改善動物生產性能方面，抗生素的效果是以前任何飼料添加劑無法比擬的。飼料中添加抗生素可促進畜禽生長，提高飼料轉化率，預防畜禽疾病，增進動物的健康狀況等，具有明顯的經濟效益。飼料中大量添加亞治療量的抗生素和促生長劑，除產生耐藥性、有毒有害物質殘留等嚴重影響人類健康與生存的問題外，還加劇了環境污染。為解決抗生素添加劑應用中存在問題，國內外學者進行了不懈的努力，研究出了許多可行的措施，其中微生態制劑是被認為替代抗生素的最有前途的產品。動物微生態制劑具有防治消化道疾病和促進生長等多重作用，無毒、無殘留、無污染，不產生抗藥性，美國及歐盟國家相繼禁用或限用抗生素作為飼料添加劑，大大推動了微生態制劑行業的發展。
營養和疾病防治是養殖業，無論是傳統養殖業還是現代養殖業永恒的關注重點。微生態技術正在引起營養和疾病防治領域革命性變化。
一、我國養殖業面臨問題
自20世紀40年代末發現抗生素對畜禽有促生長作用以來，世界各地廣泛使用亞治療量的抗生素作為飼料添加劑。作為抗菌促生長劑，抗生素為飼料業與飼養業的發展確實起到了積極的促進作用，但隨著科學的發展其弊端日漸顯著。
抗生素的濫用容易引起畜禽內源性感染或二重感染。抗生素的使用在抑制致病微生物的同時，也抑殺了畜禽體內生理性微生物，擾亂了微生物種群之間的相互制約格局，破壞了微生態平衡。在飼料中添加抗生素可促進畜禽生長，提高飼料轉化率，預防畜禽疾病，增進動物的健康狀況等，具有明顯的經濟效益。抗生素添加劑可獲得5-8倍的贏利。
抗生素在飼料中的應用對畜牧業的發展做出了巨大的貢獻，但是隨著應用范圍的不斷擴大，也暴露出抗生素的弊端：
（1）藥物殘留：抗生素隨飼料在動物消化道發揮作用后，進入動物的血液循環，經腎臟的過濾大多數隨尿液排出體外，但仍然有一些殘留在動物體內。大多數的抗生素都會在畜禽產品中殘留，影響食品安全，帶來產品出口等問題，影響養殖業經濟效益；
（2）病原微生物產生耐藥性：大量使用抗生素，使病原微生物產生耐藥因子，結果使抗生素的治療作用減弱甚至失效；
（3）引起動物發病或死亡：長期使用抗生素導致動物體內微生態平衡被破壞，動物出現維生素缺乏、免疫能力下降、消化障礙以及繼發性感染等癥狀，造成動物發病或死亡。如“偽膜腸炎”（又稱“抗生素腸炎”）的發生與抗生素的濫用有直接關系。
（4）其他不良作用：長期使用抗生素，使畜禽機體產生依賴性，限制了體內免疫細胞機能的發揮，導致免疫功能下降，抵抗疾病能力降低。使用抗生素還有可能使動物和人產生基因突變、畸形、致癌等作用。抗生素大量排出動物體外，也可能造成環境污染。由于抗生素對人類健康、生存和環境等帶來的越來越嚴重的問題。
近幾年中國畜產品遭遇的出口受阻主要原因就是抗生素的殘留。不僅是出口，國內消費也同樣需要綠色安全的畜產品。
2002年，農業部發布第193號公告，《食品動物禁用的獸藥及其它化合物清單》。禁止氯霉素等29種獸藥用于食品和動物。中華人民共和國農業部國家藥品監督管理局第227號公告：養殖生產用藥環節對動物產品質量安全實施監控。中華人民共和國農業部、國家質量監督檢驗檢疫總局第205號公告《中華人民共和國動物及動物源食品中殘留物質監控計劃》目前，世界各國都很重視這一問題，美國近幾年幾乎凍結了對所有新型抗生素的審批，歐共體已于1999年全面禁止抗生素在動物飼料中的使用。因此開發研制新的無毒副作用的抗生素替代產品便成了必然。國內外學者進行了不懈的努力，研究出了許多可行的措施：微生態制劑，中草藥，酶制劑等等。其中微生態制劑(Microbial ecological agent)被認為是替代抗生素的最有前途的產品。
二、微生態制劑的特點
微生態制劑(Microbial ecological agent)是在微生態理論的指導下，采用有益的、活的微生物經過培養、發酵、干燥等特殊工藝制成的活菌制劑。又稱為微生態調節劑(Microecological modulator)、活菌制劑(living bacteriaagent)、EM(Efficient microbe agent)菌制劑等。
微生態制劑與抗生素的作用機理完全不同，前者是通過補充有益菌至腸道定植，對抗病原菌繁殖，而維持微生物平衡，如果補充濃度不足或有益菌種類不對，則難以發揮作用；后者是通過抑殺病原菌繁殖，維持微生物平衡，但如果抗生素抗菌譜很廣，則會同時抑殺有益菌。因此，微生態制劑與抗生素能否同時使用或發揮協同作用，取決于有益菌種類或濃度以及抗生素抗菌譜。目前實際生產中，微生態制劑主要用于替代抗生素添加劑，改善腸道內外環境，改善生產性能，通過健康養殖來控制疾病發生。而不是治療作用。
1、微生態制劑的種類
微生態制劑主要分為兩大類。一類是針對環境因素(胃腸道pH值、氣體、碳源(糖類)、氮源等)開發的微生態飼料添加劑，如：寡糖、酸化劑、中草藥等；另一類產品包括活菌制劑和微生物培養物。主要作用是改變胃腸道微生物群組成，使有益或無害微生物占據種群優勢，通過競爭抑制病原或有害微生物的增殖，調節腸道微生態平衡。如：乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌、放線菌、光合細菌等幾大類。微生態制撇菌種組成可分為單一制劑和復合制劑。
2、微生態制劑理論根據
研制開發動物微生態制劑的理論依據是動物微生態學。主要包括微生態平衡理論、微生態失調理論、微生態營養理論以及微生態防治理論等。
3、微生態制劑在動物營養中的作用機理
維持動物體內微生態環境的平衡 動物腸道內存在上百種正常微生物，構成腸道消化系統的微生態菌群平衡，可以抵抗外來致病菌的影響，還可以提供大量的營養成分和促生長因子，如果腸道正常菌群被破壞，就會出現病理狀態。益生菌進入腸道與腸道內正常菌發生棲生、偏生、共生、競爭、吞噬等復雜關系，從而對動物產生營養、免疫、刺激生長生物拮抗等生理作用，可起到提高生產性能、防治疾病的作用。
正常微生物與動物和環境之間所構成的微生態系統中，優勢種群對整個微生物群起決定作用，一旦失去了優勢種群，則原微生態平衡失調，原有優勢種群發生更替。正常情況下，動物腸道內優勢種群為厭氧菌占99％以上，而需氧菌及兼性厭氧菌只占1％。如該優勢種群發生更替，上述專性厭氧菌顯著減少，而需氧菌、兼性厭氧菌顯著增加，此時使用微生態制劑，如一些需氧菌微生物制劑特別是芽孢桿菌能消耗腸道內的氧氣，造成厭氧環境，有助于厭氧微生物的生長，使優勢種群逐漸增加恢復正常，而需氧菌、兼性厭氧菌等逐漸降低保持原有狀態，從而使失調的菌群平衡調整恢復到正常狀態，達到治病促生長之目的。
對抗體內有害病菌動物微生態制劑中的有益微生物在體內對病原微生物有生物拮抗作用。這些有益微生物可競爭性抑制病原微生物粘附到腸粘膜上皮細胞上，刺激腸管免疫系統細胞，同病原微生物爭奪有限的營養物質和生態位點，從而不利于病原微生物的生長繁殖。中和大腸桿菌產生的毒素參與機體的新陳代謝，促進動物生長。
增強機體的免疫功能 刺激動物產生干擾素，提高免疫球蛋白濃度和巨噬細胞活性。乳酸桿菌以某種免疫調節因子的形式起作用，刺激腸道某種局部型免疫反應，增強機體免疫功能。芽孢桿菌能促進腸道相關淋巴組織，使之處于高度反應的“準備狀態”，同時使免疫器官的發育增快，T、B淋巴細胞的數量增多，使動物的體液和細胞免疫水平提高。
通過電鏡觀察證明，正常菌群在腸道粘膜等處是有序排列的。當有益菌占據致病菌的靶上皮細胞，形成保護屏障，或以菌群優勢產生一種對致病不利的環境時，可以起到防御作用。自身生成有益代謝產物及刺激動物產生有益物質導致前胃丙酸等揮發脂肪酸增加，乳酸菌進入腸道后產生乳酸，降低腸道pH值，從而抑制病原微生物的生長繁殖。激活酸性蛋白酶活性，對新生畜禽是有益的，并在很大程度上延長了產品的保質期。 有益微生物在體內可產生蛋白酶、淀粉酶、植酸酶等多種消化酶，可降解飼料中的某些抗營養因子，并能在腸道內生長繁殖產生各種營養物質如維生素、氨基酸、未知促進生長因子等營養物質，促進生長，有利于飼料中營養物質的消化吸收，提高飼料轉化率。
防止產生有害物質動物自身及許多致病菌都會產生多種有毒物質，如毒性胺、氨、細菌毒素、氧自由基等。某些乳酸桿菌、鏈球菌、芽孢桿菌等，有些益生菌則可以阻止毒性和胺和氨的合成；多數好氧菌產生SOD(注：超氧化物歧化酶)可幫助動物消除氧自由基。在代謝過程中，可產生一些抗菌物質如嗜酸菌素、乳糖菌素、桿菌肽等，可抑制病原菌在腸道內生長繁殖。某些有益微生物(如芽孢桿菌)在腸道內可產生氨基氧化酶及分解硫化物的酶類，從而降低血液及糞便中氨、吲哚等有害氣體濃度。
凈化環境 由于有益菌抑制了腸道內腐敗菌的生長，減少了腐敗物質的產生，降低糞便中硫化氫和氨的含量。另外，某些有益微生物(如芽抱桿菌)在腸道內可產生氨基氧化酶及分解硫化物的酶類，從而減少了蛋白質向刺激性較強的氨和胺的轉化，使血液和腸道中氨的濃度大大降低，也減少了向外界的排泄量；改善了飼養環境。
4、 微生態制劑在畜禽養殖業中的應用
微生態制劑在仔豬養殖中的應用
用活菌微生態制劑飼喂哺乳仔豬，勵口組腹瀉率減少3.91％，成活率提高7.9％。在10--28日齡的仔豬，采食量平均增加70g(克)／d(天)，增重提高4.2％。7日齡仔豬日糧中添加低聚果糖，可以減少腹瀉發生率3%，日增重提高6.4％，飼料轉化率提高11.7％。在35日齡斷奶仔豬日糧中添加0.2％--0.4％微生態活菌制劑，可使糞中大腸桿菌從數明顯降低(P<0.05)。仔豬從出生后1--2天開始直接飼喂微生態制劑可使仔豬成活率提高4％--5％，降低仔豬黃痢發病率7.0％，仔豬在15日內多增重390克，提高了15.2％，料比降低4.8％，并確保仔豬早期健康發育。
母豬飼養試驗顯示，使用微生態制劑[500g(克)／d(天)]使母豬分娩指數提高5.7％，窩仔數提高6.5％，每窩死胎率降低19.1％，哺乳期仔豬死亡率降低6.3％，哺乳期仔豬日增重提高11.3%，母豬受胎成功率提高8.5％。
微生態制劑在家禽飼料中的應用
在肉雞日糧中添加微生態制劑使日增重提高12％，生長速度提高了5.35％，飼料消耗降低了5.34％。用微生態制劑預防雞白痢，表明有顯著效果。15--56日齡肉雞在飼料中添加0．25％--0.50％的低聚果糖，可以減少沙門氏菌及大腸桿菌在肉雞腸道上的附著能力，生產性能得到改善，腹瀉率亦明顯降低。另外，利用微生物飼養的肉雞，雞肉的蛋白質含量高于普通雞，熱量低，而且膽固醇也低10％左右。采用這種方法喂雞，雞舍的臭味大大減少。雛雞飼喂乳酸桿菌培養物能顯著降低大腸桿菌的數量，提高對沙門氏菌的抵抗力，降低死亡率20％。
在蛋雞飼料中添加微生態制劑使產蛋率提高了8.1％，蛋重提高了1.37g(克)，破蛋率降低了1.1％，增重500g(克)總成本分別降低了2.3％、2.6％、4.3％、1.96％，經濟效益比較顯著，經檢測蛋中無殘留，且雞蛋腥味小，符合保健食品的要求。
微生態制劑在水產飼料中的應用
水中微生物的生態情況直接影響水產養殖業的發展，包括對魚蝦等的疾病防治及其生長發育的影響。在魚、蝦飼料中添加微生態制劑，可使魚蝦增重提高10％--20％。以光合細菌的活菌投喂孵化后2天，體長3mm(毫米)的鯉魚苗，2周后體比對照組多增長2倍；用莢膜紅假單胞菌干粉與常用的蛋黃粉分別飼養幼鯽，14天后的成活率較后者提高10％。在0．1立方米的水槽中，每槽放對蝦苗4000尾，每天投喂100--140ml(毫升)光會細菌菌液，試驗組蝦苗變態率91.4--94.15％，成活率53.9—63.7％，而對照組變態率為77.0％，成活率44.4％。應用芽胞桿菌等制劑用于對蝦，按1ppm投入池水，在蝦苗放養1個月后投入，每星期投入一次，計3次，結果試驗池對蝦病毒病發病時間較對照池延遲10天，產量增加40％。除單一菌劑外，亦有將復合菌劑用于改善漁業生態環境，如美國學者研制的ALKEN CLEARFLO(美菌方)，從枯草桿菌、地衣桿菌、多粘桿菌、假單胞菌等制成系列制劑，用于水產廢物分解。
微生態制劑在反芻動物飼料中的應用
在犢牛日糧中使用微生態制劑使日增重提高5.3％，飼料利率提高5.2％。犢牛腹瀉發病率由82％降低至35％，死亡率由10.2％降至2.8％，且病情經過減輕。用乳酸桿菌培養的飼喂奶牛，產奶量提高26％，乳脂率上升0.03％。1--35日齡的新生犢牛的代乳液體飼料中添加寡糖制品，可使犢牛的增重速度比對照組提高8％，采食量增加約10％，細菌性肺炎等類疾病的發生率也明顯降低。肉羊育肥中的添加量力0.4％微生態制劑，在60d(天)的飼養試驗期內，增重提高10.7％和12.3％。
微生態制劑在生態養豬發酵床墊料中的應用
在目前風靡的生態養豬法中，墊料的微生物發酵是關鍵一環。將因地制宜選擇和搭配稻殼、木屑、秸稈粉、米糠、豬糞等有機原料，通過C/N、粒度、水分調節，接種專用的微生態接種劑后，迅速繁殖的有益微生物發酵分解有機物產生的高溫可有效殺滅墊料中的寄生蟲卵、大腸桿菌及其它病原微生物，并能在較短時間內完成有機物生化分解反應，隨著發酵分解產生的氣體量減少和溫度下降并趨于穩定，完成無害化、穩定化處理后的墊料無寄生蟲卵、無大腸桿菌及其它致病菌；通透性、吸水性好，有益微生物含量高。這種發酵床墊料解決了糞便處理難題，實現了“零排放”；不僅改善了豬場本身的環境，通過改善豬的生長環境和豬的健康狀況間接提高了豬肉品質，還由于發酵床養豬技術不需要用水沖豬舍、不需要每天清除豬糞，使勞動生產率大幅度提高；另外發酵床提高了養豬的經濟效益，可節水75～90%，僅獸藥、水電、飼料的節約，每頭豬可以增效50-80元。
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