枯草芽孢杆菌通过调控家蚕肠道菌群与氨基酸代谢促进生长及丝蛋白合成的机制研究

本研究针对人工饲料饲养家蚕存在的肠道菌群多样性下降、生长性能受限等问题，通过补充益生菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），系统揭示了其通过调节消化酶活性、重塑肠道微生物群落结构及激活苯丙氨酸代谢通路，显著提升家蚕体重、饲料利用效率和茧丝质量的综合机制。该研究为鳞翅目昆虫人工饲料系统的优化提供了重要理论和实践依据。

　　

家蚕（Bombyx mori）作为重要的经济昆虫和鳞翅目模式生物，在丝绸产业和科学研究中具有不可替代的地位。随着人工饲料饲养技术的快速发展，家蚕养殖正逐步摆脱对桑叶的依赖，迈向规模化、标准化生产。然而，与取食天然桑叶的家蚕相比，人工饲料饲养的家蚕往往出现肠道微生物多样性降低、生长迟缓、抗病能力下降等问题，严重制约了其生产效率和养殖效益。研究表明，肠道微生物在宿主营养代谢、免疫调节及生长发育中扮演关键角色，因此，通过益生菌干预调节家蚕肠道菌群已成为改善其人工饲养性能的重要策略。

在此背景下，Ren等人于《Animal Microbiome》发表了题为“Probiotic Bacillus subtilis enhances silkworm (Bombyx mori) growth performance and silk production via modulating gut microbiota and amino acid metabolism”的研究论文，系统探讨了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis, BS）对家蚕生长和丝蛋白合成的促进作用及其机制。

为开展本研究，作者团队采用了多学科交叉的研究方法，主要包括：使用表达绿色荧光蛋白（GFP）的枯草芽孢杆菌进行肠道定殖实验；设置不同浓度BS处理组（6×10?至6×10? CFU/g饲料）进行饲养试验；测定家蚕体重、饲料利用效率（FUE）和茧质指标；分析中肠液pH值及消化酶（α-淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶）活性；通过16S rRNA测序技术分析肠道菌群组成与多样性；应用靶向代谢组学（UPLC-MS）检测血淋巴中氨基酸水平；并通过苯丙氨酸饲喂实验验证其功能。

Bacillus subtilis promotes the growth of silkworms and improves cocoon quality

研究结果显示，饲料中添加6×10? CFU/g的枯草芽孢杆菌（BS-2组）可显著提高家蚕体重，在5龄第3天体重增加22.12%，同时饲料利用效率提升4.09%–6.80%。此外，BS处理显著提高了茧层重量（雌性+9.77%）和茧层率，表明其在促进生长和改善丝蛋白合成方面具有显著效果。

Effects of Bacillus subtilis supplementation on the pH and intestinal digestive enzymes in the midgut intestinal fluid of silkworms

中肠消化生理指标分析表明，BS处理组中肠液pH值显著升高，消化酶活性普遍增强，其中α-淀粉酶、脂肪酶在4龄和5龄阶段均显著上升，而胰蛋白酶活性在5龄时下降，说明BS可能通过改善消化环境与酶活协同促进营养吸收。

Effects of Bacillus subtilis supplementation on microbial structure and composition in the midgut of silkworms

肠道菌群分析显示，BS的添加降低了菌群多样性（Shannon指数，P < 0.01），减少了潜在致病菌Pseudomonas和共生菌Lactobacillus的相对丰度，并通过PICRUSt2功能预测发现碳水化合物代谢、氨基酸代谢等通路显著上调。

Effects of Bacillus subtilis supplementation on amino acid metabolism in silkworms

靶向代谢组学进一步揭示，BS处理组血淋巴中苯丙氨酸水平显著提升3.1倍，同时酪氨酸、精氨酸和鸟氨酸含量也明显上升，而亮氨酸-异亮氨酸下降。苯丙氨酸的VIP值最高（VIP > 3），表明其在BS促生长机制中的核心作用。

Effects of phenylalanine supplementation on silkworm body weight and cocoon quality

通过外源添加苯丙氨酸（0.4%）的验证实验，成功复制了BS的促生长效应，幼虫体重和茧质指标均显著改善，证实了苯丙氨酸在家蚕-微生物互作中的关键地位。

该研究结论表明，枯草芽孢杆菌虽未在家蚕肠道内定殖，但通过多维度机制发挥益生功能：包括提高消化酶活性、优化肠道菌群结构、显著上调苯丙氨酸代谢通路。这不仅深化了对昆虫-微生物互作机制的理解，也为人工饲料饲养系统的改进提供了可靠策略，尤其在氨基酸平衡调控方面具有重要应用潜力。该成果对推动丝绸产业可持续发展及鳞翅目昆虫营养代谢研究具有广泛意义。