益生菌在反芻動物飼糧中的應用

賈 鵬 馬 濤 萬 凡 王韻斐 楊 東， 王文義 楊開倫 刁其玉*

（1.中國農業科學院飼料研究所農業部飼料生物技術重點實驗室，北京100081；2.新疆農業大學，新疆烏魯木齊830052；3.巴彥淖爾市農牧業科學研究院，內蒙古巴彥淖爾015000）

自1929年英國的Fleming發現抗生素以來，給人類的生產、生活帶來了巨大變化。抗生素過去促進了畜牧業的快速發展，是微生物學史上最偉大的發現之一。但是隨著人們科技水平的提高，健康意識逐漸增強，發現抗生素在畜牧業中的使用影響了肉制品的安全，直接影響人類的健康；部分抗生素通過動物排泄物排放到自然環境中，經過生態循環系統間接影響人類的健康，急需被新型添加劑取代。1907年Metchnikoff發現發酵后的乳制品有利于人類的健康，自此發現了益生菌。關于益生菌的研究首次出現在1947年Hansen等的研究中，飼喂仔豬乳酸桿菌能夠促進仔豬的生長。隨后有研究表明，在飼糧中添加益生菌，能夠改善動物胃腸道微生物環境，提高免疫力，改善瘤胃發酵，促進動物生長。1989年，美國食品和藥物管理局（FDA）與飼料協會（AAFCO）共同發布了能夠用于飼料添加劑飼喂動物的41種益生菌。中國農業部公告第2045號《飼料添加劑品種目錄（2013）》允許將34種益生菌作為添加劑。2002年聯合國糧農組織、世界衛生組織和歐洲食品與飼料菌種協會指出：益生菌是活的微生物，通過攝入充足的數量，對宿主可以產生一種或多種特殊且經過論證的功能性健康益處[1]。

1 益生菌的作用與機制

1.1 益生菌的免疫作用

益生菌替代抗生素的基礎是能夠對動物的免疫系統產生有益作用。益生菌進入機體后能夠刺激機體產生抗體，提高免疫細胞的活性，還能促進免疫細胞、組織和器官的生長發育，最終提高機體免疫力。

1.1.1 益生菌對腸道免疫的作用

益生菌首先定植于動物腸道，腸道是動物體內重要的消化器官，在動物免疫系統中也發揮著巨大作用，也是重要的免疫器官，能通過多種非特異性的免疫機制以及免疫防御機制生成天然的屏障，阻隔外界有害物質進入機體。腸道菌群通過刺激腸黏膜免疫細胞因子分泌和激活免疫應答等機制在調控腸黏膜免疫方面發揮著極其重要的作用。越來越多的證據表明寄居在腸道中的腸道菌群重要影響著腸黏膜免疫功能。益生菌與宿主腸道中的微生物、上皮細胞、免疫細胞等具有的相互作用，在維護免疫功能和腸道淋巴組織中發揮著重要作用，能分泌IgA和激活CD4+、CD8+T淋巴細胞等。有研究表明乳酸菌在動物腸道內定植并且繁殖后，能夠合成維生素和氨基酸等物質，不僅為免疫器官的生長發育提供了營養物質，還能作為抗原物質對免疫器官的生長發育起到刺激作用[2]。另外，酵母細胞壁自身含有的甘露寡糖、葡聚糖等物質，能夠通過活性巨噬細胞啟動腸道上皮細胞或者腸道淋巴Th-1的應答，提高機體免疫能力[3-4]。還有研究表明，飼喂健康個體德式乳桿菌后，機體內巨噬細胞的產生速度加快[1]。

1.1.2 益生菌對體液免疫、細胞免疫及免疫器官的作用

血液生化指標能夠反映機體營養物質代謝和組織器官功能情況，其中球蛋白的含量可以反映免疫水平，所有抗體的化學基礎都是免疫球蛋白，其在體液免疫中起到重要的作用，所以血清中由B淋巴細胞產生的IgG、IgM、IgA的含量高低代表免疫力的強弱。劉輝等[5]表明分別飼喂生長豬短乳桿菌、酵母菌和復合菌（短乳桿菌、酵母菌），提高了血清IgA、IgG含量。雙歧桿菌的細胞壁中含有肽聚糖，其具有免疫原性，在一定條件下能夠激活機體的體液免疫應答，抑制腫瘤細胞和致癌物質的增殖生長[6]。補體體系是先天性免疫和適應性免疫中的重要組成部分，在補體體系中補體C3和C4發揮著重要的作用，丁酸梭菌提高了櫻桃谷肉鴨血清中的補體C3和C4的含量[7]。謝文慧等[8]研究表明三種不同配置比例的復合益生菌均提高了肉雞血清中免疫球蛋白含量，但不同配置比例的效果不一，可能與配方中的每種益生菌的作用效果及其對應的最適添加量不同有關。

白細胞介素-1β、白細胞介素-6和腫瘤壞死因子-α均有益于T、B淋巴細胞的增殖分化，還能增加自然殺傷細胞的數量及其活性。將釀酒酵母菌和枯草芽孢桿菌制成的復合益生菌飼喂斷奶仔豬20 d后，提高了斷奶仔豬血清中白細胞介素-1β、白細胞介素-6和和腫瘤壞死因子-α水平，提高了斷奶仔豬細胞免疫水平[9]。有研究表明雙歧桿菌的細胞壁中含有肽聚糖，能夠通過增加小鼠腹腔內巨噬細胞的鈣離子濃度來提高巨噬細胞的活性[6]。

免疫器官在免疫系統中的作用不容忽視。中樞免疫器官包括胸腺、骨髓和法氏囊，胸腺為T細胞的主要產生場所，法氏囊僅存在于鳥類；外周免疫器官主要包括淋巴結、脾臟和黏膜相關淋巴組織等，其中脾臟參與所有的細胞免疫以及體液免疫，是機體內最大的外周免疫器官。研究表明丁酸梭菌顯著提高了櫻桃谷肉鴨胸腺指數和脾臟指數[7]。乳鴿在飼喂復合益生菌后，其胸腺指數和脾臟指數顯著升高，但不同成分的復合益生菌的作用效果不同[10]。

1.2 益生菌的抗氧化作用

自由基理論被發現后，表明衰老、癌癥等疾病與體內氧化作用產生的自由基有關。益生菌已被表明能夠增加機體抗氧化能力，減少腸氧化損傷、總抗氧化濃度，提高超氧化物歧化酶濃度，對谷胱甘肽濃度的影響存在爭議。酵母菌自身含有谷胱甘肽和超氧化物酶，能夠提高動物的抗氧化性能。雙歧桿菌和乳桿菌通過其完整細胞和細胞提取物的抗氧化性能夠對機體表現出較好的抗氧化作用。益生菌的代謝產物具有很高的抗氧化活性，有助于機體防止和修復氧化作用產生的損傷，包括還原型輔酶Ⅰ、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、多糖、胡蘿卜素、維生素E和維生素C等物質。Rajput I R等[11]從飼喂紹興鴨益生菌的試驗中得到，益生菌能夠提高血清抗氧化性。丁酸梭菌除了能夠提高肉雞血清中谷胱甘肽過氧化物酶活性以及總抗氧化能力，還能增強十二指腸、空腸和回腸黏膜以及肝臟的抗氧化能力，可能因為丁酸梭菌能夠抑制病原微生物增殖以及產生消化酶、丁酸和氫氣[7]。用丁酸梭菌和凝結芽孢桿菌及其二者復合制劑分別飼喂虹鱒后表明，均提高了虹鱒血清中超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性以及總抗氧化能力，降低了丙二醛含量；其中復合制劑效果最好，單一的丁酸梭菌和凝結芽孢桿菌效果存在差異，不同菌種效果可能不同[12]。飼喂黃羽肉雞復合益生菌的試驗表明，肉雞的抗氧化能力與益生菌的添加量存在正相關性[13]。

1.3 益生菌對瘤胃發酵的影響

Fiems L O等[14]研究表明，用添加釀酒酵母菌的飼料飼喂山羊與對照組相比，增加了山羊瘤胃pH值。飼喂反芻動物高精日糧，瘤胃內細菌通過發酵利用淀粉類物質產生有機酸，使pH值降低，導致瘤胃纖維分解菌的生長受到抑制；而添加酵母菌及其培養物后，刺激了瘤胃乳酸菌的生長，使乳酸的濃度降低，提高pH值，可防止高酸度抑制微生物的生長，維持正常的瘤胃發酵功能。李常瑞等[15]研究表明，飼喂蒙古綿羊精粗比為3∶7的日糧，復合益生菌的增加顯著降低了瘤胃pH值；當飼喂精粗比為7∶3的日糧，復合益生菌的增加使瘤胃pH值有下降趨勢。說明益生菌添加劑對瘤胃pH值具有調節作用。

張愛忠等[16]報道，飼喂內蒙古絨山羊酵母培養物，瘤胃內氨態氮的含量顯著降低。因為酵母能夠增加瘤胃微生物的數量，促進氨態氮的利用。氨態氮利用率的提高以及酵母使瘤胃原蟲數量的增加，還能增加瘤胃中蛋白的含量。劉彩娟等[17]和張志軍等[1]研究表明，用復合益生菌飼喂奶牛和綿羊，均顯著提高了瘤胃菌體蛋白和微生物蛋白含量。肖怡[18]用地衣芽孢桿菌、熱帶假絲酵母和植物乳酸桿菌飼喂肉羊，結果表明不同菌種對瘤胃氨態氮濃度的影響并不一致。

飼喂荷斯坦奶牛和哈薩克羊復合益生菌后[1,17]，均提高了奶牛和綿羊瘤胃乙酸濃度。飼喂肉羊地衣芽孢桿菌、熱帶假絲酵母和植物乳酸桿菌表明[18]：地衣芽孢桿菌對瘤胃揮發酸濃度及其比例沒有顯著影響；熱帶假絲酵母對瘤胃內總揮發酸濃度有增加的作用，提高了丙酸比例和降低了乙酸比例，乙酸與丙酸比值降低；植物乳酸桿菌對瘤胃內總揮發性脂肪濃度的影響與其添加劑量有關，對乙酸、丙酸及其二者比值的影響與熱帶假絲酵母相同。用YC-1、YC-2和YC-3三種酵母培養物飼喂肉牛后[19]，YC-2組瘤胃內總揮發性脂肪酸升高，YC-1和YC-2組瘤胃內乙酸與丙酸比值顯著降低。不同菌種益生菌添加劑對瘤胃內揮發性脂肪酸的影響不一致。

1.4 益生菌對胃腸道微生物的影響

動物在正常生理功能條件下，腸道中優勢菌群為厭氧菌，占菌群總量99%，剩下1%為兼性厭氧菌和需氧菌。動物胃腸道菌群失衡時，將影響其消化道正常功能，隨之病原微生物快速生長繁殖，引起疾病和降低生產性能。飼喂動物益生菌添加劑可有效防止胃腸道菌群失衡，益生菌通過增加有益菌數量抑制病原微生物，調節和維持胃腸道菌群平衡[1]。

益生菌制劑維持胃腸道微生態的平衡途徑為：①代謝產生抗菌物質。胃腸道內的有益菌群能夠產生乳酸、細菌素和過氧化氫等消滅病原菌的物質[1]。例如枯草芽孢桿菌能夠產生含有脂類抗菌肽的枯草菌素以及低分子量抗菌素，能夠作用于嗜水氣單孢菌的細胞膜，殺死細胞，起到抑制和消滅病原菌的作用。②與病原菌產生競爭機制[1]。無論益生菌還是病原菌在胃腸道的定植是其發揮作用的前提，二者在胃腸道黏膜上產生競爭性黏附，起到抑制病原菌在胃腸道黏膜黏附的作用；動物胃腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等優勢菌群均為厭氧菌，芽孢桿菌等益生菌制劑能夠減少胃腸道內的氧氣以及減弱氧化還原電勢，產生有利于雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群的生長環境，抑制有害需氧菌的生長，從而調節胃腸道微生物平衡。

2 益生菌在動物中的應用

應用于畜牧業的益生菌通常被稱為微生物飼料添加劑。國際上第一次將益生菌添加到飼料中的研究出現于1947年，Hansen等飼喂仔豬乳酸桿菌后，體重得到升高，健康狀況也得到改善。我國對益生菌的研究最早出現在70年代，飼喂初生仔豬從豬場分離的有益微生物，明顯提高了仔豬黃痢保護率；同年來自江蘇農學院的方定一教授表明NY10（大腸桿菌）也具有預防仔豬黃痢的效果。國內關于益生菌的第一個會議在大連于1981年召開（中國微生態學研討會），第一個協會在北戴河于1988年建立（中華預防醫學會微生態學分會），為我國對益生菌的研究奠定了基礎。

在益生菌中，酵母菌貢獻最大，產量高達百萬噸，并且對抗生素及其他抗菌藥物具有耐性；芽孢桿菌具有極強的穩定性，將地衣芽孢桿菌置于制粒高溫和人工胃液的環境下，經過大量的試驗證明，地衣芽孢桿菌的活菌數沒有受到影響[20]。因此，酵母菌和芽孢桿菌應用前景廣泛，在動物中的研究較多。益生菌在豬和家禽上的研究較為全面，但在反芻動物中的研究較少。

2.1 酵母菌在反芻動物中的應用

許斌斌[21]用體外瘤胃發酵技術研究表明，釀酒酵母菌顯著提高了肉牛瘤胃中產氣量、微生物蛋白含量和乙酸/丙酸比值，并降低了甲烷產量；飼喂肉牛釀酒酵母菌，對肉牛干物質采食量沒有影響，顯著提高了日增重，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維表觀消化率顯著高于對照組，粗蛋白和總能的表觀消化率沒有出現顯著差異，肉牛總甲烷排放量和單位采食量甲烷排放量顯著降低。飼喂小母牛釀酒酵母菌后，干物質采食量組間沒有差異，日增重顯著提高，干物質、有機物、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維消化率均顯著升高，還顯著增加了糞便中的乳酸菌數量[22]。在泌乳牛飼糧中添加酵母菌后，除顯著提高中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維消化率，還提高了產奶量和乳脂率，增加了胃腸道中乳球菌數量，降低了腸球菌和大腸桿菌數量[23]。Zhu W等[24]研究了飼喂熱應激條件下的奶牛釀酒酵母菌，表明不影響干物質采食量，增加了產奶量和產奶量/干物質攝入量比值，對照組奶牛體重降低，而釀酒酵母組奶牛體重顯著升高，有利于緩解奶牛熱應激。釀酒酵母菌和產脘假絲酵母制成的復合益生菌能夠增加奶牛產奶量、乳脂率，降低干物質采食量與產奶量比值，縮短產犢間隔[25]。

酵母培養物能夠降低瘤胃中乳酸的累積，增加瘤胃pH值和降低瘤胃滲透壓，飼喂羊只酵母培養物能夠有效地預防和治療急性瘤胃乳酸性酸中毒[26]。飼喂妊娠前和妊娠期母羊酵母培養物，提高了血清白蛋白、葡萄糖、尿素濃度和谷草轉氨酶活性，降低了膽固醇濃度，對肝臟和腎臟沒有副作用，可改善繁殖性能[27]。酵母菌對羔羊干物質采食量沒有影響，提高了前4周平均日增重和第84 d血清尿素氮、總蛋白含量，對其他血液指標和肉品質沒有顯著影響，對免疫應答有促進作用[28]。釀酒酵母菌和嗜酸乳桿菌制成的復合菌提高了羔羊糞便pH值，降低了糞便中大腸桿菌的數量和糞便評分[29]。

酵母菌及其復合益生菌對反芻動物的采食量均不產生影響，但在單胃動物中有不同研究結果[30]，可能與動物種類有關。酵母菌類益生菌能夠提高反芻動物日增重、營養物質消化利用率、產奶性能和繁殖性能，改善瘤胃發酵和胃腸道菌群結構，緩解熱應激以及預防瘤胃酸中毒。

2.2 芽孢桿菌在反芻動物中的應用

周振峰[31]研究表明，飼喂熱應激條件下的泌乳期荷斯坦奶牛地衣芽孢桿菌，提高了奶牛產奶量，并且牛奶中乳脂率和含量均有所提高。符運勤[32]用地衣芽孢桿菌飼喂0～8周齡荷斯坦犢牛，顯著提高了犢牛日增重及其體軀指數，瘤胃內纖維分解菌的數量出現升高；飼喂8～52周齡荷斯坦牛，提高了日增重，血清中堿性磷酸酶的活性出現升高，瘤胃中優勢菌種及其細菌區系穩定性均有提高，瘤胃中纖維分解菌數量增多；52周齡開始停喂地衣芽孢桿菌，采集糞便檢測芽孢桿菌，表明地衣芽孢桿菌不能在荷斯坦后備牛胃腸道中長期定植。飼喂肉牛復合菌（枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和植物乳桿菌）后，提高了肉牛平均日增重和采食量，降低了料重比，對血清生化指標沒有顯著影響[33]。

肖怡[18]研究表明，飼喂45 kg的杜寒雜交成年羯羊低中高三種劑量的地衣芽孢桿菌，低中劑量降低了甲烷產量，干物質表觀消化率、有機物表觀消化率、中性洗滌纖維表觀消化率、氮表觀消化率、氮沉積率、消化能和代謝能均顯著升高，瘤胃氨態氮濃度在低中劑量組顯著降低，瘤胃pH值和揮發酸濃度在各組間均沒有顯著差異，瘤胃內甲烷菌和原蟲數量在低中劑量組顯著降低，而在高劑量組顯著升高。地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌制成的復合菌不影響羊只的體重，增加了干物質采食量及其占活重比例，對干物質及粗蛋白消化率沒有影響，但對中性洗滌纖維消化率有提高的趨勢[34]。但在另一研究中表明，復合菌（地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌）增加了羔羊日增重、凈增重和干物質采食量，對血清電解質濃度（Ca、P、Na、K、Mg、Fe、Cl）無顯著影響，降低了血液尿素、膽紅素和甘油三酯濃度以及丙氨酸氨基轉移酶、天冬氨酸氨基轉移酶和肌酸激酶的活性，提高了葡萄糖濃度和堿性磷酸酶活性，酸堿平衡和陰離子間隙在正常范圍內，促進了羔羊代謝活動[35]。

芽孢桿菌作為飼料添加劑，能夠提高反芻動物干物質采食量和日增重，增加營養物質消化利用率，降低瘤胃甲烷產量和調節胃腸道菌群結構，緩解熱應激以及促進機體代謝活動，但在不同的添加劑量、動物種類和飼糧條件下，可能產生不同的效果。

2.3 其他益生菌在反芻動物中的應用

荷斯坦奶牛在飼喂乳酸片球菌后，產奶量顯著升高，乳脂率和乳蛋白含量沒有影響，乳酸片球菌對奶牛營養物質消化率、瘤胃pH值和揮發性脂肪酸均未產生不利影響[36]。在犢牛飼糧中添加嗜酸乳桿菌后，對血清肌酐、葡萄糖、尿素、膽紅素、天冬氨酸氨基轉移酶和丙氨酸氨基轉移酶均無影響，但顯著降低了膽固醇和甘油三酯含量[37]。飼喂3～4日齡犢牛嗜酸乳桿菌與植物乳酸桿菌組成的復合菌，或者飼喂嗜酸乳桿菌培養物，均對血清總蛋白、白蛋白、總球蛋白、尿素、尿素氮和甘油三酯無影響，但顯著提高了血清Ig G濃度和犢牛體重。分別飼喂成年羊及羔羊嗜酸乳桿菌，第2 d羊只胃腸道中大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌數量已出現顯著降低，在羔羊胃腸道中乳桿菌的繁育效果比成年羊好[38]。在羔羊日糧中噴灑乳酸桿菌，提高了干物質采食量、日增重和中性洗滌纖維消化率，提高了瘤胃NH3濃度和乳酸桿菌數量[39]。以上研究表明，益生菌能夠提高反芻動物生長性能，改善胃腸道菌群結構，但在動物不同生理階段的作用效果存在差異。

3 結語

益生菌擁有綠色、無殘留和無污染的特性，并且能夠改善動物胃腸道微生態環境，提高免疫力，促進生長，在動物飼糧中已取得顯著效果，發展潛力巨大。一些研究結果表明，復合益生菌和酶菌復合制劑作用效果好于單一益生菌。可能因為復合益生菌更易產生乳酸，能適應多種宿主和條件；酶菌復合制劑中的酶可為益生菌的生長提供營養物質，益生菌又可產生酶和提高酶活性。益生菌添加劑今后發展方向應該為：尋找合適的配伍，將不同種益生菌進行組合，或者將益生菌與酶制劑、維生素、礦物質等進行組合制成復合制劑。