植物提取物改善畜禽腸道菌群結構的研究進展

曾建騰，范志聰，張永亮

（ 華南農業大學動物科學學院，廣東 廣州 510642 ）

飼料長期添加抗生素易導致病原產生耐藥性[1]，不利于動物的健康成長，也會危害人類健康，我國已發布公告禁止在飼料中添加抗生素。植物提取物中的活性物質具有抗菌性，可選擇性地抑制細菌生長，維護動物體內消化道菌群的平衡；還可刺激腸道分泌黏液，促進動物的生長發育，維護腸道健康。植物提取物可使動物的生長環境更加安全，長期服用不會產生抗藥性[2-3]。文章就植物提取物的抗菌機制、植物提取物對畜禽腸道菌群的影響等方面展開論述，以期為植物提取物應用于畜禽生產提供參考。

1 植物提取物的抗菌作用與機制

1.1 植物提取物的抗菌作用

畜禽具備完整的防御病原微生物體系，這種體系也被稱為抗菌體系、抗菌免疫體系等[3]。植物提取物具有抗菌作用，可激發非特異性的抗菌免疫系統，如吞噬系統、補體系統、干擾素等[4]。中草藥添加劑不僅具備抑菌和抗菌的特性，對動物體內的微生物也可產生非常重要的影響。如金蕎麥體外抑菌效果雖然弱于抗生素，但對治療雞葡萄球菌病非常有效，服用后產生的效果優于抗生素[5]。大部分天然植物均具備抗菌的特性，其效果見表1[6-9]。

表1 部分天然植物提取物的抗菌作用效果Tab.1 Antibacterial effect of some natural plant extracts

1.2 植物提取物的抗菌機制

1.2.1 增強腸上皮防御功能研究發現，植物提取物在動物體表無法殺死病原菌，也無法產生抑菌的效果，只有動物服用后才可發揮抵抗各種病原微生物的作用。有研究指出，大蒜素可增強腸上皮細胞對大腸桿菌的抵抗力，降低大腸桿菌的感染性[10]。Zhang等[11]研究了肉桂精油對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的影響，通過電子顯微鏡觀察細菌細胞結構的細微變化，測試細胞膜的通透性，檢查細胞膜的完整性和膜電位。結果顯示，在最低抑菌濃度（MIC）條件下，細胞形態發生變化，細胞表皮受損。而在最低殺菌濃度（MBC）條件下，大腸桿菌細胞表皮起皺，逐漸變成不規則的形態，部分細胞發生腫脹并被破壞；金黃色葡萄球菌逐漸凹陷。細胞懸浮液加入肉桂精油后，細胞中蛋白質與核酸濃度升高，膜電位逐漸降低，表明細菌活性受到影響，新陳代謝減緩。綜上所述，植物提取物可增強腸上皮對細菌的防御能力，進而改善腸道菌群結構。

1.2.2 增強細菌細胞膜通透性

當細胞遭到破壞時，細胞膜將變得更加通透[12]，細胞中的物質泄漏[13]，細胞失去活力[14]。Liu等[15]研究發現，牛至中含有的香芹酚可抑制金黃色葡萄球菌的生長，以殺滅微生物。有部分研究認為，牛至提取物可增強細胞膜的通透性，有效抑制金黃色葡萄球菌繁殖[16]。此外，香芹酚具有親脂性，接觸細菌細胞膜磷脂時可有效抑制病原菌生長[17]。綜上所述，植物提取物可增強細菌細胞膜通透性，抑制細菌生長，進而改善畜禽腸道菌群的結構。

1.2.3 抑制酶或功能蛋白的合成

細菌細胞膜被破壞后，抑菌活性成分滲入細胞中，使遺傳物質受到影響；之后與核酸結合，使遺傳物質無法正常的進行復制和轉錄，功能蛋白與酶的合成受到影響。Wang 等[18]采用多光譜技術，在原子力顯微鏡下觀察百里酚與基因組DNA 的變化情況，發現百草酚與DNA 結合后的二級結構并不穩定，會發生聚合現象。Song 等[19]使用RT-PCR技術，研究柄石韋乙酸乙酯提取物對毒素編碼基因hla和sea的影響。結果顯示，當柄石韋乙酸乙酯提取物濃度低于MIC 時，hla和sea的轉錄水平分別降至14%和45%。曾榮[20]研究發現，鳳仙透骨草（Impatiens balsaminaL.）中具有很強抑菌活性的單體化合物2-甲氧基-1, 4-萘醌（MeONQ）作用后的意大利青霉菌絲形態異常，還能夠顯著抑制意大利青霉菌絲中琥珀酸脫氫酶（SDH）、蘋果酸脫氫酶（MDH）、幾丁質酶（CHT）等的活性，造成菌體代謝紊亂、結構異常而解體死亡。綜上所述，植物提取物可抑制酶和功能蛋白合成，進而對細胞正常代謝產生影響，改善畜禽的腸道菌群結構。

2 植物提取物對畜禽腸道菌群結構的影響

2.1 植物黃酮類

植物黃酮類提取物能夠調節腸道內菌群相對豐度，改善菌群結構[21]，促進更多有益菌繁殖。植物黃酮類提取物對畜禽腸道菌群結構的改善效果見表2[22-27]。

表2 植物黃酮類提取物對畜禽腸道菌群結構的改善效果Tab.2 Effect of plant flavonoid extract on improving intestinal flora structure of livestock and poultry

2.2 植物精油類

植物精油具有抗氧化、促生長、消炎、抑菌等功效，包括百里香油、肉桂精油、牛至精油等。植物精油類提取物對畜禽腸道菌群結構的改善效果見表3[28-33]。

表3 植物精油類提取物對畜禽腸道菌群結構的改善效果Tab.3 Effect of plant essential oil extracts on improving intestinal flora structure of livestock and poultry

2.3 植物多糖

植物多糖類化合物是由許多單糖通過糖苷鍵連接而成的高分子聚合物，能夠改善動物生長性能，提高機體免疫力，改善腸道健康[34]。研究發現，在斷奶仔豬日糧中添加500 mg的黃芪多糖，仔豬腸道的多種功能得到修復，腹瀉情況也得到改善[35]。香菇多糖可改善腸道內菌群環境，促進短鏈脂肪酸合成，維護腸道健康[36]。陳美亞等[37]研究發現，日糧添加植物多糖可提高動物腸道內有益菌的數量，降低有害菌的數量。李樹鵬等[38]研究發現，日糧中加入蒲公英多糖可提高雛雞腸道中乳酸菌和雙歧桿菌的數量，降低大腸桿菌的數量。劉榮瑜等[39]發現，日糧中添加刺五加多糖可降低豬腸道中大腸桿菌的數量，提高乳酸菌數量。解婭立等[40]研究表明，日糧中添加0.1%牛大力多糖能夠優化育肥期海南豬結腸菌群結構，促進有益菌生長和抑制有害菌增殖。也有研究指出，日糧添加沙蒿多糖組合制劑可增加灘羊羔羊腸道菌群的多樣性，改善斷奶灘羊公羔的腸道微生物區系[41]。

2.4 生物堿類

生物堿是一種含氮的物質，可抑制各種病原菌繁殖，在維護畜禽的腸道健康方面具有良好的作用[42]。研究發現，日糧添加50 mg的血根堿可影響斷奶仔豬的腸道形態結構，改善其免疫系統，作用效果與金霉素相當[43]。豬發生腹瀉時，服用苦參堿可緩解癥狀[44]。有研究建立球蟲感染模型，結果發現，甜菜堿能夠抑制肉雞體內的部分細菌繁殖[45]，改善腸道內的生長環境。胡桂麗等[46]研究指出，茶籽多糖和博落回生物堿均能夠替代抗生素，可有效提高肉雞空腸中乳酸桿菌數量，且二者聯合使用與單獨添加效果相當。目前生物堿應用于改善畜禽腸道菌群結構的相關研究較少，其作用機制及應用效果仍有待進一步研究。

3 結論

植物提取物中的生物活性成分包括生物堿類、黃酮類、多糖類、有機酸類、揮發油類等，其中某些成分可改善畜禽腸道菌群的生活環境，提高生產力，促進畜禽的健康生長。與抗生素相比，植物提取物具有來源廣泛、安全性好、不產生耐藥性等優點，在替抗的大背景下具有廣闊的應用發展前景。