外源寡糖对反刍动物胃肠道微生物区系的影响

祁 茹，肖 宇，褚永康，林英庭

（青岛农业大学动物科技学院，山东 青岛 266109）

外源寡糖是近年来国内外研究发现的一类新型饲料添加剂，主要包括大豆寡糖（SBOS）、寡木糖（XOS）、果寡糖（FOS）、异麦芽寡糖（IMO）、甘露寡糖（MOS）及半乳寡糖（GAS）等。试验研究表明，外源寡糖在动物体内可调控胃肠道微生物区系、促进动物肠道发育、提高动物对矿物质元素的吸收能力以及增强动物机体的免疫机能等。

反刍动物对饲料的利用率取决于瘤胃内的各种微生物：细菌（1010～1011个·mL-1，表现为50多个种属）、纤毛虫（104～106个·mL-1，表现为 25个种属）、厌氧真菌（游走孢子103～105个·mL-1，表现为5个种属）和噬菌体（108～109个·mL-1）。反刍动物微生物区系随着日粮的改变而改变，以适应新的日粮配方，这是因为瘤胃微生物可以适应瘤胃内的环境，而其他不适应的杂菌被排出体外。外源寡糖对反刍动物的影响是通过影响胃肠道微生物的组成来实现的。本文综述了外源寡糖对反刍动物瘤胃微生物区系及其在反刍动物中的应用，以期为外源寡糖在反刍动物生产中的应用提供理论指导。

1 瘤胃微生物对外源寡糖的利用

不消化寡糖不能被降解成单糖，因此基本上不被小肠吸收，而直接进入小肠后部、盲肠、结肠和直肠。单胃动物消化道后部寄生着大量微生物，这些微生物产生了分解各种糖苷键的酶，其可消化不消化寡糖，其消化过程是：不消化寡糖→单糖→乳酸和丙酮酸→挥发性脂肪酸（VFA）→一氧化碳和水。Santoso等比较基础日粮、基础日粮+乳寡糖、基础日粮+丝兰植物提取液、基础日粮+乳酸链球菌肽4种日粮对绵羊的影响，结果表明，各组干物质、有机物、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率相似，寡糖组微生物氮的供给最高，乙酸含量最低，丙酸含量最高[1]。Wenya等比较了基础日粮、基础日粮+乳寡糖、基础日粮+酵母培养物、基础日粮+乳酸菌4种日粮对绵羊的甲烷产生、能量和氮代谢的影响，结果表明，基础日粮组半纤维素的消化率比添加寡糖组高，瘤胃的氧化还原潜力以寡糖组最高，氨态氮以寡糖组最低，乙酸/丙酸值寡糖组比其他组低，寡糖组和酵母培养物组的甲烷产量较其他两组低，从而得出结论，添加寡糖和酵母培养物可以有效减少反刍动物饲料中能量损失[2]。Sat等报道，β-1,4-乳寡糖可以降低饲料中硝酸盐所引起的瘤胃和血浆中亚硝酸盐的堆积、氧气的消耗、二氧化碳的生成，可防止硝酸盐中毒的发生[3]。因此，瘤胃微生物是可以利用饲料中的寡糖的，添加的寡糖在瘤胃中就会被降解而转化为挥发性脂肪酸（VFA），但是由于瘤胃内环境的复杂性，目前尚不清楚这一系列变化的产生机理。

2 外源寡糖对反刍动物肠道微生物的影响

动物消化道内约含有108种不同的细菌，根据对动物生理的影响，可将之分为有益菌（如双歧杆菌、乳酸杆菌等）、有害菌（如大肠杆菌属、产气荚膜梭菌属、葡萄球菌属等）及介于两者之间的兼气性细菌（如拟杆菌属、链球菌属等）。研究表明，寡乳糖、寡果糖、寡半乳糖、甘露寡糖等外源寡糖可调节畜禽肠道微生物区系，抑制肠道有害微生物，促进双歧杆菌和乳酸杆菌的增长。然而，目前外源寡糖的研究多集中于幼龄动物。这可能是由于寡糖对于缓解幼龄动物的腹泻等疾病具有较好的预防作用，或是由于幼龄动物的瘤胃微生物体系尚不健全，对寡糖的降解作用相对较弱，可以使寡糖很大程度上通过瘤胃直接进入小肠，由于寡糖在哺乳动物肠道内的不消化性，其对幼龄反刍动物肠道后段内环境的改善作用得以顺利显现。日粮中添加外源寡糖可以显著促进双歧杆菌等有益菌增殖，抑制大肠杆菌等有害菌生长。石宝明等报道，饲粮中添加果寡糖0.1%，猪肠道中双歧杆菌的数量增加、大肠杆菌的数量降低，对生长性能影响显著[4]。有研究表明，日粮添加异麦芽寡糖能有效抑制仔猪大肠杆菌的生长，同时能提高肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌的数量[5-6]。周红丽等选用28日龄断奶仔猪90头，测定甘露寡糖对仔猪肠道菌群浓度的影响，结果表明，肠道中大肠杆菌的浓度极显著低于对照组（P＜0.01），结肠、盲肠和直肠中双歧杆菌增殖，各组肠道中乳酸杆菌的浓度与对照组相比差异不显著（P＞0.05）[7]。有研究表明，甘露寡糖在体内有提高家畜的免疫功能和捕杀病原菌的作用，而对有益菌有促进作用。有研究报道，在犊牛饲料中添加的甘露寡糖，当通过小肠时，与侵入病原菌碳水化合物基团相结合，使病原菌既不能繁殖，又不能附着在犊牛体内，被安全排出体外，而对乳酸菌等有益菌没有影响。甘露寡糖在某些家畜体内能强化其吞噬细胞的活力，刺激甘露寡糖与蛋白质在肝脏结合。这种结合蛋白质在细胞的荚膜处，诱发免疫反应，增强免疫功能，促进疾病痊愈，维持家畜机体平衡。此外，有研究表明，甘露寡糖可能提高初生犊牛的增长速度，降低胃肠道疾病的发生率。有报道指出，犊牛饲粮每天添加甘露寡糖2 g，5周后粪便中大肠杆菌数量显著降低，呼吸道疾病也有所减少；对于饲喂代乳粉的荷斯坦犊牛，添加甘露寡糖可提高35日龄体重，其原因可能是4～5周龄时细菌性肺炎发病率下降；饲喂添加甘露寡糖日粮的1～56日龄犊牛（其中1～5日龄添加量为4 g·d-1，6～56日龄的幼犊添加量为2 g·d-1），平均日增重高于对照组，耗用药费也少。因此，外源寡糖可以有效调控肠道微生物区系、节约疾病治疗费用。

某些寡糖还能吸附病原菌，减少其对动物的危害。研究表明，病原菌的细胞表面或绒毛上会有一种类丁质的结构，能够识别并结合到肠壁上的一种寡聚糖受体，从而引起病原菌在肠壁上发育繁殖，导致肠道疾病的发生。而有些果寡糖其结构与肠壁上的寡聚糖结构受体相似，可以竞争性地结合病原菌，使病原菌从肠道上脱离，从而起到“清洗”肠壁上病原菌的作用。

3 外源寡糖对反刍动物瘤胃微生物区系的影响

外源寡糖还具有改善瘤胃发酵功能、调节食糜在消化道内的流通量、提高挥发性脂肪酸和瘤胃微生物蛋白产量、降低瘤胃pH等功能，可以促进瘤胃微生物的增殖和肠道的发育[8-10]。王新峰等研究低聚糖对断奶羔羊瘤胃菌群的影响，结果表明，低聚糖能够改变断奶羔羊瘤胃菌群结构，其中果寡糖（日粮添加量0.3%）提高了羔羊瘤胃总菌（P＜0.05）、R.flavefaciens（P＜0.05）和F.succinogenes（P＞0.05）的数量[9]。赵晓静等在犊牛日粮中分别添加甘露寡糖0.1%和0.2%，各组犊牛粪便中大肠杆菌和乳酸杆菌数量分别呈降低和增加趋势[11]。王喜明等报道，低聚木糖组犊牛粪便大肠杆菌和乳酸杆菌数量分别呈下降和增加趋势，但差异不显著（P＞0.05）[12]。任海军等报道，饲粮中添加壳聚糖0.1%，显著增加了奶牛肠道乳酸杆菌数量，降低了大肠杆菌数量[13]。Heinrichs等报道，甘露寡糖能够优化牛的胃肠道微生态环境，促进双歧杆菌等有益菌的增殖，抑制大肠杆菌等致病菌的数量[14]。张学峰等采用体外批次培养法，利用大豆寡糖作为寡糖添加来源，在内蒙古半细毛羯羊上安装永久性瘤胃瘘管，研究添加不同水平的大豆寡糖对体外发酵的影响，结果表明，大豆寡糖的添加可以增加培养液中丙酸的浓度、降低乙酸的浓度、降低乙酸丙酸比，而且添加量和时间的不同对结果影响很大，同时总挥发性脂肪酸的浓度随着寡糖的添加而变化[15]。

此外，日粮结构的变化会影响瘤胃内微生物的种类及数量。张学锋等报道，灌注大豆寡糖可使瘤胃内细菌总数有增加的趋势，灌注不同水平大豆寡糖对细菌总数的影响不同；大豆寡糖可以促进纤维分解菌的快速增殖，使纤维分解菌数量达到峰值的时间提前；大豆寡糖降低了甲烷产生菌的数量，对瘤胃内甲烷产生菌数量的影响达到了极显著水平（P＜0.01），可使甲烷产生菌的数量达到峰值的时间延后；大豆寡糖对瘤胃内原虫总数影响不显著（P＞0.05），但有使得毛虫数量减少的趋势[16]。Mwenya等报道，寡糖可提高瘤胃的氧化还原潜力，降低氨态氮的浓度、乙酸/丙酸值，降低甲烷产量[2]。

4 小结

目前对外源寡糖的研究多集中于单个寡糖对动物适宜添加量、瘤胃发酵特性、免疫指标、消化道内营养物质流通与消化等指标的检测及作用机制，今后应对如何确定外源寡糖的适宜添加量、应用精确的手段研究外源寡糖在反刍动物胃肠道的流通和产生、多种寡糖对反刍动物各指标的影响、各种寡糖对反刍动物胃肠道微生物区系的影响及作用机制、影响反刍动物胃肠道微生物区系的影响因素等一系列问题进行深入的研究，进而筛选出适合反刍动物使用的寡糖种类，并确定适宜寡糖的适宜添加量，进一步拓展外源寡糖的应用领域，促进反刍动物饲养业的健康发展。

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