外源寡糖的作用机理及其对反刍动物的影响

桑断疾，张志军，郭同军

（新疆畜牧科学院饲料研究所，新疆 乌鲁木齐830000）

外源寡糖的作用机理及其对反刍动物的影响

桑断疾，张志军，郭同军

（新疆畜牧科学院饲料研究所，新疆 乌鲁木齐830000）

外源寡糖是指不被人和动物肠道吸收，增强动物免疫力，能促进有益茵的增殖，有益于肠道健康的一类寡糖。本文就外源寡糖的生物学功能、作用机理及其在反刍动物生产中的应用进行了综述。

外源寡糖；作用机理；反刍动物

外源寡糖亦称功能性寡糖，指不被动物肠道的消化酶消化，但可促进肠道有益菌的增殖，有益于动物的健康，属于2～10个单糖通过糖苷键连接的具有营养生理活性的糖类[1-2]。具有低热值、稳定、安全无毒、粘度大、吸湿性强、不被胃肠道消化等理化特性以及具有改善肠道微生物区系、降低血清胆固醇和中性脂肪含量、改善血糖含量、提高饲料利用效率等生理功能[2]。主要包括β-葡萄寡糖、水苏糖、甘露寡糖、大豆寡糖、壳寡糖、棉籽糖、半乳甘露寡糖、果寡糖、海洋寡糖、木寡糖、龙胆寡糖、异麦芽酮糖、帕拉金糖、α-葡萄寡糖、异麦芽寡糖、乳寡糖、半乳寡糖、乳酮糖[3-5]等。因其无污染、无有害残留和具有独特的营养生理功能等特点而逐渐成为热门的抗生素替代品之一[6]。外源寡糖在单胃动物以及禽的研究中表明其具有提高家禽及幼龄动物日增重及饲料转化率、降低死亡率、增强动物免疫力等方面的显著作用，并能在较大程度上取代抗生素[7]。反刍动物由于瘤胃功能的特殊性，饲料中的营养物质都要首先经瘤胃微生物发酵，发酵过程最终产生的有机酸和一些初级脂肪酸，可经瘤胃吸收作为它们代谢的能源，而其他营养物质则来源于对瘤胃微生物的消化[8]。外源寡糖对反刍动物的影响有别于其对单胃动物及禽的影响，主要是通过影响胃肠道微生物的组成来实现的[9]。本文主要就外源寡糖的作用机理及其在反刍动物生产中的应用效果进行综述。

1 外源寡糖的作用机理

1.1 外源寡糖对机体营养素代谢的影响

营养素是指饲料中可给畜禽提供能量、机体构成成分和组织修复以及生理调节功能的化学成分。日粮中主要的营养素有蛋白质、脂肪、糖、无机盐（矿物质）、维生素、水和纤维素等[8]。外源寡糖通过促进有益菌的增殖而增强肠道内微生物合成氨基酸和B族维生素的能力，促进了Ca、Fe、Mg、Zn等矿物质的吸收利用，这可能是由于肠道pH值下降，矿物质溶解度增大所致[2]。邹杨等[10]研究表明，外源寡糖能控制动物脂肪的代谢，降低血脂的作用。外源寡糖通过调节有益菌数量以及代谢产物和通过双歧杆菌和乳酸菌等细菌对胆汁盐的同化和沉积作用而改变肠道内脂肪酶活性的协同作用，调控脂肪代谢[11]。外源寡糖能促进营养物质的合成和吸收，主要是通过促进有益菌增殖来实现的[12]。有益菌能促进B族维生素（B1、B2、B6）、氨基酸、叶酸、尼克酸和维生素K等的合成，并能促进氨基酸、无机盐等营养物质的吸收[13]。许梓荣等[14]指出，寡糖的添加可促进了矿物质的吸收，原因是寡糖降低了肠道pH值，提高了钙等盐类的溶解性。寡糖还具有使淀粉在饲料高温制粒后不被破坏，防止老化，保证在动物消化道内更好的消化吸收，延长保存期，防止饲料硬化的作用[11、15]。

1.2 外源寡糖对肠道微生物的影响

动物肠道内约含有大量不同的细菌，根据其影响不同，可分为双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌、大肠杆菌属、产气荚膜梭菌属、葡萄球菌属等有害菌及介于两者之间的拟杆菌属、链球菌属等兼气性细菌[5]。外源寡糖对胃肠道微生物菌群的影响是通过多条途径实现的。一是作为营养物质被有益菌消化利用，促进有益菌的增殖；二是通过有益微生物的代谢产物或外源寡糖的分解产物降低整个肠道的pH值，抑制有害菌的增殖。在犊牛饲料中添加的外源寡糖，当通过小肠时，与侵入病原微生物的碳水化合物基团相结合，使病原微生物既不能繁殖，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[16]。黄俊文等[17]在仔猪的试验中也验证了这一观点，外源寡糖能显著提高小肠黏膜绒毛的高度，且显著提高绒毛高度与隐窝深度的比值。周丽红和张石蕊[18]选用28日龄断奶仔猪90头，测定寡糖对肠道微生物群落浓度的影响，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）。Gils[19]研究表明，日粮中添加甘露寡糖显著促进乳酸菌、双歧杆菌增殖，抑制大肠杆菌的生长。甘露寡糖能与多种大肠杆菌的外缘凝集素相黏连，能阻断肠道病原菌的外缘凝集素与黏膜上皮细胞表面的特异性糖分子的结合，使肠道病原菌不能在胃肠道定植和繁殖，使肠道内有益的菌群得以生长、繁殖，改善肠道微生态环境，更有利于机体的消化和吸收[20]。果寡糖进入肠道后，不能被病原菌利用，只能被有益菌分解利用，产生挥发性脂肪酸，在促进有益菌大量繁殖的同时，使肠道pH值下降。这样，一方面直接抑制病原菌的生长，另一方面使肠道还原电势降低，具有调节肠道正常蠕动的作用，间接阻止病原菌在肠道中定植，从而起到有益菌的增殖因子的作用[21-22]。

1.3 外源寡糖对机体免疫力的影响

外源寡糖调节机体免疫系统主要是通过充当免疫刺激的辅助因子来发挥作用，提高机体免疫应答能力，从而增加动物体液及细胞免疫能力[23]。研究表明[24]，寡糖可促进有益菌（双歧杆菌等）的大量增殖，双歧杆菌可以提高机体的抗体水平，影响机体的免疫功能。1日龄肉仔鸡日粮中添加0.015%的外源寡糖，可提高42日龄时肉仔鸡胸腺指数和脾脏指数（P＜0.01）[25]。林海涛等[26]研究表明：30日龄时，果寡糖提高了处理组仔猪的植物血凝素淋巴细胞转换率（P＜0.05）；60日龄时，果寡糖提高了处理组仔猪的E-玫瑰花环率（P＜0.01）和植物血凝素淋巴细胞转换率（P＜0.01）。瞿明仁等[27]研究消化道不同部位灌注大豆寡糖对绵羊几个免疫指标的影响，结果表明：1)通过瘤胃和十二指肠灌注，大豆寡糖提高了绵羊外周血CD4细胞数量、CD4/CD8值、血清IgG和IgA含量；2)回肠灌注大豆寡糖，增加了外周血CD8细胞数量，降低了CD4/CD8值；因此，大豆寡糖可以在一定程度上提高绵羊的免疫功能。邵良平等[28]研究发现，甘露寡糖能显著提高哺乳仔猪血清IgA(P＜0.01)、IgG(P＜0．05)的水平，并能极显著的提高哺乳仔猪植物凝集素淋巴细胞转化率(P＜0.01)、白细胞的吞噬能力(P＜0.01)和CD3的水平。

1.4 外源寡糖对动物生产性能的影响

外源寡糖作为饲料添加剂应用于动物生产，具有：1）促进肠道有益菌的增殖，抑制病原菌和腐败菌，减少毒素与有毒有害代谢产物的产生，降低动物疾病及腹泻等的发生率，提高生产性能；2）促进有益菌在肠道合成B维生素（B1、B2、B6、B12）、氨基酸、叶酸和烟酸；3）增加矿物质元素的吸收，从而提高生产性能；4）增加肠绒毛高度，增强机体消化功能，调节肠道pH，促进钙、磷、镁的吸收率，提高肠道内钙盐、镁盐溶解度，提高生产性能[24、29]。李玲等[30]实验表明，外源寡糖可提高饲养效果，与其调整胃肠道微生态平衡有关。试验结果表明外源寡糖组与对照组相比，日增重提高了4.4%，饲料转化率提高了1.1%；益生菌和外源寡糖联合应用日增重提高了4.9%，饲料转化率提高4.42%。这是由于益生菌和外源寡糖都具有调整动物肠道微生态平衡的作用，有益微生物代谢产生大量的营养物质，参与动物机体的物质代谢，从而提高了动物的生产性能。仔猪日粮中添加果寡糖和甘露寡糖替代抗生素，果寡糖和甘露寡糖联合使用能显著提高仔猪的日增重，降低仔猪的料肉比[31]。肉鸡饲料中添加0.25%、0.5%的果寡糖均能提高日增重和采食量，显著改善试验鸡的生产性能和健康状况[32]。吴媛媛等[33]试验表明，木寡糖可提高饲料转化效率，它能够选择性地增加有益细菌、减少有害菌（P＜0.05），并提高对机体有益的挥发性脂肪酸的含量，降低对机体不利的氨态氮的含量（P＜0.05）。

2 外源寡糖在反刍动物生产中的应用

2.1 外源寡糖在犊牛中的应用

外源寡糖可提高犊牛日增重，减少呼吸道疾病，降低腹泻率的发生，从而节约饲养成本。在7日龄左右荷斯坦犊牛日粮中添加0.1%的葡萄糖甘露寡糖，主要营养物质消化率略高于对照组和0.2%添加组；0.1%添加水平组犊牛血清中的血糖和总蛋白含量比对照组和0.2%添加组有所提高，血清尿素氮降低，但差异均不显著[34]。甘露寡糖与其他生物制剂联合使用，其效果优于单一使用甘露寡糖，而与抗生素合用效果最好；甘露寡糖组、甘露寡糖+益生素组、甘露寡糖+抗生素组的经济效益分别比对照组高20.25、20.40和44.75元，犊牛增重分别比对照组提高11.2%、13.6%和29.8%[35]。代乳料中添加甘露寡糖可以增加犊牛的采食量，但两组犊牛在试验期的体增重差异不显著，甘露寡糖和抗生素降低犊牛的腹泻率和效果基本一致[36]。日粮中添加甘露寡糖可以促进脂类合成和代谢，可提高乳脂率，降低体细胞数[37]。这是因为甘露寡糖可以调节免疫防御机制，发挥多样生物活性，吸附霉菌毒素的病原菌，提高奶牛的健康水平和免疫力。

2.2 外源寡糖在奶牛生产中的应用

在日粮中添加外源寡糖，可使瘤胃有益微生物不通过分解碳水化合物而直接获取碳源，从而提高微生物的活性，提高奶牛产奶量，改善乳品质(提高乳脂率和乳蛋白)，增加经济效益收益，提高奶牛的健康水平[24]。Houdijk等[38]研究发现，甘露寡糖能够提高牛奶中乳脂率、乳蛋白含量，且奶牛体细胞评分明显下降。王定发等[39]在每头牛的混合精料中加入甘露寡糖5 g/d，处理组产奶量比对照组提高4.05%，经济效益每头每天提高1.8元，乳脂率和乳蛋白也明显提高。鲍延安等[40]研究外源寡糖对荷斯坦奶牛产奶量及乳常规的影响，结果表明，试验组奶牛乳蛋白与对照组相比，提高3.6%，差异均不显著(P＜0.05)；试验组奶牛体细胞数与对照组相比，降低13.7%，说明外源寡糖可以明显改善奶牛健康状况。甘露寡糖能促进有益菌的生长与繁殖，抑制或减少致病菌，从而提高动物的免疫力，促进奶牛乳脂率的提高[41]。

2.3 外源寡糖在绵羊生产中的应用

外源寡糖可提高绵羊的干物质转化率，减少饲料的浪费，降低羔羊腹泻率的发生。外源寡糖通过调节绵羊瘤胃液相食糜外流速率，加速瘤胃微生物的合成速度，进而增加瘤胃微生物进入十二指肠的量，减少微生物氮在瘤胃中的无效循环，提高氮的利用率，改善瘤胃微生物组成，从而提高粗蛋白消化率[42]。在绵羊日粮中添加果寡糖可提高培养液中挥发性脂肪酸含量(P＜0.05)，当添加量在0.60%以上时，可提高培养液中细菌蛋白的含量(P＜0.05)，降低培养液中氨氮的浓度和培养残渣中的中性洗涤纤维的含量(P＜0.05)[43]。郭勇庆等[44]的饲养试验也表明，当日粮中添加9.6 g/d果寡糖时，绵羊的生产性能、干物质转化率、营养物质消化率及氮平衡均最佳。甘露寡糖可使瘤胃有益微生物不通过分解碳水化合物而直接获取碳源，提高微生物的活性，从而改善绵羊的生产性能[45]。刘光斌等[46]的体外培养试验表明，在绵羊日粮中添加不同水平的大豆寡糖能增加绵羊瘤胃液NH3-N、丙酸及总VFA的浓度，提高培养底物NDF降解率，降低瘤胃液pH值，有利于瘤胃发酵的调控。给绵羊瘤胃灌注0.6%和1.2%的大豆寡糖（占干物质采食量），其有改善绵羊瘤胃微生物区系的功能，瘤胃纤维分解菌的数量有效提高，甲烷产生菌的数量降低了；瘤胃食糜氮、瘤胃微生物氮和十二指肠中微生物氮的流通量，CP在小肠中的消化率及DM、OM、ADF、NDF在整个消化道的消化率都相应增加[47]。

3 外源寡糖在反刍动物生产中应用的现状与发展前景

目前，外源寡糖在反刍动物生产中多集中于提高生产性能，减少发病率和死亡淘汰率，提高动物的免疫功能，而对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的研究不够深入，对外源寡糖与其他添加剂的拮抗和协同作用也没有明确的研究。今后，1）将侧重于如何确定外源寡糖的适宜添加量，测定外源寡糖在反刍动物胃肠道的流通，进一步研究外源寡糖对反刍动物胃肠道作用的具体机理。2）对反刍动物胃肠道微生物区系进行深入的研究，进而筛选出反刍动物适宜的寡糖类型及最佳添加范围，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。3）研究外源寡糖与其他添加剂的拮抗和协同作用，影响外源寡糖作用效果的因素。作为饲料添加剂的外源寡糖，将随我国养殖业的发展，越来越广泛的被使用。

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Mechanisim of Action of Exogenous Oligosaccharide and its Effects to Ruminant Animal

SANG Duan-ji，ZHANG Zhi-jun，GUO Tong-jun
(1.Feed Research Institute Xinjiang Academy of Animal Science,Urumqi 830000,China）

Exogenous oligosaccharides could enhance animals immunity,promote proliferation of beneficial bacteria,and was benefit to the healthy of intestinal tract but it could not be absorption in human and animal’s intestinal tract．This paper reviewed biological function of exogenous oligosaccharides，mechanism of action and it’s use in ruminant production.

exogenous oligosaccharides;mechanism of action;ruminants

S815.1

A

1003-6377（2013）03-0008-06

2013-02-27

新疆公益性科研院所基本科研业务费资助项目；新疆维吾尔自治区自然科学基金（2010211A63）

桑断疾（1965-），男，高级畜牧师，长期从事畜牧和动物营养研究工作。