莫能菌素作为饲料添加剂在反刍动物中的应用

■贾 鹏 马 涛 杨开伦 刁其玉*

（1.中国农业科学院饲料研究所农业部饲料生物技术重点实验室，北京100081；2.新疆农业大学，新疆乌鲁木齐830052）

1 莫能菌素的理化性质及应用

抗生素自1929年被英国的Fleming发现以来，给人类的生产、生活带来了巨大变化。莫能菌素（monensin）属于畜禽专用聚醚类离子抗生素，具有五环多醚结构和酸性，又称为瘤胃素、莫能霉素、孟宁素和肉桂霉素，于1967年被Michael.E.Haney等从肉地链霉菌(streptmycescinnamonensis)发酵液中分离得到。在多个国家被广泛应用于畜禽业，可以治疗畜禽球虫病（羔羊、犊牛、鸡、兔）及促进反刍动物生长，具有残留量低、作用效果好及广谱等特点，并且动物对其产生耐药性的速度较慢。

1.1 莫能菌素的理化性质

纯品莫能菌素颜色为白色或者接近白色，形态为结晶粉末，气味为轻微特殊臭味，几乎不溶于水，但易溶于有机溶剂（氯仿、甲醇、乙醇等），熔点为103～105℃。莫能菌素钠为其制剂，物理形态呈现微白褐色至微橙黄色粉末，略有特殊臭味。不溶于水但易溶于苯、氯仿、丙酮、低级醇、低级脂等有机溶剂，在饲料中的稳定性好，通常用作饲料添加剂。瘤胃微生物对莫能菌素钠无适应性，因而具有长时间的作用。

1.2 莫能菌素药理作用及机理

1967年发现莫能菌素能够抗球虫，对各种艾美耳球虫均有很强的抑杀作用，并且球虫对其不易产生抗药性。莫能菌素通过影响虫体离子平衡，使虫体破裂死亡。因此，莫能菌素成为一种高效低毒的20世纪后期主导的兽用抗虫药。反刍动物服用莫能菌素后，可以显著降低瘤胃中原虫数量，在动物体内无残留，最终以原药的方式排出体外。

微生物与球虫细胞较动物体细胞对莫能菌素更加敏感，莫能菌素在较低浓度时只作用于微生物与球虫细胞，而高浓度时便会造成动物中毒。高浓度的莫能菌素产生的毒性，首先是因为它能使细胞内Na+的聚集增加，Na+浓度的升高又继发导致了胞浆中Ca2+的增加，这可能由于Na+-Ca2+泵的交换引起了Ca从内质网和线粒体外流的增加以及向细胞外外流的减少；而中毒水平的Ca能够激活蛋白水解酶与磷脂酶，最终导致了心肌细胞与骨骼肌的损害甚至坏死，肌红蛋白便进入血液，导致了肌红蛋白尿，严重者能够堵塞肾小管从而引起急性肾功能衰竭或者死亡。另外，莫能菌素还可通过提高糖酵解使肌肉中产生大量的乳酸，最终使动物患有不同程度的酸中毒血症。

1.3 莫能菌素作为饲料添加剂使用的历程

1967年莫能菌素被发现具有抗球虫的作用，1970年美国将其批准为抗球虫剂。1971年美国礼来公司将其商品化，是第一个被商品化的聚醚类离子载体抗生素。1975年美国批准莫能菌素为肉牛饲料添加剂，1977年日本将其批准为肉牛饲料添加剂，1985年我国批准其用于生产。2004年加拿大批准莫能菌素在牛日粮中添加。莫能菌素在奶牛上的应用较晚，美国于2004年才批准了莫能菌素可用于泌乳牛与干奶牛，欧盟也在最近批准了将莫能菌素饲喂奶牛以防止酮病的发生。

2 莫能菌素的生物学作用机理

2.1 莫能菌素对瘤胃微生物区系的作用

莫能菌素能够减少瘤胃中原虫数量，究其原因，目前普遍观点认为：作为离子载体，具有携带阳离子透过生物膜的能力，最终使生物膜两侧的离子浓度发生变化以及改变细胞的生理功能。在正常情况下，细胞内液中的Na+水平低于K+，细胞外液中的Na+水平高于K+；Ca2+水平虽然在细胞内、外液中相近，但也存在略微差异，细胞内液中Ca2+水平低于细胞外液4个数量级。莫能菌素能够导致细胞内液中K+水平降低，Na+水平升高，并能通过“Na+-Ca2+交换”机制使细胞内液中游离Ca2+浓度急剧上升，进而产生一系列的细胞毒性效应。这包括：细胞内液中多余的Na，球虫必须动用能量通过外泵排出，最终使细胞的能量耗尽；由于细胞内的离子增多，大量的水渗入细胞，使细胞膨胀进而变形，最后导致细胞破裂、崩解，最终使球虫死亡或者使其生长受到抑制。

莫能菌素可以与某些阳离子结合，并且具有携带所结合的离子穿过细胞膜的能力，改变细胞膜的离子转运，最终使细胞膜内外的离子平衡发生改变。由于莫能菌素在细菌细胞壁内结构的差别，革兰氏阳性菌对莫能菌素的敏感性相对于革兰氏阴性菌较强，因此莫能菌素对革兰氏阳性菌具有选择性的抑制，对革兰氏阴性菌没有抑制作用。

2.2 莫能菌素对瘤胃碳水化合物代谢的作用

碳水化合物进入瘤胃后，被瘤胃微生物分解为挥发性脂肪酸和甲烷等物质。挥发性脂肪酸能够为反刍动物生命活动提供重要的能量来源，其中丙酸占动物体内葡萄糖来源的一半，对动物的生产性能有很重要的作用。当其单糖被降解成丙酸时，可为动物提供更多的有效能，而被降解成乙酸时，将生成甲烷并通过嗳气排出动物体外，其中的能量不能被动物利用，从而使饲料利用率降低。适宜剂量范围内的莫能菌素，可以使瘤胃内的乙酸含量降低，丙酸含量升高，乙酸与丙酸比值下降，原因主要是瘤胃中瘤胃球菌属和真细菌属等产乙酸菌都属于革兰氏阳性菌，而反刍兽新月单胞菌和埃氏巨球型菌等产丙酸菌都属于革兰氏阴性菌，而莫能菌素可以抑制革兰氏阳性菌的生长，同时增加在瘤胃中革兰氏阴性菌的数量。反刍动物排放的甲烷是饲料能量损失的重要途径，大部分的甲烷源于瘤胃发酵，但是瘤胃发酵产生的甲烷不可能被完全消除，因此，只能通过营养调控技术降低动物产生甲烷的数量，改善饲料利用率，降低生产成本，抑制甲烷破坏大气层。莫能菌素能够减少反刍动物甲烷排放量，其通过使甲酸脱氢酶活性受到抑制，让生产甲烷所需的氢源减少，最终降低甲烷的产量。莫能菌素也能够通过抑制甲烷菌活性降低甲烷的产量，但莫能菌素的长期使用会使部分甲烷菌对其适应性逐渐增强，导致其降低甲烷产量的效果减弱。韩金涛等研究表明，莫能菌素在短期内可使山羊瘤胃内原虫数量减少，降低乙酸与丙酸比值、甲烷产量；但莫能菌素在长期内减少甲烷产量的效果并不显著。除作用于产甲烷菌外，莫能菌素还能通过消耗G+膜上的离子，有利于能够形成琥珀酸盐的拟杆菌和反刍兽新月单胞菌的生长，其中反刍兽新月单胞菌可使琥珀酸脱羧基形成丙酸，属于丙酸生成菌，能够促进瘤胃从乙酸发酵型转为丙酸发酵型，降低乙酸浓度以及氢气的产生量，从而减少甲烷排放量。

2.3 莫能菌素对瘤胃粗蛋白代谢的作用

莫能菌素饲喂动物后，能够降低饲料蛋白质的浪费：可以直接或者间接降低瘤胃中蛋白质的降解和脱氨酶的活性让瘤胃中的日粮蛋白减少降解，过瘤胃蛋白的数量随之增加，瘤胃中游离氨基酸的降解减慢，使瘤胃内氨态氮的浓度降低和氨基酸的浓度升高，减少瘤胃中氨的产量。莫能菌素也可以改变瘤胃的发酵类型，增加丙酸产量，随着丙酸含量的升高，可以有效地禁止氨基酸通过生物转化生成挥发性脂肪酸、二氧化碳和氨气；丙酸参与生糖反应，间接减少了与生糖相关的氨基酸在动物肝脏中的降解量，节约了蛋白质。莫能菌素还能降低瘤胃中高效产氨菌群的数量，而高效产氨菌群参与了蛋白质代谢，瘤胃中氨的产生量随之减少，从而提高瘤胃内肽氮和氨基酸氮的含量，降低蛋白质的浪费。

3 莫能菌素在反刍动物营养和饲料中的应用

莫能菌素主要作为饲料添加剂直接饲喂动物，根据近年学者研究报道，对反刍动物作用效果如下：抑制瘤胃内革兰氏阳性菌生长，提高瘤胃发酵产生的丙酸比例，抑制甲烷的产生，提高饲料能量的利用率，减少机体对蛋白质的浪费，从而促进动物生长，改善饲料转化率。莫能菌素还能抑制乳酸产生菌的活性，减少乳酸的数量，预防动物乳酸中毒。

3.1 莫能菌素在牛日粮中的应用

对于牛用莫能菌素主要存在两种应用方式：①作为饲料添加剂直接添加到精料中，在每千克精料中的添加量为10～30 mg；②制成瘤胃控释胶囊植入牛的瘤胃，胶囊中含有32 g莫能菌素，莫能菌素能被均匀持续地释放，药效期可持续100 d，使用效果优于在饲料中直接添加。

3.1.1 莫能菌素在奶牛日粮中的应用

充足的蛋白质来源是奶牛产奶的基本保障，王志博等研究表明，莫能菌素能显著提高奶牛瘤胃中栖瘤胃普雷沃氏菌数量，降低溶纤维丁酸弧菌、高效产氨菌数量；增加瘤胃肽氮和氨基酸氮浓度，降低氨态氮浓度和脱氨酶活力；显著降低瘤胃液乙酸含量、乙酸/丙酸值，将丙酸含量提高了15.79%；莫能菌素组的表观氮消化率比对照组提高了7.05%。陈园等研究表明，泌乳期荷斯坦奶牛饲粮中添加莫能菌素可提高瘤胃液pH值，显著降低瘤胃液微生物蛋白、挥发性脂肪酸、乙酸含量及乙酸/丙酸值，增加丙酸含量和粗蛋白表观消化率，提高了产奶量。以上研究表明，莫能菌素能够通过提高丙酸含量、降低高效产氨菌数量提高奶牛饲料蛋白质的利用率，有利于奶牛产奶。此外，杨书慧等研究表明，炎热的夏季，莫能菌素使泌乳后期中国荷斯坦奶牛产奶量比对照组提高15.91%；高腾云等研究表明，莫能菌素使热应激条件下的荷斯坦奶牛日平均产奶量提升了8.32%，并有增加奶牛血清催乳激素和甲状腺素水平的趋势。因此，莫能菌素有助于奶牛抗热应激。

3.1.2 莫能菌素在肉牛日粮中的应用

香艳等研究表明，饲粮中添加莫能菌素能极显著增加草原红牛瘤胃液中丙酸比例，增重1 kg的甲烷排放量降低了31.89%。白元生等研究表明，莫能菌素显著提高12月龄西门塔尔牛粗蛋白消化率和采食氮，显著降低甲烷能、粪氮、尿氮，显著提高可消化氮和沉积氮。师周戈等研究表明，饲喂12月龄左右的西门塔尔牛莫能菌素，显著提高玉米秸秆和总干物质采食量、平均日增重，显著降低饲料转化率数值，显著提高血清血糖、白蛋白、总蛋白、尿素氮、谷草转氨酶浓度。李俐等、乔栋等研究表明，莫能菌素显著提高西门塔尔牛平均日增重，显著降低饲料转化率数值。莫能菌素可能通过提高粗蛋白消化率、减少甲烷排放，从而提高牛日增重，改善饲料转化率。

3.2 莫能菌素在羊日粮中的应用

莫能菌素作为饲料添加剂在羊上的应用较晚，我国最早对莫能菌素的研究在1987年，孙善发等研究表明，在放牧山羊饲粮中添加15 mg/(只·d)的莫能菌素，对20 kg以前的羯羊的日增重没有显著影响，但对25 kg以后的羯羊的日增重有显著影响，提高了34.98%。Mirzaei等研究表明，用莫能菌素饲喂羔羊，能够使瘤胃液乙酸比例降低，丙酸比例升高，对干物质采食量没有显著影响，但对饲料转化率有改善作用。Araujo等表明，莫能菌素不改变羊只的营养物质消化率，但显著改善饲料转化率，使瘤胃pH值升高，为瘤胃微生物提供有利生长条件。韩金涛等研究表明，莫能菌素能够使山羊瘤胃中挥发性脂肪酸浓度、丁酸比例、乙酸与丙酸比值显著降低，丙酸浓度升高；莫能菌素在短期内可显著降低甲烷产量、甲烷与二氧化碳比值，长期添加均无影响，添加莫能菌素对山羊甲烷产量的影响具有时效性。杨洋等研究表明，用莫能菌素饲喂慢性酸中毒的泌乳期奶山羊，瘤胃中挥发性脂肪酸浓度显著提高，使高精料条件下瘤胃的pH值维持稳定，乳酸杆菌、牛链球菌的数量显著减少，而显著增加反刍兽新月单胞菌、埃氏巨型球菌和产琥珀酸丝状杆菌的数量。杨华明等研究表明，莫能菌素显著提高了杂交肉羊日增重，显著降低了甲烷产量。林嘉等研究结果表明，饲喂波尔山羊莫能菌素，显著提高日增重，改善饲料转化率。

以上可以看出，莫能菌素对羊只干物质采食量没有影响，但可通过改善瘤胃发酵和降低甲烷产量，提高羊只日增重和改善饲料转化率。

4 结语

莫能菌素作为反刍动物饲料添加剂，能够改善动物瘤胃发酵，减少甲烷排放，对生长有促进作用，在动物体内残留量低，大部分以原药形式通过粪便排出体外，不影响动物肉品质的安全。但是排出体外的莫能菌素将会进入水体和生态系统中的各种生物，并且从蔬菜分离得到来自于动物粪便的耐药病原菌及抗性基因。有研究表明，人类肠道四环素抗性基因丰度最高，极有可能来自于兽用抗生素的使用以及抗性基因沿食物链的传播。畜禽养殖中莫能菌素的使用，有可能会影响人类的健康。因此，虽然莫能菌素能够促进动物生长，在动物体内基本无残留，但需对动物粪便集中进行发酵等无害处理，避免粪便中莫能菌素进入生态系统间接影响人类健康。

（参考文献刊略，需者可函索jiazhenpeng123123@163.com）