中草药在猪和家禽饲料中的应用潜力和挑战

贾少强，陈燕杰，张学武

（1.河南省驻马店市上蔡县动物卫生监督所，河南上蔡 463800；2.博爱县农业行政综合执法大队，河南博爱454450；3.郑州元之康生物技术有限公司，河南郑州 450000）

人们普遍认为，肠道感染及其相关胃肠功能障碍是损害肠道功能的主要应激因素，从而导致生长迟缓，动物的发病率和死亡率增加。目前一些营养策略在空肠肠道感染，提高动物免疫力方面得到很好应用，如酶制剂、有机酸、抗生素、益生菌、益生元和植物提取物，这也是未来替抗的思路。在过去的几十年里，抗生素被广泛用于动物商业生产，以防止肠道感染和促进动物生长。但抗生素的耐药性和在畜产品中的残留一直受到密切关注（汪忠艳和房臣，2017）。欧盟于2006年禁止使用抗生素作为动物生长促进剂，我国预计在2020年也将会禁止饲料中添加抗生素促生长剂。总的来说，替抗的目的就是有效控制肠道感染，提高动物免疫力或改善肠道功能。此外，开发的替抗产品应符合下列标准：（1）不损害动物生产性能；（2）不威胁人类和公共卫生安全；（3）经济上可行；（4）环境无害。这些要求表明开发抗生素替代品的复杂性和挑战性，这也是为什么目前没有一种单一的替代品能完全替代抗生素。

中医药在长期临床实践中形成了独特的理论框架和丰富的临床经验，以改善人和动物的健康。中草药的应用可以追溯到2000多年前，而最近关于中草药作为饲料添加剂的研究也表明，它们可以调节营养代谢、免疫反应和肠道健康（陈禹翰等，2016）。因此，中草药为食用动物的商业化生产提供了一个有潜力的替代抗生素的选择。但由于文化和哲学的差异，中医理论一直被认为是抽象的、复杂的、难以被西方医学专业人员理解的，很难被西方医学界认可。此外，良好的临床试验的缺乏和偶尔出现的毒性表现阻碍了中医的发展。同时，在中草药充分发挥其潜力前仍有一些问题需要解决，包括中药资源供应不足，生产和加工过程中质量控制困难，缺乏科学的评价标准体系和对其功能机制的充分理解。本文综述了近年来中草药作为畜禽生产的饲料添加剂的研究进展，并关注了中草药作为饲用抗生素替代品的潜力，以及在未来应用中可能面临的挑战。

1 用于动物生产的抗生素

抗生素一词是指能破坏或抑制某些细菌生长的天然或合成化合物，包括对这些化合物敏感的致病菌。自1928年Alexander Fleming发现第一种抗生素青霉素以来，抗生素挽救了许多生命。直到20世纪40年代末至50年代初，人们发现用低剂量的抗生素饲喂动物可以刺激动物生长，这才开始在畜禽动物中使用抗生素作为促生长剂。动物使用的抗生素量通常很难估计，特别是用于非治疗目的的量，因为没有相应的监管系统来监测。据估计，在欧盟，20世纪末消耗了多达500万kg的抗生素，其中多达30%是促进生长的饲料添加剂（Liousia等，2011）。在中国，自上世纪90年代初以来，抗生素作为饲料添加剂被广泛用于促进动物生长，饲料中抗生素的平均消耗量已达到每年约600万kg（应光国等，2016）。

1.1 抗生素非治疗目的的使用 抗生素在食用动物生产中有3个用途；治疗、预防疾病和促生长。在畜禽生产周期中，使用抗生素促进生长比使用抗生素控制疾病产生更多的利润。因此，几十年来，抗生素的非治疗性使用一直是畜牧业的一种常见做法。在猪和家禽商业化生产中，抗生素在生产的大部分阶段都在使用。抗生素促进生长的作用已在主要畜禽动物中有所表现，特别是幼龄动物。在25年里，对1000多个生猪生长试验分析表明，使用抗生素使7～25 kg的猪生长速度平均提高16.4%，饲料效率提高6.9%（Cromwell等，2002）。在肉鸡中，不同抗生素治疗后体重平均增加4%也是一种常见现象（Butaye等，2003）。虽然抗生素促进动物生长的机制还没有完全清楚，但抗生素在减少氨基酸分解的有毒代谢物、预防胆汁分解代谢、增加养分消化、减少有害肠道微生物含量的效果已得到证实（Richards等，2005）。

1.2 抗生素带来的公共卫生问题 饲料中抗生素的使用与动物产品、环境中抗生素残留以及人畜共患病致病菌中抗生素耐药性的传播有关。在20世纪50年代，用链霉素对火鸡进行实验性喂养后，人们发现动物对抗生素的耐药性（Roth和Kirchgessner，1993）。从理论上讲，细菌不断变化是为了适应生活环境，饲料中抗生素的使用产生了细菌突变以适应环境应激，其可以通过基因水平转移传播。到20世纪80年代，世界范围内的致病菌出现了对多种抗生素的耐药性（Zhao等，2010）。因此，开发饲料中抗生素替代品及其有效使用已成为畜牧业的一项紧迫任务。

1.3 抗生素促生长剂的替代 肠道感染及其相关的胃肠功能障碍给动物（特别是幼畜）造成重大压力，可损害肠道代谢和相关功能（Francis，2002），由此导致动物生长缓慢，发病率和死亡率增加。饲料中的抗生素主要作用于动物消化道，使用抗生素的主要优势之一是除了具有调节宿主免疫反应的功能外，它们还能有效控制肠道致病菌与肠道菌群组成和丰富度。因此，抗生素替代品的研究方向应围绕促进动物肠道健康方面，如可采用不同的策略和方法，如降低肠道pH，维持肠道黏液的保护作用，选择有益的肠道微生物，排除病原体，加强发酵和短链脂肪酸的生产，提高营养摄入，增加体液免疫反应（Mathew，2002）。

2 中草药添加剂

2.1 中草药添加剂的特点 经过数千年的实践和经验，中医从业者已经能诊断、治疗和预防许多疾病。毫无疑问，这种方法至少在中国社会和经济环境中是有效的。中草药饲料添加剂通常是指中药或其派生化合物，在饲料中添加亚临床剂量可以提高动物生产性能，改善免疫状况，进而促进生长，改善畜产品品质。中草药添加剂在我国已广泛应用于猪禽商业化生产，这些添加剂可以分类为草本植物、中草药粗提取物、中药多糖等。一般来说，根据整个生长阶段，这些添加剂以不同的亚临床剂量添加，对健康的动物可以达到营养和保健的作用（陈长春等，2008）。此外，在长期中医实践中，中草药的安全性和有效性已得到很好证明，中草药添加剂不仅可以为动物提供蛋白质、小肽、必需氨基酸、低聚糖、脂肪酸、淀粉、维生素和有机微量矿物质等营养物质，而且具有多种生物活性成分，具有抗菌、增强免疫和减轻应激的特性（苏湲淇等，2018）。中草药添加剂促进动物生长的主要作用方式包括降低幼龄动物应激，促进肠道健康和功能。特别是在断奶仔猪和刚孵出的小鸡早期生长关键阶段，建立健康的胃肠道生态系统和健康微生物群对控制潜在病原体和消化障碍至关重要。

2.2 中草药提取物、多糖和精油 中草药提取物对猪的生长发育也有一定的促进作用。如日粮添加1 g/kg刺五加提取物使回肠大部分氨基酸消化率提高1.35%～15.79%。此外，刺五加提取物和巨噬细胞素处理组的猪回肠消化率和所有营养必需氨基酸的协同效率无统计学差异，同时刺五加提取物含有几种猪必需的氨基酸，如组氨酸、赖氨酸、苏氨酸和酪氨酸，它们在血液循环中的浓度甚至高于饲用抗生素组（Kong等，2009）。饲料添加剂具有稳定肠道黏膜的完整性和肠道腔内微生物生态系统的间接作用，可以间接改善小肠消化能力。但关于中草药提取物和抗生素对猪养分消化率的数据有限，还需要更多的研究来填补这个空白。

多糖是另一类从草药或甲壳类动物的壳中提取的成分，能提高猪的生长性能。Yuan等（2006）报道中草药多糖可以使猪的采食量、日增重和饲料效率分别增加0.5%～11.88%、8.14%～34.32%和3.27%～26.01%，它们对猪生长性能的促进作用优于抗生素。此外，不同中药提取物的组合可以进一步提高猪的生长性能。有报道称，黄芪多糖和刺五加混合物可进一步提高断奶仔猪的采食量、日增重和饲料效率，分别比单独使用黄芪多糖提高8.99%、16.11%和5.96%（Kang等，2010）。

精油是含有挥发性成分的植物提取物，其中一些成分显示出强大的抗菌活性和免疫调节功能（Hong等，2012）。一些中草药精油混合物，如百里香酚、迷迭香油和牛至油的混合物，对猪日增重和饲料效率分别提高4.67和6.98%（Yan等，2010）。但精油对断奶仔猪生长性能的影响结果不一致，其原因是精油的疏水性使精油不能有效地作用于仔猪肠道（Si等，2006）。

3 中草药添加剂的应用

3.1 中草药添加剂的促生长作用

3.1.1 对猪的影响 在现代集约化养猪系统中，仔猪在14～28 d断奶，以最大限度地提高整个猪群的生产效率。早期断奶在商业上是有利的，但由于饲料成分和饲养条件的突然变化，会给仔猪造成很大应激。因此，早期断奶往往会导致一段时间的饲料摄入量和生长性能下降，以及腹泻、致病菌过度生长、绒毛萎缩和死亡率增加（Frydendahl，2002）。Lien等（2007）研究发现，仔猪日粮中添加中草药添加剂可以使日增重和饲料效率分别提高17.95%和4.73%，采食量降低14.10%，与抗生素相比饲料效率提高6.43%。此外，中草药添加剂的应用还需考虑原料粉碎细度。Kong等（2009）研究发现，日粮中添加2 g/kg超微粉碎中草药可以使断奶仔猪采食量、日增重和饲料效率提高20.18%、18.77%和3.09%。作者推断，使用超微粉碎中草药添加剂可使动物最大限度地利用中草药，显著减少中药生产过程中的浪费。

3.1.2 中草药添加剂对肉鸡生长性能的促进作用 Durrani等（2008）报道日粮添加 15 g/kg干薄荷粉可使肉鸡日增重和饲料效率分别增加12.32%和13.16%。但在肉鸡中也观察到相互矛盾的结果，如日粮添加单一的薄荷、鼠尾草或百里香粉并无额外的生长促进作用。虽然关于中药提取物的作用的数据有限，但有报道称，一些提取物可以促进鸡的生长性能。日粮添加40 mg/kg的八角提取液使肉鸡采食量、日增重和饲料效率分别 升 高 4.67%、16.61%和 10.24%（Durrani等，2008）。中草药及其提取物在促生长方面有巨大差异，除了中草药质量的变化和生产工艺不同外，还可能与评估添加剂效果的试验方法有关。

3.2 中草药添加剂的营养调控作用 有研究表明，某些中草药添加剂不仅能改善动物小肠消化、吸收能力，还能通过某些重要的信号通路改善动物营养代谢过程（Kong等，2009）。中草药多糖饲喂的猪在采食前血液葡萄糖水平显著下降，由于葡萄糖不仅是动物生长发育所必需的能源物质，也是AMPK-和mTOR信号通路调控蛋白质合成的有效信号分子（Li等，2011）。因此，采食前较低的血液葡萄糖水平表明，从营养角度来看，对健康动物来说，萄糖和蛋白质的使用效率提高，这至少在一定程度上有助于提高猪或家禽的生长性能和饲料效率。

3.3 中草药的免疫调控功能 免疫系统的主要作用是识别进入机体的外来物质，并启动和调控适当的生理反应来中和或消除外来物质。免疫系统由两个主要的分支组成，先天免疫系统和适应性免疫系统。适应性免疫系统处理外源病原体通过体液反应，即通过淋巴细胞和细胞介导的免疫反应合成特定抗体（Radoja等，2006）。T淋巴细胞可进一步分化为辅助性淋巴细胞和细胞毒性细胞，在遇到外来病原体时可分泌大量的淋巴因子和细胞因子（白细胞介素和干扰素），之后这些细胞因子对特定病原体产生免疫反应。

3.3.1 中草药添加对猪的免疫调节 中草药和其提取物均能显著提高断奶仔猪体液免疫反应和淋巴细胞增殖（Kong等，2007）。如中药多糖对细胞和体液免疫反应具有剂量依赖性的免疫调节活性，包括诱导猪先天免疫系统和适应性免疫系统细胞增殖的能力（Li等，2011），其可能的作用机制主要包括提高免疫蛋白（IgA、IgG、IgM）循环水，诱导外周血淋巴细胞增殖活性，促使肿瘤坏死因子合成干扰素-γ，增加机体细胞因子水平（白细胞介素）或上调细胞因子的基因表达水平，核转录因子的激活以及提高免疫器官功能。

3.3.2 中草药添加对家禽的免疫调控 与猪相比，中草药添加剂对家禽免疫反应的影响研究较少，但部分中草药添加剂对肉鸡免疫反应有明显改善作用。Jung等（2010）发现，由酿酒酵母菌、枯草芽孢杆菌和嗜酸乳杆菌连续发酵的中草药显著提高肉鸡细胞和体液免疫。此外，从黄芪中提取的多糖等一些中药多糖已被证明可以增加仔鸡脾细胞中一氧化氮和白细胞介素2的产生，促进脾细胞增殖（Chen等，2003）。

3.4 中草药添加剂对猪和家禽肠道健康的作用

断奶仔猪肠道菌群、肠道形态和功能发育不全会导致腹泻和细菌感染发病率高、生长迟缓和死亡率增加。一些天然中药提取物显示出对猪肠道病原体的有效控制。Yin等（2008）报道，猪饲喂含有1 g/kg 刺五加提取物的饲料后回肠大肠菌数量下降。肠黏膜对消化、吸收和营养代谢非常重要，绒毛高度和隐窝深度常被作为肠细胞营养状况和成熟能力的指标。如绒毛高度的降低和隐窝深度的增加表明动物对营养物质吸收和代谢不良。Guo等（2004）报道了一些中草药多糖，如香菇多糖、银耳多糖、黄芪多糖可以抑制肉鸡盲肠致病菌，促进有益菌（如乳酸菌和双歧杆菌）的增殖。

4 中草药添加剂应用面临的挑战与展望

在动物生产中，中草药作为饲用抗生素替代品已被证明具有良好的潜力。但在中草药充分发挥其应用潜力前还有一些挑战需要解决，包括原材料来源不足，生产、加工过程中的质量控制，科学评价标准的缺乏，作用机制未充分理解。中草药质量，特别是生物活性成分水平和效价可能会受到生长气候条件和地理位置影响。因此，建立规范的中草药生产和加工控制程序是保证中草药质量的重要途径。但目前由于缺乏对中草药作用机制的全面了解，其应用受到限制。鉴于中草药成分之间存在多种相互作用（协同作用、直接作用和间接作用），阐明中草药作用的分子机制似乎极具挑战性。此外，目前还尚不清楚使用中草药添加剂的成本效益是否足以维持其可持续性。如果中草药添加剂能在未来成功地取代抗生素，那么就需要通过可持续规划来避免人类和动物生产对中草药资源的竞争。