益生菌在反刍动物饲粮中的应用

贾 鹏 马 涛 万 凡 王韵斐 杨 东， 王文义 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；3.巴彦淖尔市农牧业科学研究院，内蒙古巴彦淖尔015000）

自1929年英国的Fleming发现抗生素以来，给人类的生产、生活带来了巨大变化。抗生素过去促进了畜牧业的快速发展，是微生物学史上最伟大的发现之一。但是随着人们科技水平的提高，健康意识逐渐增强，发现抗生素在畜牧业中的使用影响了肉制品的安全，直接影响人类的健康；部分抗生素通过动物排泄物排放到自然环境中，经过生态循环系统间接影响人类的健康，急需被新型添加剂取代。1907年Metchnikoff发现发酵后的乳制品有利于人类的健康，自此发现了益生菌。关于益生菌的研究首次出现在1947年Hansen等的研究中，饲喂仔猪乳酸杆菌能够促进仔猪的生长。随后有研究表明，在饲粮中添加益生菌，能够改善动物胃肠道微生物环境，提高免疫力，改善瘤胃发酵，促进动物生长。1989年，美国食品和药物管理局（FDA）与饲料协会（AAFCO）共同发布了能够用于饲料添加剂饲喂动物的41种益生菌。中国农业部公告第2045号《饲料添加剂品种目录（2013）》允许将34种益生菌作为添加剂。2002年联合国粮农组织、世界卫生组织和欧洲食品与饲料菌种协会指出：益生菌是活的微生物，通过摄入充足的数量，对宿主可以产生一种或多种特殊且经过论证的功能性健康益处[1]。

1 益生菌的作用与机制

1.1 益生菌的免疫作用

益生菌替代抗生素的基础是能够对动物的免疫系统产生有益作用。益生菌进入机体后能够刺激机体产生抗体，提高免疫细胞的活性，还能促进免疫细胞、组织和器官的生长发育，最终提高机体免疫力。

1.1.1 益生菌对肠道免疫的作用

益生菌首先定植于动物肠道，肠道是动物体内重要的消化器官，在动物免疫系统中也发挥着巨大作用，也是重要的免疫器官，能通过多种非特异性的免疫机制以及免疫防御机制生成天然的屏障，阻隔外界有害物质进入机体。肠道菌群通过刺激肠黏膜免疫细胞因子分泌和激活免疫应答等机制在调控肠黏膜免疫方面发挥着极其重要的作用。越来越多的证据表明寄居在肠道中的肠道菌群重要影响着肠黏膜免疫功能。益生菌与宿主肠道中的微生物、上皮细胞、免疫细胞等具有的相互作用，在维护免疫功能和肠道淋巴组织中发挥着重要作用，能分泌IgA和激活CD4+、CD8+T淋巴细胞等。有研究表明乳酸菌在动物肠道内定植并且繁殖后，能够合成维生素和氨基酸等物质，不仅为免疫器官的生长发育提供了营养物质，还能作为抗原物质对免疫器官的生长发育起到刺激作用[2]。另外，酵母细胞壁自身含有的甘露寡糖、葡聚糖等物质，能够通过活性巨噬细胞启动肠道上皮细胞或者肠道淋巴Th-1的应答，提高机体免疫能力[3-4]。还有研究表明，饲喂健康个体德式乳杆菌后，机体内巨噬细胞的产生速度加快[1]。

1.1.2 益生菌对体液免疫、细胞免疫及免疫器官的作用

血液生化指标能够反映机体营养物质代谢和组织器官功能情况，其中球蛋白的含量可以反映免疫水平，所有抗体的化学基础都是免疫球蛋白，其在体液免疫中起到重要的作用，所以血清中由B淋巴细胞产生的IgG、IgM、IgA的含量高低代表免疫力的强弱。刘辉等[5]表明分别饲喂生长猪短乳杆菌、酵母菌和复合菌（短乳杆菌、酵母菌），提高了血清IgA、IgG含量。双歧杆菌的细胞壁中含有肽聚糖，其具有免疫原性，在一定条件下能够激活机体的体液免疫应答，抑制肿瘤细胞和致癌物质的增殖生长[6]。补体体系是先天性免疫和适应性免疫中的重要组成部分，在补体体系中补体C3和C4发挥着重要的作用，丁酸梭菌提高了樱桃谷肉鸭血清中的补体C3和C4的含量[7]。谢文慧等[8]研究表明三种不同配置比例的复合益生菌均提高了肉鸡血清中免疫球蛋白含量，但不同配置比例的效果不一，可能与配方中的每种益生菌的作用效果及其对应的最适添加量不同有关。

白细胞介素-1β、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α均有益于T、B淋巴细胞的增殖分化，还能增加自然杀伤细胞的数量及其活性。将酿酒酵母菌和枯草芽孢杆菌制成的复合益生菌饲喂断奶仔猪20 d后，提高了断奶仔猪血清中白细胞介素-1β、白细胞介素-6和和肿瘤坏死因子-α水平，提高了断奶仔猪细胞免疫水平[9]。有研究表明双歧杆菌的细胞壁中含有肽聚糖，能够通过增加小鼠腹腔内巨噬细胞的钙离子浓度来提高巨噬细胞的活性[6]。

免疫器官在免疫系统中的作用不容忽视。中枢免疫器官包括胸腺、骨髓和法氏囊，胸腺为T细胞的主要产生场所，法氏囊仅存在于鸟类；外周免疫器官主要包括淋巴结、脾脏和黏膜相关淋巴组织等，其中脾脏参与所有的细胞免疫以及体液免疫，是机体内最大的外周免疫器官。研究表明丁酸梭菌显著提高了樱桃谷肉鸭胸腺指数和脾脏指数[7]。乳鸽在饲喂复合益生菌后，其胸腺指数和脾脏指数显著升高，但不同成分的复合益生菌的作用效果不同[10]。

1.2 益生菌的抗氧化作用

自由基理论被发现后，表明衰老、癌症等疾病与体内氧化作用产生的自由基有关。益生菌已被表明能够增加机体抗氧化能力，减少肠氧化损伤、总抗氧化浓度，提高超氧化物歧化酶浓度，对谷胱甘肽浓度的影响存在争议。酵母菌自身含有谷胱甘肽和超氧化物酶，能够提高动物的抗氧化性能。双歧杆菌和乳杆菌通过其完整细胞和细胞提取物的抗氧化性能够对机体表现出较好的抗氧化作用。益生菌的代谢产物具有很高的抗氧化活性，有助于机体防止和修复氧化作用产生的损伤，包括还原型辅酶Ⅰ、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、多糖、胡萝卜素、维生素E和维生素C等物质。Rajput I R等[11]从饲喂绍兴鸭益生菌的试验中得到，益生菌能够提高血清抗氧化性。丁酸梭菌除了能够提高肉鸡血清中谷胱甘肽过氧化物酶活性以及总抗氧化能力，还能增强十二指肠、空肠和回肠黏膜以及肝脏的抗氧化能力，可能因为丁酸梭菌能够抑制病原微生物增殖以及产生消化酶、丁酸和氢气[7]。用丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌及其二者复合制剂分别饲喂虹鳟后表明，均提高了虹鳟血清中超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性以及总抗氧化能力，降低了丙二醛含量；其中复合制剂效果最好，单一的丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌效果存在差异，不同菌种效果可能不同[12]。饲喂黄羽肉鸡复合益生菌的试验表明，肉鸡的抗氧化能力与益生菌的添加量存在正相关性[13]。

1.3 益生菌对瘤胃发酵的影响

Fiems L O等[14]研究表明，用添加酿酒酵母菌的饲料饲喂山羊与对照组相比，增加了山羊瘤胃pH值。饲喂反刍动物高精日粮，瘤胃内细菌通过发酵利用淀粉类物质产生有机酸，使pH值降低，导致瘤胃纤维分解菌的生长受到抑制；而添加酵母菌及其培养物后，刺激了瘤胃乳酸菌的生长，使乳酸的浓度降低，提高pH值，可防止高酸度抑制微生物的生长，维持正常的瘤胃发酵功能。李常瑞等[15]研究表明，饲喂蒙古绵羊精粗比为3∶7的日粮，复合益生菌的增加显著降低了瘤胃pH值；当饲喂精粗比为7∶3的日粮，复合益生菌的增加使瘤胃pH值有下降趋势。说明益生菌添加剂对瘤胃pH值具有调节作用。

张爱忠等[16]报道，饲喂内蒙古绒山羊酵母培养物，瘤胃内氨态氮的含量显著降低。因为酵母能够增加瘤胃微生物的数量，促进氨态氮的利用。氨态氮利用率的提高以及酵母使瘤胃原虫数量的增加，还能增加瘤胃中蛋白的含量。刘彩娟等[17]和张志军等[1]研究表明，用复合益生菌饲喂奶牛和绵羊，均显著提高了瘤胃菌体蛋白和微生物蛋白含量。肖怡[18]用地衣芽孢杆菌、热带假丝酵母和植物乳酸杆菌饲喂肉羊，结果表明不同菌种对瘤胃氨态氮浓度的影响并不一致。

饲喂荷斯坦奶牛和哈萨克羊复合益生菌后[1,17]，均提高了奶牛和绵羊瘤胃乙酸浓度。饲喂肉羊地衣芽孢杆菌、热带假丝酵母和植物乳酸杆菌表明[18]：地衣芽孢杆菌对瘤胃挥发酸浓度及其比例没有显著影响；热带假丝酵母对瘤胃内总挥发酸浓度有增加的作用，提高了丙酸比例和降低了乙酸比例，乙酸与丙酸比值降低；植物乳酸杆菌对瘤胃内总挥发性脂肪浓度的影响与其添加剂量有关，对乙酸、丙酸及其二者比值的影响与热带假丝酵母相同。用YC-1、YC-2和YC-3三种酵母培养物饲喂肉牛后[19]，YC-2组瘤胃内总挥发性脂肪酸升高，YC-1和YC-2组瘤胃内乙酸与丙酸比值显著降低。不同菌种益生菌添加剂对瘤胃内挥发性脂肪酸的影响不一致。

1.4 益生菌对胃肠道微生物的影响

动物在正常生理功能条件下，肠道中优势菌群为厌氧菌，占菌群总量99%，剩下1%为兼性厌氧菌和需氧菌。动物胃肠道菌群失衡时，将影响其消化道正常功能，随之病原微生物快速生长繁殖，引起疾病和降低生产性能。饲喂动物益生菌添加剂可有效防止胃肠道菌群失衡，益生菌通过增加有益菌数量抑制病原微生物，调节和维持胃肠道菌群平衡[1]。

益生菌制剂维持胃肠道微生态的平衡途径为：①代谢产生抗菌物质。胃肠道内的有益菌群能够产生乳酸、细菌素和过氧化氢等消灭病原菌的物质[1]。例如枯草芽孢杆菌能够产生含有脂类抗菌肽的枯草菌素以及低分子量抗菌素，能够作用于嗜水气单孢菌的细胞膜，杀死细胞，起到抑制和消灭病原菌的作用。②与病原菌产生竞争机制[1]。无论益生菌还是病原菌在胃肠道的定植是其发挥作用的前提，二者在胃肠道黏膜上产生竞争性黏附，起到抑制病原菌在胃肠道黏膜黏附的作用；动物胃肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等优势菌群均为厌氧菌，芽孢杆菌等益生菌制剂能够减少胃肠道内的氧气以及减弱氧化还原电势，产生有利于双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群的生长环境，抑制有害需氧菌的生长，从而调节胃肠道微生物平衡。

2 益生菌在动物中的应用

应用于畜牧业的益生菌通常被称为微生物饲料添加剂。国际上第一次将益生菌添加到饲料中的研究出现于1947年，Hansen等饲喂仔猪乳酸杆菌后，体重得到升高，健康状况也得到改善。我国对益生菌的研究最早出现在70年代，饲喂初生仔猪从猪场分离的有益微生物，明显提高了仔猪黄痢保护率；同年来自江苏农学院的方定一教授表明NY10（大肠杆菌）也具有预防仔猪黄痢的效果。国内关于益生菌的第一个会议在大连于1981年召开（中国微生态学研讨会），第一个协会在北戴河于1988年建立（中华预防医学会微生态学分会），为我国对益生菌的研究奠定了基础。

在益生菌中，酵母菌贡献最大，产量高达百万吨，并且对抗生素及其他抗菌药物具有耐性；芽孢杆菌具有极强的稳定性，将地衣芽孢杆菌置于制粒高温和人工胃液的环境下，经过大量的试验证明，地衣芽孢杆菌的活菌数没有受到影响[20]。因此，酵母菌和芽孢杆菌应用前景广泛，在动物中的研究较多。益生菌在猪和家禽上的研究较为全面，但在反刍动物中的研究较少。

2.1 酵母菌在反刍动物中的应用

许斌斌[21]用体外瘤胃发酵技术研究表明，酿酒酵母菌显著提高了肉牛瘤胃中产气量、微生物蛋白含量和乙酸/丙酸比值，并降低了甲烷产量；饲喂肉牛酿酒酵母菌，对肉牛干物质采食量没有影响，显著提高了日增重，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观消化率显著高于对照组，粗蛋白和总能的表观消化率没有出现显著差异，肉牛总甲烷排放量和单位采食量甲烷排放量显著降低。饲喂小母牛酿酒酵母菌后，干物质采食量组间没有差异，日增重显著提高，干物质、有机物、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维消化率均显著升高，还显著增加了粪便中的乳酸菌数量[22]。在泌乳牛饲粮中添加酵母菌后，除显著提高中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维消化率，还提高了产奶量和乳脂率，增加了胃肠道中乳球菌数量，降低了肠球菌和大肠杆菌数量[23]。Zhu W等[24]研究了饲喂热应激条件下的奶牛酿酒酵母菌，表明不影响干物质采食量，增加了产奶量和产奶量/干物质摄入量比值，对照组奶牛体重降低，而酿酒酵母组奶牛体重显著升高，有利于缓解奶牛热应激。酿酒酵母菌和产脘假丝酵母制成的复合益生菌能够增加奶牛产奶量、乳脂率，降低干物质采食量与产奶量比值，缩短产犊间隔[25]。

酵母培养物能够降低瘤胃中乳酸的累积，增加瘤胃pH值和降低瘤胃渗透压，饲喂羊只酵母培养物能够有效地预防和治疗急性瘤胃乳酸性酸中毒[26]。饲喂妊娠前和妊娠期母羊酵母培养物，提高了血清白蛋白、葡萄糖、尿素浓度和谷草转氨酶活性，降低了胆固醇浓度，对肝脏和肾脏没有副作用，可改善繁殖性能[27]。酵母菌对羔羊干物质采食量没有影响，提高了前4周平均日增重和第84 d血清尿素氮、总蛋白含量，对其他血液指标和肉品质没有显著影响，对免疫应答有促进作用[28]。酿酒酵母菌和嗜酸乳杆菌制成的复合菌提高了羔羊粪便pH值，降低了粪便中大肠杆菌的数量和粪便评分[29]。

酵母菌及其复合益生菌对反刍动物的采食量均不产生影响，但在单胃动物中有不同研究结果[30]，可能与动物种类有关。酵母菌类益生菌能够提高反刍动物日增重、营养物质消化利用率、产奶性能和繁殖性能，改善瘤胃发酵和胃肠道菌群结构，缓解热应激以及预防瘤胃酸中毒。

2.2 芽孢杆菌在反刍动物中的应用

周振峰[31]研究表明，饲喂热应激条件下的泌乳期荷斯坦奶牛地衣芽孢杆菌，提高了奶牛产奶量，并且牛奶中乳脂率和含量均有所提高。符运勤[32]用地衣芽孢杆菌饲喂0～8周龄荷斯坦犊牛，显著提高了犊牛日增重及其体躯指数，瘤胃内纤维分解菌的数量出现升高；饲喂8～52周龄荷斯坦牛，提高了日增重，血清中碱性磷酸酶的活性出现升高，瘤胃中优势菌种及其细菌区系稳定性均有提高，瘤胃中纤维分解菌数量增多；52周龄开始停喂地衣芽孢杆菌，采集粪便检测芽孢杆菌，表明地衣芽孢杆菌不能在荷斯坦后备牛胃肠道中长期定植。饲喂肉牛复合菌（枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和植物乳杆菌）后，提高了肉牛平均日增重和采食量，降低了料重比，对血清生化指标没有显著影响[33]。

肖怡[18]研究表明，饲喂45 kg的杜寒杂交成年羯羊低中高三种剂量的地衣芽孢杆菌，低中剂量降低了甲烷产量，干物质表观消化率、有机物表观消化率、中性洗涤纤维表观消化率、氮表观消化率、氮沉积率、消化能和代谢能均显著升高，瘤胃氨态氮浓度在低中剂量组显著降低，瘤胃pH值和挥发酸浓度在各组间均没有显著差异，瘤胃内甲烷菌和原虫数量在低中剂量组显著降低，而在高剂量组显著升高。地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌制成的复合菌不影响羊只的体重，增加了干物质采食量及其占活重比例，对干物质及粗蛋白消化率没有影响，但对中性洗涤纤维消化率有提高的趋势[34]。但在另一研究中表明，复合菌（地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌）增加了羔羊日增重、净增重和干物质采食量，对血清电解质浓度（Ca、P、Na、K、Mg、Fe、Cl）无显著影响，降低了血液尿素、胆红素和甘油三酯浓度以及丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶和肌酸激酶的活性，提高了葡萄糖浓度和碱性磷酸酶活性，酸碱平衡和阴离子间隙在正常范围内，促进了羔羊代谢活动[35]。

芽孢杆菌作为饲料添加剂，能够提高反刍动物干物质采食量和日增重，增加营养物质消化利用率，降低瘤胃甲烷产量和调节胃肠道菌群结构，缓解热应激以及促进机体代谢活动，但在不同的添加剂量、动物种类和饲粮条件下，可能产生不同的效果。

2.3 其他益生菌在反刍动物中的应用

荷斯坦奶牛在饲喂乳酸片球菌后，产奶量显著升高，乳脂率和乳蛋白含量没有影响，乳酸片球菌对奶牛营养物质消化率、瘤胃pH值和挥发性脂肪酸均未产生不利影响[36]。在犊牛饲粮中添加嗜酸乳杆菌后，对血清肌酐、葡萄糖、尿素、胆红素、天冬氨酸氨基转移酶和丙氨酸氨基转移酶均无影响，但显著降低了胆固醇和甘油三酯含量[37]。饲喂3～4日龄犊牛嗜酸乳杆菌与植物乳酸杆菌组成的复合菌，或者饲喂嗜酸乳杆菌培养物，均对血清总蛋白、白蛋白、总球蛋白、尿素、尿素氮和甘油三酯无影响，但显著提高了血清Ig G浓度和犊牛体重。分别饲喂成年羊及羔羊嗜酸乳杆菌，第2 d羊只胃肠道中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌数量已出现显着降低，在羔羊胃肠道中乳杆菌的繁育效果比成年羊好[38]。在羔羊日粮中喷洒乳酸杆菌，提高了干物质采食量、日增重和中性洗涤纤维消化率，提高了瘤胃NH3浓度和乳酸杆菌数量[39]。以上研究表明，益生菌能够提高反刍动物生长性能，改善胃肠道菌群结构，但在动物不同生理阶段的作用效果存在差异。

3 结语

益生菌拥有绿色、无残留和无污染的特性，并且能够改善动物胃肠道微生态环境，提高免疫力，促进生长，在动物饲粮中已取得显著效果，发展潜力巨大。一些研究结果表明，复合益生菌和酶菌复合制剂作用效果好于单一益生菌。可能因为复合益生菌更易产生乳酸，能适应多种宿主和条件；酶菌复合制剂中的酶可为益生菌的生长提供营养物质，益生菌又可产生酶和提高酶活性。益生菌添加剂今后发展方向应该为：寻找合适的配伍，将不同种益生菌进行组合，或者将益生菌与酶制剂、维生素、矿物质等进行组合制成复合制剂。