植物乳杆菌在动物饲料中应用的研究进展

郑 越， 段 涛， 宋 丹， 宾石玉 ， 王薇薇

（1.国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037；2.广西师范大学生命科学学院，广西桂林 541006）

植物乳杆菌是目前研究最广泛的乳酸菌之一， 其是一种革兰氏阳性乳杆菌， 为兼性异型发酵， 需要泛酸钙和烟酸作为生长因子 （陈卫，2019）。 适宜生长温度为30 ～35 ℃，pH 约为6.5，其生长必须从外界获取营养物质， 来满足自身的生长和新陈代谢需要，部分菌株可以还原硝酸盐，具有抑制假过氧化氢酶活性的能力。

植物乳杆菌常分布在蔬菜、乳制品、发酵食品和健康人体的口腔、肠道黏膜中，表现出极强的适应性和代谢途径的多样性 （Fiocco 等，2010）。 植物乳杆菌常用于食品的发酵，具有较高的安全性，且益生作用明显，如抑制肠道致病菌改善肠道微生物环境（Huang 等，2015）、降低胆固醇 （Bosch 等，2014）、 抗高血压 （Liu 等，2015）、预防糖尿病（Bejar 等，2013）等。其益生作用在小鼠和人类临床研究中体现较为明显，因此近年来吸引了大量研究者对其在动物营养领域应用的关注， 并开始将植物乳杆菌应用在动物饲料中，用以改善动物健康。 本文将对植物乳杆菌近年来在动物饲料中的应用进行综述，并提出其在饲料中应用存在的问题， 以期为其在抗生素替代中的应用提供理论基础。

1 植物乳杆菌在动物饲料中的应用

1.1 植物乳杆菌在猪饲料中的应用 乳酸菌作为抗生素促生长剂替代品，广泛用于生猪饲粮中，主要是通过改变肠道菌群来对动物生长产生益生作用（张乃锋等，2015）。随着饲料抗生素的全面禁用， 更多的学者对乳酸菌在动物饲料中的研究有所深入， 寻找更安全并适合动物生长的乳酸菌变得更为重要，植物乳杆菌在其中占有重要地位。

与抗生素相比， 在日粮中添加植物乳杆菌基本不影响猪的生长性能， 又可以提高其血清中IgG 和IgM 含量， 表明植物乳杆菌在提高猪的免疫功能方面更有优势。 断奶仔猪在断奶后表现出的不适症状较为明显， 而较多研究发现植物乳杆菌能够有效改善肠道菌群， 提高肠道菌群生态环境， 提高猪的生长性能和饲料利用率。 Wang 等（2021）通过饲喂仔猪发现，植物乳杆菌299v 可以通过miRNA 的表达改变细胞因子TNF-α 的水平来影响肠道功能。 李雪莉等（2018）在饲喂断奶仔猪时添加植物乳杆菌制剂发现， 该制剂可以调节肠道黏膜营养素转运体及紧密连接蛋白相关基因表达量，提高短链脂肪酸和乳酸含量，从而为肠道健康带来益处，缓解仔猪断奶应激（表1）。

表1 植物乳杆菌在猪生产中应用效果

1.2 植物乳杆菌在家禽饲料中的应用 植物乳杆菌通常通过调整家禽的肠道菌群、 形态来提高动物的生长性能，增强免疫功能和抗氧化能力。由于饲粮营养不均衡或环境因素的改变， 导致肠道中的益生菌与致病菌的平衡关系被打破。因此，植物乳杆菌在调节肠道菌群的平衡关系中占有重要地位（刘耀文等，2017）。

由表2 可知， 植物乳杆菌能够吸附体内的真菌毒素、改善肠道形态和饲料转化率，从而提升家禽的生长性能。在蛋鸡中，植物乳杆菌能有效提高产蛋能力，同时改善鸡蛋质量。 Xu 等（2020）研究发现， 在蛋鸡饲粮中添加植物乳杆菌明显提高了肠绒毛高度与隐窝深度的比值和回肠黏膜中MUC2 mRNA 的表达， 进而降低了回肠黏膜中TNF-α 基因的mRNA 表达水平。植物乳杆菌处理显著降低了鸡血清中总蛋白、 总超氧化物歧化酶和谷草转氨酶的含量。 另外，Deepthi 等（2017）研究表明， 植物乳杆菌MYS6 可作为一种高效的益生菌添加剂和生防剂应用于家禽饲料中。此外，抗真菌代谢产物对镰刀菌的生长和伏马菌素的产生有明显的抑制作用。

表2 植物乳杆菌在家禽生产中应用效果

1.3 植物乳杆菌在反刍动物饲料中的应用 乳酸菌在反刍动物中应用也较为广泛。研究表明，乳酸菌能够降低牛乳腺炎的发病率 （姚国强等，2018）。 Soleimani 等（2010）研究发现，植物乳杆菌AT-CC 8014 对分离自牛乳腺炎的金黄色葡萄球菌具有拮抗作用。Frola 等（2012）从牛乳中分离出的植物乳杆菌CRL1724 和植物乳杆菌CRL1716能够抑制乳腺炎致病菌， 并对致病菌有共凝集作用。 高鹏飞等（2014）分别从内蒙古自治区、天津市、山东省和江苏省等7 个省（市、区）选取荷斯坦奶牛， 对其饲喂含植物乳杆菌HM-10 的乳酸菌制剂，结果表明，奶牛乳房炎改善率达80%以上，同时奶牛产奶量显著提高。

除此之外， 植物乳杆菌在反刍动物的生长性能方面也有重要作用。聂兆龙等（2020）研究表明，在基础饲粮中加入含有植物乳杆菌的复合乳酸菌，牦犊牛的平均日增重、总干物质采食量比单独饲喂基础饲粮组显著提升（P＜0.05）；十二指肠肌层厚度、空肠黏膜厚度明显高于基础饲粮组（P＜0.05），由此可见复合乳酸菌能够改善牦犊牛的生长，对肠道发育和免疫能力也有促进作用。 Zhang等（2016）研究表明，在新生荷斯坦犊牛日粮中添加植物乳杆菌GF103，能够提高犊牛的生长性能、营养物质消化率，有效缓解断奶应激反应。在新生犊牛日粮中加入含有植物乳杆菌HM-10 的乳酸菌制剂，能够降低犊牛腹泻率和死亡率；腹泻犊牛用该乳酸菌制剂治疗5 d 后， 治愈率高达85.19%， 可见植物乳杆菌能够有效改善犊牛腹泻， 提前使用含植物乳杆菌的乳酸菌制剂对腹泻犊牛的预防和治疗也有较好作用 （姚国强等，2014）。

有研究表明， 植物乳杆菌能够降低反刍动物代谢过程中甲烷的排放量，提高瘤胃发酵性能，进而提高饲料的利用率。 肖怡等（2016）在肉羊的日粮中加入不同剂量的植物乳杆菌， 干物质（DM）、有机物（OM）、中性洗涤纤维（NDF）、氮（N）的表观消化率和氮（N）沉积率均显著提高（P＜0.05）。

1.4 植物乳杆菌在水产动物饲料中的应用 近年来，水产动物养殖规模逐步扩张，因此寻求更有经济效益且对水产动物生长有利的饲料也成为了众多学者的研究重点， 植物乳杆菌在水产动物中的应用也逐渐广泛。

由表3 可见，植物乳杆菌能够提升水产动物中的饲料利用率，改善生长性能，并在抗氧化能力方面也能起到良好作用， 对一些有毒物质也有防御效果。 还有研究表明，植物乳杆菌能增加肠道中乳酸菌、乳球菌的丰度，使细胞因子基因上调， 进而能够有效控制链球菌病 （Md 等，2020）。 Foysal 等（2020）通过给淡水小龙虾饲喂注射过植物乳杆菌的黑水虻， 发现该饲料显著改善了其血淋巴参数以及提高肠道微生物菌落的多样性。 进一步的分析表明，饲喂注射了植物乳杆菌的黑水虻提高了与淡水小龙虾先天免疫应答相关的肠道组织和血液细胞中的一些基因的表达， 这将有助于改善淡水小龙虾的整体健康状况。

表3 植物乳杆菌在水产动物生产中应用效果

2 植物乳杆菌在饲料应用中的现状

目前， 饲用植物乳杆菌在动物生产中的应用主要是通过在动物日粮中加入植物乳杆菌发酵液或菌体以及青贮饲料的制作， 并得到了较好的效果（冯丽莉等，2018）。植物乳杆菌通过改变肠道菌群对动物产生益生作用， 其作用机制有别于抗生素（薛艳荣等，2019），Zhou 等（2020）研究表明，植物乳杆菌G83 能够通过增加回肠紧密连接蛋白的表达来改变肠道屏障功能，从而实现对动物健康生长的促进作用（Wang 等，2019），植物乳杆菌还能够提高动物的免疫应激反应以及抗病性能（Bao 等，2018）。 也有研究发现在饲料中添加植物乳杆菌可以抑制畜禽粪便恶臭的产生，Cha 等（2015）研究表明，在育肥猪饲料中添加植物乳杆菌能够减少猪舍有毒气体，如NH3和H2S 的排放。

总体而言，植物乳杆菌因其丰富的生理功能，越来越被终端用户认可， 并且作为主要的抗生素替代品成分之一， 用在微生态制剂的配制中。 然而， 目前市场上饲料添加剂植物乳杆菌以及含有植物乳杆菌的微生态制剂种类繁多， 功能特性也有较大差异，在实际使用过程中仍存在较多问题。

2.1 抗逆性差 尽管植物乳杆菌具有多种生理功能， 但是益生菌只有在肠道中达到一定数量时才能发挥益生作用。 FHO/WHO 对益生菌发挥作用的要求是定植于肠道中的活菌数目不低于106～107cfu/g（黄凤洪等，2019）。 然而，植物乳杆菌因其自身菌种特性，在高于低温（＜10 ℃）的常温环境（10 ～30 ℃），饲料制粒加工过程中的高温高压环境， 以及胃肠道内胃酸和胆盐的刺激等不利环境中，存活率都会大大降低。 因此，真正到达肠道且发挥作用的植物乳杆菌数量也大量减少， 肠道中存在的活菌数目不足以满足益生功能所需，从而需要提高植物乳杆菌的抗逆性。 现有最常用的工艺是对菌进行包被， 用特殊材料包被植物乳杆菌，以提高其通过胃肠道后的存活率。 研究发现，微囊化包被植物乳杆菌（Zhang 等，2015）、微囊化粪肠球杆菌（张琳等，2016）与不包被的菌粉相比，其常温下活性的保持和抗逆性均明显提高。目前，微囊化包被植物乳杆菌多采用海藻酸钠作为包被材料，Holkem 等（2016）和张琳（2016）研究均发现， 用该材料包被的微胶囊能够增强其在胃肠道中的存活率。 双层包埋和流化床制粒包衣也可以作为提高植物乳杆菌抗逆性的技术手段（周航等，2019）。

2.2 作用机理尚不明确 目前，越来越多的学者将益生菌用于动物饲料中， 研究其对动物免疫的影响。可以看出，益生菌与免疫调节之间存在着不可忽视的关系。 益生菌抑制病原菌黏附的主要作用机制为空间位阻效应和产生抑制物质。 益生菌在抗氧化方面的作用也不容小觑， 但目前对于乳酸菌的抗氧化机制尚不明确， 一般认为是乳酸菌自身代谢产物对其产生抗氧化活性起到一定作用（任大勇等，2013），陈永艳等（2021）研究发现，植物乳杆菌胞外多糖EPS-07 能够显著增加超氧化物歧化酶、 谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶的活性，从而增强其抗氧化能力。韩金志等（2021）从传统酸菜中筛选出一株植物乳杆菌FZU122，研究发现其细菌素能够有效抑制大肠杆菌、 鼠伤寒沙门氏菌等致病菌。 关于植物乳杆菌产生有功效的代谢产物及其作用机制也还未明确， 这一问题的进一步研究对于更好地开发植物乳杆菌制剂具有重要意义。

2.3 添加剂量有待明确 由于乳酸菌种类众多，特性差异较大，添加剂量不同，因此导致使用效果参差不齐， 添加合适浓度的植物乳杆菌对其发挥有效作用非常重要。 龚胜等（2019）在肉鸡基础饲粮中加入不同水平的植物乳杆菌代谢产物， 其中添加水平为0.2%和0.4%的植物乳杆菌代谢产物的饲粮，对肉鸡增重效果、饲粮转化率以及提升小肠绒毛高度效果最佳。Yang 等（2020）在断奶仔猪饲粮中添加含有植物乳杆菌的益生菌300 mg/kg和600 mg/kg，研究表明，随着植物乳杆菌添加水平的提高，平均日采食量、体重以及干物质、氮和总能的全肠道表观消化率有所增加（P＜0.05）。张永根等（2020）采用低剂量（0.5×1011cfu/头·d）和高剂量（1×1011cfu/头·d）植物乳杆菌Lp229v 饲喂奶牛，研究发现添加植物乳杆菌Lp299v 可以显著提高奶牛的日采食量和消化率（P＜0.05），且随着添加量的提高呈显著的线性增长（P＜0.05），推荐每头每日添加量为1×1011cfu。 目前，有关植物乳杆菌对动物生长及肠道健康是否有影响的报道较多，但并未深入探究最适添加量，不同添加量对不同动物产生的功效也相差甚远。因此，深入研究植物乳杆菌在动物饲料中的添加量能够加快其在动物饲料中更好的应用。

3 小结

在动物饲料中添加植物乳杆菌对动物生长性能、免疫反应均有改善。总体而言，植物乳杆菌作为动物饲料中替代抗生素的添加剂能够在动物养殖产业广泛应用。但由于植物乳杆菌抗逆性较差、作用机理还未明确，因此对菌株还需有更深层的研究。 同时由于各种动物的生长性能、机体差异较大，植物乳杆菌在动物饲料中的最适添加量也需进一步探索。 因此，开展这些方面的研究可以对植物乳杆菌在动物饲料中的高效应用提供重要依据。