微生物发酵饲料替抗机理研究进展

2022-11-22王佰涛杨文玲李灵平刘德海

中国饲料 2022年1期

王佰涛，杨文玲，李灵平，雷高，刘德海

（1.河南省科学院生物研究所有限责任公司，河南郑州 450008；2.河南省兽药饲料监察所，河南郑州 450008）

饲料业使用抗生素来抵抗家禽家畜疾病的发生，至今已有百年的历史（伊风军，2017）。然而，随着社会生活水平和消费能力的不断提升，人们对畜禽产品的需求量日益增多，抗生素在饲料中开始泛滥使用，导致畜禽产品的抗生素残留以及耐药性微生物的产生（Zema 等，2019）。近年来，我国逐渐开始限制抗生素在饲料中的添加，加速了饲料业关于少抗、无抗、替抗饲料等方向的研究，以确定新型替代饲料的来源和方向（贾浩程，2017）。2020 年7 月1 日后我国养殖业步入无抗时代（倪学勤，2020），具有替代抗生素功能的新型微生物发酵饲料成为新时代饲料业的发展趋势。微生物发酵饲料是将《饲料添加剂品种目录》中的益生菌用于饲料的发酵生产中，得到的最终产品称为微生物发酵饲料（王佰涛等，2020）。微生物发酵饲料主要通过提高饲喂动物的免疫力，抑制肠道中有害菌的生长起到替代抗生素的作用。本文依次从促进动物机体免疫器官增长、增加免疫细胞数量及活性、增加免疫活性物质、改善氧化应激、改善动物肠道微生态平衡以及抑制有害菌在肠道中的定植等几个方面对微生物发酵饲料的替抗机理进行了论述，以期为微生物发酵饲料在替代抗生素方面的应用提供帮助。

1 提高饲喂动物免疫力

畜禽动物免疫系统包括法氏囊、骨髓、胸腺、淋巴结等免疫器官，淋巴细胞、巨噬细胞等免疫细胞以及抗体、溶菌酶等免疫活性物质。微生物发酵饲料能够从多个方面影响饲喂动物机体的免疫系统，提高动物的免疫力，改善生长性能，从而起到替代抗生素的作用。

1.1 刺激免疫器官增长微生物发酵饲料可以刺激免疫器官的增长，提高免疫器官指数，增加免疫器官重量，对动物机体免疫力的提高非常有利。Wu 等（2020）研究了微生物发酵豆粕对肉仔鸡免疫器官重量及生长性能的影响，结果发现在肉仔鸡日粮中添加发酵豆粕能够明显提高法氏囊和胸腺的重量，降低血清谷丙转氨酶水平。 Liang 等（2012）利用枯草芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌等制备微生物发酵饲料，研究其对蛋鸡免疫器官指数和生长性能的影响，结果发现在蛋鸡日粮中添加发酵饲料能够明显提高其免疫器官指数，并且胸腺指数和脾脏指数增长均超过了10%，效果十分显著。Ao 等（2011）发现，与对照组相比，日粮中添加红参提取物的试验组法氏囊和脾脏的重量显著增加，且试验组的淋巴细胞水平高于对照组，证明其对免疫系统确实影响较大。表明微生物发酵饲料能够刺激免疫器官的生长，对提高动物免疫力意义重大。

1.2 增加免疫细胞数量及活性动物机体的免疫细胞主要包括T 细胞和B 细胞，二者主要负责动物机体的特异性免疫，T 细胞主导细胞免疫，B细胞主导体液免疫。微生物发酵饲料不仅能够促进机体T 细胞、B 细胞的增殖，还可以提高二者的活性。 Zhu 等（2020）在蛋鸡的基础日粮中添加微生物发酵饲料，研究其对蛋鸡生长性能和免疫状态的影响，结果发现微生物发酵饲料的添加显著增加了外周血中T 细胞和B 细胞的数量，提高了蛋鸡的生长性能。此外，微生物发酵饲料还能提高T 细胞和B 细胞的生物活性，增强其效应功能。例如，微生物发酵饲料中常用的嗜酸乳杆菌能够调节抗原T 细胞水平和活性，影响其免疫功能，也可以通过刺激吞噬细胞等其他类型的免疫细胞间接影响 T 细胞的活性（Parvinder 等，2012）。说明免疫细胞的数量和活性确实受到了微生物发酵饲料的影响而显著增加。

1.3 增加免疫活性物质在动物机体的免疫系统中，免疫活性物质占据至关重要的地位，主要负责机体的非特异性免疫。免疫活性物质包括细胞因子、抗体和溶菌酶等。常见的细胞因子包括白细胞介素（IL）、干扰素（IFN）、肿瘤坏死因子（TNF）等。抗体根据自身大小和生物学功能的不同，将其分为免疫球蛋白 M（IgM）、免疫球蛋白 G（IgG）、免疫球蛋白 A（IgA）、免疫球蛋白 E（IgE）、免疫球蛋白D（IgD）五种。研究发现，通过饲喂微生物发酵饲料能够提高家畜家禽的抗体水平，增强动物免疫力（Tang 等，2012）。赵芸君等（2011）通过对新疆褐牛饲喂番茄渣发酵饲料，研究褐牛血清中抗体水平的变化，结果发现与对照组相比，试验组褐牛血清中 IgG、IgM 水平显著提升。 Zhang 等（2016）研究在日粮中添加不同水平的发酵饲料对峨眉黑鸡免疫状态的影响，结果发现，日粮中添加4%发酵饲料时，可提高峨眉黑鸡十二指肠血浆的IgG 和分泌型 IgA 水平。 Choi 等（2014）通过枯草芽孢杆菌和米曲霉对海藻进行发酵，研究其对肉仔鸡免疫力和生长性能的影响，结果对其血清学指标分析之后发现饲喂发酵海藻的试验组IgM和IgA 显著高于对照组。并且研究发现乳酸杆菌可以诱导多种细胞因子的产生，如IL-4 和IL-10，促进B 细胞的发育和抗体产生所需的Ig 同型转换（Kabir，2009）。此外，溶菌酶对动物的免疫力也很重要，微生物发酵饲料能够影响其活性，促进机体免疫力的提高。孟阳（2019）利用地衣芽孢杆菌等益生菌制备微生物发酵饲料，对凡纳滨对虾进行投喂，结果发现其显著提高了溶菌酶活性，增强了凡纳滨对虾的免疫系统和防御能力。因此，微生物发酵饲料能够调节多种免疫活性物质活性，提高动物的免疫力。

1.4 改善氧化应激自由基在动物机体内累积能够引起氧化应激，进而引发动物的多种疾病。动物的免疫系统会受到氧化应激的影响导致免疫力下降（Sugiharto，2016）。微生物发酵饲料可以提高抗氧化能力，改善氧化应激，增强动物免疫力。血清谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等血清学指标水平能够反映出机体抗氧化能力，其含量越高，说明机体的抗氧化能力越强，应对氧化应激的能力越强（李昊阳，2014）。丁小青等（2020）利用豆粕、麸皮等制备发酵饲料，研究其对仙居鸡抗氧化能力的影响，结果发现，添加发酵饲料的试验组血清超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性等指标显著提升，证明发酵饲料确实可以改善机体抗氧化能力。 Gungor 等（2021）利用葡萄籽进行固态发酵，研究发酵葡萄籽对肉仔鸡抗氧化能力和抑制盲肠病原菌能力的影响，结果显示，日粮中添加发酵葡萄籽的试验组血清过氧化氢酶显著升高，且对应盲肠的金黄色葡萄球菌数量有所下降，说明微生物发酵饲料可以作为饲料中的抗氧化剂，改善机体氧化应激，提高动物免疫力。

1.5 调节肠道菌群平衡，加强肠免疫屏障肠道菌群是动物肠道不可或缺的一部分，其在营养、生理和营养方面起着重要的作用，能够通过激活免疫因子、干预细胞免疫等来影响动物的免疫力，因此调节肠道菌群平衡对改善动物免疫力发挥重要作用（李明，2010）。肠道中存在许多不同的微生物区系，其能够参与不同的免疫防御机制，也影响着机体的免疫反应（Sugiharto 和 Ranjitkar，2018）。微生物发酵饲料能够丰富肠道益生菌微生物区系，调节肠道菌群平衡，减少肠道中大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌数量，减少疾病的发生。动物肠道不仅是吸收营养物质的重要场所，对于病原菌的侵袭，也能起到很好的屏障作用。动物肠道屏障包括肠黏膜屏障、肠免疫屏障等（呙于明等，2014），其中肠免疫屏障由机体免疫细胞和分泌性抗体组成，对动物机体免疫力非常重要。研究发现，微生物发酵饲料中的益生菌能够增强肠免疫屏障，减少肠道疾病和炎症的发生，加强免疫系统功能（韩亚楠，2020）。因此，微生物发酵饲料能够调节动物肠道微生态平衡，加强肠免疫屏障，提高动物免疫力。

2 抑制有害菌生长及在肠道中的定植

研究发现，微生物发酵饲料中的益生菌能够产生细菌素、有机酸、过氧化氢等抑菌物质来抑制有害菌的生长，并且这些代谢产物一般都是非靶向的，具有广谱的抑菌特性。

2.1 有机酸微生物发酵饲料会增加肠道中有机酸水平，降低肠道pH，对抑制有害菌的生长至关重要，高水平有机酸有利于减少有害菌定植，增加有益菌菌群水平。 Ibrahim 等（2020）选用 400 只骡鸭研究添加乳酸的微生物发酵饲料对其生长性能和肠道病原菌的影响，结果发现微生物发酵饲料中的乳酸能够增加益生菌水平，减少荚膜梭菌、沙门氏菌等有害菌的生长。有机酸还包括不饱和脂肪酸，例如二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸、共轭亚油酸等，研究发现，对饲料进行微生物发酵会增加饲料中二者的水平（王桂芹等，2012），而其能够明显改善动物免疫力（Zhang 等，2019）。 Al-Arif 等（2020）通过在饲料中添加发酵米糠和姜黄粉，发现其提高了肉鸡饲料的质量，并且发酵以后粗蛋白质、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸的含量均显著提高，动物的免疫力有所增强。并且研究发现，共轭亚油酸是参与肠道免疫功能的潜在介质（O‘Shea 等，2012），能够调节多种细胞因子和趋化因子的产生（Vinolo 等，2011）。

2.2 细菌素益生菌能够在肠道中生成细菌素，后者是由益生菌核糖体合成的抗菌肽，在肠道中细菌素能够通过竞争排斥、拮抗活性来防止肠道病原体的定植，并且可以改善病原菌引起的炎症反应（王帅等，2014）。细菌素可以通过对病原体的特异性抑制来调节肠道生态平衡。目前应用成熟的乳酸链球菌素对多种革兰氏阳性致病菌有抑制作用（罗林根等，2020）。此外，微生物发酵饲料还能减少病原菌在动物肠道的定植，益生菌与小肠上皮细胞接触的同时，也会产生一些具有某些功能的生物活性物质（Ghadimi 等，2010）。例如，E-waschuk 等（2008）研究发现，婴儿双歧杆菌能够分泌一种生物活性肽，增强紧密连接蛋白的表达，降低肠道通透性，减少有害菌的定植及有害物质通过肠道进入机体。说明对动物饲喂微生物发酵饲料可减少有害菌的生长及在肠道中的定植。