抗生素替代品在家禽生产中的研究进展

詹海琴,顾行兵,陈雁南

江苏省盐城市盐都区畜牧兽医站,江苏 盐城 320903

0 引言

抗生素是20世纪最重要的医学发现之一。在饲粮中添加亚临床剂量的抗生素能有效降低家禽发病率和死亡率,提高家禽的生产性能。过去几十年,抗生素对家禽行业的发展作出了巨大贡献[1],但随着人们对动物性食品绿色、安全、健康要求的迅速提高,抗生素作为预防和治疗药物在家禽生产中的应用受到了越来越多地质疑。盲目、不规范地使用抗生素,不仅会促使细菌耐药性和耐药菌株不断涌现,更会导致抗生素残留在鸡肉、鸡蛋中,直接危及消费者的身体健康。因此,不同国家和地区开始限制抗生素的使用。瑞典于1986年率先禁用抗菌促生长剂,欧盟于2006年禁止所有抗生素作为促生长剂使用[2],我国于2015年决定在食品动物中停止使用洛美沙星、培氟沙星、氧氟沙星、诺氟沙星4种原料药的各种盐、酯及其各种制剂,撤销相关兽药产品批准文号。自2020年7月1日起,根据农业农村部194号公告,饲料中全面禁止添加抗生素。无抗养殖已是大势所趋,寻找具有饲用抗生素减量和替代品功能的新产品成为当务之急。

理想抗生素替代品应不仅具有抗菌活性,并且必须达到与抗生素相同的提高营养物质消化吸收、促进生长的作用[3-4]。研究发现许多饲用添加剂如益生菌、益生元、酶制剂、有机酸、植物性饲料添加剂等均具有替代抗生素的潜能,能够促进营养物质的消化吸收、提高抗氧化能力和改善机体免疫力[5-6],在家禽生产中有广阔的应用前景和巨大的开发价值。

1 益生菌

益生菌是指能够改善肠道健康、抵御病原菌感染,对宿主健康产生有益作用的饲用活菌制剂。益生菌可通过饮水、拌料添加,甚至可以通过喷淋、蛋内注射等方式使用[7],常用于家禽生产的益生菌有乳酸菌、双歧杆菌、枯草芽孢杆菌等。研究表明饲粮中添加益生菌能够通过促进短链脂肪酸(SCFA)分泌、降低肠道pH值、竞争营养物质和粘附位点等方式抑制病原菌的生长、调节肠道微生态平衡[8-9];通过调节免疫球蛋白水平、炎性因子的分泌和改善肠道形态结构等方式提高机体免疫力[10-11];分泌代谢物质如消化酶、维生素及各种生长因子促进机体的生长发育[12]。尽管许多研究表明益生菌对家禽生产性能具有促进作用,但也有研究报道益生菌的促进作用有限甚至无效[13-14]。以上研究结果不同可能是由益生菌的种类和剂量、动物的类型和年龄、环境因素、生产过程等因素引起的。

Wang et al.[15]报道,饲粮中添加109CFU/kg枯草芽孢杆菌可提高岭南黄羽肉鸡空肠绒隐比,增加杯状细胞数量,调节空肠IL-6、IL-10和TNF-α水平。谢雯琴 等[16]研究发现,饲粮中添加200 mg/kg复合益生菌(嗜酸乳杆菌、双歧杆菌、酵母菌、粪肠球菌)能够显著提高28日龄肉鸡血清CAT、GSH-Px和T-SOD活性,显著降低血清MDA含量,提高肉鸡抗氧化能力。马学明 等[17]研究发现,日粮中添加2%和3%复合益生菌(枯草芽孢杆菌、两歧双歧杆菌、乳酸菌等)可以显著降低料蛋比,显著提高蛋壳强度、蛋黄颜色、哈氏单位,有效改善蛋品质。Alizadeh et al.[18]发现在鸡胚中接种200 μL乳酸杆菌能提高雏鸡脾脏CD3+、CD4+细胞数量。联合使用HN02噬菌体和乳酸杆菌能够显著提高肉鸡平均日增重和十二指肠、空肠、回肠的绒毛高度[19]。陈欣 等[20]研究发现,在日粮中添加500 mg/kg嗜酸乳杆菌和枯草芽孢杆菌复合益生菌制剂可以显著降低产蛋后期蛋鸡盲肠内容物中的氨氮含量和尿酸酶的活性,提高蛋鸡产蛋率。益生菌作为一种无污染、无毒副作用的绿色饲料添加剂,具有相对广阔的应用前景。

2 益生元

Gibson于2004年提出益生元的最新概念:一种可被选择性发酵且专一性地改变肠道中对宿主健康有益菌群的组成和活性的配料[21]。张伟彬 等[22]研究发现,日粮中添加300 mg/kg低聚木糖能显著提高肉鸡血清IgA、IgG水平,显著降低IL-1β、TNF-α水平;显著降低回肠pH值,提高回肠ZO-1、Claudin-1mRNA的表达水平。李胜 等[23]发现连续18 d饲喂 0.05 g/L的甘露寡糖溶液,能够显著提高21日龄肉鸡脾脏重量和脾脏指数,增强机体免疫功能。何晓芳 等[24]发现日粮中添加1%菊粉能够显著提高海兰褐蛋雏鸡十二指肠、空肠和回肠黏膜中淀粉酶活性。任阳光 等[25]研发表明,在玉米-豆粕型日粮中添加200 mg/kg激发性益生元(木聚糖酶和低聚木糖)能够显著提高42日龄肉鸡回肠SLC5A1、SLC15A1、SLC2A2和闭锁小带蛋白-1mRNA表达量,显著降低平均日增重。于海涛 等[26]发现,在笼养条件下,饲料中添加5%海藻粉能够显著提高淘汰蛋鸡蛋壳强度、蛋黄颜色、蛋白高度和哈氏单位,显著降低胸部鸡肉滴水损失和盲肠内容物中大肠杆菌的数量。Worawong et al.[27]通过统计分析发现,添加益生元能够显著提高肉鸡盲肠中丙酸盐、丁酸盐的浓度,但结果存在高度异质性。益生元作用机理尚不明确,但一般认为益生元主要通过直接与病原微生物结合,抑制或预防病原微生物定殖,来调节肠道菌群代谢活性,发挥益生作用。

3 有机酸

近年来,由于有机酸成本较低,效果良好,能够有效地改善饲料的口感而被广泛应用到家禽生产中,因其具有高效抗菌作用,被视为理想抗生素替代品。有机酸来源广泛,常见的有机酸类型有丁酸、辛酸、柠檬酸、延胡索酸等。有机酸可以加入饲料或饮水中使用,可以是单一酸也可以是复合有机酸,可以酸的形式或酸盐形式添加[28]。其作用机理尚不明确,可能的机制是:降低胃肠道pH值;可破坏细菌外膜、调节渗透压、营养竞争等方式直接或间接抑制病原菌数量、调节肠道微生态菌群;可作为肠上皮细胞能量底物参与能量代谢,改善绒隐比,修复肠道损伤,提高营养物质的消化吸收能力和机体的免疫力[29-30]。Ma et al.[31]研究发现饲粮中添加6 000 mg/kg复合有机酸能够显著提高21日龄肉鸡空肠绒毛高度、降低盲猜隐窝深度,提高肉鸡日增重。鲍文梅 等[32]研究表明,饲粮中添加0.4%的L-苹果酸能够提高肉鸡的平均日增重和腹脂率,降低胸肌肌肉滴水损失和剪切力,改善鸡肉品质;添加1.2%的L-苹果酸能够提高肉鸡血清中总抗氧化能力(T-AOC)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)等的水平,提高肉鸡抗氧化能力。Schauber et al.[33]和Peng et al.[34]研究表明,丁酸还可以增加肠黏膜抗菌肽和连接蛋白的分泌,从而增强肠黏膜的屏障作用。Fatima et al.[35]研究发现,3’5’-环二鸟苷酸可以重建被产气荚膜杆菌感染的鸡模型的肠道微生态。饲粮中添加3 kg/ton甲酸铵和和乙酸铵混合物能够显著提高肉鸡肠道绒毛高度,显著降低肠道细菌总数,是一种有效的抗生素替代品[36]。

4 酶制剂

酶是一类具备生物催化效果的蛋白质,通过酶,能够有效地帮助机体进行消化,在生物体内发挥着不可忽视的作用[37]。常见的饲料中特别是植物性饲料中往往含有大量的抗营养因子,例如单宁、植酸、非淀粉多糖、胰蛋白抑制因子等,这些抗营养因子不能被家禽自身分泌的消化酶水解。通过添加维素酶、木聚糖酶、植酸酶等酶制剂,能够帮助家禽消化降解饲料中的抗营养因子,从而提高饲料转化率和促进机体生长。1946年,Hastings[38]首次报道,在含有高纤维的肉鸡饲料中添加糖化酶,可以促进肉鸡的生长,提高料肉比。Wang et al.[39]研究发现,饲料中添加75 U/kg葡萄糖氧化酶可上调肉鸡空肠黏膜紧密连接蛋白ZO-1、claudin-1、occludin和黏蛋白MUC2的基因表达水平,提高血清总抗氧化力和谷胱甘肽过氧化物酶的水平。张伟 等[40]研究报道,饲粮中添加200 g/t复合酶制剂能提高肉鸡血清中甘油三酯和超氧化物歧化酶含量,降低血清中丙二醛的水平。饲粮中添加100 g/t木聚糖酶和寡糖复合物能够降低蛋鸡十二指肠的pH值,提高血清中IgG和IgM水平,增强蛋鸡的免疫功能[41]。通常情况下,复合酶制剂的应用效果要优于单一酶制剂,例如Amerah et al.[42]研究发现,相对于添加单一酶制剂而言,饲粮中添加复合酶制剂能够显著降低肉鸡的料重比,改善肉鸡生产性能。因此,可以根据家禽的生理特点及饲料的特性使用多种酶制剂,进而增强其促进作用。酶制剂作为一种新型高效饲料添加剂,为开辟新的饲料资源提供了行之有效的途径。

5 植物性饲料添加剂

植物性饲料添加剂是指以植物为原材料,经过多种理化方法处理后,加入到动物饲料中用以提高生产效率的活性物质。由于具有天然性、无残留、无毒副作用,植物性饲料添加剂已逐步使用在畜禽生产中。迄今为止,使用比较广泛的有黄连、肉桂、连翘、白头翁、大黄等,其中起抗菌作用的有效成分主要是生物碱、挥发油、苷类、皂甙类等生物活性物质,作用效果可能会受到载体、工艺和剂量等影响,但其作用机制尚未完全定论。研究表明,以硅藻土作为植物提取物的载体能显著提高42日龄肉鸡的平均日增重,提高血清中IgG水平,改善肉鸡生长性能[43]。葛昕 等[44]研究发现,在饲料中连续添加500 mg/kg山银花和姜黄提取物能减少蛋鸡输卵管膨大部的炎性灶,提高抗氧化能力以及降低IL-4、IL-10d等炎症因子的表达,改善产蛋后期蛋鸡的蛋品质。Ma et al.[45]研究表明,饲粮添加女贞子能够显著降低肉鸡心脏和肝脏丙二醛的水平、增强超氧化物歧化酶活性,提高机体清除自由基的能力,从而保护机体细胞免受损伤。Betancourt et al.[46]研究表明,饲料中添加香芹酚和百里香酚可以显著降低高海拔地区肉鸡的腹腔积液死亡率。阚振捷 等[47]研究报道采用压榨工艺能够更好的发挥植物提取物的作用,提高肉鸡粗灰分、干物质消化率和血清中低密度脂蛋白胆固醇含量,提高肉鸡的生长性能。Upadhyaya et al.[48]研究表明,日粮中添加反式肉桂醛可以显著降低盲肠、肝脏、输卵管和蛋壳表面及蛋黄中沙门氏菌的含量。

6 抗菌肽

抗菌肽是指生物体内一类由小片段基因编码的具有杀菌作用的小分子多肽,具有毒副作用低、热稳定性好等优点,能够耐受饲料加工过程中高温高压的剧烈条件。目前已收录了3 400多种抗菌肽,其一般包括12～50个氨基酸,多数为阳离子短肽,能与细菌细胞膜上的阴离子产生静电作用,从而达到抑菌作用[49-50]。研究表明,在肉鸡日粮中添加抗菌肽,能够改善抑制病原菌繁殖、改善肠道健康,有效缓解热应激,提高肉鸡生长性能和机体免疫能力[51-53]。Chen et al.[54]研究报道,在蛋鸡饲粮中添加抗菌肽能够调节盲肠微生态结构,改善蛋鸡生产性能。李治利 等[55]研究发现,添加0.12 g/kg蜂毒素能够显著提高鹌鹑平均日采食量,提高血清中IgG、IgA、补体C3水平,提高鹌鹑免疫功能。饲粮中添加抗菌肽菌丝霉素可提高21日龄肉鸡新城疫病毒的抗体水平,改善肠道健康,提高肉鸡生长性能[56]。饲粮中添加Cxt(lle21)-Ha抗菌肽能够缓解由肠炎链球菌和鼠伤寒链球菌的感染症状,显著降低雏鸡死亡率[57]。随着抗菌肽合成技术的快速发展和大规模生产工艺的成熟,有效促进了抗菌肽在家禽生产中的应用[58]。

7 结束语

“天然、绿色、无污染、无残留”是目前世界家禽生产发展的主题。益生菌、益生元、酶制剂等饲料添加剂可通过多种途径改善家禽生产性能,其作用机制主要包括以下几方面。①通过降低肠道pH值、调节肠道微生态平衡、改善肠道形态结构和免疫力等方式改善家禽肠屏障功能。②促进营养物质消化吸收等提高家禽生产性能。③调节抗氧化酶、炎症因子水平和免疫球蛋白含量等提高机体抗氧化能力和免疫力。但是,这些抗生素替代品中不少还存在着加工难、成本高或稳定性差等问题,有待进一步改进。另外,探究不同饲用抗生素替代品的配合是否能够克服单一替代品的缺陷,是否存在协同或者拮抗作用,也具有十分重要的意义。因此,开发针对性的组合方案或将是抗生素替代品未来研究的一个重要方向。