益生素的作用机理及在羊生产中的应用

■ 李文宇 张 漫 刘俊俊 杨 燕 王振南* 吕慎金*

(1.临沂大学农林科学学院，山东临沂 276000；2.河北农业大学动物医学院，河北保定 071001；3.临沂市农业科学院，山东临沂 276012)

在家畜日常生产过程中，抗生素被普遍用来提高家畜饲养效率、防治家畜疫病等[1]。随着人们生活品质的改善，对畜产品质量的需要逐步提高，人们发现长期使用或滥用抗生素会导致家畜体内耐药菌株的生成，使机体中病原菌对药物产生抗药性，进而畜产品中残留的抗生素严重危害人们的健康[2-3]。研究发现，益生素可发挥饲用抗生素的作用，具有调节畜禽肠道菌群、提高畜禽生产性能等优点，因此被广泛应用于畜禽养殖过程中，被认为是饲用抗生素的有效替代品之一[4]。但益生素类产品作用于畜禽的健康重在预防而非治疗[5]。文章通过围绕益生素的概念、种类、作用、特点以及其在羊生产上的应用进行综述，旨在为益生素的应用提供一定的理论与实践参考。

1 益生素的概念与分类特征

益生素又称为微生态制剂或饲用微生物添加剂，是一种无毒害、无抗药性、无残留并且无副作用的一种新型饲料添加剂[6]。益生素在动物胃肠道发酵过程中产生过氧化氢和乳酸，能够合成某些肠道病原菌的抑制物[7]，具有预防疾病、促进动物生长发育等作用。根据益生素菌种不同可分为乳酸菌制剂、酵母菌制剂等多种益生菌制剂，根据菌种的组合不同又可以分为单一菌制剂和复合菌制剂[8]。

1.1 单一菌制剂

1.1.1 乳酸菌类

乳酸菌具有耐酸性，发酵可以分泌乳酸、短链脂肪酸以及挥发性脂肪酸等，使动物的肠道pH 持续下降，达到一个酸性环境，从而抑制一些病原菌的增殖和发育[9]。研究表明，饲喂乳酸菌和乳糖的动物胃肠道中沙门氏菌和其他微生物含量大幅下降，有利于建立一个稳定的胃肠道菌群[10]。

1.1.2 酵母菌类

酵母菌是一类单细胞菌类，具有大量的蛋白质、氨基酸、B 族维生素和酶，并且具有生长快、繁殖周期短和菌体营养丰富等优点[11]，酵母菌广泛存在于自然界中。酵母菌作为益生菌制剂具有增强动物机体免疫力、提高消化酶活性、改善肠道微生物菌群平衡的作用[12]。

1.1.3 芽孢杆菌类

芽孢杆菌制剂在动物饲料中的应用十分广泛。研究表明，当枯草芽孢杆菌进入动物的肠道时会形成营养细胞，与小肠黏膜细胞结合，构成一道能够防止致病菌进入的生物屏障[13]；同时在动物饲养中加入枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，能够避免因高密度饲养所引起的胃肠道微生物菌群失调，增加动物肠道内有益菌数量[14]。芽孢杆菌在动物酸性环境下具有较高的稳定性，具有耐酸耐高温的特性，可以使动物肠道pH下降，抑制病原菌的侵袭。

1.1.4 光合细菌

光合细菌可以在缺氧的环境下通过光合作用产生二氧化碳。试验表明，光合细菌可以促进水生生物的生长发育，提高水质质量，维持水生生物不受病原侵害，在水产养殖中具有良好的发展前景[15]。

1.2 复合菌制剂

复合菌剂是含有多种有益微生物的混合生物，并且各种微生物相互间没有抑制作用，复合菌剂具有种类广泛、功能性强、成本低等特点。研究表明，中药-益生菌复合微生态制剂具有促进动物机体发育和成长、提高免疫力、治疗腹泻、保护肝脏功能等功能[16]。

2 益生素的作用机理

益生素在动物机体的肠道内与肠道内不同类菌群发生各种复杂的反应。益生素的作用机理较为复杂，将其分为以下几个方面进行论述。

2.1 维持肠道微生态平衡

动物胃肠道是饲料、微生物和宿主细胞发生相互作用的复杂场所。正常状态下，动物肠道内以厌氧菌（优势菌群）为主，只有不到1%的好氧菌，因此厌氧菌在动物肠道内起着决定性作用。一旦肠道内好氧菌增加、专性厌氧菌数量减少，会造成肠道微生态失调，使得动物机体发生疾病或者一些不良反应[17]。此时添加益生素可以补充优势菌群的数目，维持动物肠道微生态平衡，预防疾病。并且益生素可以产生一些有机酸，降低肠道pH 和氧化还原电位，既可以创造无氧环境，促进专性厌氧菌增多，也可以抑制需氧菌和兼性厌氧菌的生长发育，进而达到调节动物体肠道微生物菌群、促进动物体生长和防治疾病的作用[18]。在动物肠道中，需氧型益生素由于发育繁殖，消耗大量氧气，通过“生物夺氧”的方式抑制需氧型病原菌的繁殖[19]。李荣等[20]在基础日粮中添加0.5%益生素，饲喂生长状况良好的青海八眉二元育肥猪，使猪盲肠乳酸杆菌的数量增加，盲肠大肠杆菌的数量降低。刘婷等[21]在苏尼特羔羊基础日粮中添加1.50×109CFU/g的植物乳杆菌干酪乳杆菌，饲喂90 d 后进行屠宰，分析其肠道菌群结果表明，拟杆菌门的丰富度显著增加，而厚壁菌门和放线菌门的丰富度显著降低。由于益生素促进肠道代谢，使得肠道中代谢产物，乙酸、丁酸和戊酸等有机酸含量显著提高，极大地优化了肠道微生物菌群和代谢产物的结构。在畜禽生产中，益生素在胃肠道中通过竞争性排斥或产生对病原微生物有害的抗菌物质来发挥作用，改变肠道微生物平衡并对宿主产生积极影响，从而有助于减少肠道中致病菌的有害影响[22]。

2.2 增强动物机体的免疫能力

益生素与致病菌有相同或者相似的抗原物质[23]，部分有益菌刺激机体肠道产生干扰素，增强动物机体中吞噬细胞和免疫细胞的活性，加强动物的免疫应答能力[24]。研究表明，在日粮中添加芽孢杆菌和布拉氏益生菌，饲喂不同时期接种疫苗的羔羊，表现为增加疫苗对牛疱疹病毒5 型（BoHV-5）的血清转化、更高地中和抗体滴度、显著提高疫苗的免疫效力，说明益生素为提高疫苗免疫效力提供了一种有前景的手段[25]。还有研究通过计算绵羊粪便中感染胃肠道线虫的幼虫数量进而证实，酿酒酵母对宿主的扭曲螺旋体免疫应答具有有益作用，使机体的免疫力提高[26]。Santos 等[27]研究表明，在第一次和第二次接种疫苗前5 天口服芽孢杆菌Toyonensis（3×108CFU/g）和布拉酶母菌S.borlardii（3×108CFU/g）益生素，结果表明，添加Toyonensis和S.borlardii的绵羊特异性IgG、IgG1 和IgG2 水平显著高于未添加组，总IgG 水平分别提高了约24 倍和14 倍。说明短期补充Toyonensis和S.borlardii对绵羊对ChauvoeiC.疫苗的免疫应答有辅助作用。Devyatkin 等[44]在正常日粮基础上添加一种益生菌制剂沙乌韦疫苗（EnzimsporinTM），由产孢细菌枯草芽孢杆菌B-2998D、B-3057D 和地衣芽孢杆菌B-2999D 组成）饲喂绵羊和羔羊，结果表明，益生菌制剂EnzimsporinTM对绵羊和羔羊的肝功能和自然抗性有积极影响，血液中的免疫球蛋白也有所增加，并且粪便内容物中乳酸杆菌和双歧杆菌增加，大肠杆菌、肠球菌减少，显著增强了机体的免疫能力。Santillo等[28]给科米萨纳公羊饲喂含有嗜酸乳杆菌和动物双歧杆菌混合的牛奶替代品（MR），证实长期饲喂MR会调节羔羊机体的免疫功能和体液反应。

2.3 提高对营养物质的吸收利用

益生素在动物肠道中的消化吸收中会产生各种消化酶，可以有效降解动物饲料中的蛋白质、脂肪等，直接消化饲料中的营养成分[29]。并且许多益生素本身还有大量的营养物质，动物食用后有助于生长发育[30]。在家禽日粮中添加益生素可以促进肠道消化代谢[65]。Hassan 等[31]以黄瘤球菌为原料，通过厌氧发酵工艺制备了粉末状（PP）和液体状（PL）两种益生菌制剂饲喂巴吉羔羊，以不添加益生素产品为对照组；每只羊每天添加20 g PP 或10 mL PL，并自由采食稻草。与对照组相比，PP组和PL组几乎所有消化系数、氮利用率、细胞壁成分、总挥发性脂肪酸、瘤胃体积、微生物氮合成量、产气量和平均日增重均显著提高。因此粉末或液体形式的益生素有助于提高羔羊体外干物质消化率、平均日增重和营养物质消化率。Saleem 等[43]在基础饲粮中添加0.5 g 或1.0 g PRO（含有酸性乳酸片球菌1×106CFU/g）和戊糖片球菌（1.3×106CFU/g）两种菌株混合的商品益生菌]饲喂公羔羊，在断奶后饲粮中添加PRO 有增加总干物质采食量的趋势（P=0.07），并且羔羊的最终体重、平均日增重、总增重和饲料系数均有高于对照组的趋势（P≤0.10）；除粗脂肪消化率外，在断奶后饲粮中添加PRO可提高所有营养物质的消化率。因此在断奶后饲粮中添加益生素有利于提高公羔羊干物质采食量、生长性能、饲料系数和营养物质消化率。

3 益生素在羊生产中应用

随着生活品质的提升，人们对羊肉的需求以及品质都日益增加，羊群的饲养方式也从传统的放牧和放牧加补饲为主的养殖模式转为室内圈养舍饲的养殖模式[32]。舍饲由于活动空间有限、运动量少导致羊缺乏抵抗力，圈养疫病多[33]。益生素在羊生产方面具有诸多优点，因此被人们广泛认可[34]，对于调节羊肠道微生态平衡、提高机体的免疫力以及促进其生长发育有着良好的作用。

3.1 对羊的营养物质消化的影响

益生素主要是通过调节羊瘤胃pH 和瘤胃氨值来提高营养消化率和增强对饲料中的纤维分解率，从而提高了绵羊对营养物质的吸收量和消化率[35-36]。益生素可以通过平衡羊瘤胃中挥发性脂肪酸的比例进而预防其瘤胃酸中毒[37]。Wang 等[38]研究表明，库氏酵母可以增加羊的瘤胃微生物种群，提高木聚糖活性和pH，有助于减少绵羊丁酸性和丙酸性亚急性瘤胃酸中毒(SARA)的发生。研究表明，益生素对绵羊干物质（DM）、粗蛋白（CP）以及中性洗涤纤维（NDF）的表观消化率没有显著影响，但是酸性洗涤纤维（ADF）表观消化率相比于饲粮中未添加益生素的羊有所提高[39]。但是Whitley等[40]研究发现，饲喂益生素的羊相比于未饲喂益生素的羊，其干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维以及酸性洗涤纤维的消化率都明显提高。另外还有研究表明，给羔羊饲喂益生素可以提高中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率[41]。造成结果有差别可能是部分试验中对羊的处理采用放牧加舍饲的方法，造成了一定的误差。总体来说，益生素对于提高育肥羊和幼羊的营养物质的消化率有显著的促进作用。

3.2 对羊血液代谢产物的影响

血液中葡萄糖和尿素氮含量可以表明羊肾功能的差异，Antunović等[42]研究表明，羔羊饲喂少量的益生素可以减少其血清中葡萄糖和尿素氮的含量以及浓度。还有研究表明，饲喂断奶后的羔羊益生素可降低血液中尿素的浓度，并且明确指出断奶后饲粮中添加益生素的羔羊生产性能优于断奶前[43]。血液尿素氮降低的原因可能是益生素增加了尿素氮在羊瘤胃中的利用效率。添加益生素可使羔羊血液中尿素水平提高6.2%[44]，有助于改善羔羊的肠道菌群，增强免疫系统，维持正常代谢过程。Kafilzadeh等[45]研究发现，在泌乳母羊饲粮中添加益生素对血液代谢产物影响不大。

Mousa 等[46]研究证实，相对于不饲喂益生素的羔羊，饲喂益生素利于增加羔羊中血液葡萄糖浓度。可能是由于益生素促进了葡萄糖的异生功能和提高对乳糖吸收率[37]。还有研究表明，饲喂益生素的羔羊血液中葡萄糖的浓度不会因为饲用了益生素而发生变化[47]。

3.3 对羊生产性能的影响

Abdel-Wahed 等[48]研究表明，添加益生素可以提高羔羊干物质和有机物消化率，提高饲粮利用率，改善微生态平衡，并且还会降低尿氮排泄率的趋势，提高氮平衡。Hillal 等[49]研究日粮中添加益生素（Pronifer 和More-yeast）对生长中的羊羔的影响，结果表明，添加More-yeast 可提高羔羊的生产性能和消化率，而添加Pronifer 可提高羔羊的消化率。Khattab 等[50]报道，在以Atriplex 干草为基础的饲粮中添加益生素可提高羔羊断奶体重、平均日增重，改善健康状况。还有研究发现，无论是粉末还是液体形式的益生素都会提高羔羊的体外干物质消化率、日增重和营养物质消化率[51]。总而言之，益生素通过提高羊的消化率、采食量等来提高日增重进而提高生产性能。

4 益生素对不同阶段羊的影响

4.1 对幼龄羊的影响

幼龄羊生长发育尚未健全，肠道微生态菌群还未成熟，免疫机能较弱，在日粮中添加益生素可以明显提高其存活率，并且断奶体重也会明显提高，使得生长速率和免疫功能也达到最佳状态[52]。Mahmoud等[53]研究表明，在基础日粮成分完全相同的情况下，试验组额外添加益生素饲喂幼龄羊，结果表明，益生素可以提高幼龄羊生产性能和免疫机能。而且益生素还包括一些有益菌以及有益菌所产生的代谢产物，可以有效提高幼龄羊的育肥效果，促进生长发育[54]。

常新耀等[55]的试验表明，饲喂益生素的幼龄羊日增重明显增加，并且钙、磷、粗蛋白的表观消化率也显著提高，有利于生长发育，提高抗病能力，改善肠道微生物菌群，增强幼龄羊对于饲料营养物质的吸收消化，促进生长发育，提高生产性能。

Liu 等[56]研究表明，添加益生素导致幼龄羊表明，粪便样品中乳酸菌数量显著增加，大肠菌群显著降低，并且饲粮中添加益生素可降低pH24h、肌肉L*值和剪切力；肌肉纤维从ⅡB型切换到Ⅰ型，胸最长肌（LT）平均横截面积（CSA）下降；此外，改变了肉类挥发性风味化合物的组成，提高了LT总抗氧化能力（T-AOC）和过氧化氢酶（CAT）活性，改善了肉的嫩度和风味。

4.2 对成年羊的影响

研究表明，益生素混合物和纤维溶酶混合物无论是单独使用还是混合使用，都具有显著提高成年羊对营养物质降解率和瘤胃总氮的作用，并且在全脂饲料中添加益生素可以降低瘤胃pH，有助于瘤胃微生态平衡，而且显著提高成年羊对于营养物质的吸收功能[57]。并且益生素混合物可以减少成年羊非O157 产肠毒素大肠杆菌的粪便排出[58]。一方面减少了病原菌对于成年羊的危害，另一方面降低了向人类传播的可能；并且真菌益生素可以改变反刍动物的瘤胃微生物群，从而提高反刍动物对于饲料营养的利用效率，降低了饲料营养的浪费[59]。

4.3 益生素对哺乳期母羊的影响

Kritas 等[60]研究表明，在母羊妊娠后期饲喂含有地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的饲料，测定1.5 个月哺乳期羔羊的死亡率和2 个月采奶期间的产奶量，结果表明，未添加益生菌的对照组羔羊死亡率为13.1%，而益生菌治疗组为7.8%(P=0.33)，死亡主要是由于腹泻。与未添加益生菌的母羊相比，添加益生菌的母羊奶中脂肪和蛋白质含量显著提高。由此可见，在饲料中添加益生菌对母羊后期产奶量、脂肪和蛋白质含量均有有益影响。研究表明，在哺乳母羊饲粮中添加益生菌，在哺乳期的前三分之二，益生菌对任何被检查的指标都没有影响；在哺乳后期，添加益生菌的母羊血浆中天冬氨酸转氨酶活性、产奶量、脂肪、蛋白质和乳糖均增加[61]。

5 益生素使用的局限性和发展前景

益生素作为新兴饲料添加剂，能够最大限度地发挥畜禽的生产潜能。益生素在使用和储存过程中，应尽可能避免紫外线、高温、潮湿等，以避免导致活菌的死亡，影响益生素的作用效果，并且益生素用于疾病主要是用于防治而非治疗。由于菌株有宿主源性，不同菌株复合成的益生素只能用于特定的对象，对于其他对象可能会产生效果不明显或者没有效果的情况[62]。同时掌握好益生素用量以及施用时间。

益生素被认为是抗生素的有效替代品，但是益生素远远没有抗生素稳定，但是益生素避免了抗生素长期使用所带来的毒副作用和耐药性，防治肠道微生态失调[63]。目前国内对于益生素的研究相对较少，基础研究相对薄弱，益生素菌种较少，并且关于益生素的研究进展缓慢，应该加大对益生素作用机理以及一些基础知识方面的研究，有助于我国进行益生素的研制、开发和应用[64]。并且当前技术水平较低，益生素的生产过程中容易产生污染和浪费，造成益生素产品质量严重下降，因此应及时解决技术上的问题。益生素应用前景还是非常广阔，相信在不久的将来，农业、畜牧业等各行各业中都会出现大量益生素应用。

6 小结与展望

益生素作为一种新兴的饲料添加剂在畜禽生产中起到了提高饲料利用率、生产性能以及降低发病率等优点，被广泛使用；但是益生素种类繁多，作用效果也有显著的差异，不同益生素种类混合可能会降低畜禽的生产性能，达不到预期的效果。在今后对于益生素的研究中，不仅要研究其使用方式、饲用效果和作用机理，更要研究不同益生素混合后的作用效果，使益生素在畜禽中的应用更有针对性。