作者：靳純嘏，葉耿坪，唐新仁
摘要：抗生素的違規使用威脅著畜牧業的健康發展，尋找可靠的抗生素替代物以減少抗生素的使用已成為當務之急。作者總結了反芻動物飼料中使用的抗生素種類，綜述了益生菌、植物提取物、酶制劑、有機酸、抗菌肽、功能性寡糖等主要的反芻動物飼用抗生素替代物的作用機理，重點闡述了反芻動物飼用抗生素替代物對反芻動物瘤胃發酵、微生物區系、免疫機能及生產性能影響的研究進展，并對反芻動物飼用抗生素替代物在實際生產中的應用進行了展望，以期為后續對反芻動物飼用抗生素替代物的研究和應用提供參考。
關鍵詞：反芻動物；抗生素；抗生素替代物；作用機制

抗生素是指經微生物培養或化學合成而得到的具有特異性殺滅微生物作用的物質。畜禽養殖業中抗生素的應用分為兩種：一種為飼用抗生素，通過一定技術手段添加到預混料中，在生產上發揮疫病預防和促生長作用；另一種為治療用抗生素，飼養管理者利用拌飼、注射、灌服等方式為畜禽進行治療。在反芻動物飼料中添加抗生素可起到免疫和促生長作用，提高產奶量，有效降低乳房炎、子宮炎、瘤胃鼓氣等疾病的發生［１］。抗生素雖能促進生長和改善生產性能，但長期違規使用會破壞消化道微生物穩態，提高細菌病原體抗生素的耐藥性，降低機體免疫力［２］ 。抗生素殘留于反芻動物產品（肉、奶）中，危害人類健康［３ ］ 。為保證食品安全與生產效益，尋找有效的、對公眾健康沒有威脅的抗生素替代物已成為當務之急。

１反芻動物飼用抗生素使用現狀
中國養殖業具有養殖密度大、技術水平低、動物疫病種類多樣、從業人員文化程度低、政府監管不到位等特點，導致普遍存在抗生素的過量使用甚至濫用，嚴重威脅食品安全。由于飼料企業均按照國家有關法律法規組織生產，因此抗生素違規使用絕大多數發生在養殖過程中，并以小規模和散戶養殖最為嚴重，具體表現為超劑量、超品種、人藥獸用、無休藥期添加和使用違禁抗生素 ［４ ］ 。抗生素在奶牛臨床上有較好的療效，但存在藥劑選擇、劑量和配伍等問題，導致出現副作用危害奶牛健康、奶中殘留抗生素和消化道微生物耐藥性等問題 ［５ ］ 。抗生素的違規使用及對添加種類的監管不足，使得細菌耐藥譜越來越廣；抗生素殘留在肉、奶等動物產品中，給人類健康帶來威脅 ［６ ］ ；抗生素釋放到環境中，還會污染土壤和水源。歐盟已禁止將飼用抗生素作為治療用抗生素 ［７ ］ ，中國也已頒布一系列法律法規進一步限制了治療用抗生素的使用，同時加強了飼用抗生素的管理。因此，需要尋找可靠、有效、環保的抗生素替代物以保障食品安全、維持動物健康，最大限度地提高飼料利用效率并提高反芻動物的生產性能。同時，還需要改善反芻動物養殖環境，提高飼養管理水平以降低病原體感染的風險。
目前在中國常見的幾種飼用抗生素添加劑及其成分、用途等見表１。
２　 反芻動物飼用抗生素替代物的作用機理及應用
２．１　反芻動物飼用抗生素替代物的作用機理
飼用抗生素替代物在反芻動物體內除起到促生長的作用外，還應起到一定的免疫作用。目前，研究較深入的抗生素替代物包括益生菌、植物提取物、有機酸、抗菌肽、酶制劑、功能性寡糖等，它們不僅可改善瘤胃環境、促進瘤胃發酵，還可調控瘤胃后腸道微生物區系或在瘤胃后腸道吸收，改善腸道健康。反芻動物飼用抗生素替代物的作用機理見表２ 。
２．２　 反芻動物飼用抗生素替代物的應用
２．２．１　益生菌 　　 
在反芻動物飼料中使用的益生菌包括乳酸利用菌（如埃氏巨球型菌、反芻獸新月單胞菌、丙酸桿菌等）、米曲霉、鏈球桿菌、雙歧桿菌等。目前，市面上流通的益生菌飼料添加劑主要以復合益生菌為主，活菌總數 ≥１×１０１０　 ＣＦＵ ／ｇ ，這些益生菌與載體（膨潤土、玉米芯粉、麩皮等）混合后以０．０５％～０．３０％的比例添加到反芻動物日糧中。益生菌可通過以下方式調控瘤胃發酵，改善免疫機能： ① 瘤胃環境的酸化會破壞瘤胃微生物的解毒機制，益生菌可改善瘤胃發酵，緩解酸中毒引發的免疫機能下降。② 可通過競爭、細胞結合或對腸道病原體產生的毒素的降解來提高機體免疫機能 ［９ ］ 。 ③ 酵母型益生菌對消化道ｐＨ的調節限制了促炎性因子（脂多糖或生物胺）的釋放，降低耐酸病原體的致病性 ［１７ ］ 。研究表明，連續７ｄ給患有ＳＡＲＡ 的荷斯坦頭胎牛飼喂２０～５０ｇ 含有植物乳桿菌、屎腸球菌和丁酸菌的復合益生菌可提高瘤胃ｐＨ，降 低 乳 酸 濃 度 ［１８ ］ 。Ｐｉｎｌｏｃｈｅ等 ［１９ ］ 研究表明，泌乳牛補充益生菌（酵母Ｓ ． ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ 　４７ ， １×１０１０　 ＣＦＵ ／ｇ ，以 ＤＭ 計）在改善瘤胃發酵、產奶量和體增重的同時，還存在主要纖維利用菌產琥珀酸絲狀桿菌（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒ ）和反芻球菌（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ ）及乳酸利用菌埃氏巨球型菌（ Ｍｅ －ｇａｓｐｈａｅｒａ ）和反芻獸新月單胞菌（Ｓｅｌｅｎｏｍｏｎａｓ ）在豐度上的逆轉。泌乳牛飼喂酵母培養物還可增強機體抗氧化能力 ［２０ ］ 。 ④ 犢牛具有食管溝這一特殊的生理結構，可近似認為過瘤胃保護，為益生菌在腸道的定植奠定基礎。細菌型益生菌對犢牛的作用效果與單胃動物相似，可提高淋巴細胞的轉化率，緩解斷奶應激 ［２１ ］ 。 Ｚｈａｎｇ 等 ［ ２２ ］ 發現，犢牛連續口服１２周的植物乳桿菌（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ 　 Ｐｌａｎｔａｒｕｍ ， １．７×１０１０ＣＦＵ ／ ｄ ）提高了試驗第５８和６２天的 Ｔ淋巴細胞轉化率，改善了犢牛的生長性能和養分消化率。但也有研究顯示，犢牛飼喂酵母及其發酵產物并未發現有顯著的免疫機能改善和促生長作用 ［２３ － ２４ ］ 。由此可見，酵母型益生菌可有效作用于成母牛，而細菌型益生菌對犢牛更為有效。
飼料原料中植物細胞的細胞壁在瘤胃微生物作用下破碎和發酵，除產琥珀酸纖維桿菌（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒｓｕｃｃｉｎｏｇｅｎｅｓ ）外，大多數纖維分解菌會產生大量的氫。甲烷菌則利用瘤胃發酵產生的氫與二氧化碳產生甲烷，這種氫的轉移對于維持良好的瘤胃環境極其重要，但甲烷的形成表明飼料中能量的損失。有研究利用瘤胃瘺管連續 ３ｄ 對羔羊接種產琥珀酸纖維桿菌、反芻球菌和真菌，發現接種產琥珀酸纖維桿菌的羔羊比接種反芻球菌和真菌的羔羊更不容易產生甲烷，且瘤胃內纖維的降解率和 ＶＦＡ 的濃度無顯著差異 ［２５］
２．２．２　 植物提取物 　　 
有關天然植物提取物的研究較為深入，植物不僅可以作為反芻動物的飼料原料，而且其所含的特殊物質組分在動物抗蟲、抗病、促消化等方面也有顯著效果。天然植物提取物所具備的抗菌、環保、不易產生抗藥性等特性，決定了其具有極高的推廣價值。
２．２．２．１　 單寧 　　 
雖然單寧具有澀味，在飼料中添加易影響動物采食量，但是單寧可與飼料中蛋白質形成復合物，降低瘤胃微生物對蛋白質的降解，提高進入小腸的蛋白質的量，改善蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸等必需氨基酸的表觀消化率，減少氮排放 ［２６ ］ ，這表明單寧對蛋白質起到過瘤胃保護的作用。單寧可通過與快速水解蛋白結合，以及改變瘤胃液的表面活性破壞植物蛋白泡沫的結構，從而緩解因飼料可溶性蛋白快速釋放到瘤胃中或蛋白質降解過快引起的反芻動物瘤胃鼓氣 ［２７ － ３０ ］ 。單寧還可降低甲烷菌數量，減少瘤胃甲烷產量，提高反芻動物生產性能［３１ ］ 。此外，單寧對線蟲和肺線蟲幼蟲有抑制作用 ［１１ ］ ，放牧牧場種植富含單寧的飼草品種可防治反芻動物胃腸道線蟲的感染 ［３２ ］ 。目前單寧并未列入《飼料添加劑品種目錄（２０１３ ）》，多見于試驗研究。
２．２．２．２　皂苷 　　 
皂苷可以通過抑制原蟲活性而提高瘤胃微生物對氨態氮的利用，因此皂苷的攝入必然會引起瘤胃發酵的變化。皂苷的抗原蟲性質還可用于抑制如賈第鞭毛蟲和瘧原蟲等對反芻動物的感染 ［３３ ］ 。皂苷還可通過抑制細菌脲酶活性來降低蛋白質的降解 ［９ ］ 。體外發酵試驗證明皂苷能夠降低乙酸與丙酸的比值和甲烷菌的數量，減少尿氮的排出和甲烷排放 ［３４ ］ 。奶牛日糧中添加１０ｇ／ ｄ蒺藜皂苷可降低瘤胃原蟲數量和氨態氮濃度，減少甲烷排放，提高奶牛抗氧化能力 ［３５ ］ 。此外，皂苷可提高小腸黏膜的通透性，提高其跨膜轉運營養物質的能力，顯著改善反芻動物的生產性能及健康狀況 ［３６ ］ 。
２．２．２．３　 精油 　　 
精油是從植物中提取的油狀混合液，目前只有牛至精油被批準應用于動物飼料中。精油通過破壞膜的脂質結構，提高其通透性，使細菌裂解；還可抑制瘤胃中高產氨菌的生長，從而抑制脫氨基作用，減少蛋白質的降解 ［１２ ］ 。日糧中添加精油可對瘤胃發酵進行調控，促進瘤胃乙酸型發酵，增強乳脂的合成 ［３７ ］ 。 Ｃａｓｔｉｌｌｅｊｏｓ 等 ［ ３８ ］ 指出添加 １１０ｍｇ／ ｄ混合精油可改變綿羊瘤胃各揮發性脂肪酸之間的比例，降低氨態氮和寡肽濃度，但也有研究發現精油對瘤胃發酵沒有影響 ［３９ ］ 。牛至精油主要成分為百里香酚、香芹酚等，早期作為香味劑添加到飼料中以改善適口性。在荷斯坦奶牛 ＴＭＲ 中添加牛至精油（２８ｇ／ ｄ ）可提高熱應激奶牛的干物質采食量和產奶量［４０ ］ ，還可有效降低乳房炎和腹瀉的發病率，改善荷斯坦奶牛的健康狀況 ［４１ ］ 。
２．２．３　 有機酸 　　 
近年來溫室效應成為社會公眾關注的焦點，有關有機酸（如延胡索酸、蘋果酸等）對瘤胃甲烷排放調控的機制逐漸成為研究的熱點。反芻動物瘤胃內甲烷的產生會造成飼料中能量的浪費，通過抑制產甲烷菌可使甲烷產量降低 ２０％～５０％ ，飼料能量利用效率提高２％～５％［ ４２ ］ 。延胡索酸和蘋果酸可促進瘤胃丙酸的合成，使瘤胃發酵趨于丙酸型發酵，同時奪取甲烷菌用于合成甲烷的氫以降低甲烷的產量。 Ｋｏｌｖｅｒ 等 ［４３ ］ 在人工瘤胃中加入３．５ｇ／ Ｌ延胡索酸鹽時，甲烷產量降低３８％ 。山羊日糧中添加１０ｇ／ ｄ延胡索酸，甲烷排放量降低１１．９％［ ４４ ］ 。劉南南 ［ ４５ ］ 在山羊日糧中添加２４ｇ／ｄ延胡索酸發現，瘤胃甲烷產量顯著降低，并極顯著提高了丙酸的濃度。肉牛的日糧中添加７．５％蘋果酸鹽（以 ＤＭ 計），甲烷產量降低１６％ ，但干物質采食量降低９％［ ４６ ］ 。然而，也有研究發現甲烷產量不受延胡索酸（１０ｇ／ｋｇ ）的影響［ ４７ ］ 。這些研究結果的差異可能與試驗動物、飼料精粗比及體內外試驗的差異性有關，還可能與飼養管理條件有關。
２．２．４　 抗菌肽 　　 
抗菌肽是細菌、真菌、組織、免疫細胞等分泌的具備廣譜抗菌能力的多肽，可分為細菌抗菌肽（細菌素）和哺乳動物抗菌肽等。抗菌肽可破壞病原體細胞膜的完整性，影響其 ＤＮＡ 和蛋白質的合成 ［９ ］ 。細菌素可能對瘤胃產甲烷菌有抑制作用，降低了甲烷產量還使瘤胃發酵模式趨于丙酸型發酵 ［４８ ］ 。有研究表明，Ｂｏｖｉｃｉｎ　ＨＣ５ （一種瘤胃內鏈球菌產生的細菌素）使甲烷產量降低 ５０％ ［４９ ］ ；乳鏈菌肽（由 Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ 　 ｌａｃｔｉｓ 　ｓｕｂｓｐ． Ｌａｃｔｉｓ 產生的細菌素）也有類似作用效果，將乳鏈菌肽和硝酸鹽聯用作為一種新的電子受體組合可顯著降低羊瘤胃的甲烷排放量 ［５０ ］ 。
最近的研究表明，益生菌可刺激哺乳動物抗菌肽的表達來維持胃腸道屏障功能。大量體外試驗發現，益生菌（如枯草芽孢肝菌、釀酒酵母、乳酸桿菌）可刺激瘤胃上皮細胞抗菌肽（ ＳＢＤ － １ ）的表達 ［５１ － ５３ ］ ，這意味著益生菌可加強瘤胃黏膜的防御能力，改善反芻動物免疫機能，維持消化道微生物區系穩定。
２．２．５　 酶制劑 　　 
外源酶與內源酶在植物細胞壁上有相同的作用位點 ［１４ ］ ，添加外源酶的同時可提高內源酶活性［１５ ］ ，進而通過提高粗飼料的降解率來改善奶牛生產性能。體外試驗結果表明，添加外源纖維素酶可提高粗飼料（如小麥秸稈）的降解率 ［５４ ］ 。泌乳初期奶牛瘤胃消化纖維的能力較低，此時添加０．０２％外源纖維素酶（１５　０００ＩＵ ／ ｇ ）可有效提高飼料的 瘤胃降解率 ［５５ ］ 。泌乳牛日糧添 加纖維 素 酶（１０ｇ／ ｄ ）可極顯著提高產奶量 ［５６ ］ ，添加復合酶也可有效提高產奶量及乳脂率，對瘤胃發酵及瘤胃氨態氮濃度無影響 ［５７ ］ 。 Ｂｉｌｉｋ ［ ５８ ］ 研究指出，添加外源纖維素酶可提高奶牛瘤胃液中總揮發性脂肪酸的含量，而不會影響其成分及比例。瘤胃揮發性脂肪酸是反芻動物的能量來源，因此外源酶的添加可在不影響瘤胃發酵的前提下改善反芻動物的能量代謝。此外，外源酶制劑也可影響瘤胃甲烷的產生。研究發現，在育成羊日糧中添加外源酶可降低瘤胃甲烷產量 ［５９ ］，而 Ｗａｎｇ等 ［６０ ］ 發現，在波爾山羊日糧中添加外源酶對甲烷產量沒有影響。
２．２．６　 功能性寡糖 　　 
寡糖可提高泌乳牛生產性能，在奶牛日糧中添加０．１％殼聚糖可顯著提高產奶量 ［６１ ］ ，添加甘露寡糖（２０ｇ／ ｄ ）可提高產奶量、乳脂率和乳蛋白含量 ［６２ ］ 。消化道疾病在犢牛出生后幾周內極為常見，寡糖可有效提高犢牛生長性能，調控腸道微生物區系，改善機體免疫機能 ［６３ ］ 。寡糖還可刺激腸上皮細胞對ＩｇＧ 的吸收，提高犢牛血清中ＩｇＧ的濃度 ［６４ ］ 。圍產前期補充１０ｇ／ ｄ甘露寡糖可提高奶牛機體免疫力，增強對輪狀病毒的免疫應答，并在其初乳及犢牛的血清中檢出較高的免疫球蛋白濃度和較強活性的輪狀病毒抗體 ［６５ ］ 。甘露寡糖改善免疫機能效果顯著，在犢牛代乳料中添加甘露寡糖替代新霉素和土霉素等抗生素添加劑而不影響犢牛生長性能 ［６６ ］ 。

３　 結 　 語
雖然益生菌、有機酸、植物提取物、酶制劑、抗菌肽和功能性寡糖可通過不同作用機制影響瘤胃發酵、代謝途徑和微生物區系，對生產性能產生積極影響，但在畜牧生產中仍不能完全取代抗生素。一方面，抗生素替代物具有多種作用方式，它們的作用效果易受反芻動物生理狀況和飼養管理條件的影響，需要進一步研究以明確這些抗生素替代物作為飼料添加劑的使用階段和用量；另一方面，部分抗生素替代物（如天然植物提取物）大多為非純化制劑，其中含有多種結構及功能并不明確的天然生物活性成分，導致其有效劑量難以確定，且這些天然生物活性成分對反芻動物的影響也不明確，直接用作飼料添加劑存在一定的風險。有關抗菌肽、功能性寡糖的研究近年來逐步深入，二者都可提高反芻動物自身免疫機能，未來可在實際生產中起到替代抗生素的作用。此外，成本也是阻礙上述抗生素替代物推廣使用的重要原因，在實際生產中可將抗生素替代物與常規抗生素配合使用以改善動物健康和提高生產性能。