挑战报
中国农科院饲料研究所 蔡辉益 王金全
营养微生态饲用添加剂是营养微生态理论在饲料工业中的直接应用它们通过改变胃肠道微生态环境和微生物群的组成而发挥广义上讲，营养微生态饲用添加剂是指所有能够对动物胃肠道微生态内环境产生影响的营养型的饲料添加剂，狭义上指能够对肠道做生态内环境产生明显作用的几种典型的营养型饲料可以被改变的环境因素包括胃肠道PH值、气体、碳源（糖类）氮源等，针对这些环境因素已经开发的微生态饲料添加剂有寡糖、酸化剂、芽孢杆菌、中草药等，另一类产品包括活菌制剂和微生物，主要作用是改变胃肠道微生物群组成，使有益或无害微生物占据种群优势，通过竞争抑制病原或有害微生物的增殖，调节生态平衡。
一 营养微生态理论
微生态理论认为，宿主和正常微生物群之间存在一种共生关系，实质就是营养关系。这种关系在动物胃肠道中的表现尤为明显。一方面，微生物群在动物胃肠道中直接参与动物饲料的消化过微生物分泌的酶通过分解饲料中的非淀粉多糖等物质，释放出可被动物吸收的营养成分，并能合成多种维生素和氨基酸，其菌体蛋白也可供动物消化利用。另一方面，微生物群也消耗动物胃肠道物质来满足其种群增殖的需要，并降低某些饲料成分的营养价值。反刍动物的瘤胃、马属动物的后肠都是这种营养关系的典型表现。猪和禽等单胃动物，其肠道微生物群也在一定程度上参与其营养过程。其中最为明确的是维生素合成和消耗、氮的代谢、脂肪代多糖、粗纤维的分解代谢等。
1．维生素合成和消耗
大量研究表明，猪、禽类肠道微生物群均可以合成维生素K、D素、卜胡萝3、素Coates和 Fuller（1968）的试验结果证明，采若不合族维生素的日粮时，普通鸡和无菌鸡盲肠中均检出口主素，并且普通鸡盲肠巾的岂量远高于无菌鸡。无菌鸣和正常上长比较试验出证明，日粮中缺乏桔黄素、维生素B6、叶酸、烟一些缺乏症状可因肠道微生物合成的维生素而缓解（1973，和1974）。王俐（2001）研究表明肉仔鸡肠道微生物对合成维生有利，Miller等（1963）比较了无菌鸡和肠道全大肠杆菌鸡会成内能力，结果发现，带菌鸡的体重以及肝脏、肌肉、脑组织中叶量都显著高于无菌鸡。郭科（2001）研究表明白仔鸡肠道做生物了其肝脏中的叶酸含量。Scott等（1982）指出，给鸡投喂磺胶或名物时，维生素K的需要量比正常情况下提高10倍。此外，猪弟通过食粪获取肠道合成维生素的观点也早已得到公认。另扬道中微生物合成生物素的能力受口粮中添加生物素的量影下加生物素更有利于生物素的合成（Kopinski， 989； Bryden，1989。
以上所述为肠道微生物群对动物维生素营养的有益作用。而事．关于微生物群对动物维生素营养的负面影响世见报道。Gubler认为，有些微生物会消耗硫胺素，产生硫胺素酶，增加动物对索的需要量。Buenrostro（1983）在研究中观察到乳酸菌接种大幅泽低了肉鸡肝脏生物素流积，增加了肉鸡生物素需要量。March认为，抑制和宿主竞争维生素的微生物生长可能是抗生素促中用的机理之一。
综合上述研究结果可以看到，肠道微生物群在动物维生素营养中用已经肯定。但由于肠道微生物种群极其庞大和复杂，不同出微生物的营养代谢也千差万别，因此不可能对其在动物维生养中的作用一概而论。这就要求我们将动物做生态与维生素营结合，深入研究不同肠道微生物种属对动物维生素营养的影可能通过凋控肠道微生态平衡，使之有利于动物从肠道微生获取更多的维生素。
2、氮的代谢
单胃动物的肠道微生物具有双重作用。一方面，肠道微生物具鸥蛋白质的能力，甚至可以分解几乎所有的含氮化合物。有很积、在肠道做生物群的作用下，普通雏鸡消化道后部蛋白质与够的合量明显低于无菌雏鸡。另一方面，肠道微生物又具有利原合成氨基酸和蛋白质的能力。在常规家免和无菌家兔的比较中，无菌家兔盲肠内容物和软粪中的蛋白氮约占总氮的30％，禁止食卖的常规家免盲肠内容物中这一比例为66％，软类中为，证明细菌在盲肠中会成了蛋白质。还有试验发现，普通鸡能利素，而无菌鸡则无此能力，这证明细菌尿素酶分解尿素产生的被吸收，用于氨基酸的合成。此外，排泄于肠道和泄殖腔中的尿，电可通过肠管逆蠕动，转移到盲肠，由盲肠微生物分解。进入环。关于这两种作用在非反刍动物营养中的意义，目前尚难定一般地，在日粮蛋白质水平较低的情况下（氮临界平衡），这种作富主动物有利Richard，1972），因为饲料中的氮可以得到充分用。肠道微生物的固氮作用在日粮中含量不定时显得特别重Bergersn等（1970）从人、猪的肠道内容物中分离出固氮首。但在供应蛋白质较为充足（氮正平衡）或低质蛋白较多时，饲料中会
多的含氮物质被畅通微生物分解，形成大量的氨或胺，对动物毒害。据推测，抗生素促生长机理一就是抑制肠道微生物分料蛋白质，并降低肠道氨和脸及血氨的水平。
3．消化碳水化合物
据McBee（197，1971）研究认为，反刍动物80％以上的纤维素都靠瘤胃内的微生物，而非反刍动物消化和利用纤维的能力较动物低。Thornburn等（1965）研究鸡盲肠消化碳水化合物能力肘，去盲肠的鸡对小麦、黑麦、燕麦（带壳）干物质的总消化率显著正常鸡，Varel1987）指出，猪盲肠和结肠微生物发酵纤维产生发性脂肪酸（VFA）可为生长诸提供其能量需要的5％－30%，年母猪则更高。高巍等（2002）报道，饲喂玉米一豆粕日粮型日物更好地利用碳水化合物，并能提高饲料消化率。
但也有证据证明了肠道微生物在糖类代谢中的负面影响。有人证实，肠道中能被动物吸收的碳水化合物也容易因肠道革兰氏阳性菌的发酵作用而被破坏（March，1967）
4 脂类代谢
脂肪分解细菌在动物和人的消化道中均有发现。这类细菌的存在不利于动物吸收饱和和非饱和脂肪酸。无菌动物和添加抗生素动物，相比普通动物能更好地吸收脂肪酸。无菌鸣对脂肪的消化率也高于普通鸡。Demarn。等（1970）发现无菌鸡对棕润酸和硬脂酸的消化显著高于普通鸡，如果给无菌鸡接种类链球菌和香伯（氏）杆菌属则产生对高级饱和脂肪酸的吸收不良（Cole等1967）。还有证据证明，肠道微生物普遍具有对胆酸的解偶联和去羟基作用。某些肠道细茵具有将胆固醇转化为类固醇的作用，这有可能会影响动物的胆
固醇代谢（Demarne等1970）。
5、合成酶类
微生物合成酸可增加总酶活性。Collington（1990）报道，仔猪饲喂微生志制剂可使肠内的蔗糖酶、乳精酶、三盼酶的活性提高。陈惠等（1994）研究表明，生长青肥猪饲喂芽抱杆菌添加剂后，可使其一淀粉酶及胰蛋日酶活性显著增强。张春杨等（2002）用产蛋日酶的益生苗制备成益生菌剂饲喂肉鸡，能明显提高消化道内容物中的蛋白酶活力，提高幅度最高可达21．76％，这主要是因为益生茵到达消化道内能分泌并活化大量蛋白酶的缘故。
关于肠道徽中物群与动物营养代谢的关系研究还处于初期阶段，很多结论的得出部具有不确定性和倩测性，今后的动物微生态营养的研究中需要进一步提高研究的深度和广度，为动物微生态营养学的发展积累基础知识。
二、营养微生态饲料添加剂的研究与应用情况
基于以上理论，人们研制开发了营养微生态饲料添加剂。其中包括活菌制剂、微生物培养物、微生态调节制剂等。这些产品都在营养微生态学理论的基础上发展而来，它们通过重建和改善微生态平衡发挥作用，应用于畜禽饲料中取得了较好的效果。
1、活菌制剂
大量试验已经证实话菌制剂对畜禽、鱼的生产性能有很大的改善，韩剑众（1989）、何明清1992）Barme／1989、Fulle／1979）、（1991）、Gatt（1992）、Gerendia（1992）、McGinnis（1992）、Peo（1987），饲用微生物添加剂的使用可以提高畜禽日增重11％（2％－30％），提高饲料转化率8％（3％－26％），可降低发病率54％（3％－90％），可降低死亡率17％（7％－37％）。
1.1活菌制剂的作用机理：
1.l.l、营养竞争营养竞争的假说，是建立在一系列实验观察的基础上验表明种群控制机理与化学定器的原理是一致的，而化学恒定器的最基本原理，是连续流动培养中的细菌，都在竞争最基本的生长物质。1983年Freter证明，当把大肠杆菌接种于老鼠结肠菌丛，经过连续流动培养后的滤波中时，它们的繁殖被大大地抑制了。
1.1.2、结合位点竞争理论上讲病源茵会被冲出肠道，因此病源做生物与粘膜的粕阳能力，是其能否成功定植于肠道的决定因素。通过电镜观察证明，正常菌群在肠道粘膜等处是有序排列的，当有益茵占据致病菌的靶上皮细胞或以菌群优势产生一种对致病菌不利的环境时，可以起到防御作用。1985年Kennedy和VOlz在研究中发现，当大鼠被饲喂青霉素后，其肠内容物里会出现大量的口假丝酵母，五肠粘膜表面上粘附着大量的白假丝酵母，而宋词喂青霉素的大鼠肠内各物和粘膜表面，只存在少量的口假丝酵母。青霉素降低了老鼠盲肠内粘附于粘膜层的核状细菌，从而释放出一些附着位点，这些被释放的位点，随后立即被白假丝酵母占据。
1.1．3、代谢产物作用活菌制剂能产生有机酸，知乳酸，还产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、植酸酶等；合成族维生素等对动物胃肠道消化吸收有益的物质。同时，分泌杀菌物质HZOZ和类抗生素物质，HZOZ对机作潜在的病原首有强烈的杀灭作用；类抗生素则是通过改变肠道内活菌的数量和代谢发生作用.
1986年Qne的试验显示，抗生素能明最降低乙酸、丙酸和了酸的浓度。试验中先将同一种病源菌分别接种到用青霉素处理过的和未处理过的动物上，并做出生长曲线。由曲线上可以看到：用青霉素处理过的动物体内病源菌的增长率和数量远远大于未处理过的动物。而将青霉素处理过的动物肠内容物的pH值和挥发性脂肪酸浓度调整到与未处理过动物一样的水平，发现调整后内容物的生长曲线，竟然与未用青霉素处理过的动物完全一样。上述试验结果表明.挥发性脂肪酸对病源菌侵袭肠道起着保护作用。
1.1.4、激活免疫功能1979年 Bloksma用酸奶喂无菌动物，发现其体内免疫球蛋白GI、GZa、GZh的含量大为提高。另有试验员示，干酪乳酸杆菌能提高巨嗜细胞的活性。除非抗体被分泌于胃肠道内，否则其作用不会影响胃肠道菌群。干酪乳酸杆菌能诱导免疫球蛋白A的分泌，免疫球蛋白A的激活，将会影响胃肠道菌群的组成，进而阻止微生物在肠道内的定植。免疫系统作用，只有在吸收了可溶性抗体或细胞移位穿过胃肠道壁进入血液淋巴细胞时才会产生。1986年关于人的血液淋巴细胞的体外试验证明，少量的酸，可以通过激活T细胞而提高干扰素的产生。
1.2应用情况目前益生素的使用已经非常普遍，比较常用的活菌制剂主要有乳酸菌类、芬施杆菌类和酵母类等。
1.2.1 乳酸杆菌和双歧杆菌属肠道有益菌，它可在肠道中产酸，降低肠道促进维生素D、钙、磷、铁等矿物元素的吸收。Ry等（1994）报道，添加乳酸菌后能促进幼龄和大龄猪的氨基氮的表观吸断奶仔猪的内源乳糖酶活性很高，而此酶在生长肥有猪的活性很小(idder和Manners1978）。
另外，有人提出乳酸菌产生的乙酸和乳酸等代谢产物能抑制病原菌的生长，但这种说法需要在动物身上试验加以证明。因为有机酸需在低PH环境下才能保持其非解离状态而发挥抑菌作用，而病原菌却滋生在仔猪小肠回肠段，此处PH接近中性（Jonsson和Con－way1992）。因此，很难设想在活体中有未解离的有机酸对病原体发挥抑制作用。而且，有观点认为有机酸的吸收很快，其酸度无法到达小肠（Risley 1992；许福，1996；梁度荣，1997）。马书字（2001）试验证明，添加柠檬酸后并没有改变肉鸡肠道的PH值。
1.2.2 芽抱杆菌在肠道主要通过生物夺氧维持肠道生态平衡，有些也能产酸。芽抱杆菌在肠道内能产生多种消化酶类，可明显提高动物生长速度和饲料利用率。芽施杆菌在饲料加工过程及酸性环境中有较高的稳定性，在肠道环境不增殖。芽抱杆菌属无害需氧菌，在肠道定植后，可以消耗大量的氧气，维持肠道厌氧环境，增强肠道对需氧茵的定植抗力。郑永利等（1996）在鸡饲料中使用能产生淀粉酶的基因工程菌一枯草芽抱杆菌，发现了这种苗在肠道中的定植与分布情况，但其部受饲喂时间和剂量有关。
据张国龙等（1994）报道，在35日龄断奶仔猪日粮中添加 0 2％－0 4％的微生态活菌制剂（一种腊质样芽施杆菌产品），可使粪中大肠杆菌总数明显降低（P ＜0。05）。阎凤兰等（1996）在肉仔鸡饲粮中添加枯草芽抱杆菌使鸡肠道中乳酸杆菌数量增加，沙门氏菌数量减小，饲料转化率提高。
1.2.3 利用微生物具有桔抗的特性，将益生苗施入养殖水体，就可以通过营养竞争、附着位点竞争或分泌抗生素、细菌素等毒素杀死或抑制病原微生物。厦；河水产学小面积对虾养殖试验中发现。益生素有明显的促生长作用，最高组的增重率竟提高了66％。福建水平养殖户反映，益生素可以使蟹苗成活率提高近一倍；中华石斑鱼的成活率由原来的30％提高到70％。益生素用于水体，可以改善水中生态环境。净化水质，促进鱼类健康生长。
2．微生物培养物
微生物培养物是微生物和培养基的混合物，其中会有活菌、菌体和微生物代谢产物，有些代谢产物有类抗生素作用，有些则是维生素和氨基酸等营养成分。常见的微生物培养物是酵母培养物（yeastulture人是指活体酵母细胞及其生产基质，主要是指表性厌氧菌酿晒酵母。到目前为止，酿酒酵母在饲料工业中运用最广泛。酵母培养物通过活的酵母细胞或其它活性因子改善动物胃肠道微生态环境，泛应用于养禽业中的应激保护剂，几乎所有的试验都证明了柠檬酸用于家禽生产中的有效性（张文举等1994；宁康健1995；梁使菜等1997；刘卫东1997；刘桂林等1994；马书字2001），柠檬酸也可作为高温条件下家禽抗热应激的饲料添加剂。曾有权等（1991）报道，日粮中添加15％的柠檬酸时，肠道大肠杆菌的生长受到抑制，乳酸杆菌的繁殖显著增加。维持家禽嗓囊适宜的酸性环境对乳酸菌的生长极为重要。化学益生素一寡糖目前，寡糖在我国的研究和应用越来越广泛，寡糖也称低聚糖，是由2－10个单糖分子组成的一簇糖的总称。常见的寡糖有果寡糖（FOS）、a一寡葡萄糖（异麦芽寡糖a－GOS）、p一寡葡萄糖（p－GOS）、甘露寡精（MOS）、大豆寡糖（a一半乳精音）、寡太精、寡乳糖（GAS）等。
寡精通常作为动物消化道微生态平衡调节剂使用。寡糖的主要生理功能有：（l）作为动物肠道微生物增殖因子；（2）吸附肠道病原茵，阻断病原菌在肠道的定植；（3）作为免疫刺激辅助因子。
寡精可被多数动物肠道有益微生物分解，作为碳源供微生物利用，促进如双歧杆菌等有益微生物的增殖，进而抑制有害菌的生长繁殖，促进动物健康。试验证明，乳酸杆菌双歧杆菌等能很好地利用果富精，而大肠杆茵和沙门氏菌不能利用果寡精（Mitsuoka等，1987 Bailev等， 1991；李宝玉 1999）。
由于许多病原微生物（如沙门氏菌、大肠杆菌等）表面含有外源凝集素，能与肠上皮寡糖结构中的受体特异结合，使细菌利附在肠壁上增殖，引起络组病变。饲料中添加的寡精则可与病原菌的外源凝集素特异结合，使病原菌不能在肠壁上影附，而是随寡精通过消化道排出体外。salit等（1977）的试验证实，当有甘露富精存在时，具有甘露富精特异外源凝集素的大肠杆菌不附着哺乳动物肠道上皮细胞。体外试验表明，已经封附在肠道组织上的大肠杆菌接触甘露寡精后可在30分钟内脱落下来。这表明寡精不仅可防止病原菌在肠道附着，而且也能洗脱已附着的病原菌。
寡精可具有免疫佐剂和抗原特性，促进机体免疫能力的增加。所谓免疫佐利，又称为免疫辅剂，是能增加免疫系统对疫苗、药物和抗原免疫应答的物质。如美苏感动物保健品公司利用声望开发生产的‘乙酸甘露聚精”产品。作为马立克氏疫苗的性剂，在畜牧业生产实践中得到广泛认可。化学益生素除具有免疫佐剂的作用之外．还有抗原作用，可以引起直接的抗体应答。除此之外，合甘露糖的寡糖还可以使肝脏分泌甘露精结合蛋白，从而影响免疫系统。
寡精可激活机体液免疫和细胞免疫，提高抗体的免疫能力。化学益生素（MOS）对仔猪加强免疫防御能力的作用的研究结果表明：饲喂MOS的常规措、无菌猪胆汁中、肠道内及血清中的免疫球蛋白的质量浓度显著升高，肠道淋巴细胞数也显著增加。这一结果说明MOS可以提高仔猪的体液免疫功能。另外，MOS也会使白细胞介素（I－2）的质量浓度提高，而它是参与T细胞的增殖和分化的，同时电可使活化T细胞分泌的细胞激动素IFN活力增加，即机体的细胞免疫功能增加D
5、中草药饲料添加剂
中草药添加剂是目前最有可能替代饲用抗生素的饲料添加剂。中草药添加剂的作用尽管并不完全是微生态调节，但其理论基础中医阴阳平衡理论与微生态学的生态平衡是相通的。薛恒平（1999）论述了中草药与微生态之间的关系：中草药的作用与肠肝循环，中草药中的有效成分糖着类，只有通过肠道菌群的分解代谢后，被吸收进入血液，才能发挥其药效。另外，中草药中的一些固本类草药，如黄茂、党参等，可以促进胃肠道中双歧杆菌、乳酸杆菌的生长，相似于尊糖类的生理功能。
6.其它
冷向军王康宁(2001）研究表明，高钢对结肠微生物没有明显影响，但高铜降低了结肠大肠杆菌的数量，仔猪腹泻率有所下降。饲料中添加的酶制剂对肠道做生物也有促进作用，酶制剂使胃肠道内营养物质浓度增加，如非淀粉多糖酶可降解非淀粉多精为可消化的寡糖或单糖，进而间接的影响肠道中的微生态制剂。
总之，微生态与动物营养学的结合方面，一些学者已经提出动物微生态营养学的概念，在国外已成为一门学科，但有关的研究基础还很不足，除反刍动物瘤胃外，对单胃动物微生态结构、微生物对能量代谢、蛋白质代谢、脂肪代谢、糖类代谢、矿物质代谢等的影响研究结果很不一致，尚远形成共识。针对目前研究的状况，笔者认为首先应该在几个方面取得突破：(1）在微生物群结构的描述上，应该摒齐医学上的描述概念，如‘有害菌”、“有益菌”、‘肩原微生物”等概念，引入营养学概念，定义诸如“蛋白质分解菌”等概念；（2）建立“正常动物”模型，而不是仅仅以“无菌动物”模型来研究动物的微生态营养；（3）全面评价微生物在动物营养中的“功过是非”，而不是以其在一种营养素方面的作用，来肯定或否定该类微生物的营养学意义。
微生态与饲料添加剂的结合方面，尽管开发了一些有价值的产品，但在产品应用方面存在较大困难，如活菌制剂稳定试较差，易在饲料生产工艺中被破坏；产品种类单一，应用范围有限；效果不稳定等。由于微生态结构极其复杂，试图用一两种微生态制剂来解决十几种抗生素尚未能解决的问题是不可能的，因此微生态制剂的开发研制要针对不同饲养环境、不同动物种类、不同生理状态的动物，微生态制剂的使用已要在充分了解动物健康状况、微生态生理结构的前提下进行，才能有的放矢，防治在抗生素应用中存在的“滥用”现象在微生态添加剂应用领域重演。
综上所述，营养做生态饲用添加剂是通过调节动物自身微生态平衡而起作用由于在作独特，组成成分来源于天然，应用效果显蓍，具有抗生素所不具有的特点，所以应用前景十分厂阔，非常有希望替代抗生素，随着动物和微生态理论的发展，微生态饲用添加剂将成为饲料工业中最有前途的添加剂之一。
