益生素在猪生产中的应用研究进展

林彬彬，占今舜，张 彬

（湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128）

抗生素应用于饲料行业已有50年左右的历史，为畜牧业的发展起到极大的推动作用。但抗生素的滥用也给畜牧业带来了严重的问题，影响中国畜牧业持续稳定健康的发展。另外，也带来了食品安全等新的问题。鉴于抗生素存在的诸多缺点，其逐渐被其他饲料添加剂替代，而益生素则是众多替代品中研究较多并且较成熟的一种。益生素（probiotics）是一类活性微生物或其培养物制剂，能够参与肠内微生物平衡。在动物肠道内进行自身生长繁殖以抑制有害细菌，增强机体免疫功能。从而达到防治疾病、促进生长和提高饲料利用率的目的，安全、低毒、无有害残留、无抗药性，是一种绿色饲料添加剂。

1 益生素的种类

可饲用的益生素菌种应有以下特点：1）无致病性，不与病原微生物产生杂交；2）在体内外容易增值，具较强的竞争优势；3）可在低pH值和胆汁中存活，并能黏附于肠黏膜；4）发酵过程中，产生乳酸和过氧化氢，从而合成大肠杆菌、葡萄球菌、沙门氏菌等肠道致病菌的抑制物，且不影响自己的活性；5）加工后存活率高，混入饲料后，在室温下稳定性好；6）促进动物生长发育提高抗病能力[1-3]。可用作益生素饲喂的微生物种类经美国FDA（1989）规定有42种，包括双歧杆菌、乳酸杆菌、粪链球菌和乳链球菌等。根据实际应用最多的分类方法，主要可将菌种分为三大类，即乳酸菌类、芽孢杆菌类和真菌及活酵母类。

1.1 乳酸菌类

乳酸菌类是指可分解糖类产生乳酸的细菌总称。其应用最早且分布最为广泛，种类繁多，包括乳酸杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、球菌属。

此类微生物主要特点有：1）在pH值为3.0～4.5的条件下仍可生长，因此对胃的酸性环境中有一定耐受性；2）80 ℃条件下，处理5 min，失活率就可达70%～80%，即不耐高温；3）在微氧或厌氧条件下可产生乳酸，降低肠道pH值，促进钙、磷和铁等矿物元素的吸收；4）可促进肠道内合成B族维生素、维生素K、维生素D和氨基酸等物质和消化酶类的分泌，后者辅助食物消化，以增强动物营养代谢，促进机体生长；5）可产生酸性代谢物、溶菌酶和过氧化氢等，抑制潜在病原微生物的生长；6）可维持肠道菌群平衡，使肠道功能保持稳定，具抗肿瘤及免疫调节功能，减少毒素产生，延缓衰老；7）多种动物消化道主要共生菌，在消化道形成正常菌群；8）可产生一种特殊的抗生素—酸菌素，有效抑制大肠杆菌和沙门氏菌的生长。

目前用于添加剂生产的有嗜酸乳酸杆菌、干酪乳酸杆菌、发酵乳酸杆菌、植物乳酸杆菌和纤维二糖乳酸杆菌等。应用较为广泛的有双叉双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、粪肠球菌、嗜酸乳酸杆菌等。

1.2 芽孢杆菌类

芽孢杆菌属需氧芽孢杆菌中的不致病菌,在动物肠道的微生物群落中，以内孢子形式存在,并只是偶尔存在。

芽孢杆菌类制剂主要特点有：1）耐性好，耐高温（100 ℃）、耐盐、耐酸、制粒过程中耐挤压等；稳定性好，在肠道中不增值；2）在肠道定植后，消耗大量氧气，维持肠道厌氧状态，抑制了致病菌的生长，从而维持肠道生态平衡；3）可产生消化酶，具有较高的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶活性，降解植物性碳水化合物的能力较强；4）通过抗体的产生和巨噬细胞的活性的提高来刺激免疫，机体体液免疫和细胞免疫被激发，从而促进了机体免疫力和抗病力[4]。

目前用于饲料添加剂的主要有地衣杆菌、枯草杆菌、蜡样芽孢杆菌和东洋杆菌等，多制成休眠状态的活菌制剂或与乳酸菌混合使用。

1.3 真菌及活酵母类

作为饲料添加剂的真菌主要是丝状菌，为米曲霉和酿造酵母培养物，包括真菌及其培养物。

其特点有：1）需氧，存在于多糖偏酸环境中；不耐热，在60～70 ℃条件下1 h即可死亡；2）含丰富的蛋白质、B族维生素、脂肪、糖酶等多种营养成分和某些协同因子，进而增加饲料适口性，提高饲料中矿物质的生物学效率和其他饲料营养的利用率；3）其细胞壁的主要成分甘露聚糖可增强吞噬细胞的活性；4）可刺激畜禽消化，增强厌氧菌等的生长繁殖，改善肠道微生态环境，调节动物机体免疫功能，增强抗病力[5]。

主要饲用酵母种类有热带假丝酵母、产朊假丝酵母、红色酵母和酿洒酵母等。

2 益生素的作用机理

2.1 维持肠道内微生态的平衡

正常状态下，动物肠道内以厌氧菌（优势菌群）为主，占99%以上，其主要包括乳酸杆菌、双歧杆菌、消化杆菌等，其余的不到1%为需氧菌及兼性厌氧菌。优势种群即厌氧菌在肠道中起决定作用，维持畜禽的正常生长。若需氧菌及兼性厌氧菌增加，专性厌氧菌减少，则肠道微生态将失去平衡，引起机体消化机能紊乱，抑制动物生长发育，严重的则可致病[6]。此时使用微生态制剂，可促使肠道优势种群增值，需氧菌及兼性厌氧菌逐渐降低，从而使肠道菌群恢复平衡。其作用机理如下：益生素菌株通过物理化学因子非特异性的黏附于宿主肠道黏膜上或通过与黏膜受体结合产生特异性黏附，发挥占位定植作用，以防止病原菌与肠道黏膜受体结合产生黏附[7]，则病原微生物不能定植、占位、生长、繁殖，随粪便排出体外。Fuller 等和 Barrow 等对鸡嗉囊和猪胃进行电镜观察，发现乳酸杆菌能很好地附着于上皮细胞表面，这就表明乳酸菌可以通过位点竞争排斥病原菌的黏附和定植，从而保护宿主免受侵害[8]。另外，由双歧杆菌产生的胞外糖苷酶可降解肠黏膜上皮细胞的杂多糖，而这些糖是潜在致病菌的受体，也是结合细菌毒素的受体，从而可抑制潜在的致病菌及其毒素在肠黏膜的黏附，对宿主起保护作用[9]。

2.2 产生抑菌物质

2.2.1 产生醋酸、乳酸等物质

乳酸菌和双歧杆菌在肠道内能够产生醋酸和乳酸，从而降低肠道pH值，抑制大肠杆菌及梭菌类的生长，且抑菌率高达80%以上。乳酸是肠道微生物活性的首要调控物质，在小肠内将其进一步代谢生成乙酸，后者是细菌合成VFA的原料，从而肠道内环境被酸化，阻断了对酸敏感的病原菌（大肠杆菌、产气荚膜梭菌等）的生长；当环境pH值逐渐下降时，以分子形式存在的强有机酸（甲酸、乙酸）的浓度上升，通过细胞膜扩散进入细胞，表现更高的抑菌能力[10]。

2.2.2 产生细菌素

细菌素是一类选择性作用于细菌靶细胞的抗菌物质，它们大多属于多肽类且具水溶性，主要由乳酸乳球菌、嗜酸乳杆菌、枯草芽孢菌、双歧杆菌等物质产生。

乳酸乳球菌产生的乳酸链球菌肽（nisin） 细菌素可抑制链球菌、葡萄球菌及梭状芽孢杆菌的生长；嗜酸乳杆菌产生的细菌素能抑制大肠杆菌DNA 的合成；从枯草芽孢杆菌中提取的枯草菌素（subticin），是一种环多肽，能抑制真菌；双歧杆菌产生的双歧杆菌素（bifidin）主要由苯甲基丙氨酸和谷氨酸组成，对肠道腐生菌起抑制作用。

2.2.3 产生过氧化氢

由嗜酸杆菌及乳酸乳杆菌产生的过氧化氢可激活动物大肠内的过氧化物酶-硫氰酸盐反应系统，系统中，过氧化物酶与过氧化氢结合，氧化硫氰酸盐，生成氧化中间产物，从而抑制葡萄球菌等致病菌的生长繁殖[11]。更有研究指出，蜡样芽孢杆菌孢子加到鸡饲料中，肉鸡后期（28～49日龄）血液中超氧化物歧化酶活性明显高于对照组，盲肠沙门氏菌阳性率显著降低[12-13]。

2.2.4 产生其他物质

乳酸杆菌产生的胆汁盐水解酶，其对胆汁进行化学修饰之后，使其对病原菌具有较强的抑制作用。此外，细菌产生的3-羟基丙酮、2-3-丁二醇、双乙酰都具有很强的抑菌作用。

2.3 提高机体免疫机能

研究发现无菌动物的淋巴组织发育不全，淋巴细胞增值能力低下，体液中补体和溶菌酶含量降低，使浆细胞形成受阻，免疫记忆时间缩短。在动物实验中观察到，无菌动物的肠壁集合淋巴结很小，肠内有共生菌定植后，肠壁集合淋巴结明显增大。益生素作为非特异免疫调节因子，主要有两大作用。

2.3.1 影响非特异性免疫应答

许多研究显示，益生素增强单核吞噬细胞(单核细胞和巨嗜细胞)、多形核白细胞(主要是嗜中性粒细胞)和自然杀伤细胞的活力，刺激活性氧溶酶体酶和单核因子的分泌[14]。有报道称益生肠球菌可以作为非特异性免疫调节因子，增强肠道非特异性免疫能力，促进巨噬细胞产生IL-6，激活淋巴细胞，增加血液中免疫蛋白的含量，提高机体抵抗病原菌的能力[15]。Fuller指出，直接饲喂活的微生物可刺激动物肠道免疫器官发育，提高动物抗体水平和提高巨噬细胞活性，增强机体免疫功能。Yosui发现，鼠服用短双歧杆菌后，可刺激派伊尔结细胞的增殖，其中以巨噬细胞增殖为主。

2.3.2 刺激特异性免疫应答

通过细菌本身或细胞壁成分刺激免疫，可激发机体体液免疫和细胞免疫，例如益生菌可刺激动物产生干扰素，增加黏膜表面和血清中IgA，IgM和IgG水平以强化体液免疫；促进T、B淋巴细胞的增殖和成熟，增强机体的免疫力和抗病力；具有一定程度的抗炎症、抗病毒和抗肿瘤作用。另外，益生素还合成过氧化氢等活化肠黏膜内相关淋巴组织，诱导 T、B细胞和巨噬细胞产生细胞因子，提高机体免疫力。Perdigon发现，小鼠口服干酪乳杆菌可促进 SIgA的合成，肠道 IgA和 IgM抗体生成细胞也增多。因此，认为口服干酪乳杆菌可减少肠道感染或作为口服疫苗的辅助物，但营养不良小鼠饲喂含干酪乳杆菌的发酵乳却不能提高免疫力[16]。也有研究表明，植物源性乳酸菌可提高血清中IgG的浓度、淋巴细胞转化率，进而增强断奶仔猪免疫功能[17]。

3 益生素在养猪生产中的应用及研究

3.1 在仔猪上的应用

3.1.1 增强免疫力，防止仔猪腹泻

仔猪腹泻是养猪业的常见疾病，是困扰仔猪饲养的最主要疾病之一，也是引起仔猪死亡的重要病因之一，尤其在1～3月龄的仔猪较为常见。据调查表明，一般情况下，发病较轻的在10%～20%，严重的可达40%～50%，有的甚至达100%，死亡率可达10%～15%，因此对仔猪腹泻的防治刻不容缓。

研究表明，益生素可增强机体免疫力，有效防治仔猪腹泻。杨旭辉等人[18]研究复合益生素对仔猪免疫功能的影响，结果发现，在基础日粮中添加了0.2 g/kg干酵母及0.4 g/kg嗜酸乳杆菌液的复合益生素后，可增加试验组仔猪IgG、IL-2、IL-5和IFN-γ的量，且明显高于基础对照组，可见，复合益生素能够更好地增强仔猪的免疫功能。张海棠等人[19]在日粮中添加益生素(谷草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌等)，结果显示，益生素组中免疫球蛋白IgG、IgM、IgA及补体C3、C4水平均升高，提高幅度分别为25.92%、8.39%、4.91%、6.17%、5.50%。贾得宏等[20]研究产酶益生素对防治断奶仔猪腹泻的效果,发现试验组4头仔猪发生腹泻,腹泻率为8.3%,无死亡,对照组35头仔猪发生腹泻,腹泻率为74.5%,死亡8头,死亡率为17.2%，因此与对照组相比，腹泻率降低22.1%，死亡率下降17.2个百分点。据张岩等[21]研究发现，在日粮中加入0.4%的加酶益生素，腹泻发生率为2.9%，与对照组的18.3%相比，腹泻率下降84.2%（P≤0.01），可明显降低仔猪腹泻次数，预防腹泻效果极好。

仔猪断奶后，由于断奶应激使仔猪胃肠道消化酶活性受到影响，免疫机能下降，导致仔猪对蛋白质的消化障碍及仔猪胃肠道病原微生物的大量繁殖，进而破坏仔猪消化道内微生物区系的平衡，导致仔猪腹泻。因此，对仔猪腹泻防治的重点应放在维持仔猪肠道微生态环境平衡上，益生素在肠道内恰可保护优势菌群，维持肠道微生态平衡；又因仔猪胃酸分泌不足，有利于有益微生物的定植，这对益生素在肠道内迅速建立有效的有益微生物优势菌群有重要意义。

3.1.2 提高仔猪生产性能

因益生素可改善仔猪胃肠道微生态环境，从而保证动物对饲料具有良好的消化率和利用率，进而获得良好的饲养效果。

经黄俊文等人[22]报道，在基础日粮中加入益生素后，仔猪日增重显著高于对照组（仅有基础日粮）,料重比显著低于对照组。该试验是选用21日龄断奶三元杂商品仔猪，试验A组为对照组，试验B组为试验组（基础日粮+益生素），结果经数据分析处理，得出益生素单独使用对断奶仔猪生产性能有正效应。另外，张海棠等人研究表明，在基础日粮中添加益生素,与添加抗生素组相比,日增重提高,料重比降低(P>0.05)。与抗生素组相比，益生素组日增重提高0.81%，料重比降低0.41%，差异均不显著。付水广等人[23]选用杜×长×大三元杂交断奶仔猪为试验对象，对照组饲喂基础日粮，试验组1饲喂基础日粮＋0.1%益生素制剂， 试验组2饲喂基础日粮+0.2%益生素制剂，用以研究益生素对断奶仔猪生产性能的影响，结果显示在平均日增重方面，试验组2与对照组和试验组1相比，差异极显著(P<0.01)，分别提高了18.48%和11.49%，试验组1与对照组相比也显著(P<0.05)提高。料肉比方面，试验组2比对照组降低9.71%，试验组1比对照组降低2.86%。因此，益生素在仔猪生长性能上，有促进作用。

3.2 在生长育肥猪上的应用

早在1996年，就有权吉锡等[24]报道，生长肥育猪添加益生素制剂可使日增重提高9.5%。又有张茂华等人[25]选用体重和生长日龄相近的生长猪进行低聚木糖和产酶益生素对生长猪的影响试验，得出此2种添加剂单独添加（试验组2、试验组3）能显著提高生长猪的平均日增重(P<0.05)，较对照组分别提高6.5%和7.5%，而此2种添加剂合用（试验组4）可极显著提高生长猪的平均日增重(P<0.01)，较对照组提高14.1%。在经济效益方面，试验组（2、3、4组）均降低了猪的生产成本。另外，毛倩等人[26]研究饲粮中添加复合益生菌(JS菌)对生长肥育猪的影响,发现与对照组相比,添加0.2%JS菌显著提高试验猪30～50 kg阶段的平均日增重和采食量(P<0.05),添加0.1%JS菌显著提高试验猪80～100 kg阶段的平均日增重(P<0.05)。

由上述研究可看出，在饲料中添加益生素，对生长肥育猪的生长具有正效应，可提高日增重及采食量，促进生长，提高饲料利用率及经济效益。

4 存在的问题和发展前景

4.1 存在的问题

益生素作为一种新兴的饲料添加剂,虽这些年发展很快,但发展过程中存在明显的不稳定性和不连续性。因此，益生素的使用剂量、使用最佳时机对猪的不同发育时期要区别对待；对益生素的作用机理的研究进展也较缓慢，急需加强力量对益生素的作用机理进行更深层次的研究，以指导益生素的研制、生产及使用；目前，虽已提出一些益生素质量标准，但仍无健全的法规体系，使产品质量令人担忧，法律体系的健全势在必行；仍有部分益生素产品生产处于复配、仿制阶段，检测手段不完善，检测方法尚显混乱，因此必须建立完善的行业检测标准；最主要的是广大养殖户在益生素的认识上存在偏差，将其当药物使用，应普及益生素的使用方法，使养殖户正确使用益生素制剂，使其发挥最大功效，起到预防疾病和促进生长的作用。

4.2 发展前景

在畜牧业生产中，我们常用益生素代替抗生素作为饲料添加剂，以避免长时间使用抗生素所带来的毒副作用。近年来，因复合菌制剂具协同作用，更是由单一菌株益生素逐渐向复合益生素发展，如肠道共生复合菌等。为提高益生菌剂的有效性，人们正着力于益生素辅剂的研制开发，如微胶囊的应用。同时，人们也在开发和研究益生素与其他制剂间的联合使用，如酶制剂、酸化剂、中草药等，充分利用制剂间的协同作用。并且研究表明，可以通过遗传工程的方法改造现有菌株。已有试验证明，一株从猪的肠道中分离的嗜酸乳杆菌通过遗传工程改造后，能定植在鼠的肠道上皮，预示着通过现代生物技术有可能生产出更有效的益生素。

新型“绿色”饲料添加剂——益生素，正以其独特的作用功效影响着我国日益发展的畜牧业，随着社会快速的发展，人们对生态、健康、绿色食品的渴望越来越高，研究开发高效、专一、安全的益生素具有广阔的前景。

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