微生态制剂在反刍动物生产上的应用

■刘大森 李 昊

（东北农业大学，黑龙江哈尔滨 150030）

在动物胃肠道内定植了大量的微生物，这些微生物和宿主间建立了动态的稳定平衡关系，这种关系对动物的健康具有重要的作用。20世纪以来随着抗生素等饲料添加剂的使用，扰乱了动物体内微生态平衡，导致消化功能紊乱，引起各种疾病。为了解决使用抗生素带来的种种弊端，人们急需一种无毒副作用、无残留、无抗药性、成本低、效果显著的添加剂。微生态制剂正是基于以上原因应运而生的抗生素替代品，由于其显著的效果，已经被广泛的应用于畜牧生产中。

1 反刍动物瘤胃微生物及作用

反刍动物是一类特殊的哺乳动物，反刍动物的胃由4部分组成，即网胃、瘤胃、瓣胃、真胃。瘤胃是反刍动物特有的消化器官，饲料中约有70%～85%可消化物质和50%粗纤维在瘤胃内消化，在反刍动物整个消化过程中占有特别重要的地位[1]。瘤胃是供厌氧性微生物繁殖的良好天然环境，是一个可容纳大量消化物的发酵罐。瘤胃微生物主要为细菌、原生动物(主要包括鞭毛虫、纤毛虫)、真菌[2]。微生物在瘤胃消化过程中起着重要的作用。

瘤胃微生物的区系十分复杂，且常因饲料种类、给饲时间、个体差异等因素而变化。瘤胃内多种细菌之间和细菌与纤毛虫之间，彼此存在着相互共生，共同作用，组成微生物区系。在各类微生物协同作用下，完成饲料营养物的分解和利用[3]。瘤胃微生物可以将秸秆中的纤维素、半纤维素和果胶等多糖类物质降解成单糖，并转化为挥发性的脂肪酸和二氧化碳等，挥发性脂肪酸为反刍动物最大的能源。而饲料中的蛋白质也被瘤胃微生物降解为氨基酸、氨，再合成微生物菌体蛋白质，供畜体利用，作为畜体的蛋白质来源，菌体蛋白质占60%以上。此外，瘤胃菌群的代谢产物还可调节瘤胃内容物的酸碱度，达到稳定pH值的作用。

2 微生态制剂概念及分类

微生态制剂最早是由美国人Parker于1974年提出来的，是指根据微生态学原理从动物或自然界分离、鉴定或通过生物工程合成的有益微生物，经过特殊工艺而制成的含有大量有益菌的活菌制剂[4]。有的还含有他们的代谢产物或（和）添加有益的生长促进因子，用于调节动物机体微生态平衡，增强动物对肠内有害微生物的抑制作用或通过增强非特异性免疫功能来预防疾病，从而促进动物生长、提高生产性能或提高饲料转化率的一类药物或饲料添加剂。

广义上的微生态制剂按组成成分的不同分为益生素、益生元和合生元三大类[5]。益生素是一种含有大量有益菌及其代谢产物和生长促进因子的物质，具有维持肠道微生物平衡、提高机体健康水平的活菌制剂。益生元是一类不被宿主直接吸收，但能选择地促进其体内一种或多种有益菌的生长、代谢与繁殖，从而增进机体健康的有机质。合生元是指生理性细菌（即益生剂）加促进物质(即益生元)的合剂。在畜禽生产中所应用的微生态制剂，按其用途可分为微生态调整剂和微生态饲料添加剂；根据微生物的种类可分为芽孢杆菌制剂、乳酸杆菌制剂、酵母类制剂及复合微生态制剂。

3 微生态制剂在反刍动物中的应用

近年来，随着人们生活水平的提高，对畜禽产品的要求也不断提高。微生态制剂以其无毒副作用、无污染、无残留、不易产生抗药性和低成本等特点作为抗生素的替代品被越来越多地应用到畜禽生产中。目前，微生态制剂在养猪业和家禽中的应用比较广泛，饲用效果也得到肯定。而微生态制剂对反刍动物的作用效果取决于所用的菌种类别及其科学组合、制剂活力、应用剂量，同时也与动物所处的生理状态、饲料日粮类型、投服方式等因素有关，所以在反刍动物生产中的应用效果存在争议。本文将通过以下几个方面论述微生态制剂在反刍动物上的应用研究进展。

3.1 微生态制剂对营养素摄取的影响

研究表明，日粮组成和益生素的添加都会影响到反刍动物的生产性能。有关研究发现，益生素能增加反刍动物采食量[6-8]。Chademana和Offer在研究中也得到了相似的结果，益生素对干物质采食量和纤维降解有促进作用。这些作用可能是由于饲喂添加益生素的饲粮增加了瘤胃纤维素分解菌的数量[9]。另一个原因可能是饲喂添加益生素的饲粮对瘤胃pH值具有调节作用导致干物质采食量增加并增强纤维素分解能力[10]。乳酸杆菌把碳水化合物分解为小分子物质，如葡萄糖，提供能量。植酸酶米曲霉菌有助于生产参与碳水化合物或纤维消化的酶，进而有助于提高动物的生产性能。

然而，Titi等[11]观察到补充酵母培养物对羔羊干物质采食量没有影响。同样的，Hernandez等[12]发现，饲喂含有益生素的青饲料对羔羊干物质采食量无影响。Kiesling等提供含有乳酸菌培养物的日粮对公牛育肥209 d，发现其干物质采食量与对照组无差别。同样的Swinney等[13]研究表明，单独或复合饲喂丙酸杆菌和乳酸杆菌发现，实验组与对照组相比干物质采食量无差异。

实验结果产生差异的原因可能是由于Titi和Hernandez的实验选用放牧或青绿饲料为主的饲料，其营养含量低，需采食大量饲料以满足营养需要，造成益生素对其采食量增加不明显。Kiesling和Swinney的实验可能是由于饲粮的组成结构与其他实验不同造成其在采食量方面效果不明显。

3.2 微生态制剂对营养物质消化的影响

益生素通过调节瘤胃pH值提高营养物质的消化率和纤维降解[14-15]。益生素提高瘤胃细菌的生长和纤维素酶水解活性使瘤胃更易于降解纤维，益生素通过平衡在瘤胃中的挥发性脂肪酸的比例预防瘤胃酸中毒。Haddad等[16]研究发现，羔羊日粮中补充酵母培养物对干物质、有机物和粗蛋白的消化率均高于对照组。酵母培养物补充组的中性洗涤纤维消化率也高于对照组。Abd El-Ghani[14]观察到添加酵母培养物的雄鹿饲料相对于对照组的饲料具有较高的营养物质消化率。Krehbiel等[17]研究表明，益生素作为饲料添加剂和直接饲用微生物都能提高反刍动物日粮消化率。

相反地，Titi等[11]报道，添加益生素(酵母培养物)对干物质、粗蛋白和中性洗涤纤维消化率无影响。然而，在相同的研究中，有机物和酸性洗涤纤维的消化率与对照组相比有所增加。王建国等[18]研究微生态制剂对奶牛日粮营养物质消化率的影响，结果表明，试验组奶牛对粗蛋白、干物质消化率极显著高于对照组(P＜0.01)，对中性洗涤纤维消化率也有升高趋势(P=0.051)。Whitley[19]的研究发现，添加商品益生素相对于对照组其干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维消化率明显提高。

实验结果产生差异的原因可能是由于其他人的实验选择舍饲实验，Titi实验所选择的羔羊采用放牧加舍饲的方法，选择在放牧后实验，造成其干物质、粗蛋白和中性洗涤纤维的消化率相比对照组没有影响。

3.3 微生态制剂对血液代谢产物的影响

血液尿素氮的浓度是指示肾功能好坏的指标。羔羊饲喂0.1%益生素能降低葡萄糖和尿素氮的浓度[7]。Antunovic等[20]研究发现，添加益生素组与对照组相比羔羊血液中尿素浓度降低。血液尿素氮降低可能是添加益生素增加氮素在瘤胃中的利用效用[21]，血液葡萄糖浓度降低可能是由于纤维素消化率升高导致产生更多的酮基。然而，Abo El-Nor等[22]报道，补充益生素会增加血液尿素氮浓度。可能是由于添加益生素使瘤胃微生物区系不能很好地利用氨。还有其他研究表明添加益生素对血液尿素氮浓度没有影响[21]。

糖异生是反刍动物葡萄糖的主要来源，提供了反刍动物所需葡萄糖的75%。Antunovic等[20]研究表明，益生素不能改变血液葡萄糖浓度。然而，Abo El-Nor等报道[22]，添加益生素能提高奶牛血液葡萄糖浓度。这可能是由于益生素改善了糖异生过程和提高乳糖吸收率。然而，Ding等[23]的研究表明，添加益生素对羔羊的血液葡萄糖浓度没有影响。

肌酐在肌肉组织中产生，它的正常浓度指示着最佳的身体状态。Belewu等[24]发现，山羊日粮添加益生素对肌酐浓度无影响。Antunovic[20]发现生长的羔羊也有相似结果。Galip[25]也发现公羊也有相同结果。

实验结果产生差异的原因可能是由于Abo El-Nor和Bruno的实验选择的益生素减弱了体内微生物体系对氨的利用从而增加了体内尿素的浓度。Belewu、Antunovic和Galip的实验结果都显示益生素对肌酐浓度无影响，表明益生素可能对羊的肌酐产生过程没有影响。

3.4 微生态制剂对氮平衡的影响

补充益生素能够提高瘤胃微生物活动和NH3的利用率来合成微生物蛋白。益生素单独或与瘤胃微生物配合使用能够增加氮素的吸收进入瘤胃氮库。研究表明，益生素通过增加瘤胃微生物多肽分解、蛋白质水解和过瘤胃氨基酸循环提高氮素固定。然而，Hernandez等研究发现，给饲喂干草的羔羊补充益生素对氮固定、氮吸收、排泄和尿氮没有影响。

大量研究表明，即使在过瘤胃水平益生素对反刍动物依然具有有利的影响。益生素在营养摄取方面的作用可能是由于它们影响肠黏膜预防潜在病原菌生长，营养物质消化率增加，干物质采食量增加等诸多因素造成的[26]。此外，益生素能够帮助调节胃肠道pH值，从而调节微生物平衡抑制致病菌生长，从而预防肠道致病菌引起的疾病[27]。也有研究报道，饲喂含有益生素的日粮能产生如细菌素和过氧化氢等对动物生长有益的抗菌物质。也有研究表明，益生素能够减少对人体有害的致病菌[28]。在水牛上也观察到了益生素对瘤胃发酵的有利影响可能最终提高饲料的利用率，从而提升动物的生产性能[29]。

实验结果产生差异的原因可能是由于Hernandez的实验使用干草作为实验饲料，干草营养含量低，益生素对氮素的作用相对于氮素含量高的饲料作用能力有限，作用效果相对对照组不明显。如使用精粗混合饲料饲喂，对氮素平衡将会产生明显作用效果。

3.5 微生态制剂对生长性能的影响

饲料添加剂如益生素已经被证明能够提高反刍动物饲料转化率[30]。补充益生素能提高饲料效率。益生素能够改善微生物生态，营养物质合成和生物利用性有利于家畜更好地增重。张海涛[31]研究日粮中添加纳豆枯草芽孢杆菌对断奶前犊牛生长性能的影响，结果表明，断奶前犊牛日增重较对照组提高26.5%(P＜0.01)；开食料的日采食量下降11.9%；与对照组(57 d)相比，饲喂纳豆枯草芽孢杆菌处理组(49.7 d)显著提前了犊牛的断奶日龄。Haddad等[16]观察发现，给羔羊饲料添加酵母培养物相对对照组有更好的日增重。Jang等[32]发现，益生素对羔羊体重增加有作用。益生素能增加羔羊体重可能由于其增强微生物蛋白质合成从而产生更多过瘤胃氨基酸。单达聪等[33]报道，以酵母菌和枯草芽孢杆菌作为益生菌添加于饲料中，育肥前期日增重提高14.9%。饲喂益生素制剂Bioplus 2B能提高增重1.9%，平均日增重增加2.5%[20]。高的增重可能是由于高的采食量和饲料利用率。

相反地，Titi等[11]研究表明，添加酵母对生长率没有影响。Whitley等[19]观察到除1个实验组外，添加益生素组和对照组相比增重和饲料转化率没有差异。Antunovic等[7]表明，益生素能提高日增重和平均体重。相似的，也观察到添加益生素组相对对照组体增重增加。Mutassim等[34]报道，每天添加2 g的cyc-蛋氨酸相比对照组能明显提高总重和日增重。在对幼年反刍动物的研究中发现，益生素能增强消化和饲料转化率，提高增重。反刍动物增重增加可能是由于增加纤维素水解能力，改善纤维素消化和由于产氨微生物活动减少使可被用来吸收的过瘤胃蛋白质增加。

大量的数据表明，在基础日粮中添加益生素具有效果，可以帮助提高反刍动物生长性能。饲喂添加益生素的饲料能够提高饲料利用率表明瘤胃微生物区系发生改变。Antunovic等[20]研究也发现，添加益生素能够提高饲料利用率，但作用并不显著。

Haddad等[16]发现，添加酵母培养物能得到更好的饲料转化率。Jang等[32]发现，基础日粮添加益生素能提高饲料转化率。Mutassim等[34]发现，每只羊每天添加2 g的cyc-蛋氨酸具有更好的饲料转化率，表明以2 g/d的水平以cyc-蛋氨酸形式饲喂羔羊酵母和蛋氨酸能够提高饲料利用率。以上研究表明反刍动物饲料添加益生素提高饲料转化率从而能得到更好的效益。

实验结果产生差异的原因可能是由于Titi和Whitley所选择的实验动物品种、生长时期和饲料配方对实验的影响造成的。使用高水平的日粮饲喂实验组和对照组使二者的日增重相对于低水平日粮都增加，使得添加益生素对日增重的增加比例有限造成二者差异不显著。

3.6 微生态制剂对产奶量的影响

饲料中添加益生素能够促进机体对氨和乳酸的利用，调节瘤胃内的微生态平衡；同时加快饲料蛋白质的水解，提高乳脂率和奶比重，增加菌体蛋白的产量，最终提高奶牛的产奶量[35]。Stein等[36]报道，给奶牛饲喂米曲霉培养物，平均产奶量由34.8 kg/d提高到35.1 kg/d，乳蛋白含量由2.94%提高到2.96%，乳脂率显著高于对照组(P＜0.05)。刘星等[37]饲喂奶牛添加复合益生菌的日粮，产奶量提高了4.67%，乳干物质和乳脂率分别提高了12.8%、13.8%。Komari等在奶牛日粮中添加酵母能显著增加产奶量，并能提高乳脂率和乳蛋白率。Kang等研究结果表明，泌乳前期对照组的产乳量为36.4 kg/d，而添加酵母培养物10和20 g/d的试验组产奶量分别为39.3和38 kg/d，产奶量显著增加。邵伟等[38]研究“益康XP”和“PM发酵粉”两种微生态制剂对中国荷斯坦良种母牛生产性能的影响，结果表明，与对照组相比，XP组与PM组显著提高奶牛产奶量和乳脂率。

相反地，芦春莲等[39]在日粮中添加酵母培养物，发现产奶量增加不显著。李朝平等[40]在奶牛日粮中每天添加酵母培养物100 g，发现平均日产奶量显著的提高了，乳脂率、乳蛋白无明显变化。刘峰等[41]在精料中添加0.2%“益生素”微生态制剂，发现产奶量平均增加0.88 kg/(头·d)，提高4.36%，差异不显著。Francisco等[42]添加益生素制剂P169，发现产奶量与对照组相比没有显著变化。Mandebvu等[43]也得到了相同的结果。

实验结果产生差异的原因可能是由于Francisco和Mandebyu的实验饲喂时间较短，分别为12和6周，对产奶量的影响不明显。刘峰的实验可能是由于选择的微生态制剂种类不同造成的，相关研究表明，不同类型微生态制剂对产奶量的影响不同。卢春莲和李朝平的实验可能是由于添加的时期不恰当造成效果不明显。

4 应用中存在的问题与前景展望

国际上自20世纪60年代以来，微生物饲料添加剂的研究开发和使用开始逐渐被重视起来。目前微生物制剂的总销售额超过5亿美元，并以很快的速度增长。使用较多的国家和地区是：日本、中国台湾、欧盟、美国等。

虽然益生素已经在动物生产中得到广泛的应用，但是依然还有许多问题需要解决。现有的适宜作为微生态制剂的菌种类还较少，品种较为单一。产品的保存时间依然较短，保存中菌株易失活使其不能达到产生效果的足够活菌数。微生态制剂的作用机制还不是很清楚，其与动物体内正常生长微生物间作用关系、作用条件及调节机制还需要进一步研究。由于微生态制剂对反刍动物的作用效果取决于所用的菌种类别及其科学组合、制剂活力、应用剂量,同时也与动物所处的生理状态、饲料日粮类型、投服方式等因素有关。所以，反刍动物中合适的使用剂量与使用方式还需进一步研究。

尽管益生素在生产应用中还存在一些问题。随着人们对环境保护及食品安全的日益关注及畜牧业的快速发展，微生态制剂以其无毒副作用、无耐药性、无残留、成本低、效果显著等特点正逐渐得到广大养殖界的认同。随着研究的深入及制作工艺的提高，发挥其优势,很好地解决目前生产和应用中的问题，微生态制剂作为一种绿色安全的饲料添加剂必将在反刍动物生产中得到越来越广泛的应用。