植物提取物对奶牛免疫机能及产奶性能的影响

2017-01-14 18:15许晓凯方洛云蒋林树李艳玲北京农学院动物科学技术学院北京102206
中国草食动物科学 2017年1期
关键词:提取物乳房奶牛

石 宁,许晓凯,方洛云,蒋林树,李艳玲(北京农学院动物科学技术学院,北京 102206)

植物提取物对奶牛免疫机能及产奶性能的影响

石 宁,许晓凯,方洛云,蒋林树,李艳玲
(北京农学院动物科学技术学院,北京 102206)

文章综述了近几年关于植物提取物在奶牛免疫机能及产奶性能方面的研究报道。利用植物提取物的抗菌、抗病毒、抗炎症、抗氧化性能,挖掘植物提取物在奶牛应用方面的潜能,通过植物提取物活性成分之间的协同作用,达到改善调控奶牛免疫机能及产奶性能的效果,促进奶牛健康生长的同时提高乳品品质。

植物提取物;奶牛;免疫机能;产奶性能

植物提取物是指一类来源于植物的具有一种或多种生物学功能的物质,添加在饲料中具有提高畜禽生产性能、改善畜产品品质、增强免疫力、预防动物某些疾病、促进动物健康等多种作用。在当前对畜产品安全高度关注和实现畜牧业可持续发展的背景下,植物提取物以其安全高效、无残留、不产生抗药性等优势,在畜禽饲料中被广泛应用,成为一种新型抗生素替代品[1]。

1 植物提取物

1.1 植物提取物的概述

植物提取物是以植物为原料,按照对提取终产物用途的需要,经过物理、化学提取分离过程,定向获取和浓集植物中的某一种或多种有效成分,不改变其有效成分结构而形成的产品。其含量相对稳定、成分明确、可测定,对动物和人类无毒副作用。植物提取物主要由少量植物的组成成分及其代谢产生的次级产物组成。植物中的次生代谢物在食品和哺乳动物代谢中都有积极的有益作用。目前,植物提取物的产品概念比较宽泛。按照提取植物的成分不同,形成甙、酸、多酚、多糖、萜类、黄酮、生物碱等;按照最终产品的性状不同,可分为植物油、浸膏、粉、晶状体等。

1.2 植物提取物分类

1.2.1 生物碱 生物碱(alkaloid)是一类复杂的含氮有机化合物,具有特殊的生理活性和医疗效果。如麻黄中含有治疗哮喘的麻黄碱、莨菪中含有解痉镇痛作用的莨菪碱等。

1.2.2 皂苷 皂苷(saponin)又称配糖体,主要是植物产生的次生物质,一些低等海洋动物和细菌也可产生[2]。“皂苷”一词由英文名saponin意译而来,英文名则源于拉丁语的sapo。意为肥皂。它是一种高分子量的糖苷,是以三萜或甾体类的糖苷配基(皂苷元)与糖链相连而成,这些皂苷元含有一个或更多的C-C键[2]。皂苷存在于植物的多个部位,例如根、块茎、表皮、叶、种子和果实。

1.2.3 植物挥发油 又称植物精油(essentialoil,EO),是具有香气和挥发性的油状液体,由多种化合物组成的混合物,具有生理活性,在医疗上有多方面的作用,药用植物中挥发油含量较为丰富的有侧柏、厚朴、辛夷、樟树、川芎、肉桂、吴茱萸、白芷、当归、薄荷等。

1.2.4 单宁 单宁(鞣质)是英文tannins的译名,又称单宁酸、鞣质。单宁广泛分布于具有营养价值的饲用树、灌木、豆科植物和粮食作物中,而单宁的存在往往限制它们在饲料方面的大量使用。按化学结构的不同,单宁可分为两类:一是可水解单宁;二是缩合单宁。植物单宁主要存在于植物体的皮、根、叶、壳和果肉中,浓缩丹宁在世界许多植物中都有发现。

1.2.5 其他成分 如糖类、氨基酸、蛋白质、酶、有机酸、油脂、蜡、树脂、色素、无机物等,各具有特殊的生理功能,其中很多是临床上的重要药物。

1.3 植物提取物的主要生物活性作用

1.3.1 抗菌抗病毒 在植物提取物的抗菌作用中,研究最多的是植物精油,植物精油的很多成分如香芹酚、百里香酚、丁子香酚、紫苏醛、肉桂醛和肉桂酸等均具有抗菌作用。

1.3.2 抗氧化性 植物中含有的多酚类化合物均具有抗氧化作用,多种水果、蔬菜、牧草饲料作物提取物中都含有不同种类和数量的多酚类。多酚类化合物种类众多,包括羟基苯甲酸、羟基肉桂酸、花青素、木脂素、黄酮醇、黄酮等。

1.3.3 增强免疫力 天然植物提取物中的免疫有效活性成分主要有多糖、皂甙、生物碱、精油和有机酸等。植物提取物的免疫调节作用是多方面的,其不仅与各种免疫细胞有关,还与细胞因子的产生和活性密切相关,同时天然植物饲料添加剂对免疫系统的影响往往受机体因素及用药剂量的影响,呈双向调节作用,这是植物提取物免疫机理的复杂之处[3-5]。

2 植物提取物对奶牛免疫机能及健康的影响

2.1 植物提取物对奶牛血液生化指标的影响

天然植物提取物中的免疫活性成分具有改善血液生化指标,增强抗病能力的作用。奶牛血液中的白蛋白(ALB)与球蛋白(GLOB)的比值可以很直观地反映机体免疫系统状态。李晓翠[6]通过在奶牛全混合日粮中添加葎草提取物(SHE)的研究结果表明,给荷斯坦奶牛饲喂60 g/L的葎草提取物,奶牛血液中的白蛋白、球蛋白均低于对照组,且试验组白蛋白与球蛋白的比值均低于对照组。比值降低说明更多的球蛋白合成用于提高机体免疫机能。由此可以说明,葎草提取物具有改善荷斯坦奶牛血液生化指标的能力。血糖是奶牛机体主要的供能物质,其含量体现了奶牛机体能量代谢水平的高低,并影响体内氨基酸、蛋白质和微量元素的摄取。当血糖含量长期低于正常水平时,机体通过激素的调节来动员贮存脂肪中的脂肪酸和甘油,进而引发酮血症[7]。刘杨等[8]的试验结果表明,在泌乳中期奶牛饲粮中添加不同剂量的(低、中、高)王不留行提取物,奶牛血液中血糖含量有升高趋势,说明王不留行提取物具有促进肠道对血液中葡萄糖的吸收、增强奶牛能量代谢水平、降低动物机体发病率的潜力。

血液中的尿素氮(BUN)可以较准确地反映动物体内蛋白质代谢的氨基酸之间的平衡状况,氨基酸平衡良好时血液中尿素氮浓度下降,反之则上升。李晓翠[6]的研究结果表明,添加葎草提取物的试验组(60 g/L)与对照组比较,奶牛血液中尿素氮含量有降低趋势,进一步说明葎草提取物提高了奶牛对蛋白质的合成代谢,从而促进了奶牛对营养物质的吸收。一般来说,尿素氮、胆固醇和甘油三酯是检测动物机体蛋白质代谢和血脂水平的常用指标。尿素氮、胆固醇和甘油三酯含量的异常是泌乳期奶牛营养代谢性疾病发病的前期表现。徐怀南等[9]在研究中发现,奶牛体内氨的积累能够造成尿素氮水平的提高及蛋白质的浪费,影响产奶量的提高。Jorritsma等[10]研究发现,当过量的脂质以甘油三酯的形式储存在肝细胞内时,明显增加了脂肪肝的发病率。刘杨等[8]试验结果显示,全混合日粮中添加王不留行提取物能使奶牛体内尿素氮和甘油三酯的含量降低,这表明王不留行提取物可提高奶牛机体蛋白质的利用率,促进体内脂类的代谢[11]。彭春雨等[12]在奶牛日粮中按头均0.16 g的量添加植物蜕皮甾酮(PEDS)可以降低血液胆固醇含量,表明植物蜕皮甾酮具有一定的降低血液胆固醇的功能。除了植物蜕皮甾酮对奶牛血浆胆固醇有显著影响,茶皂素(TSPE)及植物蜕皮甾酮对奶牛其他各项血液生化指标均无显著影响。

2.2 植物提取物对奶牛免疫指标的影响

植物提取物中的免疫活性成分对奶牛免疫指标的影响主要表现在对血液中的一些免疫球蛋白含量的改变。例如IgA、IgG、IgM,而IgA、IgG、IgM是反映动物机体免疫水平的重要免疫球蛋白。刘杨等[8]的研究结果表明,奶牛日粮中添加3个剂量组(低、中、高)王不留行提取物对泌乳中期奶牛血清中IgA、IgG和IgM含量均无显著影响,但其中IgA、IgG含量有升高趋势,说明王不留行提取物在一定程度上可改善奶牛机体免疫功能,但作用不显著。冯志华[13]在奶牛全混合日粮中添加蒺藜科植物中提取的蒺藜皂苷(GSTT),添加量为10 g时可显著提高奶牛血清IgG、IgM的含量,并具有提高血清IgA的趋势;在该试验研究基础上增加添加量,当日粮中的皂苷添加量达到30 g时,对奶牛机体免疫功能具有一定的改善作用。植物提取物中的活性成分也可能对血液中的其他免疫指标有影响,而其他免疫指标也是提高动物免疫的重要组成部分。周博文[14]在犊牛饮用的常乳中添加蒲公英粗提物对犊牛血液指标(IL-4、IL-6、IL-10、IgA、IgG、IgM、IFN-γ)均有显著影响,但对犊牛的生长性能无影响,说明添加蒲公英粗提物可在一定程度上增强犊牛的免疫力。冯志华[13]在奶牛日粮中添加蒺藜科植物中提取的蒺藜皂苷,添加量为10 g时,对奶牛血清IL-2和TNF-a含量均无显著影响。葎草乙醇浸出液对革兰氏阴性菌有明显的抑制作用,这是葎草应用于日粮中能减少腹泻发病的主要原因。李晓翠的试验结果显示,犊牛日粮中添加(16 g)葎草提取物对犊牛血浆中IgA、IgG、T3、T4的含量都有提高。由此可知,葎草提取物具有减少犊牛腹泻、促进生长和增强免疫力的作用。尽管效果与添加剂量存在一定的差异,但其作用机理有待进一步研究。郑立等[15]试验表明,给犊牛饲喂葎草活性制剂能明显提高血浆中IgA、IgG、T3、T4水平,结果可能是T3、T4参与了葎草活性制剂对犊牛免疫的调节过程,可以提高犊牛的免疫能力。

2.3 植物提取物对奶牛健康的影响

夏季高温会使奶牛处于应激状态,增加乳房炎和腹泻的发病机率[16]。我国奶牛的隐性乳房炎发病率目前仍然较高。高桂生等[17]对我国冀东地区的奶牛隐性乳房炎发病率进行了流行病学调查,发现隐性乳房炎发病率高达60.63%(619/1 021)。体细胞数(somatic cellcount,SCC)与奶牛乳房的健康状况密切相关,经常作为检测奶牛乳房炎的一个重要指标[18]。郭秀兰等[19]研究表明,体细胞数与产奶量损失呈正相关关系。有报道称,红岩草提取物对奶牛隐性乳房炎的治疗具有积极作用。刘延鑫等[20]试验期间给奶牛每天灌服200mL浓度为1 g/mL的红岩草提取物,试验第7天时,与试验前相比,试验组奶牛体细胞数下降了40.89%,显著低于对照组(P<0.05),并且有10头试验牛体细胞数低于50万个/mL,治愈率55.56%;在试验第14天,与试验前比较体细胞数下降了59.05%,极显著低于对照组(P<0.01),有15头奶牛体细胞数低于50万个/mL,治愈率83.33%。此外,在试验前、试验第7天和第14天,对照组奶牛的体细胞数差异不显著(P>0.05),但在试验第14天,对照组有1头奶牛测定的体细胞数低于50万个/mL,属于自愈;试验组第7天和第14天的牛乳体细胞数与试验前比较均显著下降(P<0.05)。由此表明,红岩草提取物对奶牛隐性乳房炎的治疗具有积极作用。姚橹等[21]给隐性乳房炎奶牛灌服杜仲提取物后与对照组比较发现,奶牛隐形乳房炎症得到缓解,采食量和营养摄入得到提高,进而促进了奶牛健康。远立国[22]的试验结果显示,添加剂Ⅰ组(牛至油25mg/kg,黄霉素8mg/kg剂量添加)在防治奶牛隐性乳房炎方面效果显著。叶文初等[23]从患乳房炎的奶牛中采取奶样,分离与鉴定致奶牛乳房炎的病原菌,用于苦豆草提取物体外抑菌试验,结果表明,苦豆草提取物在体外具有明显的抑菌作用。

腹泻病是影响动物健康及生产性能的一大杀手,严重影响养殖户的经济利益。陈昊等[24]进行了牛至精油对荷斯坦奶牛腹泻发病率和乳房炎影响的研究。结果显示,试验期内试验组奶牛的腹泻率和乳房炎发病率一直低于对照组,并且随着试验的进行,这两项指标均有下降趋势。相比之下,对照组奶牛的腹泻率和单个乳区乳房炎发病率一直高于试验组,而且有差距增大的趋势。由此得知,在奶牛全混合日粮中添加牛至精油可以抑制奶牛体内病原微生物的繁殖,改善奶牛健康状况。

3 植物提取物对奶牛产奶性能的影响

3.1 植物提取物对奶牛产奶量的影响

奶牛日粮中添加植物提取物,对奶牛产奶量会产生一定的影响。陈会良等[25]通过在奶牛精料中添加牛至油的研究发现,在每千克奶牛精料中添加15 g(纯度为10%)的牛至油时,试验组奶牛乳脂率比对照组提高7.57%,产奶量和乳蛋白率也均有上升趋势。远立国等[26]对产犊1周后的荷斯坦泌乳奶牛(约600 kg)饲喂牛至油加黄霉素(添加剂Ⅰ)和牛至油加莫能菌素(添加剂Ⅱ)的日粮,通过60 d的饲喂,与空白对照组相比,添加剂Ⅰ组和添加剂Ⅱ组每头奶牛每天的平均产乳量分别提高2.73 kg和1.91 kg。有试验证明,饲喂大蒜素可以使奶牛产奶量显著提高[27],但也有试验证明大蒜素对奶牛产奶量无影响[28]。刘敏[29]研究发现,在饲喂大蒜素30 d后,试验组产奶量增长幅度比对照组大(P<0.05),60 d到90 d时产奶量反而有所下降。可能是大蒜素增强机体免疫,降低体细胞数,导致产奶量出现升高趋势;也可能是大蒜素的特有香味可以增强奶牛食欲,增加采食量,从而增加产奶量。郭福存等[30]用沙棘叶和沙棘果肉渣提取物作为饲料添加剂饲喂奶山羊,结果使奶山羊的产奶量提高了3.82%~6.88%,而乳汁成分和食用价值与常奶相同。

植物提取物中的某些活性成分可作用于乳腺的雌激素受体,表现出雌激素一样的生物效应,也会影响奶牛的泌乳性能。由于牛、羊体内类固醇雌激素循环水平较低,很容易出现雌激素效应,从而刺激乳腺的发育和泌乳细胞的生成,继而引起产奶能力的提高。有研究表明[31],将低剂量的雌激素添加到奶牛全混合日粮中能促进奶牛泌乳能力。贾若愚[32]研究发现,奶牛日粮中添加竹提取物,其日产奶量较未添加前出现缓慢回升的趋势,说明竹提取物具有维持奶牛较高产奶性能的作用。竹提取物能影响奶牛泌乳能力的机制可能是竹提取物分解的黄酮类物质直接作用于乳腺的雌激素受体,表现出雌激素一样的生物效应。另外,生长激素和催乳素不仅对动物的乳腺发育和分化起着重要作用,而且是动物泌乳启动和维持必不可少的激素[33]。桑圣民等[34]研究发现,中、高剂量组王不留行提取物可显著增加奶牛血清中催乳素和生长激素含量,由此推测,中草药王不留行提取物可能促进奶牛泌乳,这与Shi等[35]研究结果一致。

3.2 植物提取物对奶牛乳成分的影响

植物提取物对奶牛乳成分也具有一定的影响作用,但不同的研究者其研究结果并不相同。田丽新[36]研究发现,全混合日粮中添加丝兰提取物(YE)饲喂奶牛可提高乳脂率、乳蛋白率和乳总固形物的含量,降低了乳中乳尿素氮和体细胞数,说明丝兰提取物能够影响奶牛的乳成分,提高乳品品质。刘敏[29]的研究表明,大蒜素饲喂绵羊后其乳中乳脂率的变化差异不显著(P>0.05),但在饲喂大蒜素30 d后,试验组乳脂率的增加量高于对照组,乳糖率在整个试验过程中无显著差异,这与金萍等[37]和黄玉德等[38]用大蒜素饲喂奶牛的结果一致。姚橹等[21]给隐性乳房炎奶牛灌服杜仲提取物后,乳脂率有升高趋势,在第12天时两组奶牛乳脂率发生显著变化(P<0.05);乳蛋白率明显降低,第9天和第12天时两组发生极显著变化(P<0.01);乳糖率在第12天时也发生显著变化(P<0.05);但非脂乳固体几乎没有变化。由此认为,杜仲提取物能够影响乳成分,具有降低乳蛋白率、提高乳脂率和乳糖率的作用。刘敏[29]在全混合日粮中添加大蒜素饲喂奶牛60 d后,乳蛋白率显著提高(P<0.05)。作者认为可能是由于大蒜素影响机体蛋白质的合成代谢和分解代谢,提高了奶牛机体蛋白的代谢效率,从而使得乳蛋白含量升高。彭春雨等[12]在全混合日粮中添加茶皂素(TSPE)和植物蜕皮甾酮(PEDS)饲喂奶牛,与对照组相比,饲喂茶皂素或植物蜕皮甾酮对乳脂率、乳蛋白、乳糖和全乳干物质等乳成分均无显著影响,但较对照组均显著降低了体细胞数。

4 小结

植物提取物作为新型的饲用产品具有抗菌、抗氧化、增强动物机体免疫力等作用,在动物生产中有着广阔的应用前景,但广大科研工作者在植物提取物对动物免疫及健康应用方面的研究还很局限,有着巨大的研究空间。今后植物提取物产业化的研究与发展不应仅仅局限于某一领域或某一方向,应走多学科、多方向、多途径开发的道路,挖掘其在动物免疫调节和促进动物健康方面中的应用潜力。在动物免疫调节及促进动物健康方面应加大研究力度,开辟出一条植物提取物利用新途径。总之,植物提取物是一个富有潜力的生物资源,随着各种分离和检测技术的不断进步,植物提取物的组分、结构和功能日趋明朗化,植物提取物必将会在动物免疫及健康应用方面具有更大的开发空间。

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Effects of Plant Extracts on Immune Function and Milk Production in Dairy Cow

Shi Ning, Xu Xiaokai,Li Yanling,et al
(College ofAnimal Science and Technology, BeijingUniversity ofAgriculture ,Beijing 102206,China)

Many plant extracts have affects on animal metabolism,such as antibacterial, antiviral, anti- inflammatory, antioxidant effects.In this paper,the research reports about plant extracts on immune function and milk production of dairy cowwere reviewed.

plant extract;dairy cow;immune function;milk production

S823.5

A

2095-3887(2017)01-0050-05

10.3969/j.issn.2095-3887.2017.01.016

2016-11-29

北京农学院奶牛营养学北京市重点实验室开放课题(kf2016042);国家自然科学基金(31302000)

石宁(1987-),男,硕士研究生。

李艳玲,女,副教授,博士后,硕士生导师。

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