植物提取物对反刍动物瘤胃酸中毒的调控作用

孙劼

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225100）

植物提取物对反刍动物瘤胃酸中毒的调控作用

孙劼

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225100）

随着抗生素应用越来越受到限制，应用植物提取物对反刍动物营养进行调控成为了研究热点。生物碱类、鞣质、皂苷、精油、萜类以及黄酮类等植物提取物具有抑菌、改善瘤胃发酵和预防瘤胃酸中毒等作用，是理想的抗生素替代物。目前在有效植物品种的筛选和植物提取物作用机理、剂量效应等方面的研究取得了较大进展。本文对应用于反刍动物饲料的植物提取物的种类、来源及其在反刍动物营养调控方面的研究进行了综述，提出了当前植物提取物应用中存在的问题，并对其应用前景进行了展望，以期为我国开展植物提取物作为抗生素替代物调控反刍动物瘤胃酸中毒的研究提供参考。

植物提取物；反刍动物；瘤胃酸中毒；调控

我国因缺乏优质粗饲料资源，在奶牛和肉牛生产中大量使用富含淀粉的谷物精饲料，这会造成牛羊生产中瘤胃酸中毒的发病率高达30%～40%。瘤胃酸中毒是制约反刍动物生产的一种营养代谢疾病，可分为急性和亚急性两种。瘤胃酸中毒不仅会影响动物的采食量，还会导致瘤胃微生物区系失衡而使瘤胃对饲料的消化和代谢能力下降，并伴随有拉稀、消化道上皮损伤和炎症、蹄病、肝脏脓肿和乳脂下降综合征等病征（Mutsvangwa，2003；Oetzel，2003；Nocek，1997）。亚急性瘤胃酸中毒较急性酸中毒而言症状不明显，难诊断，因此给养殖业带来了巨大损失。目前诸多养殖场通过在日粮中添加抗生素如莫能菌素、维吉尼亚霉素来防止瘤胃酸中毒，虽然可抑制乳酸菌和牛链球菌的活性，防止pH过度降低，但抗生素的长期使用会破坏动物的生理机能和微生态平衡，引发细菌抗药、耐药性及药物残留等问题，甚至危害食品安全和人类健康。寻找抗生素替代物来改善反刍动物瘤胃发酵迫在眉睫。

植物提取物指一类来源于植物，具有一种或多种生物学功能的物质，其能提高畜禽生产性能、改善畜产品品质、增强免疫力、预防某些动物疾病（Windisch等，2008）。植物中的生物活性物质数量繁多，本文主要对生物碱类、鞣质、皂苷、精油、萜类以及黄酮类化合物对反刍动物瘤胃酸中毒的影响进行综述。

1 植物提取物的分布及对反刍动物瘤胃发酵的影响

1.1 生物碱类生物碱（Alkaloid）是一类基本的植物化学物质，其化学结构通常含有一个作为杂环部分的氮原子。存在于50多个科的植物中，如裸子植物的红豆杉科、松柏科、三尖杉科等植物；单子叶植物的百合科、石蒜科和百部科等植物；双子叶植物的毛茛科、罂粟科、豆科、小檗科、芸香科、龙胆科等植物中。目前应用于饲料行业中的生物碱主要包括甜菜碱、苦参碱、小檗碱、肉碱和胆碱等。

Elsayed等（2016）研究表明，未发生瘤胃酸中毒时添加生物碱PDA（主要活性成分为白屈菜赤碱和血根碱）可提高反刍动物瘤胃内短链脂肪酸浓度，尤其是丙酸、戊酸的浓度，并且可促进粗蛋白质的降解，还可正向调节瘤胃发酵的pH。但以牧草青贮、玉米和干草为发酵底物，研究重度亚急性瘤胃酸中毒过程中瘤胃微生物的丰度和发酵型以及体外植物源生物碱的调控作用，结果显示，发生重度亚急性瘤胃酸中毒时，添加PDA后总细菌数、普雷沃式菌（Prevotella）、产琥珀酸丝状杆菌（F.succinogenes）、白色瘤胃球菌（R.albus）、溶纤维丁酸弧菌（B.fibrisolvens）、嗜淀粉瘤胃杆菌（R. amylophilus）的变化不显著（P＞0.01），对瘤胃内微生物丰度的提高和发酵变量没有明显作用，但可降低脂多糖的浓度（P=0.01）。肖训军等（2007）研究表明，给肉牛饲喂以小麦为发酵底物的毛茛科植物提取物（生物碱类物质），添加植物提取物处理组的小麦粉体外发酵液pH明显提高，TVFA具有增加的趋势，乙酸、丁酸摩尔百分比例升高，而丙酸摩尔比例下降。张元庆等（2007）研究表明，给黄牛饲喂以小麦淀粉为底物的黄连提取物（主要活性成分为盐酸小檗碱），体外动态发酵模式得到明显改变，当添加200～300 mg/L提取物时，小麦粉体外发酵液的pH值以及VFA比例明显提高，乙酸、丁酸摩尔百分比例升高，丙酸摩尔比例下降，但这种改变仅发生在12 h前。

1.2 鞣质鞣质（Tannins）又称为植物单宁，是一类广泛分布于植物体内的复杂多元分类化合物，尤其在种子植物中分布更为广泛，具有涩味和收敛性。裸子植物的松科、柏科，被子植物的蔷薇科、豆科、红树科、杨柳科等含有丰富的鞣质。鞣质也在许多中药材中广泛存在，如芍药、山楂、黄连、麻黄等。

单宁可有效抑制瘤胃中微生物生长，尤其对瘤胃蛋白降解菌的作用更为明显。其可通过与细菌细胞壁及细胞膜形成复合物，导致细胞壁被破坏和胞外酶的分泌，从而达到抑制细菌的效果（贾森等，2015）。体外法对百脉根单宁的研究表明，其能有效抑制牛链球菌（S.bovis）、白色瘤胃球菌（R. albus）、产琥珀酸丝状杆菌（F.succinogenes）、蛋白溶解梭菌（Clostridium proteoclasticum）和溶纤维丁酸弧菌（B.fibrisolvens）的生长及降低蛋白质水解。单宁的种类不同对细菌的影响不同。Jones等（1994）对红豆草单宁的研究表明，红豆草单宁能抑制牛链球菌（S.bovis）、溶纤维丁酸弧菌（B.fibrisolvens）、嗜淀粉瘤胃杆菌（R.amylophilus）等蛋白降解菌的生长，而对栖瘤胃普雷沃氏菌（P.rumiuicola）的影响不大。当日粮中添加单宁含量为30%的朱樱花时，瘤胃球菌（Rumiuococcus spp）及产琥珀酸丝状杆菌（F.succinogenes）等纤维降解菌显著减少，但不影响蛋白降解菌。

单宁可降低瘤胃中甲烷的生成。Carulla等（2005）以苜蓿和三叶草分别为发酵底物，添加黑荆树提取物（主要活性成分为缩合单宁），甲烷产生量与对照组相比平均降低13%。Puchala等（2005）用牛茅草和胡枝子（主要活性成分为缩合单宁）分别替代部分日粮对安哥拉羊进行饲喂，研究显示，与牛茅草组相比，胡枝子组甲烷产生量极显著降低（P＜0.01）。缩合单宁含量不同是造成二者如此大差异的主要原因，牛茅草中含缩合单宁量仅为0.5%，而胡枝子高达17.7%。单宁可能是通过抑制产甲烷菌和原虫的活性，或与纤维形成复合物，降低纤维的降解率，减少可用于合成甲烷的氢气来间接抑制甲烷的生成。

1.3 萜类化合物萜类化合物（Terpenoid）广泛分布于自然界的天然产物中，迄今约有55000多个化合物被发现。可分为单萜、倍半萜、二萜、二倍萜、三萜、四萜和多萜。单萜类主要存在于唇形目、菊目、芸香目、红瑞木目、木兰目中；倍半萜主要存在于木兰目、芸香目、唇形目、牻牛儿目中；二萜主要存在于无患子目、牻牛儿目中；三萜主要存在于毛茛目、石竹目、山茶目、玄参目、报春花目中。

Hutton等（2012、2009）对一系列澳洲植物研究发现，光秃爱沙木提取物可减少反刍动物瘤胃酸中毒过程中酸积累。该物质主要为萜类物质，可在减缓pH下降和乳酸积累的同时不抑制气体产生。进一步研究结果显示，该物质选择性抑制瘤胃中乳酸产生菌的效果明显，对埃氏巨型球菌（M. elsdenii）的最低抑菌浓度（MIC）为10 mg/mL，对乳酸产生菌和其他瘤胃细菌的MIC为1.26 mg/mL。秦韬等（2014、2010）研究青蒿素对瘤胃发酵参数等影响的试验发现，体外培养2 h后，各组瘤胃液pH值均有所降低，但培养24 h时，添加青蒿素的各组pH值有所回升。青蒿素可通过直接抑制原虫，而改变瘤胃内pH，从而稳定瘤胃的内环境。随着青蒿素添加量的增加，培养液中原虫蛋白、原虫数量、NH3-N浓度及产气量均下降，而细菌蛋白上升。其中以添加0.45%水平效果较好。

1.4 精油精油（Essential oils）又称挥发油，是一类具有芳香气味、在常温下能挥发的油状液体的总称，迄今为止已发现3000余种。菊科植物的蒿、苍术、泽兰、木香等，芸香科植物的芸香、花椒、吴须臾等，伞形科植物的小茴香、白芷、当归等，唇形科植物的薄荷、藿香、紫苏等，木兰科植物的五味子、八角茴香、辛荑等，马鞭草科植物的马鞭草、杜荆、蔓荆等，姜科植物的郁金、姜黄、莪术等都富含精油。

精油对瘤胃中细菌的生长有抑制作用。McIntosh等（2003）的研究表明，绝大部分瘤胃中纯培养菌的生长能被浓度小于100 mg/L的精油抑制，其中厌氧消化链球菌（Peptostreptococcus anaerobius）、蛋白溶解梭菌（Clostridium proteoclasticum）、栖瘤胃普雷沃氏菌（P.rumiuicola）对精油的作用最为敏感，牛链球菌（S.bovis）对精油的抗性作用最强。

精油的作用效果与其添加剂量有关。Agarwal等（2009）研究表明，日粮中薄荷精油添加量为0.33 mL/L时，黄色瘤胃球菌（R.flavefaciens）的数量有所增加且不影响挥发性脂肪酸产量，但薄荷精油的添加量大于1 mL/L时，黄色瘤胃球菌数量、瘤胃细菌总数和甲烷产量都减少。Busquet等（2005）研究表明，大蒜精油可通过抑制产甲烷菌间接减少瘤胃中甲烷的生成量，并且其浓度低于1000 mg/L时，并不抑制甲烷短杆菌。

1.5 皂苷化合物皂苷（Saponins）也称皂素或皂甙，主要分为三萜皂苷（Triterpenoidal saponina）和甾基皂苷两类。三萜皂苷比甾基皂苷的种类多，大多三萜皂苷都由30个碳原子组成，目前己发现600多种含三萜皂苷的植物，其中在豆科、葫芦科、五加科、报春花科、伞形花科等植物中存在较普遍。甾基皂苷是一类以C-27甾体化合物与糖链结合的皂苷，目前已发现植物中的甾基皂苷近百种，在单子叶植物中的百合科知母属、丝兰属、龙食兰科、薯蓣科、菝葜科等以及双子叶植物中的茄科、豆科、玄参科等植物中分布较普遍。

茶皂素可抑杀瘤胃原虫。叶均安等（2001）研究结果显示，培养瓶内绝大多数原虫在添加茶皂素后被抑杀，且培养瓶内发酵情况加剧，可能原因是茶皂素间接地增加了细菌的总量。瘤胃内原虫与细菌之间的关系为拮抗，原虫大量减少后，细菌的数量会增加，但死亡原虫分解分泌的酶，也可促进基质分解。皂苷对原虫的抑制作用导致了丙酸产量的显著增加，通过改变瘤胃内产酸模式影响瘤胃发酵。

李国祥等（2008）在研究丝兰提取物对瘤胃发酵参数影响等体外培养试验中发现，随着丝兰提取物丝兰皂苷添加水平的提高，总体pH值变异随时间的推移有变缓的趋势，这在一定程度上有利于瘤胃内微生物区系的平衡和内环境的稳定。另外，培养液中原虫数目、产气量、甲烷产量及NH3-N浓度均有下降的趋势，当添加量为6 mg/g时，可达最低值。

1.6 黄酮类化合物黄酮类化合物（Flavonoids）也称黄碱素，是色原烷或色原酮的衍生物，主要以2-苯基色原酮为母体。黄酮类化合广泛存在于植物界中，属于植物次级代谢产物，目前已发现含有黄酮类和异黄酮类化合物的植物有5000多种，其中以被子植物中的菊科、芸香科、伞形科、玄参科、豆科以及苦苣苔科植物中存在较多。

李世霞等（2008）在研究银杏叶提取物对山羊瘤胃发酵影响等试验中发现，银杏叶提取物中的黄酮类化合物能够极显著提高产琥珀酸丝状杆菌（F.succinogenes）的数量（P＜0.01），显著提高白色瘤胃球菌（R.albus）和黄色瘤胃球菌（R.flavefaciens）的数量（P＜0.05），同时也能提高总挥发性脂肪酸（TVFA）、乙酸、丙酸的浓度，降低瘤胃液内NH3-N浓度和乙丙比（A/P），其最佳添加量为0.50%。郭旭东（2011）在研究黄酮化类合物芦丁对奶牛泌乳性能、瘤胃消化代谢等试验中发现，芦丁能够改善瘤胃微生物生长环境，提高奶牛瘤胃消化代谢能力、瘤胃中乙酸和丙酸的浓度、总挥发性脂肪酸（TVFA）的含量、纤维素降解相关酶的活性和菌体蛋白的浓度，显著降低瘤胃中NH3-N的浓度和pH值（P＜0.05），显著抑制瘤胃原虫数量，降低原虫蛋白含量和蛋白酶活性。

2 植物提取物应用中存在的问题

2.1 提取有效成分的工艺需要规范目前，按照比例提取植物中的活性物质是市场中主要的提取方式。植物中的活性物质多为几种成分的混合物，提取工艺较为复杂，单独提纯阐明结构，成本较大。许多提取工艺都仅限于实验室中，不能形成产业化的生产，还不能大范围的使用。

“营养活性物质组学”理论的提出为植物提取物应用的研究开辟了新思路。卢德勋等（2012）指出应用树脂分离、膜分离等技术对植物提取物进行提取，利用现代色谱技术根据图谱进行分析并确定活性成分，研究各活性成分的组合效应，不仅减少了单一物质研究过程中的成本和工作量问题，还可以减少产品差异对试验结果造成的影响。对植物提取物的研究起到了积极的促进作用。

2.2 作用机理需要深入研究体外模拟瘤胃内环境法是当前植物提取物应用于反刍动物生产中主要的研究方法。其能较为直观地反映出提取物对瘤胃发酵的调控效果，但反刍动物的瘤胃内环境复杂，影响因素多，变化快，体内环境和体外环境存在着较大的差异，已有报道称，动物饲养试验的效果并没有体外试验显著（李德勇等，2012）。目前作用机理的阐明大多是应用细胞生物学技术以及现代分子生物学知识，由于纯品植物提取物较难获得，所以植物提取物对动物体的作用机理还不明确。未来的研究将围绕探索各种植物提取物的生物学功能机制而展开，从细胞和分子水平，阐明其体内作用和影响基因表达的分子通道（甘利平等，2015）。植物提取物在生物学中的分子作用机制将不断完善，植物提取物在生产、开发中的应用也会不断增多。

2.3 植物提取物应用的质量标准需不断完善精油、单宁等植物提取物作用效果与其添加量有关，添加量过低无效果，并且对营养又存在抗性作用，添加量过多动物采食量会降低，影响瘤胃正常发酵。有些植物提取物还需要使用有毒试剂提取，如处理不当，应用于动物体后的安全问题不能得到良好的保证。可通过动物的饲养试验收集大量数据，确定不同植物提取物适宜的添加剂量及提取过程中所用的试剂的残留量，不断完善植物提取物应用质量标准。

3 小结

我国有极为丰富的的植物资源，但目前植物提取物在反刍动物上的应用并不多，筛选并提取可用于改善反刍动物瘤胃发酵的植物提取物，将会使反刍动物瘤胃乳酸中毒问题得到极大的改善。参考文献

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Along with the limitation of using antibiotics，the studies of applying plant extract into ruminant feeding have been paid more attention.Alkaloids，tannins，saponins，essential oils，terpenoids and flavonoids have the functions of antibacterial，improving rumen fermentation and preventing rumen acidosis.They were served as the substitute of antibiotics.At present，the research in screening effective plant species，the mechanism of plant extracts and dose effectshave made great progress.This paper summarized the types and sources of plant extract，as well as the research of manipulation in ruminant nutrition.The problems of plant extract in application were put forward and the expectation of application were prospected，in order to provide references for the research of plant extract as the substitute of antibiotics in rumen acidosis.

plant extract；ruminant animal；rumen acidosis；manipulation

S816.7

A

1004-3314（2017）16-0016-04

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20171604