植物及其提取物在反刍动物上的应用

■刘大森 王 蕾 孙瑞涛 梁自超

（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030）

我国畜牧业集约化和自动化程度不断提高，动物营养研究不断深入，饲料添加剂行业更是蒸蒸日上。然而，化学合成药物、激素和抗生素等一系列饲料添加剂滥用的恶果已经出现。苏丹红和瘦肉精事件轰动整个饲料行业，给饲料行业带来致命伤害；耐药微生物菌株产生；动物产品中药物残留对人类身体健康的不良影响引起人们广泛关注。因此，高效、无毒、无害、无药物残留的饲料添加剂已然成为国内外学者研究的重中之重。目前许多研究已证实中草药及植物提取物具有天然、高效、无毒副作用的特性，可以改善并调控反刍动物的瘤胃发酵模式、提高饲料蛋白利用率和生长繁殖性能、提高采食量和消化率、降低甲烷排放量、减少营养应激（如瘤胃胀气），改善动物健康，从而成为替代抗生素的天然饲料添加剂[1-2]。本文针对中草药以及植物提取物的活性成分和功能探究其对反刍动物的瘤胃发酵调控模式和生长繁殖的影响。

1 定义

1.1 植物提取物

植物提取物是通过物理、化学或者生物学的手段从植物中提取的有效活性成分，其含量相对稳定、成分明确，且在畜产品中无药物残留，对动物和人类健康无毒害作用，可作为替代抗生素的天然、绿色、无公害的饲料添加剂。

1.2 中草药

中草药是具有某些药用功能的植物，在我国有悠久的应用历史。近年来，有一些在反刍动物上应用的研究报道。中草药饲料添加剂是一种运用中草药的四气五味和中兽医理论，将中草药经过一系列加工炮制后，添加到动物日粮中，以此提高动物的生产性能、防病保健、改善动物产品质量和改善饲料品质。四气五味中的四气（又称四性）是指药性的阴、阳、寒、凉、温、热，五味指药物的酸、苦、甘、辛、咸[3]。中兽医理论最基本的就是辨证论治和整体观念，以阴阳为总纲，利用中药的四气五味，根据八纲、六经、归经、三焦等辩证，使动物达到阴阳平衡的目的。

2 中草药饲料添加剂在反刍动物上的应用

中草药饲料添加剂之所以能提高动物的生产性能、提高机体免疫力、提高饲料的利用率以及抗菌抗癌，主要原因是中草药中含有大量的生物活性物质：免疫活性物质多糖；抗菌抗癌作用的皂苷、生物碱和单宁；提高免疫力的有机酸；一些黄酮类、植物甾醇、挥发油、萜类和香豆素及一些杂环衍生物等活性成分。

2.1 提高反刍动物的生产性能

饲料中添加中草药可以促进动物的生长发育，中草药中含有的蛋白质、氨基酸、脂肪、糖、淀粉、维生素等各种营养物质以及多糖、有机酸、皂苷和生物碱等活性物质，作为饲料添加剂可以改善营养成分和结构比例，提高饲料的转化率，从而提高饲料的利用率，继而提高奶和肉产量。中草药饲料添加剂大多是复方制剂，通过配伍禁忌制成。Wang等[4]研究表明，饲喂20 g/kgDM饲粮中草药混合物不仅显著提高了牛平均日增重，而且提高了真胃消化酶活性和血清抗氧化指标。马明智[5]在探究育肥羊增重效果试验中，添加不同剂量的以黄芪、神曲、山楂、大黄和陈皮等为主的复合中草药添加剂，结果发现日均添加量与日均增重量成正比。河西肉牛生产性能研究的结果表明，中草药显著提高肉牛的日增重和屠宰率；就屠宰后、排酸前牛肉及肝脏的酸碱度、以及牛肉、肝脏及心脏失水率和熟肉率等指标虽无显著影响，但表现出中草药饲料添加剂对牛肉及其产品食用品质趋于正面影响[6]。董占莲[7]制成以大黄、山楂、黄芪、首乌、内金等10味中草药组成的中草药饲料添加剂，给试验组牦牛分别饲喂50、70、90 g/(头·d)和110 g/(头·d)，结果试验组牦牛增重依次提高20%、37.5%、35%和37.5%，同时料重比分别减少16.53、27.2、25.87、27.2个百分点。这说明中草药添加剂可以提高肉羊的消化吸收能力，增强机体的新陈代谢功能，提高饲料转化效率，促进育肥羊快速增重。另外，中草药饲料添加剂不仅能促进反刍动物的快速增重而且还能提高其繁殖性能。例如，孙亚波等[8]用所配的复方中草药添加剂（淫羊藿、肉苁蓉、菟丝子、枸杞子、黄芪和巴戟天）显著增加了辽宁绒山羊的射精量、提高精子密度和顶体完整率，降低了精子的畸形率和美兰褪色时间。对于较高采精强度下的种公羊，饲喂10 g/d的剂量即可以改善精液品质并提高其生产性能。治疗母羊不孕症的试验结果表明中草药方剂可以治疗母羊的不孕症，提高患病母羊的受胎率，提高动物的生产性能和生产效益[9]。

2.2 提高反刍动物的抗应激能力

应激反应是指机体受到体外各种强烈因素（即应激原）刺激时，所出现的交感神经兴奋和垂体—肾上腺皮质分泌增多为主的一系列神经内分泌反应，以及由此而引起的各种机能和代谢的改变。任何对动物机体或情绪的刺激，只要达到一定的强度都可以成为应激原，以威胁动物的健康，一般在养殖过程中会遇到很多应激因素，比如气候（过冷、过热）、有毒有害气体以及惊吓等环境因素、动物营养以及饲养管理因素等。应激反应直接危害动物的生理机能、生产性能以及危害生命，给奶牛业带来极大的经济损失。而很多研究发现，中草药添加剂改善机体体内环境，提高机体抗应激能力，是抗应激的有效措施[10]。中草药添加剂的组方可以改善奶牛热应激期的生产性能。例如，刘海林[11]的研究表明，两个试验组与对照组比较，日产奶量分别提高8.17%和10.32%，4%的标准乳分别提高15.69%（P＜0.05）和13.06%，明显改善了乳成分中乳脂率和干物质的含量。对于一直处于热应激的奶牛添加复合中草药制剂后奶牛的产奶量显著提高，这可能是由于复合中草药制剂对奶牛热应激有较好的缓解作用[12]，能有效清除热应激产生的过量自由基[13]，增强奶牛机体抗氧化功能，进而提高采食量，改善奶牛的产奶性能。刘海林等[14]通过测定热应激期的生产性能、生理和血液生化指标变化，探讨了复方中草药添加剂（青蒿、黄芪、薄荷、藿香、党参、甘草和生石膏）对奶牛热应激的影响及其机理，结果表明，复方中草药添加剂具有缓解奶牛热应激症状、改善机体代谢、调节内分泌和免疫水平的作用。黄芪组方中草药添加剂可通过提高血清T4和皮质醇水平，降低内毒素、HSP70和MDA含量，提高抗氧化酶活力，从而有效地缓解奶牛热应激，减轻热应激对奶牛的危害，提高热应激奶牛的产奶量[15]。

2.3 提高反刍动物的免疫功能

中草药中的有效活性成分多糖和皂苷能够提高机体的免疫力。比如黄芪多糖、枸杞多糖和茯苓多糖有着免疫刺激作用；而黄芪皂苷和人参皂苷均能增强网状内皮系统的巨噬细胞吞噬功能。Liu等[16]提出中草药中的多糖、有机酸、生物碱和精油等活性成分能够提高家畜的免疫机能。李达等[17]在关岭黄牛的基础日粮中添加不同比例的中草药添加剂促进了关岭黄牛的免疫功能，其中以添加5%的比例最佳。其结果归因于中草药添加剂加快机体新陈代谢、刺激机体造血功能、增加红细胞和血红蛋白以及白细胞的数量、提高机体的免疫球蛋白含量。通过测定犊牛的血液生化指标，试验结果发现血清中免疫球蛋白lgG、lgA和矿物质元素Ca水平显著高于对照组，这可能与所选用的中草药复方制剂的原料黄芪能补肾益气、增强机体免疫力，淫羊藿增强细胞免疫力，甘草能调节免疫功能有关[18]。

2.4 防病治病

中草药饲料添加剂是根据中兽医扶正祛邪的原则，抗菌抑菌，改善内分泌，促进新陈代谢，提高机体的免疫机能，达到防病治病的目的。

现已发现的能够防病治病的中草药很多，例如金银花、连翘、大青叶等具有广谱抗菌的功效；板蓝根、射干和金银花具有抗病毒的作用；苦参、白藓皮等具有抗真菌的功效；黄芪、刺五加、当归、党参和茯苓具有免疫增强的功能，可作为免疫增强剂。郭亚男等[19]自制了复方中草药片剂（当归、党参、白芍、枸杞子、黄芪和益母草等11味中草药），试验处理使奶牛产后胎衣不下的发生率降低了75%、乳房炎发病率下降33.3%。证明自制复方中草药片剂促进产后奶牛机能的恢复，对奶牛产后疾病的防治和保健起到了很好的疗效。另有报道表明，金银花、蒲公英、黄芩、紫花地丁、瓜蒌、鱼腥草对引起奶牛乳房炎的金黄色葡萄球菌、无乳链球菌、大肠杆菌都有较强的抑菌作用[20]。这表明中草药饲料添加剂在疾病防御方面具有显著的作用，而在治疗奶牛乳房炎方面也有更好的效果。例如，严小东等[21]选取患乳房炎的荷斯坦奶牛100头，随机分对照组和试验组，试验组采用中草药进行饲喂治疗，试验结果表明，试验组的痊愈、有效、无效和复发的指标均优于对照组，乳房炎的治愈率为66.00%，总有效率达到98.00%，复发率为4.00%（P＜0.05），说明中草药成分对于奶牛乳房炎的治疗具有显著的效果。姚燕等[22]的中草药防治奶牛乳房炎研究中，单味中药抑菌效果不同，可能是药物有效成分的结构和特性不同所导致。例如，马齿苋、鱼腥草、蒲公英有较好的抑菌作用，而板蓝根、金银花、黄柏的抑菌作用较差。在随后的研究试验中，结果是含有马齿苋、鱼腥草、蒲公英对奶牛乳房炎的临床治愈效果最好，然而含有三种中药的两两组合治疗效果次之，表明对于抑菌作用较强的三味单味中药联合使用，能更好地治疗奶牛乳房炎。

2.5 诱导反刍动物采食

中草药饲料添加剂是一种很好的增食剂。首先，中草药本身含有特殊的气味，具有很好的诱导和增进采食的作用；其次，中草药还具有健脾开胃、消食导滞、增进食欲和提高消化吸收的能力。例如，山楂就是一种很好的而且常用的助消化、促生长，提高饲料利用率的中草药饲料添加剂。干姜、辣椒含有辣味素，刺激食欲，增加消化液分泌，有助于动物正常的消化吸收。

3 植物提取物在反刍动物上的应用

依据化学结构，植物提取物分为皂角苷、单宁和植物精油3类。其活性物质与中草药饲料添加剂大同小异。由于植物提取物含有的这些活性成分使得其具有抗菌、抗氧化、促生长、提高免疫力、调控瘤胃发酵模式、提高蛋白利用效率和减少甲烷排放的功能[23]。

3.1 提高采食量和消化率

动物的采食量和消化率直接关系到动物摄入体内营养物质的数量及被利用的效率，进而影响动物的生产性能[24]。在生产实践中，为了提高动物的采食量和消化率，在动物日粮中添加天然的饲料添加剂已受到养殖户的青睐。而中草药饲料添加剂和植物提取物就是能替代抗生素的，无药物残留的天然饲料添加剂，并且很多研究显示，植物提取物能够提高反刍动物的采食量和消化率。

Salema等[25]将垂柳和银百合的提取物以30 ml/d的剂量添加到羔羊的全混合日粮中，研究其对DM、OM采食量及消化率的影响。结果表明，与对照组相比，3期试验后(每期21 d)垂柳添加组的DM、OM的平均日采食量和消化率显著提高(P＜0.05)；同时，粗蛋白质和粗脂肪的采食量和消化率也显著提高(P＜0.05)。植物提取物的添加改善了饲粮的适口性，改变了瘤胃微生物菌群，使得微生物数量增多，改善了其发酵类型从而提高了动物的采食量和消化率。Kruegera等[26]研究发现，将一种商品植物添加剂（洋蓟素和葫芦巴的提取物）添加到高精料的荷斯坦奶牛的饲粮中，采食量有所提高，但未达到显著水平(P＞0.05)。研究者认为，造成采食量变化不显著的原因可能是饲料类型或者饲养环境的不同。

3.2 提高蛋白质利用效率

反刍动物摄入饲粮中的蛋白质，一部分在瘤胃中被微生物降解并用于合成微生物蛋白，另一部分瘤胃内未降解蛋白质和微生物蛋白进入小肠被消化、吸收和利用。瘤胃微生物的降解使得大量优质蛋白质损失，因此，合理瘤胃调控可以降低饲料蛋白质的瘤胃降解率，成为提高饲料蛋白质利用率的途径之一，大量研究证实，植物提取物可通过提高过瘤胃蛋白的数量来提高饲料蛋白的利用率。

植物提取物可与蛋白质结合形成不易被瘤胃降解的复合物，从而提高过瘤胃蛋白的数量。单宁是一种天然的过瘤胃蛋白保护剂，提高过瘤胃蛋白含量，也可提高氮利用率，降低氮的排放量[27]。在pH值为5～7的瘤胃环境内，单宁与饲料蛋白质结合形成稳定的复合物，不易被瘤胃微生物降解，当复合物流经真胃（pH值2.5）和小肠（pH值8～9）时蛋白质与单宁分离，被胃蛋白酶和胰蛋白酶分解成容易被机体吸收的小分子物质，起到过瘤胃保护的作用。

植物提取物可通过抑制原虫或与蛋白降解有关的微生物的生长，从而减少蛋白质在瘤胃中的降解,原虫主要是通过吞噬细菌获得生存所需的氮源，因此降低原虫的数量能够使细菌数相对增加，促进发酵从而为反刍动物提供更多的微生物蛋白，提高饲料蛋白的利用效率[28]。植物提取物还可增加瘤胃微生物对氨态氮的利用率提高微生物蛋白的合成效率，Jolazadeh等[29]在豆粕型日粮中添加从开心果提取的缩合单宁，结果降低了瘤胃原虫总量，降低了饲料蛋白在瘤胃内的降解。Alexander等[30]将辣木籽(皂苷含量40.9 g/kg DM)以2 mg/ml添加到白三叶底物中进行体外发酵，经24 h发酵后，氨态氮浓度降低了13.6%，同时微生物蛋白质合成量提高了44%。氨态氮浓度降低的原因可能是瘤胃微生物提高了对氨态氮的摄取和利用。

3.3 降低甲烷排放量

甲烷是温室气体的重要组成部分，每年大部分的甲烷都是由反刍动物排放的，而排放过程中也会造成反刍动物碳水化合物和氨基酸损失大量能量，降低饲料利用率，因此对于降低反刍动物的甲烷排放量已引起国内外学者的关注。Bueno等[31]试验结果表明，缩合单宁可通过抑制整个发酵过程来降低甲烷产量，并且得出结论，认为大反刍家畜的这种效应比小反刍家畜更明显。Saminathan等[32]也在试验中发现，在不影响干物质采食量的情况下，给反刍动物饲喂从新银合欢杂交种中提取的不同分子质量的缩合单宁均会降低甲烷产量，并且分子质量越大，影响越显著。金恩望等[33]试验证明，肉桂油降低甲烷体积分数的程度与添加的剂量呈正相关。营养生长期与孕蕾期的胡枝子含有大量单宁并对瘤胃发酵有明显的调节作用，且能有效减少瘤胃发酵甲烷的排放量[34]。李占明等[35]试验研究表明，8月份收获的山野豌豆能很好地调节瘤胃体外发酵过程，显著降低甲烷的排放量（P＜0.05），提高饲料的利用效率。

3.4 改善畜产品品质

随着人们对生活水平的提高，使得人们更多地关注畜产品的品质要求，而化学添加剂尤其是防腐剂的使用不仅增加了生产成本，而且影响肉质的风味。目前，植物提取物作为一种天然的饲料添加剂已被广泛用于改善畜产品的品质。

Rituparna等[36]将椰菜粉提取物以不同比例添加到羊肉中研究其对肉质的影响，试验结果显示，试验组的羔羊肉pH值降低的速度显著低于对照组（P＜0.05），说明提取物有抑制肌糖原降解的作用，硫代巴比妥酸反应物含量也显著低于对照组（P＜0.05）。在贮存销售条件下，植物提取物也具有改善肉品质的作用。Sancho等[37]将迷迭香提取物以600 mg/kg的剂量添加到新生羔羊饲粮中，研究了在贮存条件下（70%O2，30%CO2，温度2 ℃；光照1 600 lx）迷迭香对羔羊肉品质的影响。结果表明，经21 d储存后，添加组的硫代巴比妥酸反应物显著低于对照组（P＜0.05）；嗜寒性细菌总数显著低于对照组（P＜0.05）；虽然pH值没有显著差异，但添加组pH值较对照组稳定。

3.5 调控瘤胃发酵模式

瘤胃调控是反刍动物营养调控的重要手段，通过瘤胃调控的方法可以提高反刍动物的饲料利用率、提高动物的生产性能、减少甲烷排放。而植物提取物就是天然的、无药物残留的可以代替抗生素使用的饲料添加剂。

茶皂素在奶牛瘤胃发酵调控的研究中发现，茶皂素不仅显著降低了瘤胃pH值、氨态氮浓度（P＜0.05），但均未超过正常范围值，而且显著提高了微生物蛋白产量、丙酸浓度和丁酸浓度（P＜0.05），特别是30 g/d茶皂素组的微生物蛋白产量提高了20.2%，但对挥发性脂肪酸总含量和乙酸浓度的影响不显著（P＞0.05）[38]。Ramirez-Restrepo等[39]研究发现，在牛日粮中添加茶皂素可以提高丁酸浓度，降低乙酸与丁酸比值，并且改变瘤胃微生物群落。邱清华[40]在研究缩合单宁对反刍动物瘤胃发酵影响中指出，缩合单宁可通过改变瘤胃pH值、微生物区系结构等影响反刍动物瘤胃的发酵。Hamidreza等[41]在试验中发现，植物提取物显著减少了乙酸的浓度，增加了丙酸的含量（P＜0.05），但对总的挥发性脂肪酸没有影响。

4 植物及其提取物在畜牧业中存在的主要问题

虽然植物及其提取物凭借其独特的优势已广泛应用于反刍动物的生产研究，但是植物中有效成分的提取工艺复杂，成本较高，因此，难以大规模的合成及应用；同时，其原料质量、添加配方以及检测方法也需要严格制定标准以保证使用安全[42]。其次，植物提取物种类多样，中草药的有效成分复杂，不同成分之间有一定的相互作用，其作用机理还未能完全阐明，特别是对于含有大量微生物的瘤胃厌氧环境，仍需进一步研究。最后植物原料或者中草药本身的毒副作用，以及中草药组方之间的配伍禁忌，可能会对动物产生危害，因此，中草药饲料添加剂以及植物提取物作为饲料添加剂的安全性问题一定要引起重视。