植物性添加剂对牛的抗菌作用

赵慧敏，王铁岗

（长治职业技术学院，山西长治 046000）

犊牛的高死亡率是全球养殖业面临的一个挑战。在断奶前犊牛5% 的死亡率中，56% 归因于消化问题和呼吸问题。人畜共患病病原体对广谱内酰胺类、氨基糖苷类、碳青霉烯类、氟喹诺酮类等不可或缺的抗生素耐药性越来越强（Zhang 等，2018）。针对抗菌药物耐药现象，抗生素的补充值得重新评价，同时在这个主题中，随着鼓励使用植物次生代谢物或天然植物提取物，犊牛营养对抗生素饲料添加剂的看法也发生了变化。

植物次生代谢物属于抗性物质，能让植物获得异常的免疫力。最早关于次生代谢物的研究来自于50 年代美国农场的一课榆树，在当地农场一种植物真菌疫病蔓延，方圆几十公里的榆树无一存活，只有一颗栓牛铁圈深深地嵌入树身的榆木幸免于难。随后科学家的研究发现，正是这个随着榆树生长而慢慢嵌进树身的铁圈让榆树获得了非凡的免疫力。历经20 多年的研究发现了次生代谢物的原理，即植物生长在胁迫环境下能开启次生代谢。此外，它们还能适应不利的环境条件。在自然界中，这些植物次生代谢物为防止和抵抗病虫害发挥重要作用（Miguel，2010）。因为其免疫力强，可以作为犊牛的抗营养因子。但很少有研究表明，当使用适当的水平时，其中一些植物次生代谢物会对宿主新陈代谢和生产性能产生有益的影响。在成年反刍动物中有关草药研究的结果不能应用于犊牛，因为较年轻的犊牛，特别是那些以代乳品饲喂的犊牛，由于瘤胃发育不完全或无功能，表现为单胃动物的功能。除了抗菌作用外，补充植物提取物或次生代谢产物可能会给质量差或食欲低下的犊牛饲料带来风味，这可能会进一步提高犊牛采食量和生长性能。因此，本综述旨在探讨植物源抗菌成分、植物次生代谢物或植物提取物的研究进展。

1 应用于犊牛饲料中的植物次生代谢物

1.1 萜烯萜烯类化合物生理活性强，抗炎能力较强，对于维持生物健康的作用较大。萜烯类化合物对多种微生物、真菌甚至包膜病毒都表现出致死或细胞毒活性，它们增加了细胞膜的通透性和流动性，进一步导致代谢物和离子外流，甚至是微生物死亡（Wink，2015）。

1.1.1 单萜、倍半萜、二萜 以萜烯为基础的精油通常用作天然驱虫剂、香水、植物药和芳香治疗剂，是全球公认的抗菌饲料添加剂。这些精油更常用作增味剂或芳香剂，而不是饲料添加剂。虽然不用作饲料添加剂，但一种单萜类成分通常用于犊牛除虫，因为它能使少数神经元信号转导蛋白烷基化（Waller 等，2001）。此外，含有环烯醚萜苷类（单萜的一个亚类）的植物通常用于治疗各种感染。由于莕菜科和龙胆科环烯醚萜苷糖具有刺激食欲的特性，在提高犊牛干物质摄入量和生长性能方面具有很好的作用，尽管其抗菌活性很强，但由于其对寄主的致死作用，不建议将其作为饲料补充剂使用（Wink，2015）。

1.1.2 三萜，甾体苷和皂苷 近年来，一些以植物为基础的激素活性物质被推广用于犊牛，它们几乎不含三萜和类固醇，而这两种物质在生理上与激素相似。大多数植物油是天然植物甾醇最丰富的来源。皂苷构成三萜或甾体苷元，主要抑制原生动物种群，增加微生物蛋白的合成和过瘤胃后蛋白的流动，它们还可能通过增加少数特定瘤胃细菌细胞膜的通透性来有益地改变瘤胃代谢（Arabski 等，2012）。芦荟是一种皂苷的草本来源，由于其能降低瘤胃氨氮的产生，提高营养物质的消化率和生长性能，被证明是一种有效的草本饲料添加剂，如Yadav 等（2017）的研究结果表明，日粮添加2 或4 g/kg 芦荟提取物作为犊牛饲料添加剂可以提高生产效率。

1.2 酚类物质

1.2.1 苯丙素、香豆素、呋喃香豆素 为主要芳香及亲脂性的糖类，其中苯丙素通过与巯基蛋白反应或与DNA 发生烷基化反应而具有抗菌特性（Wink，2015）。目前近30% 的研究直接在原料中使用酚类精油作为犊牛的补充饲料，精油在降低死亡率、大肠杆菌病方面的作用类似于新霉素（Bampidis 等，2006）。向牛奶或饮用水中添加精油混合物（桉树油、薄荷醇晶体和薄荷油）也能改善犊牛的健康状况和断奶后的生长性能（Soltan，2009）。

1.2.2 木酚素和木质素 少数木质素化合物抑制微管的形成，这是有丝分裂纺锤体形成的基本步骤，从而产生抑菌作用。木质素，特别是不含硫的木质素可作为犊牛益生元饲料添加剂（Calvo-Flores 等，2015）。尽管这些产品在以家畜为基础的饲料工业中得到广泛应用，但给犊牛饲喂木质素植物雌激素物质的信息有限。亚麻籽是植物雌激素（木酚素）最丰富的来源，通常作为饲料原料而不是饲料添加剂。在肉牛日粮中加入亚麻籽成分可以保证更高的Ω-3 脂肪酸含量。

1.2.3 类黄酮 黄酮类化合物能通过多种机制发挥抗菌作用，具体原理是通过抑制微生物食物链中电子或碳的流动，阻止氢的积累，还原氢增加了丙酸盐在丁酸盐和乙酸盐消耗中的比例，是减少产甲烷的重要策略，其作用机制可能是直接抑制瘤胃中水生营养型产甲烷古菌。虽然黄酮类化合物对犊牛生长和胴体性状方面没有显著改善，但其具有提高食欲的特性（Yang 等，2010）。

2 含氮类植物次生代谢物

2.1 生物碱相当多的生物碱通过调节神经元信号转导而对寄主的神经受体产生强烈的影响，因此，在犊牛养殖行业中往往不被首选作为饲料添加剂（Walstab 等，2014）。少数生物碱，如季铵盐类苯并苯胺类化合物、原托品类生物碱和异喹啉类生物碱已被用于各种家畜养殖中，但它们对犊牛的影响还有待研究。Varma 等（2018）研究发现，石榴果皮提取物可以促进犊牛生长。但作者同样也指出，如果缺乏正确的处理方法，添加果皮提取物可能会改变粪便气味。

2.2 非蛋白氨基酸虽然大蒜素和大蒜素氨基酸的广泛抗菌特性已得到很好证明，但其确切的作用模式仍是未知的。Muller 等（2016）认为，大蒜素作为一种非蛋白氨基酸，其抗菌性可能是由于s- 烯丙基巯基修饰引起细菌中硫醇胁迫所致。补充洋葱提取物（含有蒜氨酸、蒜素和其他半胱氨酸衍生物）的有益影响在家禽和牛中得到充分的证明。但这种提取物还需要在犊牛身上进行验证（Abad 等，2017）。

2.3 凝集素，多肽和抗菌肽凝集素具有抗菌性，因为它能使核糖体失活，如蓖麻子的凝集素活性是阻止蛋白质翻译和生物合成特性的原因。在少数豆科植物中发现少量的有毒凝集素，但其安全阈值有问题。菠萝和木瓜等植物富含水解蛋白酶，并被广泛用作治疗剂（Wink，2015）。但目前在犊牛身上未开展相应研究。

3 植物次生代谢产物的协同作用

植物中活性成分比例的不同，对不同植物提取物的混合产生协同效应。因此，使用各种植物活性成分的混合物可能有助于减少所需的有效剂量。长时间使用饲料添加剂可能导致目标菌产生抗药性。Saeedi 等（2017）指出，单独补充精油化合物可能引起瘤胃微生物的适应，进而对油脂中的活性成分产生抗性。混合物中不同次级代谢物之间的协同作用常常会阻止细菌通过适应而产生耐药性。这一假说解释了为什么几个世纪以来，人们成功地使用草药混合物来治疗传染病，而没有产生耐药性。此外，单个成分不可能包含所有抗生素创造有利条件的能力。因此，使用不同的草药或植物提取物作为抗菌替代品可以提供更有效的结果。根据天然抗菌药物使用情况发现，精油和有机酸是最常被提及的具有添加效应的次生代谢物，但关于它们对犊牛的协同效应尚未见报道（Yang 等，2010）。理论上，精油和有机酸协同作用产生更大的效果，因为精油中的酚类化合物会破坏细胞膜的完整性，从而增加了细菌对酸性环境的脆弱性，改变传统细菌喜酸性环境的特征，同时其疏水性在低pH 下增加，自身细胞壁的合成受阻，细菌在不断吸水过程中细菌细胞膜的脂质会加快溶解（Karatzas 等，2001）。

4 补充植物次生代谢产物作为犊牛饲料添加剂的挑战

尽管存在关于各种天然抗菌剂在不同成年牲畜品种上最佳使用情况的数据，但在对犊牛完全阐明和明确确定其安全性和毒性水平之前，无法预测它们对幼小牲畜的安全性和毒性水平。相关规定剂量或草药成分的数据很少，这是决定犊牛健康、福利和生长性能的基本因素。虽然很少有代谢物对一组常见的致病微生物具有类似的作用模式，但一种抗菌化合物的规定剂量并不保证相应的代谢物具有相同的结果（Yang 等，2015）。由于植物次生代谢混合物的组成是多方面的，要对其安全性和有效性进行全面的评估是不现实的。此外，使用基于植物次生代谢物的饲料添加剂并不完全安全，可能会与其他药物产生显著的交互作用（Elghandour 等，2018）。

5 结论

从抗菌素耐药性的角度来看，给犊牛使用植物次生代谢产物除了促进抗菌素管理外，还能提供额外的结果。尽管已发表的关于犊牛体内试验结果不一致，但它们显示出许多益处。各种生物活性成分在提供健康和生产性能属性方面的协同作用必须通过检查大量的组合来彻底探索。在使用牛饲料添加剂前，这些组合还需要进行药物-草药相互测试。因此，在将植物次生代谢物作为饲料添加剂用于经济有效和可持续的犊牛饲养前，应开发出可行和具有成本效益的草药配方。