甘草的生物功能及其在畜禽生产中的应用

王彩君 翟 宇

（1.唐山职业技术学院农林工程系，河北 唐山 063300；2.河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000）

甘草又名美草、生草、粉草等，是豆科甘草属多年生草本植物，常见的有光果甘草、胀果甘草和乌拉尔甘草，其干燥的根茎是主要的药用部位，广泛用于草药和天然甜味剂。甘草中含有多种活性成分，主要包括甘草多糖、香豆素、植物甾醇、皂苷类和黄酮类化合物等[1]，具有抗氧化、抗病毒、保肝解毒、抗炎杀菌和调节免疫等多种生物学功能[2]。我国甘草资源丰富，且具有毒性低、易获取的优点，可作为饲料添加剂用于动物生产，能够提高动物生产性能，调节动物机体免疫力[3]。本文总结甘草的生物学功能及在畜禽生产中的应用，为其作为饲料添加剂的开发与利用提供参考。

1 甘草的活性成分及理化性质

甘草中含有200 多种不同的化学成分，主要包括三萜皂苷类、黄酮类、多糖类、生物碱类、有机酸和香豆素类等，还含有粗蛋白、粗脂肪、多种维生素等营养成分[3]。甘草中蛋白质含量约17.8%，粗脂肪含量约7.59%，维生素C含量约4.17 mg/100 g，甘草酸含量不少于2.0%，黄酮类化合物含量约为2.547%[4]，可作为粗饲料用于动物生产。

1.1 多糖类

多糖是甘草的主要活性成分之一，主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、木糖和阿拉伯糖等以不同类型的糖苷键构成[5]，甘草多糖结构式见图1。

图1 甘草多糖结构式

甘草多糖内部有小气泡状孔洞，大多呈黄白色粉末，易溶于水，无甜味，具有无细胞毒性的特点。相关研究表明，甘草多糖具有抗炎、抗氧化以及调节免疫等功能。甘草多糖能够促进T 细胞、B 细胞等免疫细胞的增殖分化，在特异性和非特异性免疫反应中均发挥关键作用[6]。研究表明，甘草多糖通过与Toll 样受体4（TLR4）结合激活免疫相关的信号通路，进而促进骨髓来源树突状细胞的成熟并增加血清中白细胞介素-12（IL-12）含量[7]。体外试验表明，甘草多糖溶液对OH自由基、DPPH自由基和超氧阴离子自由基的抑制作用与其浓度呈正相关，可作为一种天然的抗氧化剂发挥作用[8]。甘草多糖还可调节核转录因子（NF-κB）等炎性因子表达，具有良好的抗炎功效[9]。

1.2 黄酮类

目前已鉴定出的甘草黄酮类化合物高达300 多种，包括黄酮类、黄酮醇类、二氢黄酮、黄烷类、异黄酮类和查尔酮类等[10]，甘草黄酮结构式见图2。

甘草黄酮主要存在于甘草的根表皮内和地上部分，化学成分复杂，不溶于水，具有活性强、相对分子质量小、易吸收等优势，具有抑菌抗炎、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤等多种药理作用。甘草黄酮中的异甘草素可能是发挥抗炎活性的主要成分。甘草黄酮还能够与黄芪等其他物质协同作用发挥抗氧化作用[11]。不同品种的甘草所含的总黄酮含量存在较大差异，其中含有酚羟基和亲脂性的黄酮类化合物生物活性更高[12]。

1.3 三萜皂苷类

甘草皂苷由1 分子三萜苷元与2 分子葡萄糖醛酸构成，主要存在于甘草的根茎部位，是甘草中生理活性最强的成分，包括四环三萜和五环三萜等两种结构，三萜皂苷类化合物易溶于热水和乙醇，味甜。目前，从甘草属植物中分离得到的三萜皂苷类化合物已有50多种，其中甘草酸、甘草次酸、甘草内酯、异甘草内酯等是主要的三萜皂苷类化合物[13]，甘草酸结构式见图3。

图3 甘草酸结构式

相关研究表明，甘草皂苷类成分具有抗病毒、保肝解毒、促进肠动力以及抑制神经元损伤等作用[14]。其中甘草酸含量是评判甘草药材品质的主要指标，甘草酸可以通过抑制病毒复制和增殖，破坏病毒结构发挥抗病毒活性，进而保护动物机体健康[15]。

2 甘草的生物学功能

2.1 提高免疫力

研究发现，甘草中的活性成分能够促进免疫细胞的增殖分化，提高干扰素、抗体等细胞因子的表达水平，还可通过增强吞噬细胞的吞噬能力等在机体中发挥免疫调节作用[16]。甘草多糖是一种重要的免疫调节剂，能够刺激T 淋巴细胞和树突状细胞增殖[17]。将不同浓度的甘草多糖与小鼠RAW264.7 巨噬细胞系共培养后，RAW264.7巨噬细胞的增殖率和吞噬能力显著增强，一氧化氮（NO）、白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）及一氧化氮合成酶（NOS）mRNA的表达水平上调[18]。有试验探究50、100、200 mg/L水平下甘草黄酮对小鼠脾脏淋巴细胞增殖、白细胞介素-2（IL-2）和免疫球蛋白G（IgG）水平的影响，结果发现，甘草黄酮能够显著提高小鼠脾脏淋巴细胞增殖能力，显著提高IL-2和IgG 水平[19]。在饲粮中添加甘草酸可调节黄羽肉仔鸡的T 淋巴细胞亚群，降低由LPS 免疫应激造成的免疫球蛋白A（IgA）、IgG、免疫球蛋白M（IgM）升高，从而有效发挥免疫调节作用[20]。

2.2 抗病毒

甘草酸通过阻止病毒吸附和进入宿主细胞，破坏病毒结构等抑制病毒复制，从而发挥抗病毒作用。在甘草酸体外抑制猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）感染Marc-145细胞作用机制的研究中发现，甘草酸主要通过调节PRRSV结构蛋白GP4和宿主细胞CD163和CD151的表达抑制病毒感染[15]。不同水平的甘草多糖对PRRSV受体CD163基因和核转录因子κBp65基因具有显著的抑制作用，表明甘草多糖在一定程度上可抵御PRRSV 感染[21]。甘草酸通过调节高迁移率族蛋白B1的表达阻止猪流行性腹泻病毒（PEDV）进入细胞和复制，抑制PEDV对Vero 细胞的感染，减少致炎细胞因子[22]。甘草酸在感染鸭肝炎病毒（DHV）的Vero细胞中具有显著的抗病毒特性[23]。Dziewulska等[24]研究发现，甘草提取物通过降低1 型副黏病毒（PPMV-1） RNA 的拷贝数抑制鸽子PPMV-1的复制。此外，甘草酸和甘草皂苷G2能够与艾滋病病毒（HIV）V3 环区域结合从而发挥作用[25]，甘草多糖可促进植物血凝素诱导生成γ-干扰素，进而杀灭各类病毒。

2.3 抗炎、杀菌

炎症是机体受到外界感染或刺激时，在炎症因子作用下发生的一种防御应答反应。研究表明，甘草介入导致乙酸诱导的小鼠毛细血管通透性明显下降，显著降低IL-1β 和TNF-α 等抗炎因子分泌，有效缓解炎症损伤。甘草总黄酮是甘草抗炎活性组分之一，其通过抑制Toll样受体4（TLR-4）的二聚化反应调节炎性信号转导，进而抑制炎症介质和炎性细胞因子的合成及表达。日粮中添加150 mg/kg的甘草提取物可显著提高仔猪血清中碱性磷酸酶活性，降低相关促炎因子的表达及谷草转氨酶活性，进而提高仔猪抗炎能力[26]。在LPS 诱导的小鼠急性肺损伤模型中，甘草酸通过抑制TLR-4/NF-κB信号通路的活化以及炎症细胞的迁移和浸润达到抗炎作用[27]。甘草中的活性物质对真菌、金黄色葡萄球菌、链球菌等具有显著抑制作用。樊梅娜等[28]发现，联合益生菌与甘草酸共发酵能够显著增加甘草酸含量，增强甘草酸对产气荚膜梭菌的抑菌活性。体外抑菌试验结果表明，甘草多糖对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均具有抑制作用，与抗菌药物头孢噻呋钠、卡那霉素联合使用表现出较好的抑菌效果，还可降低抗生素的使用[29]。有研究建立小鼠皮肤损伤模型，发现甘草查尔酮A 貂源铜绿假单胞菌临床分离菌株具有良好的体内外抗菌效果[30]。

2.4 抗氧化

甘草中的活性物质对羟自由基、超氧阴离子自由基和DPPH 自由基均具有良好的清除能力，能够避免机体发生氧化损伤。IPEC-J2 细胞在H2O2刺激下会产生过量的活性氧（ROS），用甘草提取物预处理后会减少ROS的产生[31]。张福欣等[19]发现，甘草黄酮对小鼠血清中DPPH自由基、超氧阴离子自由基和羟基自由基的清除率分别为25.00%、79.07%和29.51%，表明甘草黄酮具有较好的抗氧化活性。此外，在高脂乳剂、白酒和四氯化碳诱导的肝损伤模型小鼠中，甘草黄酮能够通过减轻炎症、提高抗氧化酶活性和降低肝组织氧化应激修复肝组织并减轻肝损伤[32]。Hong 等[33]发现，在高脂小鼠日粮中加入甘草多糖，显著提高血清过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，降低丙二醛（MDA）含量，提高总抗氧化能力，改善小鼠脂代谢损伤，提高抗氧化能力，与尤婷[26]的结论一致。杨裕等[34]发现，5～20 mg/L甘草查尔酮A可缓解副猪嗜血杆菌感染猪肺泡巨噬细胞导致的氧化和抗氧化平衡失调。

2.5 保肝解毒

甘草中的三萜皂苷类化合物是甘草保肝的主要作用物质，其对肝脏的保护作用主要通过降低血清中的谷草转氨酶（AST）、谷丙转氨酶（ALT）活性实现。在肉鸡日粮中添加500、1 000 mg/kg 的甘草多糖可显著提高肉鸡血清总蛋白（TP）、球蛋白（GLB）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）含量，显著降低血清尿酸（UA）、甘油三酯（TG）含量和ALT活性。研究表明，甘草多糖可调节肝脏代谢，减轻肝损伤[35]。有研究表明，甘草次酸可显著降低肝细胞的变性和坏死，抑制肝纤维化[36]。甘草的解毒机制分为3 种：通过甘草的吸附作用将毒物排出体外；甘草中的活性物质甘草酸，其水解产物葡萄糖醛酸与毒素的羟基或羧基结合发生化学反应后，使毒性降低；甘草次酸能够发挥肾上腺皮质激素样作用而解毒。

3 甘草及其提取物在畜禽生产中的应用

甘草活性成分具有多种生物学功能，将其应用于畜禽生产中对提高动物生产性能和饲料转化率、改善畜禽健康、提高经济效益等具有重要意义。

3.1 甘草及其提取物在猪生产中的应用

研究表明，与对照组相比，添加1 000、2 000 mg/kg的甘草多糖可使断奶仔猪的平均日增重分别提高16.75%和20.15%，显著降低料重比，有效促进断奶仔猪采食[37]。与基础日粮相比，在育肥猪日粮中添加0.1%的甘草粉能够显著提高育肥猪的平均日增重、降低料重比，但超量添加可能会引起生长抑制[38]。丁代会等[39]研究发现，妊娠后期母猪基础日粮添加500、1 000 mg/kg甘草提取物，仔猪的哺乳期窝增重分别提高6.90%和6.27%，但差异不显著。产肠毒素大肠杆菌是断奶仔猪发生腹泻的主要病原菌，有研究发现，甘草多糖可通过抑制腹泻仔猪IL-1β、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）和TNF-α等小肠促炎性因子的转录缓解肠道炎症，还可通过提高紧密连接蛋白Occludin的表达水平，抑制紧密连接屏障的通透性，进而改善仔猪小肠绒毛萎缩及肠道炎性损伤，保护仔猪肠道功能[40]。日粮中添加150 mg/kg甘草提取物能够显著降低断奶仔猪结肠pH值，改善肠道环境，增强仔猪肠道结构的完整性和肠道屏障功能，促进仔猪肠道发育[26]。日粮中添加1.3、2.6 g/kg甘草浸膏粉，仔猪血液中血红蛋白平均水平增加了15 g/L，血清中猪瘟抗体、IgA、IgM、IgG 和干扰素-γ（IFN-γ）水平均有所提高，增强仔猪免疫功能[41]。有研究发现，日粮中添加复方中草药制剂（0.2%甘草、0.1%板蓝根和0.05%黄芪多糖）有利于提高猪血清中IgA、IgG和IgM含量，增强猪群免疫功能[42]。在育肥猪日粮中添加900 mg/kg 的甘草提取物，可在不影响育肥猪生产性能的前提下显著增加肌肉中不饱和脂肪酸含量，改善猪肉品质[43]。罗芬芳等[44]研究发现，在猪精液低温稀释液中添加0.30 g/L的甘草多糖可以明显改善猪精液保存质量及抗氧化能力。

3.2 甘草及其提取物在家禽生产中的应用

以磷酸化甘草多糖和甘草提取物为原料制作复合甘草素用于肉鸡饲养的试验发现，随着日龄增加，日粮中添加低（1 g/kg）、中（2 g/kg）、高（4 g/kg）水平的复合甘草素均可改善肉鸡生长性能，21 日龄的肉鸡体重与对照组相比提高了12.14%，其中以2 g/kg 的添加效果最佳[45]。在肉鸡日粮中添加500 mg/kg的甘草提取物可增加肉鸡平均日增重，进而提高养殖效益[46]。在蛋鸡日粮中添加80 mg/kg 的甘草提取物能够显著降低料蛋比和蛋黄胆固醇含量、改善蛋黄颜色，且蛋清蛋白质含量、蛋清相对质量以及蛋黄蛋白质含量均具有提高趋势[47]。张瑞等[48]发现，在基础日粮中添加12.0%、6.0%和3.0%甘草残渣能够显著提高番鸭的生产性能；当甘草残渣添加量为12.0%时，14 日龄番鸭的体重增加了11.39%。董永军等[49]研究发现，与对照组相比，1.0 g/kg甘草多糖添加组仔鸡肠道的大肠杆菌数和沙门氏菌数显著降低，同时对肠道有益菌双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖具有促进作用。日粮中添加0.4 g/L 的光果甘草，肉鸡的肠绒毛长度、宽度和绒毛长度/隐窝深度显著增加，同时提高了十二指肠和回肠中CD3基因的表达水平[50]。日粮中添加0.1%的甘草可提高肉仔鸡的体液免疫水平，其机制是通过诱导抗体滴度提高肉鸡的特异性和非特异性免疫应答反应。有研究表明，在肉鸡日粮中添加甘草还可以提高脾脏或法氏囊等免疫器官的重量，从而改善免疫效果[51]。在腹腔注射LPS 建立的雏鸡免疫应激模型中，硒化甘草多糖可显著调节雏鸡的免疫功能，改善血清免疫相关指标含量[52]。陈文彬等[53]发现，日粮中添加300、600、900 mg/kg甘草多糖能够提高肉鸡生长性能，改善血清和肠道免疫状态，促进脾脏中免疫相关基因的表达，提高肉鸡免疫力。

3.3 甘草及其提取物在反刍动物生产中的应用

赵正伟等[54]在滩羊公羔羊的基础日粮中添加0.4 g/kg的甘草次酸，滩羊的平均日增重提高了7.96%，料重比显著降低，表明甘草次酸可提高滩羊生长性能。郭同军等[55]发现，饲喂甘草茎叶组奶牛的乳脂、乳蛋白和乳糖含量分别比苜蓿组高10.75%、4.83%和4.74%，表明甘草茎叶可以改善奶牛乳成分。奶牛饲喂甘草茎叶后，与对照组（苜蓿添加组）相比，试验组奶牛瘤胃乙酸、丙酸、戊酸浓度均极显著提高，甘草茎叶替代苜蓿可显著抑制瘤胃液中的纤维分解菌、溶纤维丁酸弧菌和总瘤胃球菌的数量，有效改善奶牛瘤胃参数[56]。在育肥期阿勒泰羊的日粮中分别添加0～60%的甘草茎叶，结果发现，添加20%或30%的甘草茎叶有助于提高阿勒泰羊的免疫力，降低血清脂肪代谢，添加30%的甘草茎叶可使阿勒泰羊血清中球蛋白浓度提高11.99%，有利于促进血清能量代谢[57]。有研究在棉籽壳基础日粮中添加4.5%干物质的甘草提取物，与对照组相比，试验组卡拉库尔羊血清IgA和IgG 含量分别提高了2.1 和1.8 倍，说明甘草提取物能够提高卡拉库尔羊免疫力[58]。采用甘草茎叶替代苜蓿饲喂奶牛能够显著提高奶牛免疫球蛋白含量，血液总蛋白含量也有增加趋势，表明甘草茎叶具有提高奶牛免疫力的功效，对奶牛具有保健作用[59]。在等能等氮的基础日粮中添加20.41%的甘草茎叶有利于提高羊肉背最长肌中不饱和脂肪酸和必需脂肪酸的含量，改善羊肉风味[60]。

4 结论

甘草应用历史悠久，其富含的多种生物活性物质具有抗炎杀菌、抗病毒、抗氧化、调节免疫等作用，开发潜力巨大。甘草作为饲料添加剂具有提高动物生长性能、调节肠道健康以及增强机体免疫力等作用。目前针对甘草活性成分的研究主要集中在甘草多糖、黄酮类和皂苷类化合物，作用效果良好，但关于甘草其他活性成分的研究及其在动物生产中的应用价值还有待进一步探索。甘草的不同添加形式和添加剂量在不同物种中的差异较大，作用效果也不尽相同，其促生长的具体作用机制仍需深入研究。