微生態(tài)制劑在反芻動物生產(chǎn)上的應(yīng)用

■劉大森 李 昊

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150030）

在動物胃腸道內(nèi)定植了大量的微生物，這些微生物和宿主間建立了動態(tài)的穩(wěn)定平衡關(guān)系，這種關(guān)系對動物的健康具有重要的作用。20世紀(jì)以來隨著抗生素等飼料添加劑的使用，擾亂了動物體內(nèi)微生態(tài)平衡，導(dǎo)致消化功能紊亂，引起各種疾病。為了解決使用抗生素帶來的種種弊端，人們急需一種無毒副作用、無殘留、無抗藥性、成本低、效果顯著的添加劑。微生態(tài)制劑正是基于以上原因應(yīng)運而生的抗生素替代品，由于其顯著的效果，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)中。

1 反芻動物瘤胃微生物及作用

反芻動物是一類特殊的哺乳動物，反芻動物的胃由4部分組成，即網(wǎng)胃、瘤胃、瓣胃、真胃。瘤胃是反芻動物特有的消化器官，飼料中約有70%～85%可消化物質(zhì)和50%粗纖維在瘤胃內(nèi)消化，在反芻動物整個消化過程中占有特別重要的地位[1]。瘤胃是供厭氧性微生物繁殖的良好天然環(huán)境，是一個可容納大量消化物的發(fā)酵罐。瘤胃微生物主要為細(xì)菌、原生動物(主要包括鞭毛蟲、纖毛蟲)、真菌[2]。微生物在瘤胃消化過程中起著重要的作用。

瘤胃微生物的區(qū)系十分復(fù)雜，且常因飼料種類、給飼時間、個體差異等因素而變化。瘤胃內(nèi)多種細(xì)菌之間和細(xì)菌與纖毛蟲之間，彼此存在著相互共生，共同作用，組成微生物區(qū)系。在各類微生物協(xié)同作用下，完成飼料營養(yǎng)物的分解和利用[3]。瘤胃微生物可以將秸稈中的纖維素、半纖維素和果膠等多糖類物質(zhì)降解成單糖，并轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的脂肪酸和二氧化碳等，揮發(fā)性脂肪酸為反芻動物最大的能源。而飼料中的蛋白質(zhì)也被瘤胃微生物降解為氨基酸、氨，再合成微生物菌體蛋白質(zhì)，供畜體利用，作為畜體的蛋白質(zhì)來源，菌體蛋白質(zhì)占60%以上。此外，瘤胃菌群的代謝產(chǎn)物還可調(diào)節(jié)瘤胃內(nèi)容物的酸堿度，達(dá)到穩(wěn)定pH值的作用。

2 微生態(tài)制劑概念及分類

微生態(tài)制劑最早是由美國人Parker于1974年提出來的，是指根據(jù)微生態(tài)學(xué)原理從動物或自然界分離、鑒定或通過生物工程合成的有益微生物，經(jīng)過特殊工藝而制成的含有大量有益菌的活菌制劑[4]。有的還含有他們的代謝產(chǎn)物或（和）添加有益的生長促進(jìn)因子，用于調(diào)節(jié)動物機(jī)體微生態(tài)平衡，增強(qiáng)動物對腸內(nèi)有害微生物的抑制作用或通過增強(qiáng)非特異性免疫功能來預(yù)防疾病，從而促進(jìn)動物生長、提高生產(chǎn)性能或提高飼料轉(zhuǎn)化率的一類藥物或飼料添加劑。

廣義上的微生態(tài)制劑按組成成分的不同分為益生素、益生元和合生元三大類[5]。益生素是一種含有大量有益菌及其代謝產(chǎn)物和生長促進(jìn)因子的物質(zhì)，具有維持腸道微生物平衡、提高機(jī)體健康水平的活菌制劑。益生元是一類不被宿主直接吸收，但能選擇地促進(jìn)其體內(nèi)一種或多種有益菌的生長、代謝與繁殖，從而增進(jìn)機(jī)體健康的有機(jī)質(zhì)。合生元是指生理性細(xì)菌（即益生劑）加促進(jìn)物質(zhì)(即益生元)的合劑。在畜禽生產(chǎn)中所應(yīng)用的微生態(tài)制劑，按其用途可分為微生態(tài)調(diào)整劑和微生態(tài)飼料添加劑；根據(jù)微生物的種類可分為芽孢桿菌制劑、乳酸桿菌制劑、酵母類制劑及復(fù)合微生態(tài)制劑。

3 微生態(tài)制劑在反芻動物中的應(yīng)用

近年來，隨著人們生活水平的提高，對畜禽產(chǎn)品的要求也不斷提高。微生態(tài)制劑以其無毒副作用、無污染、無殘留、不易產(chǎn)生抗藥性和低成本等特點作為抗生素的替代品被越來越多地應(yīng)用到畜禽生產(chǎn)中。目前，微生態(tài)制劑在養(yǎng)豬業(yè)和家禽中的應(yīng)用比較廣泛，飼用效果也得到肯定。而微生態(tài)制劑對反芻動物的作用效果取決于所用的菌種類別及其科學(xué)組合、制劑活力、應(yīng)用劑量，同時也與動物所處的生理狀態(tài)、飼料日糧類型、投服方式等因素有關(guān)，所以在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果存在爭議。本文將通過以下幾個方面論述微生態(tài)制劑在反芻動物上的應(yīng)用研究進(jìn)展。

3.1 微生態(tài)制劑對營養(yǎng)素攝取的影響

研究表明，日糧組成和益生素的添加都會影響到反芻動物的生產(chǎn)性能。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，益生素能增加反芻動物采食量[6-8]。Chademana和Offer在研究中也得到了相似的結(jié)果，益生素對干物質(zhì)采食量和纖維降解有促進(jìn)作用。這些作用可能是由于飼喂添加益生素的飼糧增加了瘤胃纖維素分解菌的數(shù)量[9]。另一個原因可能是飼喂添加益生素的飼糧對瘤胃pH值具有調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致干物質(zhì)采食量增加并增強(qiáng)纖維素分解能力[10]。乳酸桿菌把碳水化合物分解為小分子物質(zhì)，如葡萄糖，提供能量。植酸酶米曲霉菌有助于生產(chǎn)參與碳水化合物或纖維消化的酶，進(jìn)而有助于提高動物的生產(chǎn)性能。

然而，Titi等[11]觀察到補(bǔ)充酵母培養(yǎng)物對羔羊干物質(zhì)采食量沒有影響。同樣的，Hernandez等[12]發(fā)現(xiàn)，飼喂含有益生素的青飼料對羔羊干物質(zhì)采食量無影響。Kiesling等提供含有乳酸菌培養(yǎng)物的日糧對公牛育肥209 d，發(fā)現(xiàn)其干物質(zhì)采食量與對照組無差別。同樣的Swinney等[13]研究表明，單獨或復(fù)合飼喂丙酸桿菌和乳酸桿菌發(fā)現(xiàn)，實驗組與對照組相比干物質(zhì)采食量無差異。

實驗結(jié)果產(chǎn)生差異的原因可能是由于Titi和Hernandez的實驗選用放牧或青綠飼料為主的飼料，其營養(yǎng)含量低，需采食大量飼料以滿足營養(yǎng)需要，造成益生素對其采食量增加不明顯。Kiesling和Swinney的實驗可能是由于飼糧的組成結(jié)構(gòu)與其他實驗不同造成其在采食量方面效果不明顯。

3.2 微生態(tài)制劑對營養(yǎng)物質(zhì)消化的影響

益生素通過調(diào)節(jié)瘤胃pH值提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和纖維降解[14-15]。益生素提高瘤胃細(xì)菌的生長和纖維素酶水解活性使瘤胃更易于降解纖維，益生素通過平衡在瘤胃中的揮發(fā)性脂肪酸的比例預(yù)防瘤胃酸中毒。Haddad等[16]研究發(fā)現(xiàn)，羔羊日糧中補(bǔ)充酵母培養(yǎng)物對干物質(zhì)、有機(jī)物和粗蛋白的消化率均高于對照組。酵母培養(yǎng)物補(bǔ)充組的中性洗滌纖維消化率也高于對照組。Abd El-Ghani[14]觀察到添加酵母培養(yǎng)物的雄鹿飼料相對于對照組的飼料具有較高的營養(yǎng)物質(zhì)消化率。Krehbiel等[17]研究表明，益生素作為飼料添加劑和直接飼用微生物都能提高反芻動物日糧消化率。

相反地，Titi等[11]報道，添加益生素(酵母培養(yǎng)物)對干物質(zhì)、粗蛋白和中性洗滌纖維消化率無影響。然而，在相同的研究中，有機(jī)物和酸性洗滌纖維的消化率與對照組相比有所增加。王建國等[18]研究微生態(tài)制劑對奶牛日糧營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響，結(jié)果表明，試驗組奶牛對粗蛋白、干物質(zhì)消化率極顯著高于對照組(P＜0.01)，對中性洗滌纖維消化率也有升高趨勢(P=0.051)。Whitley[19]的研究發(fā)現(xiàn)，添加商品益生素相對于對照組其干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維消化率明顯提高。

實驗結(jié)果產(chǎn)生差異的原因可能是由于其他人的實驗選擇舍飼實驗，Titi實驗所選擇的羔羊采用放牧加舍飼的方法，選擇在放牧后實驗，造成其干物質(zhì)、粗蛋白和中性洗滌纖維的消化率相比對照組沒有影響。

3.3 微生態(tài)制劑對血液代謝產(chǎn)物的影響

血液尿素氮的濃度是指示腎功能好壞的指標(biāo)。羔羊飼喂0.1%益生素能降低葡萄糖和尿素氮的濃度[7]。Antunovic等[20]研究發(fā)現(xiàn)，添加益生素組與對照組相比羔羊血液中尿素濃度降低。血液尿素氮降低可能是添加益生素增加氮素在瘤胃中的利用效用[21]，血液葡萄糖濃度降低可能是由于纖維素消化率升高導(dǎo)致產(chǎn)生更多的酮基。然而，Abo El-Nor等[22]報道，補(bǔ)充益生素會增加血液尿素氮濃度?？赡苁怯捎谔砑右嫔厥沽鑫肝⑸飬^(qū)系不能很好地利用氨。還有其他研究表明添加益生素對血液尿素氮濃度沒有影響[21]。

糖異生是反芻動物葡萄糖的主要來源，提供了反芻動物所需葡萄糖的75%。Antunovic等[20]研究表明，益生素不能改變血液葡萄糖濃度。然而，Abo El-Nor等報道[22]，添加益生素能提高奶牛血液葡萄糖濃度。這可能是由于益生素改善了糖異生過程和提高乳糖吸收率。然而，Ding等[23]的研究表明，添加益生素對羔羊的血液葡萄糖濃度沒有影響。

肌酐在肌肉組織中產(chǎn)生，它的正常濃度指示著最佳的身體狀態(tài)。Belewu等[24]發(fā)現(xiàn)，山羊日糧添加益生素對肌酐濃度無影響。Antunovic[20]發(fā)現(xiàn)生長的羔羊也有相似結(jié)果。Galip[25]也發(fā)現(xiàn)公羊也有相同結(jié)果。

實驗結(jié)果產(chǎn)生差異的原因可能是由于Abo El-Nor和Bruno的實驗選擇的益生素減弱了體內(nèi)微生物體系對氨的利用從而增加了體內(nèi)尿素的濃度。Belewu、Antunovic和Galip的實驗結(jié)果都顯示益生素對肌酐濃度無影響，表明益生素可能對羊的肌酐產(chǎn)生過程沒有影響。

3.4 微生態(tài)制劑對氮平衡的影響

補(bǔ)充益生素能夠提高瘤胃微生物活動和NH3的利用率來合成微生物蛋白。益生素單獨或與瘤胃微生物配合使用能夠增加氮素的吸收進(jìn)入瘤胃氮庫。研究表明，益生素通過增加瘤胃微生物多肽分解、蛋白質(zhì)水解和過瘤胃氨基酸循環(huán)提高氮素固定。然而，Hernandez等研究發(fā)現(xiàn)，給飼喂干草的羔羊補(bǔ)充益生素對氮固定、氮吸收、排泄和尿氮沒有影響。

大量研究表明，即使在過瘤胃水平益生素對反芻動物依然具有有利的影響。益生素在營養(yǎng)攝取方面的作用可能是由于它們影響腸黏膜預(yù)防潛在病原菌生長，營養(yǎng)物質(zhì)消化率增加，干物質(zhì)采食量增加等諸多因素造成的[26]。此外，益生素能夠幫助調(diào)節(jié)胃腸道pH值，從而調(diào)節(jié)微生物平衡抑制致病菌生長，從而預(yù)防腸道致病菌引起的疾病[27]。也有研究報道，飼喂含有益生素的日糧能產(chǎn)生如細(xì)菌素和過氧化氫等對動物生長有益的抗菌物質(zhì)。也有研究表明，益生素能夠減少對人體有害的致病菌[28]。在水牛上也觀察到了益生素對瘤胃發(fā)酵的有利影響可能最終提高飼料的利用率，從而提升動物的生產(chǎn)性能[29]。

實驗結(jié)果產(chǎn)生差異的原因可能是由于Hernandez的實驗使用干草作為實驗飼料，干草營養(yǎng)含量低，益生素對氮素的作用相對于氮素含量高的飼料作用能力有限，作用效果相對對照組不明顯。如使用精粗混合飼料飼喂，對氮素平衡將會產(chǎn)生明顯作用效果。

3.5 微生態(tài)制劑對生長性能的影響

飼料添加劑如益生素已經(jīng)被證明能夠提高反芻動物飼料轉(zhuǎn)化率[30]。補(bǔ)充益生素能提高飼料效率。益生素能夠改善微生物生態(tài)，營養(yǎng)物質(zhì)合成和生物利用性有利于家畜更好地增重。張海濤[31]研究日糧中添加納豆枯草芽孢桿菌對斷奶前犢牛生長性能的影響，結(jié)果表明，斷奶前犢牛日增重較對照組提高26.5%(P＜0.01)；開食料的日采食量下降11.9%；與對照組(57 d)相比，飼喂納豆枯草芽孢桿菌處理組(49.7 d)顯著提前了犢牛的斷奶日齡。Haddad等[16]觀察發(fā)現(xiàn)，給羔羊飼料添加酵母培養(yǎng)物相對對照組有更好的日增重。Jang等[32]發(fā)現(xiàn)，益生素對羔羊體重增加有作用。益生素能增加羔羊體重可能由于其增強(qiáng)微生物蛋白質(zhì)合成從而產(chǎn)生更多過瘤胃氨基酸。單達(dá)聰?shù)萚33]報道，以酵母菌和枯草芽孢桿菌作為益生菌添加于飼料中，育肥前期日增重提高14.9%。飼喂益生素制劑Bioplus 2B能提高增重1.9%，平均日增重增加2.5%[20]。高的增重可能是由于高的采食量和飼料利用率。

相反地，Titi等[11]研究表明，添加酵母對生長率沒有影響。Whitley等[19]觀察到除1個實驗組外，添加益生素組和對照組相比增重和飼料轉(zhuǎn)化率沒有差異。Antunovic等[7]表明，益生素能提高日增重和平均體重。相似的，也觀察到添加益生素組相對對照組體增重增加。Mutassim等[34]報道，每天添加2 g的cyc-蛋氨酸相比對照組能明顯提高總重和日增重。在對幼年反芻動物的研究中發(fā)現(xiàn)，益生素能增強(qiáng)消化和飼料轉(zhuǎn)化率，提高增重。反芻動物增重增加可能是由于增加纖維素水解能力，改善纖維素消化和由于產(chǎn)氨微生物活動減少使可被用來吸收的過瘤胃蛋白質(zhì)增加。

大量的數(shù)據(jù)表明，在基礎(chǔ)日糧中添加益生素具有效果，可以幫助提高反芻動物生長性能。飼喂添加益生素的飼料能夠提高飼料利用率表明瘤胃微生物區(qū)系發(fā)生改變。Antunovic等[20]研究也發(fā)現(xiàn)，添加益生素能夠提高飼料利用率，但作用并不顯著。

Haddad等[16]發(fā)現(xiàn)，添加酵母培養(yǎng)物能得到更好的飼料轉(zhuǎn)化率。Jang等[32]發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)日糧添加益生素能提高飼料轉(zhuǎn)化率。Mutassim等[34]發(fā)現(xiàn)，每只羊每天添加2 g的cyc-蛋氨酸具有更好的飼料轉(zhuǎn)化率，表明以2 g/d的水平以cyc-蛋氨酸形式飼喂羔羊酵母和蛋氨酸能夠提高飼料利用率。以上研究表明反芻動物飼料添加益生素提高飼料轉(zhuǎn)化率從而能得到更好的效益。

實驗結(jié)果產(chǎn)生差異的原因可能是由于Titi和Whitley所選擇的實驗動物品種、生長時期和飼料配方對實驗的影響造成的。使用高水平的日糧飼喂實驗組和對照組使二者的日增重相對于低水平日糧都增加，使得添加益生素對日增重的增加比例有限造成二者差異不顯著。

3.6 微生態(tài)制劑對產(chǎn)奶量的影響

飼料中添加益生素能夠促進(jìn)機(jī)體對氨和乳酸的利用，調(diào)節(jié)瘤胃內(nèi)的微生態(tài)平衡；同時加快飼料蛋白質(zhì)的水解，提高乳脂率和奶比重，增加菌體蛋白的產(chǎn)量，最終提高奶牛的產(chǎn)奶量[35]。Stein等[36]報道，給奶牛飼喂米曲霉培養(yǎng)物，平均產(chǎn)奶量由34.8 kg/d提高到35.1 kg/d，乳蛋白含量由2.94%提高到2.96%，乳脂率顯著高于對照組(P＜0.05)。劉星等[37]飼喂奶牛添加復(fù)合益生菌的日糧，產(chǎn)奶量提高了4.67%，乳干物質(zhì)和乳脂率分別提高了12.8%、13.8%。Komari等在奶牛日糧中添加酵母能顯著增加產(chǎn)奶量，并能提高乳脂率和乳蛋白率。Kang等研究結(jié)果表明，泌乳前期對照組的產(chǎn)乳量為36.4 kg/d，而添加酵母培養(yǎng)物10和20 g/d的試驗組產(chǎn)奶量分別為39.3和38 kg/d，產(chǎn)奶量顯著增加。邵偉等[38]研究“益康XP”和“PM發(fā)酵粉”兩種微生態(tài)制劑對中國荷斯坦良種母牛生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果表明，與對照組相比，XP組與PM組顯著提高奶牛產(chǎn)奶量和乳脂率。

相反地，蘆春蓮等[39]在日糧中添加酵母培養(yǎng)物，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)奶量增加不顯著。李朝平等[40]在奶牛日糧中每天添加酵母培養(yǎng)物100 g，發(fā)現(xiàn)平均日產(chǎn)奶量顯著的提高了，乳脂率、乳蛋白無明顯變化。劉峰等[41]在精料中添加0.2%“益生素”微生態(tài)制劑，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)奶量平均增加0.88 kg/(頭·d)，提高4.36%，差異不顯著。Francisco等[42]添加益生素制劑P169，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)奶量與對照組相比沒有顯著變化。Mandebvu等[43]也得到了相同的結(jié)果。

實驗結(jié)果產(chǎn)生差異的原因可能是由于Francisco和Mandebyu的實驗飼喂時間較短，分別為12和6周，對產(chǎn)奶量的影響不明顯。劉峰的實驗可能是由于選擇的微生態(tài)制劑種類不同造成的，相關(guān)研究表明，不同類型微生態(tài)制劑對產(chǎn)奶量的影響不同。盧春蓮和李朝平的實驗可能是由于添加的時期不恰當(dāng)造成效果不明顯。

4 應(yīng)用中存在的問題與前景展望

國際上自20世紀(jì)60年代以來，微生物飼料添加劑的研究開發(fā)和使用開始逐漸被重視起來。目前微生物制劑的總銷售額超過5億美元，并以很快的速度增長。使用較多的國家和地區(qū)是：日本、中國臺灣、歐盟、美國等。

雖然益生素已經(jīng)在動物生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，但是依然還有許多問題需要解決?，F(xiàn)有的適宜作為微生態(tài)制劑的菌種類還較少，品種較為單一。產(chǎn)品的保存時間依然較短，保存中菌株易失活使其不能達(dá)到產(chǎn)生效果的足夠活菌數(shù)。微生態(tài)制劑的作用機(jī)制還不是很清楚，其與動物體內(nèi)正常生長微生物間作用關(guān)系、作用條件及調(diào)節(jié)機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。由于微生態(tài)制劑對反芻動物的作用效果取決于所用的菌種類別及其科學(xué)組合、制劑活力、應(yīng)用劑量,同時也與動物所處的生理狀態(tài)、飼料日糧類型、投服方式等因素有關(guān)。所以，反芻動物中合適的使用劑量與使用方式還需進(jìn)一步研究。

盡管益生素在生產(chǎn)應(yīng)用中還存在一些問題。隨著人們對環(huán)境保護(hù)及食品安全的日益關(guān)注及畜牧業(yè)的快速發(fā)展，微生態(tài)制劑以其無毒副作用、無耐藥性、無殘留、成本低、效果顯著等特點正逐漸得到廣大養(yǎng)殖界的認(rèn)同。隨著研究的深入及制作工藝的提高，發(fā)揮其優(yōu)勢,很好地解決目前生產(chǎn)和應(yīng)用中的問題，微生態(tài)制劑作為一種綠色安全的飼料添加劑必將在反芻動物生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。