植物性添加劑對牛的抗菌作用

趙慧敏，王鐵崗

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長治 046000）

犢牛的高死亡率是全球養(yǎng)殖業(yè)面臨的一個挑戰(zhàn)。在斷奶前犢牛5% 的死亡率中，56% 歸因于消化問題和呼吸問題。人畜共患病病原體對廣譜內(nèi)酰胺類、氨基糖苷類、碳青霉烯類、氟喹諾酮類等不可或缺的抗生素耐藥性越來越強（Zhang 等，2018）。針對抗菌藥物耐藥現(xiàn)象，抗生素的補充值得重新評價，同時在這個主題中，隨著鼓勵使用植物次生代謝物或天然植物提取物，犢牛營養(yǎng)對抗生素飼料添加劑的看法也發(fā)生了變化。

植物次生代謝物屬于抗性物質(zhì)，能讓植物獲得異常的免疫力。最早關(guān)于次生代謝物的研究來自于50 年代美國農(nóng)場的一課榆樹，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)場一種植物真菌疫病蔓延，方圓幾十公里的榆樹無一存活，只有一顆栓牛鐵圈深深地嵌入樹身的榆木幸免于難。隨后科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，正是這個隨著榆樹生長而慢慢嵌進樹身的鐵圈讓榆樹獲得了非凡的免疫力。歷經(jīng)20 多年的研究發(fā)現(xiàn)了次生代謝物的原理，即植物生長在脅迫環(huán)境下能開啟次生代謝。此外，它們還能適應(yīng)不利的環(huán)境條件。在自然界中，這些植物次生代謝物為防止和抵抗病蟲害發(fā)揮重要作用（Miguel，2010）。因為其免疫力強，可以作為犢牛的抗?fàn)I養(yǎng)因子。但很少有研究表明，當(dāng)使用適當(dāng)?shù)乃綍r，其中一些植物次生代謝物會對宿主新陳代謝和生產(chǎn)性能產(chǎn)生有益的影響。在成年反芻動物中有關(guān)草藥研究的結(jié)果不能應(yīng)用于犢牛，因為較年輕的犢牛，特別是那些以代乳品飼喂的犢牛，由于瘤胃發(fā)育不完全或無功能，表現(xiàn)為單胃動物的功能。除了抗菌作用外，補充植物提取物或次生代謝產(chǎn)物可能會給質(zhì)量差或食欲低下的犢牛飼料帶來風(fēng)味，這可能會進一步提高犢牛采食量和生長性能。因此，本綜述旨在探討植物源抗菌成分、植物次生代謝物或植物提取物的研究進展。

1 應(yīng)用于犢牛飼料中的植物次生代謝物

1.1 萜烯萜烯類化合物生理活性強，抗炎能力較強，對于維持生物健康的作用較大。萜烯類化合物對多種微生物、真菌甚至包膜病毒都表現(xiàn)出致死或細胞毒活性，它們增加了細胞膜的通透性和流動性，進一步導(dǎo)致代謝物和離子外流，甚至是微生物死亡（Wink，2015）。

1.1.1 單萜、倍半萜、二萜 以萜烯為基礎(chǔ)的精油通常用作天然驅(qū)蟲劑、香水、植物藥和芳香治療劑，是全球公認(rèn)的抗菌飼料添加劑。這些精油更常用作增味劑或芳香劑，而不是飼料添加劑。雖然不用作飼料添加劑，但一種單萜類成分通常用于犢牛除蟲，因為它能使少數(shù)神經(jīng)元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白烷基化（Waller 等，2001）。此外，含有環(huán)烯醚萜苷類（單萜的一個亞類）的植物通常用于治療各種感染。由于莕菜科和龍膽科環(huán)烯醚萜苷糖具有刺激食欲的特性，在提高犢牛干物質(zhì)攝入量和生長性能方面具有很好的作用，盡管其抗菌活性很強，但由于其對寄主的致死作用，不建議將其作為飼料補充劑使用（Wink，2015）。

1.1.2 三萜，甾體苷和皂苷 近年來，一些以植物為基礎(chǔ)的激素活性物質(zhì)被推廣用于犢牛，它們幾乎不含三萜和類固醇，而這兩種物質(zhì)在生理上與激素相似。大多數(shù)植物油是天然植物甾醇最豐富的來源。皂苷構(gòu)成三萜或甾體苷元，主要抑制原生動物種群，增加微生物蛋白的合成和過瘤胃后蛋白的流動，它們還可能通過增加少數(shù)特定瘤胃細菌細胞膜的通透性來有益地改變瘤胃代謝（Arabski 等，2012）。蘆薈是一種皂苷的草本來源，由于其能降低瘤胃氨氮的產(chǎn)生，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和生長性能，被證明是一種有效的草本飼料添加劑，如Yadav 等（2017）的研究結(jié)果表明，日糧添加2 或4 g/kg 蘆薈提取物作為犢牛飼料添加劑可以提高生產(chǎn)效率。

1.2 酚類物質(zhì)

1.2.1 苯丙素、香豆素、呋喃香豆素 為主要芳香及親脂性的糖類，其中苯丙素通過與巰基蛋白反應(yīng)或與DNA 發(fā)生烷基化反應(yīng)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類精油作為犢牛的補充飼料，精油在降低死亡率、大腸桿菌病方面的作用類似于新霉素（Bampidis 等，2006）。向牛奶或飲用水中添加精油混合物（桉樹油、薄荷醇晶體和薄荷油）也能改善犢牛的健康狀況和斷奶后的生長性能（Soltan，2009）。

1.2.2 木酚素和木質(zhì)素 少數(shù)木質(zhì)素化合物抑制微管的形成，這是有絲分裂紡錘體形成的基本步驟，從而產(chǎn)生抑菌作用。木質(zhì)素，特別是不含硫的木質(zhì)素可作為犢牛益生元飼料添加劑（Calvo-Flores 等，2015）。盡管這些產(chǎn)品在以家畜為基礎(chǔ)的飼料工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但給犢牛飼喂木質(zhì)素植物雌激素物質(zhì)的信息有限。亞麻籽是植物雌激素（木酚素）最豐富的來源，通常作為飼料原料而不是飼料添加劑。在肉牛日糧中加入亞麻籽成分可以保證更高的Ω-3 脂肪酸含量。

1.2.3 類黃酮 黃酮類化合物能通過多種機制發(fā)揮抗菌作用，具體原理是通過抑制微生物食物鏈中電子或碳的流動，阻止氫的積累，還原氫增加了丙酸鹽在丁酸鹽和乙酸鹽消耗中的比例，是減少產(chǎn)甲烷的重要策略，其作用機制可能是直接抑制瘤胃中水生營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷古菌。雖然黃酮類化合物對犢牛生長和胴體性狀方面沒有顯著改善，但其具有提高食欲的特性（Yang 等，2010）。

2 含氮類植物次生代謝物

2.1 生物堿相當(dāng)多的生物堿通過調(diào)節(jié)神經(jīng)元信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而對寄主的神經(jīng)受體產(chǎn)生強烈的影響，因此，在犢牛養(yǎng)殖行業(yè)中往往不被首選作為飼料添加劑（Walstab 等，2014）。少數(shù)生物堿，如季銨鹽類苯并苯胺類化合物、原托品類生物堿和異喹啉類生物堿已被用于各種家畜養(yǎng)殖中，但它們對犢牛的影響還有待研究。Varma 等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，石榴果皮提取物可以促進犢牛生長。但作者同樣也指出，如果缺乏正確的處理方法，添加果皮提取物可能會改變糞便氣味。

2.2 非蛋白氨基酸雖然大蒜素和大蒜素氨基酸的廣泛抗菌特性已得到很好證明，但其確切的作用模式仍是未知的。Muller 等（2016）認(rèn)為，大蒜素作為一種非蛋白氨基酸，其抗菌性可能是由于s- 烯丙基巰基修飾引起細菌中硫醇脅迫所致。補充洋蔥提取物（含有蒜氨酸、蒜素和其他半胱氨酸衍生物）的有益影響在家禽和牛中得到充分的證明。但這種提取物還需要在犢牛身上進行驗證（Abad 等，2017）。

2.3 凝集素，多肽和抗菌肽凝集素具有抗菌性，因為它能使核糖體失活，如蓖麻子的凝集素活性是阻止蛋白質(zhì)翻譯和生物合成特性的原因。在少數(shù)豆科植物中發(fā)現(xiàn)少量的有毒凝集素，但其安全閾值有問題。菠蘿和木瓜等植物富含水解蛋白酶，并被廣泛用作治療劑（Wink，2015）。但目前在犢牛身上未開展相應(yīng)研究。

3 植物次生代謝產(chǎn)物的協(xié)同作用

植物中活性成分比例的不同，對不同植物提取物的混合產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。因此，使用各種植物活性成分的混合物可能有助于減少所需的有效劑量。長時間使用飼料添加劑可能導(dǎo)致目標(biāo)菌產(chǎn)生抗藥性。Saeedi 等（2017）指出，單獨補充精油化合物可能引起瘤胃微生物的適應(yīng)，進而對油脂中的活性成分產(chǎn)生抗性?；旌衔镏胁煌渭壌x物之間的協(xié)同作用常常會阻止細菌通過適應(yīng)而產(chǎn)生耐藥性。這一假說解釋了為什么幾個世紀(jì)以來，人們成功地使用草藥混合物來治療傳染病，而沒有產(chǎn)生耐藥性。此外，單個成分不可能包含所有抗生素創(chuàng)造有利條件的能力。因此，使用不同的草藥或植物提取物作為抗菌替代品可以提供更有效的結(jié)果。根據(jù)天然抗菌藥物使用情況發(fā)現(xiàn)，精油和有機酸是最常被提及的具有添加效應(yīng)的次生代謝物，但關(guān)于它們對犢牛的協(xié)同效應(yīng)尚未見報道（Yang 等，2010）。理論上，精油和有機酸協(xié)同作用產(chǎn)生更大的效果，因為精油中的酚類化合物會破壞細胞膜的完整性，從而增加了細菌對酸性環(huán)境的脆弱性，改變傳統(tǒng)細菌喜酸性環(huán)境的特征，同時其疏水性在低pH 下增加，自身細胞壁的合成受阻，細菌在不斷吸水過程中細菌細胞膜的脂質(zhì)會加快溶解（Karatzas 等，2001）。

4 補充植物次生代謝產(chǎn)物作為犢牛飼料添加劑的挑戰(zhàn)

盡管存在關(guān)于各種天然抗菌劑在不同成年牲畜品種上最佳使用情況的數(shù)據(jù)，但在對犢牛完全闡明和明確確定其安全性和毒性水平之前，無法預(yù)測它們對幼小牲畜的安全性和毒性水平。相關(guān)規(guī)定劑量或草藥成分的數(shù)據(jù)很少，這是決定犢牛健康、福利和生長性能的基本因素。雖然很少有代謝物對一組常見的致病微生物具有類似的作用模式，但一種抗菌化合物的規(guī)定劑量并不保證相應(yīng)的代謝物具有相同的結(jié)果（Yang 等，2015）。由于植物次生代謝混合物的組成是多方面的，要對其安全性和有效性進行全面的評估是不現(xiàn)實的。此外，使用基于植物次生代謝物的飼料添加劑并不完全安全，可能會與其他藥物產(chǎn)生顯著的交互作用（Elghandour 等，2018）。

5 結(jié)論

從抗菌素耐藥性的角度來看，給犢牛使用植物次生代謝產(chǎn)物除了促進抗菌素管理外，還能提供額外的結(jié)果。盡管已發(fā)表的關(guān)于犢牛體內(nèi)試驗結(jié)果不一致，但它們顯示出許多益處。各種生物活性成分在提供健康和生產(chǎn)性能屬性方面的協(xié)同作用必須通過檢查大量的組合來徹底探索。在使用牛飼料添加劑前，這些組合還需要進行藥物-草藥相互測試。因此，在將植物次生代謝物作為飼料添加劑用于經(jīng)濟有效和可持續(xù)的犢牛飼養(yǎng)前，應(yīng)開發(fā)出可行和具有成本效益的草藥配方。