飼料添加劑調(diào)節(jié)畜禽腸道菌群及其生長性狀的研究進展

羅超維，楊 柳，吳仕輝，謝 莉，李祥坤，向 海

（1.佛山科學技術(shù)學院生命科學與工程學院 廣東省動物分子設(shè)計與精準育種重點實驗室，廣東 佛山 528225；2.中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，北京 100193；3.廣東天農(nóng)食品集團股份有限公司，廣東 清遠 511827）

隨著畜禽養(yǎng)殖中抗生素的逐步禁用，可有效替代抗生素的多種畜禽飼料添加劑逐漸被開發(fā)，例如中草藥飼料添加劑、藻類提取物和益生菌微生物飼料添加劑等。飼料添加劑在提高飼料利用率、維持動物腸道微生態(tài)平衡和改善畜禽生長性狀等方面發(fā)揮重要作用。飼料添加劑被廣泛應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域，例如在飼糧中添加納米復合中草藥飼料添加劑可提高雞的生長性能［1］，以及將微生物飼料添加劑加入豬日糧可以有效降低豬腸道疾病的發(fā)病率，提高仔豬日增重和飼料報酬等［2］。腸道菌群是一個復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，在宿主的物質(zhì)代謝、免疫調(diào)節(jié)、生物屏障和防御等方面發(fā)揮著重要作用。畜禽腸道菌群結(jié)構(gòu)隨著宿主的生長發(fā)育呈現(xiàn)動態(tài)變化，在生理狀態(tài)下，腸道菌群與宿主保持平衡關(guān)系。越來越多的研究表明，腸道微生物與畜禽體重、體脂沉積、免疫應(yīng)激等重要性狀關(guān)系密切［3］。以上市體重、日增重等為代表的生長性狀是畜禽生產(chǎn)中最重要的表型指標之一，直接影響畜禽產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

如何有效利用飼料添加劑提高畜禽生長性能是畜禽生產(chǎn)者和研究者共同關(guān)心的問題。隨著研究的深入，研究者們逐漸解析清楚腸道菌群與宿主相互影響的部分機理，并篩選出與畜禽生長性能緊密相關(guān)的腸道微生物，不斷開發(fā)出能調(diào)節(jié)腸道微生物豐度的飼料添加劑，并利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)制備成制劑應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)。文章以飼料添加劑為切入點，總結(jié)了腸道微生物影響畜禽生長性能的調(diào)節(jié)機制及其研究進展，旨在為深入探討腸道微生物在現(xiàn)代畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用價值提供參考。

1 畜禽腸道微生物受多種因素的影響

腸道微生物既能與宿主競爭營養(yǎng)物質(zhì)，又能通過發(fā)酵等途徑產(chǎn)生對宿主有利的代謝物質(zhì)，同時菌群結(jié)構(gòu)受宿主飲食、年齡、遺傳、生活方式等因素影響［4］，通過高脂飼料喂養(yǎng)小鼠，盲腸中擬桿菌門豐度增加，且腸道屏障功能有所增強［5］。在畜禽生產(chǎn)中，可通過飼料添加劑改善畜禽菌群平衡，例如添加乳酸鏈球菌肽的肉雞飼料可抑制潛在致病菌的增殖，進而對肉雞胃腸道的微生物群起正向調(diào)節(jié)作用［6］。在日糧中添加桿菌肽亞甲基二水楊酸鹽（bacitracin methylene disalicylate）可以提高肉雞的生產(chǎn)性能和改善腸道健康［7］。在家畜生產(chǎn)中，豬腸道菌群中已鑒定出的優(yōu)勢菌種包括桿菌屬和梭菌屬等11個優(yōu)勢菌屬和普雷沃菌科和瘤胃菌科等28個優(yōu)勢菌科［8］。添加復合乳酸菌可增加回腸黏膜和盲腸腔中雙歧桿菌的數(shù)量，使斷奶仔豬日增重高于對照組［9］。在牛的研究中發(fā)現(xiàn)瘤胃菌群或腸道微生物菌群對宿主生理和健康存在潛在影響［10］。

除了飼料添加劑對腸道菌群結(jié)構(gòu)影響較為明顯，飼養(yǎng)環(huán)境和飼養(yǎng)方式也是影響畜禽腸道微生物的重要因素。在家禽上有研究發(fā)現(xiàn)，散養(yǎng)雞比籠養(yǎng)雞具有更豐富的腸道微生物［11］。在籠養(yǎng)條件下，自由選擇飼糧有利于雞肉品質(zhì)的提高，且腸道微生物組成更為豐富［12］；在散養(yǎng)條件下，公雞母雞混合飼養(yǎng)可改善雞的群體結(jié)構(gòu)，更能顯著增加腸道菌群豐度并增強其能量代謝和免疫功能［13］。在家畜上有研究者以淮豬和杜長大雜交豬為研究對象，采集盲腸內(nèi)容物分析不同飼養(yǎng)模式下菌群豐度差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)擬桿菌門在林下散養(yǎng)的淮豬中相對豐度最高，在圈養(yǎng)的杜長大雜交豬中相對豐度最低［14］。研究飼養(yǎng)方式對蘇尼特羊腸道菌群的影響發(fā)現(xiàn)，放牧+舍飼組中擬桿菌屬的豐度顯著高于放牧組，而纖維桿菌屬和瘤胃球菌屬的豐度顯著低于放牧組［15］。綜上所述，基礎(chǔ)日糧、飼料添加劑、飼養(yǎng)方式等因素均能顯著影響畜禽腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能，且不同影響因素對畜禽生長性狀的影響不同。

2 飼料添加劑對畜禽腸道菌群和生長性狀的影響

2.1 飼料添加劑對家禽腸道菌群和生長性狀的影響

通過添加不同飼料添加劑，可調(diào)節(jié)飼料營養(yǎng)水平并改變宿主腸道內(nèi)微生物的種類和數(shù)量，使家禽日增重等重要生長性狀發(fā)生改變。例如在飼料中添加薄荷精油可增加肉雞腸道中乳酸菌的數(shù)量，減少葡萄球菌、大腸埃希菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、腸球菌、沙門菌的數(shù)量［16］，而乳酸菌添加日糧可提高肉雞的平均日增重［17］。肉仔雞飼料中添加發(fā)酵玉米蛋白粉也可優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進肉仔雞生長，提高抗氧化能力［18］。母雞日糧中添加250 mg/kg甜菊糖（stevioside）可顯著提高雛重和改善雛雞的腸道形態(tài)，并可能通過提高母雞腸道菌群中的乳酸桿菌含量，影響腸道炎性細胞因子的表達水平等，改善母雞和雛雞的抗應(yīng)激能力［19］。將7.5%發(fā)酵飼料添加到鵝飼料中，鵝腸道中擬桿菌屬豐度增加，同時脫硫弧菌、考拉桿菌屬、毛螺菌科、瘤胃梭菌屬和顫螺菌屬的豐度降低，鵝的平均日增重和體重均增加，提示這些腸道菌群的改變可能影響鵝的生長性狀［20］。

2.2 飼料添加劑對家畜腸道菌群和生長性狀的影響

在仔豬日糧中添加約氏乳桿菌BS15連續(xù)飼喂35 d，發(fā)現(xiàn)可使仔豬腸道中消化球菌和乳酸桿菌的數(shù)量顯著提高，且可顯著提高仔豬體重和平均日增重［21］。其次，日糧中添加低聚木糖（xylooligosaccharides）替代抗生素可提高仔豬腸道中乳酸桿菌屬豐度，降低腸桿菌屬豐度，從而維持斷奶仔豬的腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高生長性能［22］。除低木聚糖可替代抗生素外，噬菌體也可通過調(diào)節(jié)腸道菌群促進斷奶仔豬的生長性能［23］。在豬的飼料中添加可可粉（cocoa powder，CP）測定對豬體重的影響，結(jié)果顯示飼喂CP組豬體重增加且腸道中乳酸菌豐度增加［24］。

3 糞便菌群移植對宿主生長性狀的影響

運用糞便菌群移植 （fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）將生長發(fā)育良好個體的微生物移植到發(fā)育不良個體體內(nèi)，可以達到重新構(gòu)建腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)的目的。在家畜生產(chǎn)上，有研究者利用FMT將成熟豬個體的糞便接種至斷奶仔豬，發(fā)現(xiàn)FMT斷奶仔豬的生長性能得到顯著提高，且梭狀芽孢桿菌科等類群在FMT受體豬中富集［25］。另外，F(xiàn)MT能夠提高家兔的纖維消化率和改善家兔盲腸微生態(tài)，進而促進家兔的消化代謝［26］。在小鼠上，研究者利用自體FMT技術(shù)將小鼠瘦弱狀態(tài)時的糞便移植至肥胖時期的小鼠，發(fā)現(xiàn)移植后的肥胖小鼠能夠在短期內(nèi)出現(xiàn)能量消耗抑制現(xiàn)象，體重減輕和改善肥胖效果良好，這很可能是由于FMT后降低飼料利用效率，并促進脂肪組織脂解和肝臟脂肪酸氧化作用［27］。在家禽上，F(xiàn)MT能改變受體雞腸道菌群的組成，增加乳酸桿菌等益生菌和短鏈脂肪酸的濃度，加強糖脂代謝，促進雞的生長發(fā)育［28］。FMT手段不局限于同一物種之間，還可跨物種研究，其目的都是驗證腸道微生物對宿主生長性狀的影響。例如向偽無菌小鼠體內(nèi)分別移植三種不同飼料利用效率（高、中、低）豬的糞便，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植高飼料利用效率豬糞便的小鼠，糞便中有更豐富的甲烷短桿菌屬、腸球菌和阿克曼菌，這些菌可能均來自供體豬體內(nèi)，且其總飼料消化率顯著高于移植另外兩組豬糞便菌群的小鼠，證明偽無菌小鼠腸道菌群與供體豬的能量利用水平有重要關(guān)系［29］。

4 腸道微生物影響畜禽生長性狀的機制

4.1 腸道微生物調(diào)節(jié)畜禽營養(yǎng)物質(zhì)吸收與能量代謝等生物功能

腸道微生物基因組中富含宿主不具備的與能量代謝相關(guān)的基因功能，其功能與宿主糖類、短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）和氨基酸等代謝相關(guān)［30］。腸道微生物可分解宿主難以消化的多糖，同時促進宿主對單糖和SCFAs的吸收。此外，腸道微生物能為機體代謝提供酶、能量、營養(yǎng)元素等［31］，產(chǎn)生的脂肪酸能促進人體腸道上皮細胞的脂質(zhì)沉積。腸道微生物能改變腸黏膜緊密連接度而使腸黏膜通透性發(fā)生改變［32］，膽汁酸、淋巴系統(tǒng)等介導腸道菌群對宿主代謝和腸壁通透性產(chǎn)生影響［33］，從而影響機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。腸道微生物能調(diào)節(jié)動物機體對胰島素的敏感性，控制脂質(zhì)和糖類的代謝［34］。另一方面，腸道是營養(yǎng)吸收的重要器官，若其微生態(tài)平衡被破壞，厭氧型革蘭陰性菌就會過度增殖，導致腸道功能受損［35］。腸黏膜緊密連接決定腸上皮通透性，若腸黏膜緊密連接缺失或功能減弱，腸上皮通透性增加，細菌和毒素等大分子物質(zhì)就會經(jīng)腸上皮進入體液循環(huán)，對機體健康造成嚴重危害。食物中的部分微生物進入腸道刺激Toll樣受體（Toll-like receptors），促進上皮細胞數(shù)目增加以及腸黏膜緊密連接穩(wěn)固性增強，以抵抗有害大分子物質(zhì)入侵［36］。

4.2 SCFAs調(diào)節(jié)畜禽代謝

SCFAs主要包括乙酸、丙酸、丁酸等以及脂肪酸鹽類，對動物的生長發(fā)育有重要作用，也有抗病原微生物、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、改善腸道功能等作用。SCFAs可通過食物直接獲取或者通過腸道菌群自身發(fā)酵產(chǎn)生。Wolin等［37］研究人腸道中結(jié)腸段菌群的酵解途徑，發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬主要的發(fā)酵產(chǎn)物是乳酸，擬桿菌屬發(fā)酵產(chǎn)物主要是乙酸和丁酸，雙歧桿菌屬發(fā)酵產(chǎn)物主要是乙酸、乳酸和甲酸，由此可知不同腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs種類不同，SCFAs的種類不同也會影響腸道菌群種類，從而調(diào)節(jié)病原微生物的滋生促進生物生長發(fā)育。研究SCFAs對育成期肉雞盲腸中腸道菌群形成的影響，發(fā)現(xiàn)在盲腸中腸桿菌和腸球菌數(shù)量與SCFAs均呈負相關(guān)，而乳桿菌和SCFAs沒有顯著相關(guān)性，故不同種類SCFAs對腸桿菌、腸球菌有抑制作用，雙歧桿菌能夠分泌多種酶，分解大分子有機物，產(chǎn)生SCFAs，促進維生素和無機鹽離子的吸收，還能協(xié)同乳酸桿菌維持腸道微生態(tài)平衡［38］。

5 飼料添加劑調(diào)節(jié)腸道菌群改善畜禽生長性狀的應(yīng)用

益生菌等微生態(tài)制劑和多種新型飼料添加劑長期應(yīng)用于養(yǎng)殖生產(chǎn)，用于提高飼料轉(zhuǎn)化率、畜禽生產(chǎn)性能，減少畜禽腸道致病菌數(shù)量及增加有益菌數(shù)量等。越來越多的研究表明，飼料添加劑對于調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)作用顯著。

在日糧中添加甜菊糖可通過改變?nèi)怆u腸道微生物群增加飼料攝入量，在基礎(chǔ)日糧中添加甜菊糖后，雞腸道菌群中乳桿菌目、芽孢桿菌綱、乳桿菌屬和乳桿菌科的相對豐度增加，瘤胃球菌科、毛螺菌科、梭菌綱和梭菌目的比例降低，表明在基礎(chǔ)日糧中添加甜菊糖可以通過改變腸道微生物群組成，促進飼料攝入［39］。此外，通過研究抗菌肽對蛋雞和肉雞生長性狀的作用，發(fā)現(xiàn)對照組的體重及增長率顯著低于高劑量組，提示抗菌肽有助于提高蛋雞和肉雞體重［40］。釀酒酵母培養(yǎng)物能促進817肉仔雞乳酸菌、雙歧桿菌的增殖，抑制大腸桿菌的增殖，優(yōu)化腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)，增加22～60日齡階段試驗組肉雞的體重［41］。在不同日齡畜禽中發(fā)揮最佳效應(yīng)的微生物制劑濃度和劑量不同。在105～152日齡彭縣黃雞的日糧中添加0.05%的丁酸鈉能顯著提高腸道雙歧桿菌的數(shù)量、降低沙門菌的數(shù)量，彭縣黃雞的體重、日增重、活重和腹脂重均提高［42］。Corrigan等［43］探討了日糧中補充甘露寡糖（mannan oligosaccharide）對肉雞生產(chǎn)性能、盲腸細菌群落結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)發(fā)育種群的影響，發(fā)現(xiàn)42 d后體重有所增加，通過16SrDNA分析發(fā)現(xiàn)盲腸的優(yōu)勢菌有3個門，分別是厚壁菌門、擬桿菌門和變形桿菌門，厚壁菌門占主導地位。此外，在肉雞日糧中添加0.1%泡菜乳酸菌（Weissella koreensis）能提高肉雞日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和盲腸乳酸菌數(shù)［44］。Sureshkumar等［45］研究在日糧中添加唾液乳桿菌（Lactobacillus salivarius，L.salivarius）對提高肉雞生長性能、糞便微生物群和免疫應(yīng)答的影響，試驗組添加L.salivarius，對照組飼喂PBS溶液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，添加了L.salivarius試驗組的肉雞體重顯著增加，且試驗組雞糞便中最豐富的是厚壁菌門，大約占總微生物組的98.8%，其余為藍藻菌門、變形菌門、擬桿菌門和放線菌門。在屬水平上試驗組乳酸桿菌微生物最豐富，占該試驗組微生物群組成的98.5%，其他屬包括大腸桿菌屬、普氏菌屬、羅氏菌屬、結(jié)核桿菌屬、嗜碳酸菌屬、海藻菌屬、鏈球菌屬和擬桿菌屬。

同時，研究者們開展了大量工作探究純天然植物或其提取物改善畜禽生長發(fā)育的可能。通過向基礎(chǔ)日糧中添加橄欖渣提取物（olive pomace extract，OE），發(fā)現(xiàn)添加750 mg/kg OE可促進肉雞的生長［46］。三葉鬼針草（Bidenspilosa）通過影響腸道菌群的組成，對肉雞增重和飼料轉(zhuǎn)化率有明顯積極效果［47］。在飼糧中添加綠茶末可抑制肉仔雞回腸和盲腸的大腸桿菌和沙門菌增殖，促進肉雞回腸和盲腸乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，降低肉雞體重，且肌內(nèi)脂肪含量升高［48］。茶多酚和茶皂素能夠增加黃羽肉雞盲腸乳酸桿菌數(shù)量，降低大腸埃希菌數(shù)量，顯著提高黃羽肉雞生長性能［49］。徐良梅等［50］發(fā)現(xiàn)日糧中添加0.125%五味子提取物能降低仔雞盲腸中大腸桿菌數(shù)量、促進乳酸桿菌增殖，從而顯著提高4～6周齡仔雞平均日增重。除肉雞和蛋雞外，有研究者利用飼料添加劑對公雞體重變化展開研究，在基礎(chǔ)日糧中添加將地瓜藤葉、高粱葉、玉米葉、向日葵葉提取物按一定比例混合的飼料添加劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)天然植物提取物能有效提高公雞的飼料轉(zhuǎn)化率，協(xié)同作用促進雞腸道蠕動，繼而顯著提高生長期雞的活體體重［51］。

在家畜生產(chǎn)上，在日糧中利用糙米替代玉米，長時間飼喂可能改變豬的腸道微生物群，且不會對豬的生長性能產(chǎn)生負面影響，這為糙米在肥育豬飼料中的添加使用提供了理論參考［52］。發(fā)酵飼料的益生菌以芽孢桿菌屬為主，飼喂發(fā)酵飼料使得豬糞便中大腸桿菌數(shù)量降低，擬桿菌和乳酸菌的數(shù)量增加，并提升育肥豬的體重［53］。向育肥豬日糧中添加0.1%的豬源乳酸菌和雙歧桿菌組成的豬腸道微生物，可顯著提高育肥豬的日增重和采食量，降低料重比［54］。張洪偉等［55］就微生態(tài)制劑對育肥牛增重效果的影響進行了研究，對照組為基礎(chǔ)日糧+國產(chǎn)單一酵母、試驗組為基礎(chǔ)日糧+復合型微生態(tài)制劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗組較對照組每頭育肥牛平均日增重提高了0.197 kg。此外，以大蒜作為飼料添加劑，發(fā)現(xiàn)大蒜提取物顯著改變糞大腸菌群豐度，并提高了荷斯坦雜交犢牛的體重和飼料轉(zhuǎn)化率［56］。

6 結(jié)語

腸道微生物的生態(tài)平衡是畜禽生長發(fā)育過程中的關(guān)鍵因素。開發(fā)具有改善畜禽生長性狀功能的微生物制劑，并將其作為抗生素的替代品，可產(chǎn)生一定的社會效益與經(jīng)濟效益。但影響畜禽腸道菌群結(jié)構(gòu)的因素很多，且微生物在高溫、強酸、強堿等極端條件下易失活等因素加大了飼料生產(chǎn)難度，以及同一品種、不同個體在不同生長階段中能發(fā)揮最佳效應(yīng)的微生物制劑的濃度和劑量尚未研究清楚，這都是微生物制劑生產(chǎn)和應(yīng)用中的難點。在后期研究工作中，有待針對不同畜禽品種和不同生長性狀開發(fā)出更有效的微生物制劑，同時探究更精準的菌群組合和添加配比，以實現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化。