常見植物精油在反芻動物疾病防治中的應(yīng)用

胡克科，邢天宇，劉俊杰，何國戈，鄭經(jīng)成，俞元波，葛影影

廣東省清遠(yuǎn)市農(nóng)業(yè)科技推廣服務(wù)中心，廣東清遠(yuǎn) 511500

1 植物精油的來源和化學(xué)組分

植物精油通常是選取根、莖、葉片、種子、果實(shí)等植物器官為制備原料，利用水蒸氣蒸餾法、超聲波提取法等不同提取工藝得到的植物體次級代謝產(chǎn)物，具有特殊芳香氣味的揮發(fā)性油狀液體，可溶于脂類和有機(jī)溶劑，但不溶于水，還具有氣味穿透性強(qiáng)，有效抑菌活性高，吸收代謝功能強(qiáng)，不易產(chǎn)生耐藥性等理化特點(diǎn)。植物精油在自然界中的來源較廣泛，許多植物的不同生長部位均含有不同含量的精油成分。生產(chǎn)中常用于提取精油的植物有牛至、肉桂、百里香、鼠尾草、丁香等，在食品、藥品、美容保健等領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。

植物精油的含量常因產(chǎn)地、提取部位和提取工藝等因素的影響而存在差異性。生產(chǎn)中植物精油常用的提取方法有水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2提取法、超聲波輔助提取法、生物酶制劑輔助提取法等[1]。植物精油的化學(xué)組分相對較復(fù)雜，主要活性成分有萜類化合物（檸檬烯、月桂烯等），還含有芳香族化合物（百里酚、丁香酚、檸檬醛等）、脂肪族化合物（異戊酸、異戊醛、乙酸乙酯等）以及微量的含氮含硫類化合物（三硫化合物等）。

2 幾種常見植物精油及生物學(xué)作用

2.1 牛至精油

牛至精油(oregano essential oil,OEO)是選取牛至的莖、葉片或全株為原料，利用提取純化方式后獲得的淡黃色油狀液體，能釋放特殊的辛辣芳香氣味，化學(xué)揮發(fā)作用強(qiáng)且不易保存，不可溶于甘油和水，易溶于乙醇和丙二醇。其主要活性物質(zhì)為萜類化合物和萜烯類化合物，并有著較強(qiáng)且穩(wěn)定的抑菌和抗氧化活性。牛至精油被認(rèn)為是最有效的抑菌和抗氧化天然藥物之一，與肉桂精油、百里香精油、茶樹精油合稱為四大抑菌精油[2]。牛至精油中發(fā)揮抗菌作用的2 個重要評價指標(biāo)是百里香酚和香芹酚[3]，這2 種酚類約占78%～82%[4]。牛至精油的抑菌抗菌活性功能已成為近年來研究的關(guān)鍵點(diǎn)之一。Preuss等[5]研究指出，牛至精油對常見高發(fā)的大腸桿菌、腸炎沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等病原菌有著明顯的抑制和殺滅作用，有效殺菌質(zhì)量濃度為1.25～10 μg/mL，其作用機(jī)制是通過影響和改變細(xì)菌細(xì)胞膜的生理功能。這與李娜等[6]報道的牛至精油能夠有效抑制大腸桿菌和沙門氏菌的研究結(jié)果相近。Govaris 等[7]研究表明，牛至精油對革蘭氏陰性菌和陽性菌以及真菌（霉菌、酵母菌）的生長均表現(xiàn)出良好的抑制敏感性，同時還具有無毒、無殘留、抗菌范圍廣等使用優(yōu)點(diǎn)。

2.2 百里香精油

百里香（thymus mongolicus ronn），俗稱麝香草，為北方地區(qū)一種常見的植物香料。百里香全株植物散發(fā)濃厚麝香氣味，通常由特殊揮發(fā)性物質(zhì)百里香精油釋放產(chǎn)生，其主要抑菌活性物質(zhì)是百里香酚和香芹酚。百里香精油的主要生物學(xué)作用是抗菌、抗炎和抗氧化。研究表明，因花期、產(chǎn)地、提取部位和工藝不同，百里香精油的化學(xué)組分含量也存在差別。裴海閏等[8]研究發(fā)現(xiàn)，百里香精油對革蘭氏染色陰性菌和陽性菌均表現(xiàn)出一定的抑菌敏感性。陳麗艷等[9]指出，百里香精油對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌能夠起到較好的抑菌殺菌作用。張有林等[10]研究了影響百里香精油發(fā)揮抑菌作用的條件，結(jié)果顯示，堿性和熱處理?xiàng)l件下可降低其對細(xì)菌和真菌的抗菌敏感性。

2.3 肉桂精油

肉桂為一種藥食同源性植物，且兼具良好的藥用價值和較高的食品香料價值。肉桂精油（cinna‐mon essential oil）又稱肉桂油、香精油，主要是從肉桂的外皮、莖、葉片等部位提取純化得到的油狀且呈黃色或紅棕色的揮發(fā)性液體。肉桂精油的主要有效成分是肉桂醛，含量約占65%[11]。研究表明，肉桂精油的組分及含量也常因產(chǎn)地、提取部位、提取工藝和化學(xué)分析方法不同而存在差異性。肉桂精油因含有肉桂醛等特殊活性成分而具有較強(qiáng)的抗菌和抗氧化活性，可用作天然的抗菌藥物和防霉藥物。顧仁勇等[12]通過抑菌試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肉桂精油不僅對細(xì)菌有抑制作用，對真菌和酵母菌也呈現(xiàn)出較好的抗菌活性。劉曉麗等[13]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肉桂精油對幾種常見霉菌（黃曲霉、黑曲霉、黃綠青霉等）的生長繁殖起到一定程度延緩或抑制作用，表現(xiàn)出良好的抗菌防霉活性。王步江等[14]研究發(fā)現(xiàn)，肉桂精油通過影響細(xì)菌和真菌生物膜的通透性起到抑菌作用，但對霉菌的抑制效果優(yōu)于細(xì)菌和酵母菌。

2.4 植物精油的抗菌作用

研究表明，植物精油中酚類、萜烯類、醛酮類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗菌能力，對抗菌機(jī)制的研究報道多處于細(xì)胞水平。植物精油發(fā)揮抗菌作用的途徑主要有以下幾點(diǎn)：

1）損傷破壞細(xì)胞壁的完整性，進(jìn)一步改變菌體細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)，增加細(xì)胞膜通透性，導(dǎo)致細(xì)胞膨脹裂解死亡。研究表明，鼠尾草精油能夠破壞大腸桿菌細(xì)胞壁，導(dǎo)致菌體外形結(jié)構(gòu)改變，細(xì)胞表面呈現(xiàn)皺縮、破裂甚至塌陷死亡[15]。

2）損傷改變細(xì)胞膜滲透性，影響膜電位的產(chǎn)生，破壞細(xì)胞質(zhì)膜屏障，導(dǎo)致膜內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、電解質(zhì)等物質(zhì)出現(xiàn)大量泄漏，進(jìn)而引起菌體細(xì)胞死亡。Cui 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，牛至精油能夠損傷耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)大量物質(zhì)流失，降低ATP 含量，抑制ATP 相關(guān)酶活性，進(jìn)而影響代謝產(chǎn)物。Yap 等[17]研究了肉桂皮精油能夠增強(qiáng)大腸桿菌細(xì)胞膜表面的通透性，出現(xiàn)胞膜表面負(fù)電荷降低、胞膜表面酸化和蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生不可逆損傷和進(jìn)一步引發(fā)細(xì)胞裂解死亡。

3）影響能量代謝過程。細(xì)胞呼吸作用的能量來源是ATP，精油能夠通過破壞胞膜電子傳遞、干擾ATP 相關(guān)酶亞基的表達(dá)而影響ATP 合成，或損傷細(xì)胞膜致使ATP 流失，阻止能量代謝，抑制菌體生命活動。研究指出，使用山蒼子精油處理大腸桿菌后，菌體內(nèi)ATP 含量降低，ATP 酶生物催化活性降低，抑制菌體內(nèi)正常能量代謝過程和抑制呼吸作用，導(dǎo)致菌體細(xì)胞死亡[18]。

4）抑制DNA 合成或損傷DNA 結(jié)構(gòu)。DNA 是細(xì)菌重要的遺傳信息載體，主要存在于細(xì)胞核中，DNA 的合成出現(xiàn)異常和結(jié)構(gòu)損傷均會影響細(xì)菌遺傳物質(zhì)的復(fù)制和正常生長。丁香精油能夠抑制單核增生李斯特菌體內(nèi)遺傳物質(zhì)核酸的合成，影響細(xì)菌正常生長繁殖并導(dǎo)致死亡[19]。

2.5 植物精油的驅(qū)蟲、殺蟲作用

植物精油在自然界中普遍存在且具有重要作用，常見的植物種類主要包括唇形科、蕓香科、菊科等植物，釋放的特殊香氣含有較高的生物活性。植物精油抗蟲的作用方式主要有趨避、抑制呼吸、抑制生長繁殖、損傷角質(zhì)層和蛻皮等。許多研究發(fā)現(xiàn)，唇形科、傘形科、菊科等植物精油在抗寄生蟲、殺蟲方面具有明顯功效。植物精油中發(fā)揮抗蟲作用的主要活性成分為單萜衍生物。研究表明，菊科植物和桃金娘科植物精油能夠破壞和減少雞球蟲卵囊，而菊科植物和唇形科植物具有抑制隱孢子蟲卵囊生長，在家禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中有著抗寄生蟲病的良好效果[20]。

3 常見植物精油在反芻動物疾病防治中的應(yīng)用

3.1 對反芻動物奶牛乳房炎的影響

許多研究表明，植物精油對反芻動物乳房炎致病菌具有良好的抑制作用，可以改善修復(fù)乳房健康，提高乳汁產(chǎn)量。Alekish 等[21]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鼠尾草精油對金黃色葡萄球菌的生長繁殖能夠起到較好的抑制作用，給予亞臨床型母羊乳房炎注射鼠尾草精油24 h 和48 h 后檢測發(fā)現(xiàn)，羊乳體細(xì)胞數(shù)（SCC）呈現(xiàn)顯著下降，乳房炎癥反應(yīng)得到一定的緩解修復(fù)，同時乳品質(zhì)量得到改善?？姺f雪等[22]研究表明，抗生素利福昔明（RIF）與桉葉油（EEO）、薄荷油（MEO）、魚腥草油（HEO）單獨(dú)或聯(lián)合使用后可以抑制奶牛乳房炎源大腸桿菌生長，同時能夠有效阻抗生物被膜的形成，其中以RIF 與EEO 聯(lián)合使用抗菌效果最理想。陳昊等[23]在奶牛全混合日糧中添加牛至精油預(yù)混劑，結(jié)果表明牛至精油良好的抑菌消炎作用能夠有效降低奶牛單乳區(qū)乳房炎的患病率和腹瀉發(fā)生率，還可降低奶牛機(jī)體的耐藥性，表明牛至精油對奶牛健康狀況有著積極的改善作用。肉桂提取物中的醛類化合物具有抗菌、抗病毒等較強(qiáng)的生物學(xué)活性。林杰[24]研究報道，不同濃度水平的植物精油（百里香精油、茶樹油、香樟油、桉樹油）可以抑制和緩解脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的奶牛乳腺上皮細(xì)胞的炎性損傷，對乳房健康和保護(hù)起到改善作用，也可用作治療奶牛乳房炎的選擇性藥物。陳百萬等[25]研究發(fā)現(xiàn)，丁香精油有著廣譜抗菌活性，對細(xì)菌和真菌的抑制表現(xiàn)出良好效果，可用于防治病原菌感染的臨床型奶牛乳房炎疾病。

3.2 對反芻動物繁殖障礙性疾病的影響

近年來，國內(nèi)許多研究表明植物精油對病原菌引發(fā)的動物繁殖性能疾病有著良好的緩解和治療效果。王欣榮等[26]發(fā)現(xiàn)，牛至精油對病原菌引起的子宮內(nèi)膜炎癥具有一定的抑制和殺滅作用，可用于修復(fù)奶牛產(chǎn)后子宮、預(yù)防宮內(nèi)繼發(fā)感染，改善子宮健康狀況，促進(jìn)母體及早發(fā)情，提高奶牛的繁殖性能以及延長奶牛使用年限。研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚抑菌抗炎效果明顯，在一些動物炎性疾病治療中有著良好的應(yīng)用前景。付敬敬[27]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，香樟精油滲透性強(qiáng)，對大腸桿菌型奶牛臨床子宮內(nèi)膜炎具有抑制消滅作用，對大腸桿菌生物膜的形成具有阻抑功能，可以緩解或消除奶牛繁殖疾病，提高奶牛繁殖性能。邵丹[28]研究了百里香酚對LPS誘導(dǎo)山羊子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞（gEECs）的炎癥反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)百里香酚能夠顯著抑制gEECs 的炎性細(xì)胞因子的分泌和表達(dá)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗炎效果，對治療經(jīng)濟(jì)動物子宮內(nèi)膜炎癥具有一定的藥物使用參考價值。閆寶琪等[29]通過試驗(yàn)篩選出百里香酚對gEECs 無毒性作用的安全使用劑量為≤100 μg/mL，百里香酚因其較強(qiáng)的抗菌抗炎活性為臨床治療炎性疾病提供指導(dǎo)應(yīng)用。王孝武[30]通過多種植物精油抑菌試驗(yàn)比較研究發(fā)現(xiàn)，百里香精油和薰衣草精油抑菌活性高，可用作奶牛子宮內(nèi)膜炎防治藥用成分。

3.3 對反芻動物體內(nèi)外寄生蟲和肢蹄病的影響

據(jù)有關(guān)研究報道，植物精油中的活性成分百里香酚和香芹酚通過參與調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)代謝起到抗寄生蟲感染作用，對動物機(jī)體內(nèi)外寄生蟲也表現(xiàn)出良好的抑制以及殺滅作用，可用于動物生產(chǎn)驅(qū)蟲保健劑，也可用作治療的環(huán)保型藥物。周瑞[31]研究指出，飼糧中以每頭7 g/d 牛至精油添加量飼喂綿羊，可以擴(kuò)大綿羊瘤胃容積，顯著提高瘤胃部分消化酶活性，抑制瘤胃有害菌群和顯著降低瘤胃中原蟲數(shù)量，減少瘤胃消化道感染，豐富瘤胃菌群數(shù)量和改善瘤胃結(jié)構(gòu)。Gaur 等[32]研究指出，植物精油可以有效抑制和殺滅小隱孢子蟲和艾美兒球蟲。姚喜喜等[33]研究報道，相比對照組，添加0.028 kg/d 牛至精油的全混合日糧試驗(yàn)組奶牛肢蹄病發(fā)病率降低8%，這表明牛至精油有助于促進(jìn)奶牛機(jī)體健康和產(chǎn)奶量的提高。

4 結(jié) 語

近年來，植物精油在反芻動物營養(yǎng)調(diào)控、促生長性能、免疫調(diào)節(jié)、抑菌抗炎等方面的應(yīng)用取得顯著效果。植物精油來源于天然植物，普遍認(rèn)為其安全性高、毒副作用小，在反芻動物健康養(yǎng)殖和疾病防治方面具有一定的優(yōu)勢，但仍存在一些問題需要我們認(rèn)識和思考：第一，植物精油化學(xué)組分復(fù)雜，易氧化揮發(fā)且穩(wěn)定性差，在提取和應(yīng)用的過程中對如何避免活性成分流失的工藝研究還需深入。第二，植物精油因品種來源、收獲產(chǎn)地、生長階段、提取部位和工藝等因素的影響存在不同差異，為進(jìn)一步控制植物精油產(chǎn)品質(zhì)量，對于提取分析和生產(chǎn)過程中形成不同植物精油的組分、化學(xué)結(jié)構(gòu)和純度的相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和流程的研究還有待進(jìn)一步研究。第三，為充分發(fā)揮不同植物精油間的協(xié)同及疊加作用，對于多種植物精油以及植物精油與酸化劑、益生菌之間的復(fù)配作用及其機(jī)制的探索仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。第四，植物精油的添加量不僅影響使用效果和產(chǎn)品安全，還直接影響經(jīng)濟(jì)效益。植物精油在不同動物種類、不同生理生長階段的體外使用量的試驗(yàn)研究仍需加強(qiáng)。第五，利用現(xiàn)代提取技術(shù)不斷優(yōu)化提取工藝提高活性成分得率，實(shí)現(xiàn)植物精油量化生產(chǎn)，降低精油綜合生產(chǎn)成本，為植物精油在畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)中的廣泛推廣應(yīng)用打下經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。