導(dǎo)讀：長(zhǎng)期使用和濫用抗生素導(dǎo)致的耐藥性問(wèn)題已對(duì)全球的公共衛(wèi)生造成了威脅，各國(guó)政府紛紛出臺(tái)政策禁止在動(dòng)物飼料中添加以促生長(zhǎng)為目的抗生素，我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部明文規(guī)定禁止在動(dòng)物飼料中添加抗生素。鑒于此，替代抗生素的研究成為畜牧業(yè)研究的熱點(diǎn)。本期我們特邀南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王恬教授以“飼用抗生素替代物在畜禽生產(chǎn)上的研究進(jìn)展”為題，詳細(xì)介紹了具有功能性特性如酸化劑、酶制劑、益生菌、寡糖、植物源活性物質(zhì)等作為替代抗生素的潛力，并對(duì)飼用抗生素替代物近年來(lái)在豬和家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用研究、應(yīng)用效果、作用機(jī)制以及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，以期為后抗生素時(shí)代的飼料配制技術(shù)創(chuàng)新提供參考。全文已在《飼料工業(yè)》2023年第12期刊出。
自20世紀(jì)40年代末發(fā)現(xiàn)抗生素可預(yù)防畜禽疾病、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、提高養(yǎng)殖效益以來(lái)，其作為飼料添加劑廣泛應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)[1]。然而，抗生素不合理使用與濫用問(wèn)題日益凸顯，對(duì)食品安全、人類(lèi)健康及生態(tài)環(huán)境造成諸多危害，主要體現(xiàn)在：①導(dǎo)致畜禽免疫抑制和二重感染，直接危害動(dòng)物健康；②引發(fā)細(xì)菌耐藥，誘導(dǎo)超級(jí)細(xì)菌產(chǎn)生；③畜產(chǎn)品抗生素殘留對(duì)人體具有毒副作用；④無(wú)法代謝的抗生素會(huì)以原體形式通過(guò)糞尿排出，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。為此，我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了第194號(hào)公告，明確了自2020年7月1日起，飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長(zhǎng)類(lèi)藥物飼料添加劑（中藥類(lèi)除外）的商品飼料，意味著后抗生素時(shí)代已然到來(lái)。盡管目前市場(chǎng)上沒(méi)有單一的非抗生素產(chǎn)品能夠完全取代飼用抗生素的作用，但有多種功能性物質(zhì)能夠發(fā)揮類(lèi)似抗生素的效果，對(duì)完善飼用抗生素的綜合替代策略具有積極意義。作為畜牧水產(chǎn)養(yǎng)殖的上游，飼料行業(yè)應(yīng)堅(jiān)持科技創(chuàng)新，合理使用具有抗生素替代潛力的功能性物質(zhì)，從源頭上解決飼料“禁抗”所引發(fā)的疾病防控難度加大、動(dòng)物飼養(yǎng)效率下降等現(xiàn)實(shí)難題。文章圍繞近年來(lái)酸化劑、酶制劑、益生菌、功能性寡糖、植物源活性物質(zhì)在畜禽養(yǎng)殖中的研究進(jìn)展，對(duì)其應(yīng)用效果、作用機(jī)制以及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，為探索綠色、安全、高效的抗生素替代方案提供參考依據(jù)。抗生素的發(fā)現(xiàn)及其作用機(jī)理
抗生素是由微生物或高等動(dòng)植物在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生或通過(guò)化學(xué)技術(shù)合成的一類(lèi)次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有抗病原體或其他活性作用，被認(rèn)為是20世紀(jì)最主要的發(fā)明之一[2]。1928年，英國(guó)微生物學(xué)家亞歷山大·弗萊明首次發(fā)現(xiàn)了青霉素。后經(jīng)英國(guó)病理學(xué)家霍華德·弗洛里和德裔英國(guó)生物化學(xué)家恩斯特·錢(qián)恩研究完善，青霉素于1941年作為醫(yī)藥開(kāi)始應(yīng)用于臨床，開(kāi)啟了抗生素拯救人類(lèi)的時(shí)代[3]。1944年，賽爾曼·瓦克斯曼從灰色鏈霉菌中提煉出了鏈霉素[4]。1946年，威斯康星大學(xué)的幾位研究人員偶然發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加少量鏈霉素能夠促進(jìn)肉仔雞生長(zhǎng)[5]。自此，抗生素逐漸應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)，并在降低病死率、提高生長(zhǎng)性能等方面取得了顯著效果。1948年，美國(guó)植物學(xué)家本杰明·道格發(fā)現(xiàn)的金霉素不僅是人類(lèi)歷史上第一個(gè)廣譜抗生素，也是畜禽養(yǎng)殖中使用最廣泛的抗生素之一[6]。美國(guó)FDA于1951年正式批準(zhǔn)了第一款可用于動(dòng)物生產(chǎn)的抗生素飼料添加劑。隨后，抗生素在歐美國(guó)家的養(yǎng)殖生產(chǎn)中使用逐漸合法，并在世界范圍迅速推廣。抗生素能夠針對(duì)細(xì)菌特有而人類(lèi)或其他高等動(dòng)植物所沒(méi)有的特性，抑制或殺滅細(xì)菌，其機(jī)理大體上歸納為：①β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素通過(guò)抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成，使其在低滲透壓環(huán)境下發(fā)生溶脹、破裂和死亡[7]；②多黏菌素和短桿菌肽等抗生素通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞膜離子通道開(kāi)放，提高膜通透性，導(dǎo)致細(xì)菌因胞內(nèi)物質(zhì)滲出菌體或電解質(zhì)失調(diào)而死[8]；③四環(huán)素類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)和氨基糖苷類(lèi)抗生素以及氯霉素可與細(xì)菌核糖體或其反應(yīng)底物（如tRNA、mRNA）發(fā)生互作，抑制菌體蛋白質(zhì)合成[9]；④喹諾酮類(lèi)等合成抗菌劑通過(guò)抑制細(xì)菌DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，阻礙菌體蛋白合成，降低細(xì)菌繁殖效率[10]。前兩類(lèi)以破壞菌體完整性的方式殺死細(xì)菌的抗生素又稱(chēng)殺菌劑，后兩類(lèi)通過(guò)抑制生物大分子合成而阻礙細(xì)菌繁殖的抗生素則為抑菌劑。作為促生長(zhǎng)類(lèi)藥物飼料添加劑，抗生素提高動(dòng)物生長(zhǎng)效率的機(jī)理尚未完全闡明。現(xiàn)有的研究表明，抗生素可能通過(guò)抑菌或殺菌作用，降低腸道微生物群落總量與代謝活性，避免微生物與宿主競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分，從而促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)[11]。然而，也有學(xué)者反對(duì)這一觀點(diǎn)，認(rèn)為抗生素主要通過(guò)減輕炎癥反應(yīng)，減少蛋白質(zhì)、能量等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解代謝，使其在動(dòng)物體內(nèi)沉積下來(lái)，達(dá)到促生長(zhǎng)效果[12]。隨著分子生物學(xué)和生物信息學(xué)不斷發(fā)展，陸續(xù)的研究證實(shí)，在畜禽飼料中添加抗生素會(huì)改變腸道微生物結(jié)構(gòu)和多樣性，形成一種優(yōu)質(zhì)、均衡且不易引發(fā)炎癥的微生物群體，這有利于提高宿主攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的效率并使其生長(zhǎng)潛力得到充分發(fā)揮[13-14]。然而，如何區(qū)分具有促生長(zhǎng)潛力的特定微生物種群并明確其作用機(jī)理，仍是當(dāng)前微生物學(xué)及畜牧學(xué)研究的難點(diǎn)。隨著抗生素的廣泛應(yīng)用，尤其是抗生素在動(dòng)物生產(chǎn)中長(zhǎng)期以來(lái)低劑量、長(zhǎng)時(shí)間使用，細(xì)菌在抗生素的持續(xù)暴露下逐漸產(chǎn)生了耐藥性。在青霉素使用的幾年后，研究人員發(fā)現(xiàn)一些金黃色葡萄球菌為了生存，進(jìn)化出能夠靶向降解青霉素的β-內(nèi)酰胺酶，導(dǎo)致青霉素療法對(duì)半數(shù)左右的金黃色葡萄球菌感染者無(wú)效[15]。2016年，哈佛大學(xué)和以色列理工學(xué)院的科學(xué)家們?cè)赟cience聯(lián)合發(fā)表的一項(xiàng)研究表明，在實(shí)驗(yàn)室條件下，大腸桿菌僅需10 d時(shí)間即可獲得足夠的耐藥性，并可抵抗劑量為最低致死濃度1 000倍的抗生素[16]。然而，每一種新抗生素的研發(fā)耗時(shí)短則1~2年、長(zhǎng)則10~20年。重要的是，自1990年至今，人類(lèi)幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新的抗生素種類(lèi)，導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性與日俱增而新抗生素嚴(yán)重短缺的困局。2017年9月，世界衛(wèi)生組織宣布全球抗生素瀕臨枯竭，開(kāi)發(fā)新型抗生素的進(jìn)展十分緩慢，難以應(yīng)對(duì)愈發(fā)嚴(yán)峻的細(xì)菌耐藥性所造成的威脅。細(xì)菌耐藥性根據(jù)發(fā)生方式分為天然耐藥性和獲得性耐藥兩類(lèi)。前者由細(xì)菌自身的基因特征引起；后者是細(xì)菌因受抗生素影響，自身生存代謝途徑發(fā)生改變，因而產(chǎn)生了耐藥性。由于細(xì)菌種類(lèi)和抗生素作用機(jī)理不同，細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的機(jī)理不盡一致且十分復(fù)雜，主要包括以下方式：①產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶、氨基苷類(lèi)抗生素鈍化酶、氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶及核苷轉(zhuǎn)移酶等滅活酶，導(dǎo)致相應(yīng)的抗生素喪失抗菌作用[17-20]；②改變細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)膜的抗生素結(jié)合靶點(diǎn)，降低細(xì)菌與抗生素的親和力，導(dǎo)致抗生素失效[21]；③改變通道蛋白性質(zhì)和數(shù)量，降低細(xì)菌的膜通透性，產(chǎn)生獲得性耐藥性[22]；④某些細(xì)菌能夠利用特有的外排泵結(jié)構(gòu)，將進(jìn)入菌體的藥物泵出體外，從而獲得耐藥性[23]；⑤分泌胞外多糖蛋白復(fù)合物，將自身包裹在內(nèi)以抵抗藥物壓力等不利環(huán)境[24]；⑥致病微生物對(duì)某種抗生素產(chǎn)生耐藥性后，其對(duì)具有相似作用機(jī)理的抗生素也會(huì)產(chǎn)生交叉耐藥性[25]。由此可見(jiàn)，細(xì)菌更易通過(guò)獲得性途徑產(chǎn)生耐藥性，該方式也更為畜牧生產(chǎn)和臨床醫(yī)學(xué)所重視[26]。作為全球抗生素生產(chǎn)和使用大國(guó)，我國(guó)抗生素濫用問(wèn)題十分嚴(yán)重，其用量逐年攀升，且一半以上用于畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖[27]。抗生素濫用不僅直接危害動(dòng)物健康，其在畜產(chǎn)品的殘留成分也會(huì)通過(guò)餐桌和腸道進(jìn)入人體內(nèi)，故被認(rèn)為是潛伏在人體內(nèi)的隱形殺手[28]。此外，在動(dòng)物體內(nèi)約有30%~70%的抗生素不會(huì)發(fā)生代謝，并以原體形式經(jīng)糞尿排放至土壤或水體，加劇了環(huán)境中的細(xì)菌耐藥性[29]。為此，歐美國(guó)家相繼限制或禁止抗生素在動(dòng)物飼料中使用?；趯?duì)食品安全的考量，瑞典在1986年率先宣布飼料中禁用抗生素。2000年，丹麥規(guī)定抗生素不得作為促生長(zhǎng)劑在飼料中使用，只可作為處方藥用于疾病治療。在此之前，歐盟也宣布1999年7月至2006年1月1日飼料中僅允許使用莫能菌素、鹽霉素、黃霉素、阿維拉霉素（效美素）4種抗生素產(chǎn)品，并從2006年起全面禁用抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑。在歐盟“禁抗”初期，抗生素作為治療藥物的用量大幅上升，養(yǎng)殖業(yè)抗生素使用總量并未下降，直到2016年，抗生素在養(yǎng)殖業(yè)的用量才開(kāi)始逐年遞減[30]。2015年，我國(guó)打響了飼料“禁抗”第一槍。農(nóng)業(yè)部第2292號(hào)公告宣布，自2015年12月31日起，停止生產(chǎn)用于食品動(dòng)物的洛美沙星、培氟沙星、氧氟沙星及諾氟沙星的各種鹽、酯及其各種制劑，同時(shí)撤銷(xiāo)相關(guān)企業(yè)的獸藥產(chǎn)品批準(zhǔn)文號(hào)。2016年7月26日，農(nóng)業(yè)部第2292號(hào)公告規(guī)定禁用硫酸粘桿菌素作為促生長(zhǎng)用途。同年8月，國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委會(huì)、國(guó)家發(fā)展改革委等14個(gè)部委發(fā)布了《遏制細(xì)菌耐藥國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃（2016—2020年）》。2018年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《獸用抗菌藥使用減量化行動(dòng)試點(diǎn)工作方案（2018—2021年）》，明確了飼料行業(yè)的減抗、限抗時(shí)間表。過(guò)渡期后，我國(guó)飼料“禁抗令”正式全面施行，即自2020年7月1日起，全國(guó)飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長(zhǎng)類(lèi)藥物飼料添加劑（中藥類(lèi)除外）的商品飼料。自此，我國(guó)畜牧生產(chǎn)行業(yè)正式迎來(lái)“飼料禁抗、養(yǎng)殖減抗、產(chǎn)品無(wú)抗”的后抗生素時(shí)代。抗生素作為飼料添加劑的目的一是促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、提高飼料報(bào)酬、改善飼養(yǎng)效率；二是抑菌抗病、提高動(dòng)物成活率和整齊度。因此，飼用抗生素替代物也分為兩種類(lèi)型，即直接替代型產(chǎn)品（替代抗菌功能）和間接替代型產(chǎn)品（替代促生長(zhǎng)功能）。目前，酸化劑、酶制劑、益生菌、寡糖以及植物源活性物質(zhì)是業(yè)內(nèi)學(xué)者較為認(rèn)可的飼用抗生素替代物。因此，了解上述功能性物質(zhì)的應(yīng)用效果、作用機(jī)理以及存在的問(wèn)題對(duì)完善無(wú)抗飼料配制技術(shù)具有重要意義。酸化劑是一種無(wú)殘留、不易產(chǎn)生耐受性且參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的環(huán)保類(lèi)飼料添加劑，主要分為無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸以及復(fù)合酸[31]。常見(jiàn)的酸化劑以苯甲酸、檸檬酸、甲酸、富馬酸和乳酸等有機(jī)酸及其鹽類(lèi)為主。由于其成本較低，鹽酸、硫酸和磷酸等無(wú)機(jī)酸也被認(rèn)為是有機(jī)酸替代品。與大多數(shù)有機(jī)酸不同，無(wú)機(jī)酸主要基于pKa值發(fā)揮酸化作用[32]。在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，大多數(shù)有機(jī)酸具有一個(gè)或多個(gè)羧酸基團(tuán)，這些基團(tuán)在介導(dǎo)有機(jī)酸生理活性中起著重要作用。1972年以來(lái)，酸化劑作為一種公認(rèn)安全物質(zhì)已廣泛應(yīng)用于畜禽日糧和飲水[33-34]。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用多種有機(jī)酸的混合物或有機(jī)酸與無(wú)機(jī)酸的混合酸，以獲得最佳應(yīng)用效果。有學(xué)者估算，全球飼料酸化劑市場(chǎng)規(guī)模到2023年可達(dá)到35億美元[35]。在飲水中補(bǔ)充含有短鏈脂肪酸（包括甲酸、乙酸和丙酸及其鹽類(lèi)）的酸化劑可改善仔豬斷奶后6周內(nèi)的飼料效率，提高糞便狹義梭菌屬數(shù)量并降低鏈球菌屬豐度[36]。同時(shí)，短鏈脂肪酸能夠提高腸道細(xì)胞增殖速率，促進(jìn)受損組織再生，維持腸上皮屏障完整性[37]。以甲酸、甲酸銨及乙酸為主的復(fù)合有機(jī)酸可改善斷奶仔豬小腸腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)與氧化還原平衡，促進(jìn)空腸防御肽和緊密連接蛋白基因表達(dá)，抑制促炎性細(xì)胞因子轉(zhuǎn)錄，這有助于增強(qiáng)仔豬在斷奶過(guò)渡期的腸道屏障功能與免疫穩(wěn)態(tài)，降低腸道疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[38]。在肉雞生產(chǎn)中，添加0.1 g/kg磷酸可顯著降低1~42日齡肉雞飼料轉(zhuǎn)化率，且效果明顯優(yōu)于無(wú)抗對(duì)照組或恩拉霉素對(duì)照組；同時(shí)，添加磷酸能夠降低肉雞嗉囊、砂囊和十二指腸pH，減少盲腸好氧細(xì)菌、大腸桿菌及沙門(mén)氏菌數(shù)量，改善胸肌肉品質(zhì)[39]。在沙門(mén)氏菌感染狀態(tài)下，補(bǔ)充含有中短鏈脂肪酸的有機(jī)酸可提高肉雞盲腸乙酸和丁酸濃度，優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出良好的抗感染效果[40]。酸化劑也常與寡糖、植物精油等飼料添加劑復(fù)配使用。有機(jī)酸（包含甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸和富馬酸）與甘露寡糖聯(lián)用能夠顯著提高1~42日齡肉雞體增重，降低料重比[41]。在無(wú)抗飼養(yǎng)條件下，酸化劑與霉菌毒素吸附劑聯(lián)用也可有效降低肉雞死亡率[42]。有機(jī)酸（甲酸、丙酸和乙酸）和肉桂醛的復(fù)配制劑能夠減輕蛋雞在沙門(mén)氏菌暴露下的免疫應(yīng)激與細(xì)菌感染[43]。在肉雞生長(zhǎng)期補(bǔ)充有機(jī)酸（包括山梨酸和富馬酸）與百里香酚的復(fù)配制劑也可降低肉雞飼養(yǎng)全期的料重比，改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高消化酶活性，且應(yīng)用效果優(yōu)于抗生素對(duì)照組[44]。酸化劑替代抗生素的機(jī)理可歸納為以下幾類(lèi)：①通過(guò)滲透殺菌方式，減少飼料、水體及腸道有害微生物的數(shù)量[31]；②調(diào)節(jié)胃腸道pH，刺激消化酶分泌，提高動(dòng)物消化能力和生長(zhǎng)性能[45]；③作為能源底物，改善腸上皮細(xì)胞能量代謝和周轉(zhuǎn)效率，保護(hù)胃腸道形態(tài)與功能[46]；④提高動(dòng)物抗應(yīng)激能力，緩解胃腸道炎癥反應(yīng)[47]；⑤促進(jìn)腸道乳酸菌、丁酸梭菌等益生型菌群的建立，優(yōu)化動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu)[48]。值得注意的是，酸化劑（特別是小分子酸化劑）能夠以分子態(tài)通過(guò)自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，故在抗菌方面較抗生素具有一定優(yōu)勢(shì)。分子態(tài)酸化劑分子量小且不帶電荷，較抗生素等大分子物質(zhì)容易穿過(guò)細(xì)菌細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)菌無(wú)法通過(guò)變異的方式阻止酸化劑進(jìn)入。因此，酸化劑不僅具有理想的抗菌效果，而且不易引發(fā)細(xì)菌耐藥性[49]。在生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加有機(jī)酸（包括丙酸、甲酸和乙酸）和肉桂醛的復(fù)配制劑不會(huì)誘導(dǎo)四環(huán)素、鏈霉素或磺胺類(lèi)耐藥基因產(chǎn)生[50]。與鹽酸恩諾沙星相比，有機(jī)酸（甲酸、丙酸和乙酸）不會(huì)改變盲腸大腸桿菌總數(shù)，但會(huì)顯著降低耐受氨芐青霉素、四環(huán)素、磺胺甲氧唑或環(huán)丙沙星的大腸桿菌數(shù)量[51]。此外，使用有機(jī)酸（包括甲酸、乙酸、乳酸、丙酸、檸檬酸和山梨酸）、甲酸銨及中鏈脂肪酸的復(fù)配制劑能夠有效防止耐受阿莫西林、頭孢噻肟、環(huán)丙沙星、諾氟沙星等多種抗生素的大腸桿菌菌株出現(xiàn)[52]。盡管酸化劑具有成本低廉、便于規(guī)?；a(chǎn)、延長(zhǎng)飼料保存時(shí)間及改善動(dòng)物飼養(yǎng)效率等優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用過(guò)程也存在某些問(wèn)題[48，53-54]。例如，過(guò)量添加酸化劑會(huì)降低飼料適口性[55]；部分酸化劑會(huì)與鈣、鋅等礦物質(zhì)元素形成絡(luò)合物，使其在消化道的吸收效率下降[45]；在飼料配制過(guò)程，酸化劑會(huì)導(dǎo)致飼料加工設(shè)備腐蝕受損[31]。因此，對(duì)于酸化劑的科學(xué)使用值得深入探究，以減少其對(duì)畜禽生產(chǎn)可能造成的負(fù)面作用。酶制劑是一類(lèi)具有生物活性的蛋白質(zhì)，能夠?qū)⑻囟I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解為較小的化合物，使其更易在動(dòng)物體內(nèi)被消化吸收。常見(jiàn)的飼料酶制劑包括植酸酶、非淀粉多糖酶、α-淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，且大多來(lái)源于細(xì)菌、真菌和酵母。例如，α-淀粉酶可由枯草芽孢桿菌產(chǎn)生，纖維素酶可由瑞士擬革菌產(chǎn)生，β-葡聚糖酶可由黑曲霉產(chǎn)生，蔗糖酶可由釀酒酵母產(chǎn)生[56]。提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率是動(dòng)物飼料中普遍添加酶制劑的初衷，至今仍是最關(guān)鍵的考量。與此同時(shí)，酶制劑也具有生理調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)、脫毒解毒、抑菌殺菌、抗氧化及改善腸道健康等生理功能[57-58]。據(jù)估算，全球飼料酶制劑市場(chǎng)到2025年將達(dá)到1 441億美元[59]。全球范圍內(nèi)，植酸酶、非淀粉多糖酶及蛋白酶等酶制劑的使用每年可為飼料產(chǎn)業(yè)節(jié)省超過(guò)80億美元的成本，并有助于減輕環(huán)境污染[60]。斷奶后腹瀉、感染及生長(zhǎng)緩慢是當(dāng)前養(yǎng)豬業(yè)所面臨的主要難題[61]。Vangroenweghe等[56]通過(guò)對(duì)仔豬斷奶后腹瀉、生長(zhǎng)遲滯、后肢感染及腦膜炎發(fā)病情況的分析發(fā)現(xiàn)，添加外源性β-甘露聚糖酶的試驗(yàn)組具有較好的臨床評(píng)分，且發(fā)病仔豬頭數(shù)僅為對(duì)照組的53.2%。單獨(dú)添加植酸酶或與β-木聚糖酶和β-葡聚糖酶聯(lián)用對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能無(wú)明顯改善，但均可降低仔豬腹瀉率，并改善骨礦化、骨密度及骨強(qiáng)度[62]。在生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加0.03% β-甘露聚糖酶能夠降低腹瀉率，并使低凈能日糧的飼喂效果與高凈能日糧相近[63]。此外，添加含有β-甘露聚糖酶、木聚糖酶和植酸酶的復(fù)合酶制劑能夠改善育肥豬飼料效率，提高能量和蛋白質(zhì)利用率，降低背脂厚度，并節(jié)約355.3 kJ的代謝能[64]。添加葡萄糖氧化酶能夠激活肉雞內(nèi)源性消化酶，促進(jìn)腸道普拉氏梭桿菌、瘤胃菌科及厚壁菌門(mén)等菌群定植，提高養(yǎng)分表觀消化率和日增重，改善肉品質(zhì)[65]。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)，肉雞腸道分泌型免疫球蛋白A含量和跨上皮電阻也隨著葡萄糖氧化酶的補(bǔ)充而明顯升高，表明葡萄糖氧化酶有效改善了肉雞腸道屏障功能[65]。使用商業(yè)復(fù)合酶可顯著提高肉雞體增重和飼料效率，其原因與復(fù)合酶制劑提高了粗蛋白、淀粉、脂肪及非淀粉多糖的回腸消化率有關(guān)[66]。在肉雞日糧中添加植酸酶和非淀粉多糖酶（木聚糖酶和β-葡聚糖酶）能夠減少大腸桿菌數(shù)量，并增加腸絨毛高度；在此基礎(chǔ)上，與復(fù)合酸化劑（由甲酸、丙酸、乳酸、甲酸銨和丙酸銨組成）聯(lián)用效果更優(yōu)[67]。雙歧桿菌和乳酸桿菌等腸道有益菌可利用非淀粉多糖酶的酶解產(chǎn)物，發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸[68-69]。增加的短鏈脂肪酸不僅能夠促進(jìn)有益菌群定植，抑制致病菌數(shù)量，也可作為能量底物直接供給宿主腸上皮細(xì)胞，改善腸上皮屏障完整性[70]。酶制劑種類(lèi)繁多，功能復(fù)雜，兼具促生長(zhǎng)和抗菌作用，是一種具有替代抗生素潛力的理想產(chǎn)品。例如，植酸酶、非淀粉多糖酶、蛋白酶、淀粉酶等能夠改善動(dòng)物消化功能與生長(zhǎng)性能，溶菌酶、葡萄糖氧化酶等具有抑菌和殺菌作用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，酶制劑替代抗生素的機(jī)理主要包括：①植酸酶、蛋白酶、淀粉酶等外源性消化酶能夠提高幼齡動(dòng)物對(duì)飼料的消化能力，促進(jìn)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育[71-72]；②α-半乳糖苷酶、蛋白酶、植酸酶等能夠酶解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，降低飼料免疫原性，減輕動(dòng)物腸道應(yīng)激并改善黏膜屏障功能[73]；③β-甘露聚糖酶、木聚糖酶等非淀粉多糖酶可降低飼料黏性，并產(chǎn)生寡糖、寡肽及短鏈脂肪酸等小分子代謝物，對(duì)有害微生物定植起到抑制作用[57，74]；④溶菌酶、葡萄糖氧化酶及過(guò)氧化氫酶等酶制劑能夠直接殺滅病原微生物[75]。綜上，酶制劑可通過(guò)改善動(dòng)物腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)、消化功能、微生物平衡及屏障完整性，達(dá)到提高動(dòng)物飼養(yǎng)效率的目的。馮定遠(yuǎn)[57]認(rèn)為，酶制劑替代抗生素的效果具有條件性、輔助性和積累性，在實(shí)際應(yīng)用中需以復(fù)合酶為基礎(chǔ)，輔以組合酶、配合酶及益生型酶制劑，以期接近或達(dá)到飼用抗生素的應(yīng)用效果。需要注意，飼料中的酶制劑通常是以固定劑量進(jìn)行配制，而大多數(shù)酶制劑對(duì)底物的酶解作用通常呈對(duì)數(shù)劑量與線性釋放關(guān)系[32]。因而，探明不同酶制劑的適宜濃度范圍和最佳使用條件有利于提高酶制劑在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用效率。此外，產(chǎn)品質(zhì)量、飼料濕度、飼料pH、酶與底物互作時(shí)間等多種因素也會(huì)影響酶制劑的效果[76]。益生菌是指在微生態(tài)學(xué)理論指導(dǎo)下，從動(dòng)植物體中分離而來(lái)且給予適當(dāng)劑量能夠改善宿主腸道菌群平衡、促進(jìn)消化吸收、增強(qiáng)免疫功能的活性微生物。目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的飼用益生菌主要包括乳酸桿菌、雙歧桿菌、芽孢桿菌、腸球菌和酵母菌。諸多研究表明，單獨(dú)或聯(lián)合給予益生菌菌株可有效提高豬和家禽的采食量、日增重和飼料效率[77-78]。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，飼喂商業(yè)益生菌制劑對(duì)家禽生長(zhǎng)速度、胴體產(chǎn)量或飼料效率無(wú)明顯影響，這可能與益生菌菌株或飼喂動(dòng)物品種有關(guān)[79]。另外，某些益生菌菌株分泌的胞外多糖可作為后生元改善畜禽生長(zhǎng)性能，且具有抗炎、抗菌、抗氧化及調(diào)節(jié)腸道菌群的作用[80-81]。據(jù)報(bào)道，全球飼料益生菌市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2019年的46億美元增長(zhǎng)至2025年的70億美元[82]。相比之下，涵蓋功能性食品和飲料、乳制品、非乳制品飲料、嬰兒配方奶粉、谷物、膳食補(bǔ)充劑及飼料等領(lǐng)域的益生菌全球市場(chǎng)總體規(guī)模預(yù)計(jì)到2025年將超過(guò)690億美元[82]。大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、霍亂沙門(mén)氏菌和傷寒沙門(mén)氏菌是導(dǎo)致幼齡仔豬腸道功能紊亂乃至疾病發(fā)生的主要病原體。發(fā)生感染時(shí)，腸腔內(nèi)液體的滲透性增加，引發(fā)腹瀉；同時(shí)，腸道pH也會(huì)升高，擾亂乳酸菌定植[83]。此時(shí)，單獨(dú)灌喂乳酸片球菌微膠囊或與植物乳桿菌微膠囊聯(lián)用可有效防止產(chǎn)毒性大腸桿菌造成的斷奶仔豬腹瀉，降低血清促炎性細(xì)胞因子含量，緩解腸道損傷和臨床癥狀，提高生長(zhǎng)性能[84]。從豬消化道分離的唾液乳桿菌和德氏乳桿菌亞種等乳酸菌菌株可通過(guò)產(chǎn)生有機(jī)酸和細(xì)菌素樣蛋白質(zhì)，抑制潛在病原菌生長(zhǎng)[85]。飼喂含有德氏乳桿菌德氏亞種TUA4408L的飼料能夠提高豬腸道乳酸菌和乳球菌數(shù)量，降低血液C反應(yīng)蛋白和粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比例，減少腸道黏膜促炎性細(xì)胞因子表達(dá)，改善飼養(yǎng)期生長(zhǎng)性能以及出欄時(shí)肉品質(zhì)[86]。Chen等[87]使用德氏乳桿菌作為飼料補(bǔ)充劑有效改善了斷奶仔豬在免疫應(yīng)激狀態(tài)下的腸道屏障功能，并通過(guò)調(diào)節(jié)黏膜Toll樣受體-布魯頓氏酪氨酸激酶-核因子紅系2相關(guān)因子2通路，增強(qiáng)了腸道抗氧化能力，緩解了免疫應(yīng)激誘導(dǎo)的腸道氧化損傷。Fu等[88]在斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌和地衣芽孢桿菌也獲得了類(lèi)似結(jié)果，表現(xiàn)為受試仔豬腸道通透性下降，養(yǎng)分消化率與回腸抗菌肽表達(dá)水平升高。Sobrino等[89]從母豬乳汁中分離得到一株唾液乳桿菌MP100并在某養(yǎng)豬場(chǎng)使用2年后發(fā)現(xiàn)，唾液乳桿菌MP100提高了豬糞便梭狀芽孢桿菌和乳酸菌數(shù)量以及丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽濃度，抑制了抗生素耐藥乳酸菌數(shù)量，并對(duì)產(chǎn)氣莢膜梭菌MP34、糞腸球菌MP42、金黃色葡萄球菌MP83、豬鏈球菌MP205、化膿性鏈球菌MP214等潛在致病菌具有拮抗作用。沙門(mén)氏菌、雞嗜鹽桿菌及彎曲桿菌是肉雞養(yǎng)殖中常見(jiàn)的腸道病原菌。Wang等[90]對(duì)剛孵化的雛雞接種植物乳桿菌LTC-113菌株發(fā)現(xiàn)，益生菌處理能夠提高腸上皮細(xì)胞緊密連接蛋白相關(guān)基因表達(dá)水平，減輕沙門(mén)氏菌造成的腸道屏障損傷。口服乳酸桿菌可減少沙門(mén)氏菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌在肉雞腸道中的定植[91]。日糧添加含有腸球菌的益生菌制劑能夠提高蛋雞產(chǎn)蛋性能和血清促卵泡激素水平，并降低低繁殖性能蛋雞腸道擬桿菌門(mén)水平[92]?？莶菅挎邨U菌C-3102可有效抑制沙門(mén)氏菌LM-7造成的肉仔雞感染，提高肝臟、盲腸和脾臟中病原體的清除效率[93]。灌喂乳酸片球菌突變株可顯著抑制肉雞腸道雞嗜鹽桿菌數(shù)量，而蛋白酶處理培養(yǎng)物后抗菌活性減弱，提示乳酸片球菌突變株可能會(huì)產(chǎn)生細(xì)菌素等蛋白質(zhì)類(lèi)抑菌物質(zhì)[94]。體外和體內(nèi)試驗(yàn)均表明，卷曲乳桿菌JCM 5810可通過(guò)促進(jìn)乳酸產(chǎn)生，降低腸道pH，從而有效抑制彎曲桿菌在腸道的定植[95]。此外，乳酸球菌在發(fā)酵過(guò)程中能夠分泌一種名為nisin的細(xì)菌素，該物質(zhì)是由34個(gè)氨基酸組成的環(huán)狀多肽，飼喂肉雞后能夠提高體增重和飼料效率，且對(duì)新陳代謝或免疫功能無(wú)不良影響，被認(rèn)為是一種新型天然生長(zhǎng)促進(jìn)劑[90，96-97]。從抗菌性質(zhì)來(lái)看，nisin與屬于球蟲(chóng)抑制類(lèi)的抗生素莫能菌素功能相似[98]。在畜禽生產(chǎn)中，益生菌可作為一種促生長(zhǎng)飼料添加劑，并在替代抗生素方面具有一定優(yōu)勢(shì)，其作用機(jī)理主要包括：①分泌細(xì)菌素、有機(jī)酸和過(guò)氧化氫等物質(zhì)，抑制致病菌生長(zhǎng)[99]；②產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸和有機(jī)酸，降低腸道pH，促進(jìn)腸道乳酸菌和雙歧桿菌等有益菌生長(zhǎng)，抑制不耐酸病原菌定植[100]；③與病原微生物競(jìng)爭(zhēng)腸上皮的附著位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性排斥[101]；④分泌胞外多糖等代謝物，調(diào)節(jié)宿主腸道抗氧化與免疫功能[102]；⑤直接產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等消化酶或通過(guò)刺激腸道間接促進(jìn)消化酶分泌，提高飼料消化率[103]。益生菌制劑在使用過(guò)程也存在諸多問(wèn)題。例如，益生菌在動(dòng)物胃中存活率低，在飼料加工、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程容易失活，某些菌株具有潛在的致敏性以及益生菌與病原菌和腸上皮細(xì)胞之間存在未知互作等，這些問(wèn)題限制了益生菌在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用[104-106]。另外，使用益生菌菌株可能會(huì)導(dǎo)致某些腸道菌群產(chǎn)生耐藥性，這也引起了研究人員的普遍擔(dān)憂。部分益生菌具有抵抗微生物和抗生素的免疫基因和耐藥基因，可通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移的方式，將該類(lèi)基因傳遞給病原菌，誘導(dǎo)病原菌產(chǎn)生耐藥性[107]。Abdel-Megeed等[108]檢測(cè)了16株用于肉雞和犢牛飼料的乳酸菌分離株，發(fā)現(xiàn)其中4株對(duì)四環(huán)素和氨基糖苷類(lèi)抗生素具有耐藥性，并且含有耐藥基因。因此，在動(dòng)物飼料中添加某種益生菌之前，首先應(yīng)當(dāng)制訂相應(yīng)的安全評(píng)估方案，明確該菌株是否含有可轉(zhuǎn)移的耐藥基因，以減少由此引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[109]。寡糖又稱(chēng)低聚糖，是一類(lèi)由2~10個(gè)單糖分子以糖苷鍵相連而成的低聚合度、低分子量碳水化合物，通常可分為普通寡糖和功能性寡糖。普通寡糖主要包括蔗糖、麥芽糖和乳糖，它們可被機(jī)體消化吸收[110]。相反，功能性寡糖無(wú)法被單胃動(dòng)物直接利用，而是作為代謝底物參與微生物代謝并促進(jìn)腸道優(yōu)勢(shì)菌群建立。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)十余種具有特殊生理作用的功能性寡糖，其中甘露寡糖、果寡糖、半乳寡糖、木寡糖、殼寡糖等寡糖產(chǎn)品已廣泛用作飼料添加劑。功能性寡糖克服了抗生素所產(chǎn)生的細(xì)菌抗藥性和在畜產(chǎn)品中的殘留以及益生菌在儲(chǔ)存和使用上的禁忌弊端，能夠降低腸道pH、調(diào)節(jié)微生物組成、改善免疫功能，同時(shí)具有穩(wěn)定、無(wú)殘留、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，是一類(lèi)綠色飼料添加劑。在畜禽生產(chǎn)中，功能性寡糖表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果，可改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能，提高抗病能力，降低病死率，被視為飼用抗生素的良好替代物[111]。Liu等[112]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加100 mg/kg或200 mg/kg殼寡糖可有效提高仔豬斷奶后3周內(nèi)的日增重、采食量及飼料效率，其效果與金霉素對(duì)照組相近；同時(shí)，殼寡糖顯著提高了斷奶仔豬空腸和回腸絨毛高度及糞便乳酸菌數(shù)量，降低了糞便大腸桿菌豐度和仔豬腹瀉率。在生長(zhǎng)豬日糧中添加0.1%果寡糖能夠提高平均日增重和日采食量，改善飼料干物質(zhì)和粗蛋白消化率[113]。除了促生長(zhǎng)作用外，功能性寡糖也具有提高仔豬免疫和抗氧化功能的效果[110]。在斷奶仔豬日糧中添加500 mg/kg殼寡糖可提高血清免疫球蛋白G（IgG）和白細(xì)胞介素2含量，降低血清皮質(zhì)醇水平[114]。在妊娠母豬日糧中添加30 mg/kg殼寡糖能夠提高仔豬血清IgG、補(bǔ)體C3和白細(xì)胞介素10含量，改善仔豬免疫功能[115]。在斷奶仔豬日糧中添加1%果寡糖可提高血清超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性，降低血清丙二醛含量，緩解斷奶仔豬氧化應(yīng)激[116]。添加2.5 g/kg果寡糖能夠有效緩解大腸桿菌感染造成的仔豬腸道損傷，提高血漿和腸道黏膜抗氧化能力[117]。此外，添加500 mg/kg殼寡糖還可降低斷奶仔豬糞便大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和金黃色葡萄球菌數(shù)量，提高乳酸桿菌與大腸桿菌比值[114]。日糧添加0.2%甘露寡糖可改善肉雞胴體性狀，提高肌肉系水力和氧化穩(wěn)定性，降低肌肉膽固醇和脂肪含量，其效果與抗生素二水楊酸亞甲基桿菌肽相當(dāng)[118]。Yuan等[119]對(duì)比了木寡糖和黃霉素在肉雞上的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)添加2 mg/kg木寡糖的效果較同劑量黃霉素更好，主要表現(xiàn)為木寡糖提高了肉雞血漿IgG和盲腸短鏈脂肪酸含量，降低了空腸干擾素γ、脂多糖誘導(dǎo)腫瘤壞死因子α因子和Toll樣受體5基因表達(dá)水平，改善了肉雞采食量和日增重。Deng等[120]研究表明，100 mg/kg木寡糖和1 000 mg/kg丁酸鈉聯(lián)用能夠有效提高肉雞抗炎和抗氧化能力，改善腸道形態(tài)和微生物組成，其效果優(yōu)于恩拉霉素（8 mg/kg）。半乳寡糖是乳奶酪生產(chǎn)的副產(chǎn)品，將其添加到肉仔雞日糧中可改善肉雞機(jī)體健康和生長(zhǎng)性能。Richards等[121]發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充半乳寡糖能夠提高肉雞盲腸約氏乳酸桿菌數(shù)量，而約氏乳酸桿菌是一種具有促生長(zhǎng)和改善腸道健康效果的有益菌種；同時(shí)，半乳寡糖顯著提高了不同時(shí)間點(diǎn)肉雞回腸和盲腸白介素17A表達(dá)水平，其表達(dá)升高有助于維持腸上皮屏障完整性[122]。此外，部分功能性寡糖具有減少有害氣體排放、改善養(yǎng)殖環(huán)境的作用。Liu等[123]對(duì)比了大豆寡糖和金霉素對(duì)肉雞糞便主要致臭物質(zhì)和盲腸微生物結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)添加2.0、3.5 g/kg或5.0 g/kg大豆寡糖顯著降低了肉雞糞便吲哚和糞臭素含量，并減少了糞便中與糞臭素和吲哚濃度相關(guān)的擬桿菌、嗜桿菌和埃希氏菌的數(shù)量，對(duì)控制肉雞生產(chǎn)中的環(huán)境污染物具有積極作用。功能性寡糖可通過(guò)多種方式影響宿主健康。例如，改變微生物代謝，促進(jìn)乳酸、短鏈脂肪酸、維生素和細(xì)菌素等代謝物產(chǎn)生，增強(qiáng)腸上皮屏障完整性，調(diào)節(jié)腸道免疫功能[124-125]。功能性寡糖的單糖之間通過(guò)α-1,6、α-1,3和α-1,2糖苷鍵相連，而單胃動(dòng)物消化道前段只能產(chǎn)生分解α-1,4糖苷鍵的酶類(lèi)，因此，功能性寡糖很難在單胃動(dòng)物的胃和小腸分解。不過(guò)，當(dāng)功能性寡糖進(jìn)入富含微生物的后腸時(shí)，有益菌能夠產(chǎn)生分解各種糖苷鍵的酶類(lèi)，使功能性寡糖被分解為可被有益菌利用的代謝底物。因此，功能性寡糖能夠促進(jìn)后腸有益菌生長(zhǎng)，產(chǎn)生乳酸、短鏈脂肪酸等小分子物質(zhì)。隨著乳酸的積累，腸道pH會(huì)隨之下降，繼而對(duì)病原體的定植起到抑制作用。作為腸上皮細(xì)胞的能量底物，短鏈脂肪酸含量增多有助于促進(jìn)腸上皮細(xì)胞更新，維持動(dòng)物腸上皮屏障完整性[126]。此外，功能性寡糖對(duì)病原體的抑制作用能夠減少病原體相關(guān)分子模式表達(dá)，減輕腸道免疫應(yīng)激；而病原體相關(guān)分子模式可被巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和肥大細(xì)胞等“崗哨”細(xì)胞表面的Toll樣受體和NOD樣受體識(shí)別，引發(fā)腸道炎癥[127-128]。雖然功能性寡糖具有調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)、改善腸道健康、增強(qiáng)免疫平衡等積極功效，但過(guò)量添加也會(huì)引發(fā)腹脹、腹瀉等不良反應(yīng)。由于功能性寡糖能夠促進(jìn)腸道微生物發(fā)酵，當(dāng)攝入過(guò)多時(shí)會(huì)造成動(dòng)物脹氣、腹瀉等腸功能紊亂癥。因此，在畜禽生產(chǎn)中，對(duì)于功能性寡糖的使用應(yīng)當(dāng)首先明確其適宜劑量，這既有助于提高功能性寡糖的應(yīng)用效率，也有利于節(jié)約應(yīng)用成本并減少不良反應(yīng)。植物源活性物質(zhì)是通過(guò)物理、化學(xué)等方式從植物中得到的單一或混合物質(zhì)，多為植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，具有天然、低毒、低殘留、無(wú)耐藥性的優(yōu)勢(shì)以及抗炎、抗氧化、抗病毒及抑菌等生理功能[129]。在第67屆世界衛(wèi)生大會(huì)上，我國(guó)聯(lián)合多個(gè)國(guó)家提交的《2014—2023年傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)戰(zhàn)略》決議獲得通過(guò)，其目的是拓展對(duì)傳統(tǒng)和補(bǔ)充醫(yī)學(xué)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)中醫(yī)藥和傳統(tǒng)醫(yī)藥在全球的發(fā)展，其中包括中草藥在內(nèi)的植物源活性物質(zhì)是重要研究?jī)?nèi)容[32]。在飼料行業(yè)，蒼術(shù)、川芎、丁香、厚樸、黃芪等117種藥食同源的可飼用天然植物已被列入我國(guó)《飼料原料目錄》，杜仲葉提取物、苜蓿提取物、淫羊藿提取物等12種植物源活性物質(zhì)也被列入《飼料添加劑品種目錄》。業(yè)已證實(shí)，植物源活性物質(zhì)能夠促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，改善抗氧化與免疫功能，增強(qiáng)腸道屏障功能，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高代謝效率[130]。據(jù)估算，2029年植物源活性物質(zhì)（用于人類(lèi)和動(dòng)物）全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到90億美元[131]。植物源活性物質(zhì)因其良好的抗炎、抗氧化及改善代謝等生理活性，近年來(lái)在飼用抗生素替代物的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域備受關(guān)注。Rabelo-Ruiz等[132]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加20 mg/kg大蒜提取物可提高仔豬斷奶后6周內(nèi)的日增重和飼料效率，并調(diào)節(jié)腸道菌群組成，其促生長(zhǎng)效果與黏桿菌素+高氧化鋅組無(wú)明顯差異。Wang等[133]觀察了不同劑量（50、100 mg/kg和200 mg/kg）番石榴葉提取物對(duì)斷奶仔豬腸道屏障的保護(hù)效果，發(fā)現(xiàn)番石榴葉提取物可通過(guò)誘導(dǎo)空腸閉鎖小帶1、封閉蛋白和閉合蛋白1表達(dá)，提高腸道屏障完整性，降低仔豬腹瀉率；其中，添加50 mg/kg番石榴葉提取物即可獲得與添加同等劑量喹諾酮相當(dāng)?shù)男Ч?。刺五加苷是一種存在于五加科植物刺五加中的苯丙烯醇苷，具有良好的抗炎功能。研究發(fā)現(xiàn)，刺五加苷能夠抑制豬腸上皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)，促進(jìn)緊密連接蛋白表達(dá)，改善腸上皮屏障功能[134]。當(dāng)仔豬發(fā)生急性免疫應(yīng)激時(shí)，日糧添加250 mg/kg冬青多酚能夠有效提高空腸緊密連接蛋白基因表達(dá)水平，減輕細(xì)菌移位及其引發(fā)的炎癥反應(yīng)[135]。此外，添加含有芍藥、甘草、蒲公英和茶多酚的復(fù)合制劑可有效增強(qiáng)斷奶仔豬血清抗氧化能力，提高免疫球蛋白M水平，改善斷奶后早期階段的平均日增重和飼料效率[136]。在肉雞生產(chǎn)中，植物源活性物質(zhì)也具有良好的應(yīng)用效果和替抗?jié)摿137]。白藜蘆醇是一種天然且安全的多酚化合物，具有抗氧化、抗炎、抑菌及改善機(jī)體代謝等積極功效。Mohebodini等[138]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加600 mg/kg白藜蘆醇或20 mg/kg硫酸黏桿菌素均可緩解大腸桿菌感染造成的肉雞日增重和飼料效率下降，使其恢復(fù)至正常范圍。另外，添加300 mg/kg或600 mg/kg白藜蘆醇能夠緩解大腸桿菌攻毒造成的肉雞血清轉(zhuǎn)氨酶活性升高以及超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶活性下降，表明白藜蘆醇具有保護(hù)肝臟和提高機(jī)體抗氧化能力的作用；然而，硫酸黏桿菌素處理組并未觀察到明顯的緩解效果[138]。綠原酸是植物細(xì)胞通過(guò)莽草酸途徑合成的一種苯丙素類(lèi)物質(zhì)，也是飼料添加劑杜仲提取物的主要活性物質(zhì)。Zhang等[139]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肉雞感染產(chǎn)氣莢膜梭菌時(shí)，日糧添加500 mg/kg綠原酸能夠顯著提高1~21日齡日增重并降低料重比，其效果優(yōu)于添加125 mg/kg恩拉霉素（有效含量8%）。不僅如此，添加綠原酸還可緩解產(chǎn)氣莢膜梭菌攻毒造成的肉雞小腸形態(tài)損傷、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)[139]。青蒿是菊科植物黃花蒿的干燥地上部分，富含多酚、黃酮等天然活性物質(zhì)，具有良好的抗炎和抗氧化功能[140]。Guo等[141]研究發(fā)現(xiàn)，在1~21日齡肉仔雞日糧中添加1 500 mg/kg青蒿提取物能夠顯著提高日增重并降低飼料轉(zhuǎn)化率，其效果優(yōu)于金霉素對(duì)照組（50 mg/kg）。植物源活性物質(zhì)的促生長(zhǎng)和保健效應(yīng)與其抗炎、抗氧化、抗菌及代謝調(diào)節(jié)等生物學(xué)功能密切相關(guān)。例如，多酚類(lèi)化合物通常含有一個(gè)或多個(gè)具有供氫體活性的羥基，該基團(tuán)可與活性氧和活性氮等自由基結(jié)合，阻斷自由基引發(fā)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，對(duì)細(xì)胞和組織發(fā)揮抗氧化保護(hù)作用[142]。白藜蘆醇、紫檀芪、姜黃素及槲皮素等活性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后能夠抑制核因子kappa B（NF-κB）信號(hào)活性，降低NF-κB p65核移位水平及其對(duì)促炎性細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄激活效率，達(dá)到抑制炎癥的效果[143-146]。在抗菌方面，部分植物源活性物質(zhì)具有良好的親脂性，這一特性使其能夠通過(guò)破壞細(xì)菌細(xì)胞膜和阻止細(xì)菌DNA合成，抑制細(xì)菌存活和增殖。另外，白藜蘆醇、紫檀芪等芪類(lèi)化合物被認(rèn)為是去乙?；?（SIRT1）的天然激動(dòng)劑，可通過(guò)變構(gòu)激活作用提高SIRT1對(duì)蛋白底物的去乙酰化效率。SIRT1在能量代謝、線粒體生物合成及細(xì)胞存活等方面發(fā)揮著關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，其活性升高有助于提高細(xì)胞代謝效率和抗應(yīng)激能力，這可能解釋了白藜蘆醇與紫檀芪在斷奶仔豬和肉雞試驗(yàn)中表現(xiàn)出較好的抗應(yīng)激效果[147-149]。除了抗氧化和抗炎活性外，多種多酚被證實(shí)具有促進(jìn)宿主防御肽合成的能力，這有助于提高動(dòng)物抗病能力。此外，某些植物源活性物質(zhì)能夠調(diào)節(jié)與攝食相關(guān)的下丘腦神經(jīng)肽的表達(dá)，促進(jìn)脂質(zhì)代謝并激活與蛋白質(zhì)合成相關(guān)的信號(hào)通路，改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能[150]。雖然研究人員對(duì)植物源活性物質(zhì)的作用機(jī)理開(kāi)展了諸多有益探索，但仍存在許多未解之謎。因此，應(yīng)充分借助現(xiàn)代生物學(xué)研究手段和生物信息學(xué)分析技術(shù)，深入挖掘介導(dǎo)各類(lèi)植物源活性物質(zhì)生物學(xué)功能的潛在機(jī)理，以期為飼用抗生素替代物的研制提供新思路。在克服細(xì)菌耐藥性方面，植物源活性物質(zhì)也具有一定優(yōu)勢(shì)，其作用方式主要包括抑制外排泵活性、減弱細(xì)菌毒力、破壞生物膜、阻斷細(xì)菌間通信等。外排泵是介導(dǎo)病原體抗生素耐藥性發(fā)生和發(fā)展的重要胞內(nèi)組件，能夠主動(dòng)將有毒物質(zhì)泵出菌體。胡椒堿、槲皮素、白藜蘆醇等具有抗菌作用的活性物質(zhì)能夠堵塞與底物排泄相關(guān)的通道，或直接結(jié)合至外排泵通道的結(jié)構(gòu)蛋白上，使其構(gòu)象發(fā)生改變，進(jìn)而阻止有害物質(zhì)從細(xì)菌內(nèi)泵出[151-153]。百里香酚能夠抑制金黃色葡萄球菌產(chǎn)生腸毒素A、腸毒素B及α-溶血素，減弱細(xì)菌毒力[154]。香豆素衍生物七洛酮也可抑制大腸桿菌志賀樣毒素2基因表達(dá)水平，減弱其在體內(nèi)的毒力[155]。另外，丁香酚、肉桂醛、熊果酸、小檗堿等活性物質(zhì)可通過(guò)干擾細(xì)胞聚集、降低細(xì)胞活動(dòng)性、抑制細(xì)菌黏附素活性和促進(jìn)細(xì)菌分散等不同方式，實(shí)現(xiàn)破壞細(xì)菌生物膜的效果[156-157]。此外，大蒜中的硫化有機(jī)物丙二烯酚或辣根中的異硫氰酸酯石蓮硫苷能夠干擾銅綠假單胞菌群體感應(yīng)系統(tǒng)，中斷細(xì)菌間通信，抑制細(xì)菌耐藥性[158-159]。一言以蔽之，盡管植物源活性物質(zhì)在減少抗生素耐藥性方面前景廣闊，但仍需進(jìn)一步地研究闡明植物源活性物質(zhì)的作用機(jī)制及其在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。盡管植物源活性物質(zhì)表現(xiàn)出多種有益畜禽健康的積極功效，但也存在某些應(yīng)用壁壘。首先，部分植物源活性物質(zhì)具有異味，添加過(guò)量會(huì)影響飼料適口性，導(dǎo)致動(dòng)物采食量下降[160]。另外，大多數(shù)植物源活性物質(zhì)生物利用度偏低，在畜禽日糧中需要添加較高劑量才能發(fā)揮理想的調(diào)控效果[161]。植物源活性物質(zhì)在胃腸道的溶解度較低且不穩(wěn)定，加之腸道微生物對(duì)植物源活性物質(zhì)具有廣泛的代謝作用，其產(chǎn)物活性也會(huì)隨之改變，這使得植物源活性物質(zhì)的生物利用度普遍偏低[161-162]。因此，采用適宜的封裝技術(shù)既可保護(hù)植物源活性物質(zhì)活性，也有助于其在動(dòng)物胃腸道的定向或延長(zhǎng)釋放[163]。目前，納米封裝方法已在改善植物多酚吸收率和生物利用度領(lǐng)域嶄露頭角，可有效提高兒茶素、白藜蘆醇、姜黃素等活性物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)的應(yīng)用效率，充分發(fā)揮替代飼用抗生素的潛力[164-165]。飼用抗生素的禁用促進(jìn)了酸化劑、酶制劑、益生菌、寡糖及植物源活性物質(zhì)等功能性物質(zhì)作為替代物在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用。盡管迄今為止沒(méi)有任何替代物能夠完全取代飼用抗生素的作用，但部分功能性物質(zhì)具有良好的應(yīng)用效果，并對(duì)完善無(wú)抗飼料配制技術(shù)具有重要助力。在生理功能上，上述功能性物質(zhì)具有抗炎、抗氧化、抗菌、免疫調(diào)節(jié)、增強(qiáng)消化吸收功能、改善腸道屏障功能、為宿主提供營(yíng)養(yǎng)以及調(diào)節(jié)宿主腸道微生物區(qū)系等積極作用，合理使用能夠提高動(dòng)物抗病能力和飼養(yǎng)效率。值得注意的是，不同飼用抗生素替代物之間以及其與飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間可能存在協(xié)同或拮抗作用。因此，在推廣抗生素替代性飼料添加劑的同時(shí)，也應(yīng)開(kāi)展相關(guān)產(chǎn)品的有效劑量、安全范圍、組合配伍、協(xié)同增效及拮抗作用等研究工作，以期達(dá)到代替過(guò)去使用的飼用抗生素的效果。參考文獻(xiàn)及更多內(nèi)容詳見(jiàn)：
飼料工業(yè)，2023，44（12）：1-15
王恬，博士，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)期從事畜牧學(xué)與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)及飼料學(xué)方面的科學(xué)研究與人才培養(yǎng)工作。先后任南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院院長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)翀?chǎng)場(chǎng)長(zhǎng)、教務(wù)處處長(zhǎng)等。目前擔(dān)任動(dòng)物科學(xué)類(lèi)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）主任，兼全國(guó)飼料評(píng)審委員會(huì)委員、全國(guó)飼料工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)分會(huì)常務(wù)理事、江蘇省飼料工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。先后主持或參與了國(guó)家級(jí)與部省級(jí)30多項(xiàng)縱向科研課題，主編或副主編出版科技著作及教材22本/部，在國(guó)內(nèi)外刊物上發(fā)表論文900余篇，2020—2022年連續(xù)入選“Elsevier中國(guó)高被引學(xué)者”榜單。先后獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、部省級(jí)科研與教學(xué)成果特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)與二等獎(jiǎng)11項(xiàng)。先后獲國(guó)家級(jí)教學(xué)名師、國(guó)務(wù)院“政府特殊津貼”、全國(guó)教育系統(tǒng)先進(jìn)工作者、全國(guó)飼料科技工作先進(jìn)個(gè)人、“新中國(guó)60年畜牧獸醫(yī)科技貢獻(xiàn)獎(jiǎng)（杰出人物）”等表彰。
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