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改善仔猪肠道健康的思路和替抗产品的作用机制

文章作者:孙笑非 王文娟 孙冬岩 孙鸣发布时间:文章热度:

摘要:断奶是生猪养殖的关键阶段。抗生素和高浓度氧化锌可以有效减少仔猪断奶后腹泻,但过度使用抗生素会导致细菌产生耐药性。肠道健康对减少仔猪腹泻、改善生长性能具有重要作用。文章综述替抗产品(益生菌、益生元、有机酸、精油、抗菌肽等)在改善仔猪肠道健康和生长性能方面的研究进展,为替抗产品的选择提供参考。

  在养殖过程中,通常使用治疗剂量的抗生素来预防和治疗断奶腹泻(PWD)。PWD是猪的肠道疾病,在断奶后2w内发生率高。PWD的普遍特点为腹泻、脱水、死亡率高和存活猪体重低。PWD通常与仔猪健康状况与环境管理有密切关系,与肠毒素性大肠杆菌(enterotoxigenic Escherichia coli,ETEC)的增殖有关。集约化养殖下,改善动物肠道对抵抗PWD具有积极作用。

  肠道上皮细胞是动物免疫系统中最大的器官之一,包含超过70%的免疫细胞。胃肠道微生物菌群随时间不断变化。早期肠道微生物的定植会对个体产生长期的影响。以仔猪为例,在断奶过程中,仔猪的食物由液态奶转变为固体饲料,肠道黏膜和生理结构产生应激,肠道微生物菌群随之改变,导致仔猪疾病发生。在饲料无抗、养殖减抗条件下,益生菌、有机酸、植物提取物等替抗产品作为饲料添加剂广泛应用于饲料配方中。文章综述日粮对仔猪腹泻的影响及常用的饲料添加剂在解决仔猪肠道健康与改善生产性能方面的研究进展,为替抗产品的选择提供参考。

  1 日粮中蛋白含量对仔猪腹泻的影响

  断奶后,日粮改变导致仔猪采食量(FI)下降,对仔猪肠道结构、刷状缘酶活性和营养的消化利用产生负面影响。后肠中未被消化的蛋白质被肠道微生物发酵,产生氨、生物胺、吲哚等有毒物质,从而引发断奶仔猪腹泻。降低日粮中的蛋白质含量可以减少肠道中蛋白质的微生物发酵。日粮中蛋白质的水平影响大肠的代谢产物模式。与低蛋白水平组(150~180g/kg)相比,高蛋白水平组(200~260g/kg)的断奶日粮会诱导结肠微生物组成和发酵产物(氨、组胺、亚精胺等)变化。增加膳食纤维(170~180g/kg与145g/kg相比)可以减少氨和腐胺生成。有研究评估日粮中纤维含量、肠道蛋白质发酵和肠道菌种的相关性,试验给仔猪饲喂两种蛋白质来源(酪蛋白或大豆)的粗蛋白质(85~335g/kg),发现日粮蛋白水平影响回肠中乳酸菌的数量;高蛋白、低纤维日粮促进仔猪大肠蛋白的发酵和有毒副产物的产生。

  根据蛋白质的来源和消化率,在断奶仔猪日粮中使用低水平(160~180 g/kg)优质蛋白质,适量补充氨基酸,可以改善肠道健康,且对仔猪的生长性能无影响。

  2 膳食纤维对仔猪健康的影响

  日粮中的膳食纤维含量对肠道功能、食糜理化性质的改变、胃肠道器官、肠道组织的发育及减少有毒胺类的形成具有正向作用。在断奶仔猪日粮中添加纤维的效果取决于纤维类型。不溶性膳食纤维主要作用于大肠,可以增加粪便体积和排泄速度;可溶性纤维可以增加食糜黏度,降低营养物质的吸收速率。不溶性纤维会增加胃重,减少结肠食糜中的大肠杆菌数量;可溶性膳食纤维对肠道的影响与其化学性质有关。β-葡聚糖可以增加小肠的绒毛高度/隐窝深度值、蔗糖酶的活性,促进与肠道屏障功能和营养转运相关的基因(SGLT1/GLUT2)表达。木聚糖可以增加基因的表达和消化率。饲喂富含阿拉伯木聚糖的日粮能够改善断奶仔猪的肠道屏障功能,降低盲肠中拟杆菌和肠杆菌科的菌数,增加乳酸杆菌和双歧杆菌的丰度。高膳食纤维对仔猪腹泻率无影响。小麦麸皮的不同加工方式对其性能无明显影响。日粮中添加天然或膨化麦麸可以增加仔猪回肠杯状细胞的数量,降低结肠食糜中大肠杆菌的数量;改良麦麸会减少仔猪结肠中短链脂肪酸(SCFA)和甲胺的产生。肠道微生物菌群与肠道相关免疫系统相互作用,膳食纤维可以在断奶猪中发挥益生元效果,提高肠道健康度,减少 PWD 的发生。纤维的作用效果主要依赖纤维特性、添加量和日粮中粗蛋白的含量。

  3 饲料添加剂在替抗中的作用机制

  3.1 益生菌

  肠道中有益微生物菌群的建立对机体的健康起关键作用。替抗环境下,调节肠道微生态是在集约化生产中改善动物生长性能、对抗动物疾病的策略之一。益生菌功能的发挥与产品中的菌株有关。目前使用的益生菌多为芽孢杆菌属、双歧杆菌属、梭状芽孢杆菌属、乳杆菌肠球菌属、酿酒酵母等,主要通过提高体重(FBW)、平均日采食量(ADI)以及降低料重比等生产指标评价产品的有效性。益生菌在抗氧化、缓解动物应激、减少甲烷排放等方面也有很好的效果。

  正常的肠道微生物菌群是一个动态过程,益生菌通过提高营养素的利用率、增强免疫调节能力、调节肠道微生物菌群发挥作用。益生菌可以产生SCFA等肠道代谢物,从日粮中释放磷、钙等必需矿物质,提高干物质、有机物、蛋白质和纤维等物质的消化率。一些益生菌菌株能够产生蛋白质水解酶以及其他具有活性的酶类(淀粉酶、纤维素酶、植酸酶),提高日粮营养物质消化率。益生菌可以促进肠绒毛修复,提高绒隐比,影响猪肠道营养的吸收和黏液的分泌。也有研究表明,益生菌在动物体内合成维生素类,如乳酸菌产生B族维生素。

  益生菌在调节宿主免疫应答方面具有显着作用。特异性菌株可以调节先天免疫 (选择性屏障、黏液层、免疫激活和耐受)和获得性免疫。通过增强细胞架构、促进紧密连接蛋白的磷酸化来加强肠道黏膜的完整性,减少病原体诱导的黏蛋白分泌,同时通过诱导抗炎反应、抑制肠细胞和免疫细胞的促炎细胞因子,为宿主细胞提供免疫防御。益生菌可以增强免疫应答反应中的T、B淋巴细胞的分化和成熟,增强获得性免疫应答。益生菌和宿主肠道微生物之间的相互作用非常重要。益生菌可以与病原体竞争营养、氧气或黏附位点,拮抗病原微生物。有研究表明,屎肠球菌、嗜酸荚膜球菌和酿酒酵母可以抑制大肠杆菌在仔猪小肠上皮细胞的黏附。通过与有益菌共生,促进肠道中共生菌的增殖,改善肠道健康。动物微生物菌群的早期定植对动物肠道菌群的多样性、结构和演替以及动物的健康具有重要作用。因此,在动物免疫窗口期添加同源性益生菌类产品对改善动物的生长性能有正向帮助。

  氧化应激会导致氧化损伤和免疫功能下降。益生菌和肠道细胞产生的代谢物刺激分泌化学信号,下调甚至抑制病原体的感染和毒力因子编码基因的表达,从而降低致病性。但是,效果因菌株不同而异,需要进一步对其作用机制和作用条件进行研究。

  3.2 益生元

  益生元是宿主不可消化、被微生物选择性利用、对宿主健康有利的一类物质。益生元需要耐受宿主的胃酸和消化酶环境,可以被肠道微生物菌群发酵利用,选择性地促进肠道有益微生物菌群生长,增加肠道SCFA的产量,降低食糜pH值,拮抗致病菌,从而对肠道健康和宿主机体的整体健康产生积极影响。常用的益生元包括乳糖、甘露寡糖(MOS)、半乳甘露寡糖(GMOS)、低聚果糖(FOS)、低聚异麦糖(IMO)、壳寡糖(CHOS)、抗性淀粉和膳食纤维。乳糖作为保育猪的常用益生元,可以调节肠道微生物菌群。乳酸菌发酵产生的乳酸可以降低肠道pH值,拮抗病原体。乳糖还可以增加短链脂肪酸(SCFA)的产生。SCFA(乳酸、丙酸、乙酸、丁酸)是结肠细胞的重要能量来源,但肠道中的SCFA很难通过体内测量进行评价。随时间延长,SCFA浓度增加,各脂肪酸比例也会发生变化。

  益生元可以影响肠道结构。有研究表明,添加低聚异麦芽糖后,仔猪绒毛高度增加。绒毛高度与肠上皮细胞数量的增加可以促进肠道对营养物质的吸收。Tian等给1~7日龄仔猪口服甘露寡糖,发现产生的SCFA会降低pH值,影响哺乳仔猪空肠功能的发育。有研究对11种产品进行评估,只有3个试验报告显示产品对动物的生产性能(FBW、ADI、FGR)具有改善作用。有研究比较益生元与抗生素对仔猪肠道健康的影响,益生元包括壳聚糖、转基因大豆黄酮和桑叶多糖,评估表明,益生元组和抗生素组无显着差异。上述研究结果表明,益生元具有替代抗生素的潜力。接下来需要进一步研究益生元在动物胃肠道中的作用机理,确定其发挥功能的成分及机体代谢与益生元、代谢物和肠道微生物菌群的关系。

  3.3 有机酸

  有机酸是动物日粮中能量的主要来源之一,由一系列化合物组成(如乙酸、乳酸、柠檬酸、苯甲酸),其分子式中含有特定的羧基,存在于脂肪和油中,主要用于仔猪日粮。SCFA主要作为能量来源;中链脂肪酸(MCFA)在细胞中起到调节信号的功能,在线粒体中起到调节代谢的功能。中链甘油三酯的性质与MCFA相似,具有促进消化吸收、改善肠道菌群和组织形态、具备抗菌活性、降低胃内容物pH值、利于蛋白质消化、促进酶产生、降低胃排空速度、利于黏膜完整性等功能。中链甘油三酯主要通过促进蛋白质消化,增加肠道有益菌群的含量和抑制肠道中有害菌的生长发挥作用。

  有机酸可以改善小肠结构和绒毛微结构,降低腹泻和粪便成形等情况。1g/kg饲料的酸化剂对仔猪的生长和肠道健康具有促进作用,可以预防PWD 或PWD 后恢复动物生理功能。

  3.4 植物精油

  世界上约有3000种精油,精油一般从芳香植物中提取,通常为次生植物代谢物的混合物,含有酚类化合物(即百里香酚、丁香酚、香芹醛)、萜烯类(菠萝提取物、柠檬酸)、生物碱(辣椒素)、凝集素、醛类(肉桂醛)、多肽或聚乙炔。其中,肉桂醛、香芹醛、丁香酚和百里香酚具有抗菌特性。精油的作用方式尚未完全阐明,但表现出一定程度的选择性,对革兰氏阴性沙门氏菌、大肠杆菌、乳酸菌和双歧杆菌具有拮抗作用。此外,精油具有独特的气味或风味,可以通过增加饲料的适口性改善动物的生长性能。精油的活性物质包括黄酮类化合物、酚类化合物、生物碱、单宁、萜烯和红松皂苷的混合物。有研究表明,精油(百里香酚和肉桂醛)与酶(木聚糖酶和β-葡聚糖酶)的混合物对断奶仔猪的肠道结构和肠道微生物具有益影响,但对其生长性能、营养物质消化率及粪便性状无影响。多酚补充剂可以抑制猪十二指肠黏膜NF-κB的活性,可能是抑制猪肠道炎症的有效策略。由单一植物成分混合物组成的饲料添加剂对肠道猪上皮细胞(IPEC-J2)的作用模式表明,该添加剂成分具备抗氧化和抗炎特性,可以通过炎性细胞因子的表达起到调节免疫系统的功能。但由于提取物的组成复杂,起作用的主要成分和作用机制仍有待深入研究,替抗作用和效果还没有明确的结论。

  3.5 核苷酸

  核苷酸通常由生物体合成,在特定情况下(如早期断奶),能量和谷氨酰胺的不足会限制核苷酸的合成。核苷酸除作为 DNA 和 RNA 的组成单位外,还可以作为能量来源、氧化还原反应的辅助因子、活性中间体和酰基载体,与动物机体免疫系统的发育、肠道微生物菌群和小肠的完整性相关联。核苷酸在饲料中通常以酵母提取物的形式添加。有研究表明,与抗生素对照组相比,核苷酸在改善仔猪生长性能方面具有较好效果。核苷酸可以通过降低皮质醇水平调节仔猪的断奶应激。但核苷酸对肠道结构和免疫系统调控、营养物质消化率和腹泻情况无显着效果。

  3.6 抗菌肽

  抗菌肽(antimicrobial peptide,AMPs)为具有抗菌活性的碱性多肽物质,多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等优点,可以特异性拮抗病原微生物如革兰氏阴性或革兰氏阳性菌、病毒、真菌、寄生虫等。其抗菌机制为针对病原体的特定分子受体,穿透细胞膜、与细胞内靶分子的相互作用,可以作为动物的免疫调节剂提高免疫力。研究表明,抗菌肽对仔猪的生长性能、营养物质消化率、肠道形态以及肠道和粪便微生物菌群方面表现出正向效果。抗菌肽作为免疫分子可以减少炎症反应,降低断奶仔猪的腹泻率。但是,抗菌肽与抗生素作用机制相近,需要更深入的研究抗菌肽产品的合法性和安全性以及对肠道屏障功能、肠道微生物菌群组成的影响。

  4 结论

  日粮是改善断奶仔猪肠道健康和动物技术参数的关键因素。原料的品质和控制在保证饲料产品的稳定性和有效性方面发挥重要作用。由于蛋白原料紧缺和肠道微生物菌群后肠发酵的影响,降低日粮中的蛋白质含量、使用高可消化的蛋白质降低后肠蛋白质的发酵、优化不同类型碳水化合物的摄入对改善动物生长性能有促进作用。

  饲料添加剂包括益生菌、益生元、氨基酸、酶、有机酸、植物提取物、核苷酸和抗菌肽,可以对肠道健康和生长性能显示出积极作用。未来需要对饲料添加剂促进生长的机制、对肠道稳态起关键作用的物质、添加剂的有效剂量以及与饲料成分和添加剂的相互作用等方面做进一步的研究,为饲料厂替抗产品的选择提供参考。


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