蘇文璇，黎育穎，田軍權(quán)，羅 偉，曹文豪，姚 康

（1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長沙 410125；2.畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國家工程實驗室，湖南長沙 410125；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.湖南先偉實業(yè)有限公司，湖南長沙 410317）

飼用抗生素因具有提高畜禽飼料利用率、促進(jìn)生長、保持健康等效果，在養(yǎng)殖生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛[1]。但過度使用抗生素的弊端也日益凸出[2]，如降低畜禽免疫力[3]，致使病原菌耐藥性增強(qiáng)，產(chǎn)生“超級細(xì)菌”[4]，造成畜禽腸道菌群紊亂[5]以及抗生素殘留[6]，這些問題已經(jīng)引起全世界廣泛關(guān)注。2019 年7 月我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布公告，自2020 年1 月1 日起，退出除中藥外所有促生長類藥物飼料添加劑品種，停止生產(chǎn)和進(jìn)口相應(yīng)獸藥產(chǎn)品；自2020 年7 月1 日起，飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料[7]。根據(jù)國內(nèi)外替抗、禁抗的經(jīng)驗，抗生素禁用勢必會給養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的挑戰(zhàn)，如降低畜禽生長速度、降低飼料利用率、增加生產(chǎn)成本等，尋找綠色安全的飼用抗生素替代品是營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域一項勢在必行的任務(wù)。人們越來越關(guān)注使用植物源飼料添加劑作為抗生素的替代品[9]。植物精油（Essential Oil，EO）是非常有研究價值的產(chǎn)品，原因在于植物精油具有天然無污染、無耐藥性、無毒副作用、安全度高等特點[10]，并且具有抗菌、抗炎、抗氧化、提高動物機(jī)體免疫力、促進(jìn)生長等作用，可以作為新型的安全、綠色的抗生素替代品應(yīng)用于動物飼糧中。因此，本文將介紹植物精油的生理作用、有效成分，并就當(dāng)下在養(yǎng)殖業(yè)使用廣泛的幾類植物精油的特點及應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)，以期為開發(fā)高效、安全、綠色的抗生素替代品提供理論依據(jù)，為植物精油在畜禽養(yǎng)殖中應(yīng)用提供參考，從而推動我國畜禽無抗養(yǎng)殖的健康發(fā)展。

1 植物精油的生理作用

1.1 促生長 植物精油具有芳香氣味，能夠促進(jìn)消化腺分泌消化液來誘導(dǎo)畜禽采食，提高采食量，促進(jìn)養(yǎng)分消化吸收，從而達(dá)到促進(jìn)動物生長、提高生長性能的效果。大量研究結(jié)果表明，植物精油能夠促進(jìn)畜禽對蛋白質(zhì)、微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，這可能歸因于其促進(jìn)腸道健康和促進(jìn)采食的作用。如李方方等[10]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加250 mg/kg 植物精油（主要含25% 香芹酚、25%百里香酚）顯著提高斷奶仔豬的生長性能，降低耗料增重比，同時促進(jìn)了粗蛋白質(zhì)、鈣、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。Zeng 等[11]研究表明，在低能量飼料中添加植物精油顯著增加斷奶仔豬的平均日增重，顯著提高干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和能量表觀消化率。孫代鵬等[12]在斷奶仔豬飼糧中用不同劑量的植物精油，其中150 mg/kg的植物精油使斷奶仔豬的平均日增重提高了74 g，日采食量增加了72 g，植物精油的促生長效果與抗生素（硫酸黏桿菌素）相當(dāng)。Soto-Navarro 等[13]研究表明，與有機(jī)酸和益生菌處理相比，在飼糧中添加植物精油混合物可顯著提高肉雞的增重、飼料轉(zhuǎn)化率和胴體產(chǎn)量等。植物精油的添加不僅促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，更在一定程度上節(jié)約了飼料成本，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。更有研究指出，添加0.2%牛至精油只改善室外飼養(yǎng)動物的生長性能，卻不改善室內(nèi)飼養(yǎng)動物的生長性能[14]，這說明植物精油的添加可能在對動物不利的飼養(yǎng)條件下更能發(fā)揮其作用。這也啟發(fā)研究者可以通過建立疾病模型來實現(xiàn)對植物精油更深入的探究。

1.2 維持腸道菌群穩(wěn)態(tài) 動物的胃腸道是營養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收和代謝的重要場所，同時也儲存了機(jī)體內(nèi)最多的細(xì)菌和毒素。正常情況下，腸道屏障功能使細(xì)菌和毒素局限在腸腔內(nèi)；在嚴(yán)重創(chuàng)傷、感染等病理狀態(tài)下，腸道菌群易位和毒素吸收，導(dǎo)致全身炎性反應(yīng)、多器官功能衰竭[15]?？股氐淖饔脵C(jī)理之一是通過其抗菌和抑菌作用來調(diào)節(jié)腸道菌群，植物精油同樣具有保護(hù)腸屏障功能的作用。植物精油通過降解細(xì)菌細(xì)胞壁和破壞細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，然后通過作用于細(xì)胞膜和進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部2 種途徑發(fā)揮抑菌作用，細(xì)胞膜的通透性一旦發(fā)生改變，其功能也會被破壞。

早期斷奶等應(yīng)激在一定程度上影響腸道菌群的正常生理過程，造成菌群失調(diào)，從而引起腸道疾病[16]。對于初生仔豬，在斷奶期間會表現(xiàn)出生長受損、腹瀉和其他疾病的發(fā)病率增加[17]，以及腸道組織形態(tài)發(fā)生嚴(yán)重變化等病態(tài)[18]，在飼料中添加植物精油會改善這些癥狀。Zhang 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼糧中添加0.5%苯甲酸+0.01% EO 可以改善生長性能，降低糞便大腸桿菌數(shù)量。Cairo 等[20]研究表明，斷奶仔豬飼糧中添加巴西紅辣椒精油會影響腸道微生物群和組織形態(tài)，增加乳酸桿菌和減少大腸桿菌數(shù)量。由此可見，植物精油通過增加有益菌和減少有害菌來維持畜禽腸道穩(wěn)態(tài)。

1.3 提高免疫力 動物機(jī)體健康通常是由免疫途徑來調(diào)節(jié)的，長期過量使用抗生素會降低畜禽機(jī)體免疫力，使免疫系統(tǒng)遭到破壞。而在動物飼料中添加植物精油能達(dá)到提高動物免疫力的作用。免疫球蛋白是體液免疫應(yīng)答中最主要的免疫分子，其最顯著的生物學(xué)特點是能夠特異性地與相應(yīng)的抗原結(jié)合，如細(xì)菌、病毒、寄生蟲、某些藥物或侵人機(jī)體的其他異物[21]。馬明等[22]試驗指出，添加植物精油合劑組（肉桂醛、百里香酚、香芹酚合劑）的仔豬具有更低的腹瀉率和腹瀉指數(shù)，更高的血清總蛋白、白蛋白和球蛋白含量，以及更高的免疫球蛋白A、免疫球蛋白G、免疫球蛋白M 及豬瘟抗體水平，并且添加量為300 g/t 效果最好。Su 等[23]研究結(jié)果顯示，在斷奶仔豬飼料添加植物精油改善了斷奶仔豬的生長性能、免疫功能和抗氧化狀態(tài)，且推測這種改變可能是通過脾臟和肝臟中抗氧化相關(guān)基因的上調(diào)來介導(dǎo)的，并且認(rèn)為添加200 mg/kg 植物精油是相對比較經(jīng)濟(jì)的。Zeng等[11]研究結(jié)果同樣表明，在低能量飼料中添加植物精油提高了斷奶仔豬的白蛋白、免疫球蛋白A、免疫球蛋白G 水平。以上研究表明，植物精油可以通過提高免疫球蛋白含量和抗體水平來提高機(jī)體免疫力。

1.5 抗氧化作用 植物精油作為一種廣泛使用的天然抗氧化劑，在食品保鮮方面具有重要的作用，因為食品（如花生、植物油、黃油）中的脂質(zhì)一旦氧化，就會產(chǎn)生異味[24]。同樣在動物組織中，脂類的氧化酸敗也是降低脂類營養(yǎng)價值、產(chǎn)生不適宜氣味的關(guān)鍵原因。脂質(zhì)自動氧化形成的短鏈的醛和酮會使脂肪變成黏稠、膠狀，甚至固態(tài)物質(zhì)，因此人們越來越關(guān)注植物來源的抗氧化劑在食品和人類健康中的作用[25]。氧化應(yīng)激是由過量的氧化自由基（包括活性氧）引起的，活性氧損傷DNA、生物膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，并對組織造成各種損傷[26-27]，植物精油的酚類成分能夠與過氧自由基結(jié)合降低自由基活性或有效清除自由基來發(fā)揮抗氧化的效果，而萜烯類物質(zhì)則是通過提高體內(nèi)抗氧化酶的活性來參與抗氧化作用。Zhang 等[28]研究表明，膳食中添加牛至精油可以降低脂質(zhì)氧化，降低血清應(yīng)激反應(yīng)激素皮質(zhì)醇水平、去甲腎上腺素水平和丙二醛水平，增加了部分抗氧化酶活性。Shang 等[29]試驗發(fā)現(xiàn)，在低蛋白飼糧中添加牛至精油能夠起到改善氧化穩(wěn)定性、總抗氧化能力和過氧化氫酶的作用，并且認(rèn)為低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充牛至精油是通過改善肌內(nèi)脂肪和n-3 多不飽和脂肪酸百分比和抗氧化而增強(qiáng)了豬肉的感官特性和抗氧化狀態(tài)。因此，植物精油的抗氧化特性在飼料業(yè)中的應(yīng)用前景十分可觀。

1.6 植物精油的其他作用 研究表明，植物精油還具有改善畜舍環(huán)境和提高畜產(chǎn)品品質(zhì)等作用。吳勝等[30]研究發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加植物精油不僅能提高斷奶仔豬的生長性能，同時還能降低仔豬欄舍內(nèi)微生物氣溶膠和NH3等有害物質(zhì)的濃度，從而減少其對環(huán)境和人的危害。Zhao 等[31]在肥育豬低能量飼糧中添加0.05%的植物精油可降低血清總膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇濃度，并且植物精油與乳化劑組合應(yīng)用對肥育豬的飼料利用率和肉品質(zhì)具有一定的改善作用，這可能與植物精油的抗氧化作用有關(guān)，防止了脂肪的氧化酸敗。

2 幾種常用的植物精油及其應(yīng)用

幾種常見的抗菌效果顯著的植物精油抗菌的有效成分及含量見表1。

表1 植物精油的有效成分及其含量

2.1 牛至精油 牛至又名止痢草，主要活性成分是酚類化合物香芹酚和百里香酚，除了抗炎、抗氧化、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、抗肝毒性和殺蟲作用外，已有多項研究證明香芹酚具有抗菌作用[33-34]。金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一種常見的病原體，可引起危及生命的感染，百里香酚是一種公認(rèn)的治療抗生素耐藥性金黃色葡萄球菌感染的安全天然化合物，百里香酚可以增加其AKR（Aldo-Keto Reductase）活性，導(dǎo)致NADPH 的消耗和殺菌作用[35]。Cheng 等[36]認(rèn)為飼料中添加牛至精油可通過調(diào)節(jié)腸道細(xì)菌、腸道形態(tài)和抗氧化能力來改善豬的生長性能和營養(yǎng)物質(zhì)消化率，因為其對生長肥育豬進(jìn)行牛至精油添加效果測試試驗，發(fā)現(xiàn)在飼糧中補(bǔ)充牛至精油增加了空腸的絨毛高度和豬的回腸和血漿總抗氧化能力。此外，Giannenas[37]在肉雞飼糧中添加牛至精油對感染埃米耳菌肉雞實驗表明其具有抗球蟲的作用。補(bǔ)充牛至精油可以改變反芻動物瘤胃發(fā)酵，通過改變瘤胃細(xì)菌群落來改變揮發(fā)性脂肪酸濃度和減少甲烷排放，并且成熟反芻動物的最佳喂養(yǎng)率約為52 mg/L[38]。牛至精油是一種潛在的液體飼料添加劑，可以提高飼料效率、健康狀況、生長性能，減少腹瀉，加速斷奶，并在100 mg/L水平下將奶牛場成本降至最低[39]。對于錦鯉，補(bǔ)充牛至精油增加了消化酶活性和抗氧化能力，刺激免疫調(diào)節(jié)作用，增強(qiáng)了抗病性補(bǔ)充OEO 可顯著提高溶菌酶、C3、C4 補(bǔ)體、超氧化物歧化酶活性、谷胱甘肽過氧化物酶;顯著降低丙二醛水平，牛至精油的添加也顯著增加了蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等消化酶水平[40]。

2.2 百里香精油 百里香的拉丁學(xué)名為Thymus vulgaris，其主要活性成分也是百里香酚和香芹酚，百里香精油的主要作用也是抗菌和抗氧化[41]。Placha 等[42]研究表明，飼糧中按每1 kg 干物質(zhì)添加5 g 百里香精油可改善家兔腸道完整性，同時可能具有抗氧化作用。Gumus[43]研究顯示百里香精油顯著提高了肝臟過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性，顯著降低了肝臟和血清脂質(zhì)過氧化水平，說明百里香精油在一定程度上影響抗氧化性能和血清指標(biāo)的同時，對抗氧化代謝有顯著影響。劉星等[44]在小鼠上的研究發(fā)現(xiàn)，百里香精油具有很好的抗氧化能力，對于急性肝損傷模型小鼠，百里香精油表現(xiàn)出顯著護(hù)肝作用。因此百里香精油亦可作為一種天然植物來源的護(hù)肝藥物來期待未來更加深入的研究。

2.3 肉桂精油 肉桂（由肉桂皮或肉桂葉制成），樟科植物，其拉丁學(xué)名為Cinnamomum zeylandicum。肉桂在我國主產(chǎn)于廣東、廣西、云南等地。肉桂的主要有效成分是肉桂醛，有效成分含量為65%，肉桂醛是肉桂的風(fēng)味和香氣產(chǎn)生的原因。肉桂或肉桂精油的使用很廣泛，具有抗菌、抗炎、降脂、抗癌和減少淀粉樣斑塊、增強(qiáng)免疫力、提高生產(chǎn)性能等作用。肉桂精油目前是糖尿病的一種輔助治療手段，被廣泛地應(yīng)用到糖尿病患者的治療中來降低血糖。最新研究報道，大劑量的肉桂醛具有通過改變成年小鼠海馬Akt、ERK 和GSK-3β信號來改善小鼠記憶的功能[45]。同時越來越多的證據(jù)已經(jīng)證實，肉桂精油的抗菌和抗炎作用有助于預(yù)防炎癥性腸?。↖BD）。張超[46]用右旋糖酐硫酸鈉（DSS）造腸炎模型，并在飼糧中添加肉桂精油，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高劑量的肉桂精油能夠通過改善腸道菌群狀態(tài)來有效緩解和預(yù)防結(jié)腸炎，維持了腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。

2.4 迷迭香精油 迷迭香的拉丁學(xué)名為Rosmarinus officinalis，原產(chǎn)于地中海地區(qū)，是一種世界各地廣泛種植的唇形科草本植物。其化學(xué)組分主要是萜與類萜化合物，其中主要成分為樟腦、1，8-桉葉油素、蒎烯、莰烯、松油醇和冰片[47]。迷迭香的抗菌、抗氧化作用主要歸因于它的酚萜成分，如迷迭香酸和迷迭香醇[48]。盡管迷迭香的主要生理作用有抗菌、抗氧化、抗腫瘤和調(diào)節(jié)免疫，但是其被研究得最多的生理作用還是其作為一種天然的氧化劑，不僅能起到食品保鮮的作用，還能夠防止畜產(chǎn)品中脂肪氧化酸敗，保持肉的風(fēng)味，防止不適宜氣味的產(chǎn)生，起到保持脂類營養(yǎng)價值的作用[49]。Badia[50]試驗表明迷迭香精油的添加抑制了香腸中乳酸菌的生長繁殖，延長了香腸的保質(zhì)期，起到了防腐劑的作用。幼齡白鯨經(jīng)不同水平的迷迭香精油處理后，免疫系統(tǒng)和生理狀況均有明顯改善，同樣迷迭香精油可用于白鱘幼魚的飲食改善血液學(xué)指標(biāo)，增強(qiáng)幼魚免疫力[51]。此外，迷迭香精油通過恢復(fù)斑馬魚膽堿能功能和腦抗氧化狀態(tài)改善東莨菪堿誘導(dǎo)的神經(jīng)行為改變，迷迭香精油具有抗抑郁作用和增強(qiáng)認(rèn)知作用，能夠消除東莨菪堿引起的疼痛和腦氧化應(yīng)激[52]。

植物精油成分的抗菌活性大小的順序為:酚＞醛＞酮＞醇＞醚＞烴基[53]，其中，抗菌活性最強(qiáng)的是酚類。研究證明，主要活性成分為百里香酚和香芹酚的牛至抗菌效果是最好的且抗菌譜最廣[54]，其次就是肉桂，而在抗氧化方面迷迭香精油的效果是最好的。因此本研究認(rèn)為今后可以考慮幾種植物精油的聯(lián)合使用，互相取長補(bǔ)短。

3 植物精油與有機(jī)酸復(fù)合的應(yīng)用效果

有機(jī)酸添加劑具有無污染無殘留特點，并在體內(nèi)能迅速吸收，參與代謝。目前，因為有機(jī)酸及其鹽類是歐盟批準(zhǔn)的抗生素替代品，有機(jī)酸和植物精油的復(fù)合使用在家禽飼養(yǎng)中應(yīng)用尤其廣泛。有機(jī)酸通過降低胃內(nèi)容物pH、抑制病原菌、作為能量來源、參與礦物質(zhì)利用、刺激內(nèi)源酶的分泌等多種方式對豬的胃腸道產(chǎn)生作用。有機(jī)酸可以通過穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁，破壞細(xì)菌的正常功能發(fā)揮作用[55]。有機(jī)酸對革蘭氏陰性菌的作用效果優(yōu)于對革蘭氏陽性菌的作用效果，而植物精油則對革蘭氏陽性菌更敏感，兩者在發(fā)揮抑菌作用上取得了互補(bǔ)的效果。相比有機(jī)酸的單一抑菌作用，植物精油還具有抗炎、抗氧化、增強(qiáng)免疫的作用，因此植物精油與有機(jī)酸具有協(xié)同作用。植物精油與有機(jī)酸的聯(lián)合使用達(dá)到的效果優(yōu)于單獨使用植物精油或者有機(jī)酸[56]。

3.1 在豬上的應(yīng)用效果 有機(jī)酸在防止仔豬腹瀉、提高飼料報酬、提高增重等方面有顯著成效[57]。研究證明，三丁酸甘油酯與牛至精油替代抗生素改善了斷奶仔豬的腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，使腸道菌群和代謝產(chǎn)物的分布發(fā)生了重大變化，對仔豬的腸道健康產(chǎn)生了有益的影響[58]。因為精油中的酚類物質(zhì)可以改變細(xì)菌細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，使得細(xì)胞膨脹，細(xì)胞膜通透性增加，從而增加細(xì)菌對有機(jī)酸的敏感性。并且在酸性條件下，精油的疏水性增加，使其更容易通過細(xì)菌細(xì)胞膜的脂質(zhì)。研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加有機(jī)酸和肉桂醛可以保護(hù)組織免受腸毒素性大腸桿菌（Enterotoxigenic Escherichia coli，ETEC）損傷[59]。另外有試驗表明苯甲酸與植物精油復(fù)合使用提高了苗豬的生長速度和采食量[60]。

3.2 在雞上的應(yīng)用效果 據(jù)報道，有機(jī)酸可對多種腸道病原體發(fā)揮抗菌作用，增強(qiáng)營養(yǎng)物質(zhì)代謝，提高性能[61]。補(bǔ)充有機(jī)酸和植物精油復(fù)合物可通過增強(qiáng)腸屏障功能、積極調(diào)節(jié)腸道微生物群落和差異調(diào)節(jié)腸道免疫反應(yīng)，改善壞死性腸炎感染肉雞的生長性能和腸道健康[62]。在肉雞整個生長周期中，飼糧中添加0.5%的有機(jī)酸（山梨酸和檸檬酸）和精油（麝香草酚和香蘭素）復(fù)合添加劑可減少肌肉內(nèi)脂肪含量和改善脂肪酸結(jié)構(gòu)，降低熟肉中的脂質(zhì)氧化，提高雞肉品質(zhì)[63]。植物精油與有機(jī)酸的復(fù)合物（EOA）也可以有效預(yù)防和治療沙門氏菌感染。Zhang 等[64]試驗結(jié)果顯示，EOA 對腸內(nèi)鏈球菌有抑菌作用，并且證明百里香酚-苯甲酸復(fù)合物的抑菌作用優(yōu)于肉桂醛-己酸配合物。小腸是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場所，消化酶和營養(yǎng)轉(zhuǎn)運體在消化吸收過程中發(fā)揮重要作用[65]。雞的前腸中含有大量胃酸和膽鹽，不易破壞微生物平衡。然而，胃酸和膽汁酸分泌不足可能改變后腸的微生物穩(wěn)態(tài)。因此，包封精油和有機(jī)酸可作為蛋雞遠(yuǎn)端腸道的局部緩釋添加劑。Pham 等[66]研究表明，膠囊化的EOA 可以維持蛋雞的腸道形態(tài)，促進(jìn)消化吸收能力和屏障功能，尤其是在300 mg/kg 時效果最佳。

植物精油與有機(jī)酸復(fù)合使用效果十分顯著，二者在作用機(jī)制上形成互補(bǔ)，在禁抗的趨勢下，具有非常大的優(yōu)勢成為飼用抗生素替代品。

4 植物精油應(yīng)用存在的問題

植物精油是替代抗生素的高效、綠色、安全的新型飼料添加劑，在禁抗趨勢下具有較大的應(yīng)用潛力，但是為了更好的開發(fā)利用植物精油，還有幾個問題仍需要解決：①目前大部分的植物精油研究對其有效成分添加劑量無法準(zhǔn)確把握，因為即使同一種植物精油，其作用效果會因為其來源、采摘時間、提取部位不同而產(chǎn)生差別，對植物精油有效成分的含量及添加量進(jìn)行嚴(yán)格分析，可能是今后研究的一個思路。②植物精油與有機(jī)酸聯(lián)合添加對提高畜禽生產(chǎn)性能及產(chǎn)品品質(zhì)具有顯著效果，而益生菌能促進(jìn)豬的腸道健康，在未來的研究中可以考慮乳酸菌等益生菌與植物精油聯(lián)合使用。③植物精油具有不穩(wěn)定性，溫度、光、金屬元素、水和氧氣都會對植物精油的穩(wěn)定性和生物活性產(chǎn)生影響甚至導(dǎo)致其變質(zhì)，因此應(yīng)用時需要考慮是否包被或者微膠囊化。