顧衛(wèi)華 鄧風雷

（1.中牧農業(yè)連鎖發(fā)展有限公司，北京 100070；2.北京都潤科技有限公司，北京 100081）

集約化生產(chǎn)條件下，家禽腸道健康、免疫調節(jié)功能成為研究人員和生產(chǎn)者的關注和研究重點。家禽腸道結構功能完整、消化吸收營養(yǎng)物質的能力完善、菌群平衡和免疫系統(tǒng)穩(wěn)定是腸道健康的重要標志[1]。大腸桿菌、沙門氏菌、葡萄球菌、空腸彎曲菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等病原菌會影響家禽腸道健康，引發(fā)的疫病可造成動物急性死亡或隱性感染，危害家禽健康，從而降低導致生產(chǎn)性能?？股氐哪退幮詫κ称钒踩凸步】翟斐捎绊慬2]。益生菌在家禽生產(chǎn)中已經(jīng)廣泛使用。大部分益生菌產(chǎn)品作為改善家禽腸道健康、提升飼料轉化率、防治疾病的輔助手段，可以調控動物機體腸道菌群，間接發(fā)揮免疫調節(jié)作用[3]。益生菌、益生元等飼料添加劑能夠調節(jié)腸道菌群和宿主免疫系統(tǒng)，有效改善腸道菌群多樣性[4]。有益菌能夠利用低聚糖，而病原菌（如沙門氏桿菌、大腸桿菌等）不能有效利用低聚糖[5]。益生元可以改變腸道微生物群落的數(shù)量和組成，改變腸道滲透壓，在腸道內被利用后可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸和氣體，進而加強消化道蠕動。益生菌和益生元在維持腸道生態(tài)方面具有相似的作用機制，二者組合補充會對家禽整體腸道健康產(chǎn)生協(xié)同作用[6-7]。益生菌對家禽腸道菌群的調控作用更為直接，主要通過維持菌群平衡、提高機體對養(yǎng)分的消化能力、防止或抑制腸道病原體定植或增殖、降低腸道pH值和調節(jié)免疫功能來實現(xiàn)[8-9]。益生元可以刺激腸道有益菌定植或增殖，通過代謝產(chǎn)物間接對免疫細胞作用；某些益生元類物質（如短鏈脂肪酸）也可以直接調節(jié)機體免疫機能[7,10]。本文綜述了益生元在家禽生產(chǎn)中的應用研究進展以及益生元在家禽腸道菌群調控、病原菌控制、免疫機能調節(jié)方面的作用效果及潛在機制，為益生元調控家禽腸道健康的理論研究、益生元類飼料添加劑的開發(fā)提供參考。

1 益生元概念的演變

1995 年，益生元被定義為通過選擇性刺激有限數(shù)量的腸道細菌的生長及活性，對宿主產(chǎn)生有利影響的不易消化的食物成分。益生元的定義未能在學術界統(tǒng)一，但有研究學者基本認為，益生元主要通過促進動物生長和增強宿主腸道中某些原籍腸道細菌的組成和代謝，有效抑制病原體保障動物機體健康[11]。益生元研究開始階段，候選物僅限于碳水化合物，主要為非淀粉多糖和不易消化的寡糖。隨著益生元研究的發(fā)展，益生元概念已擴展為“一種被宿主微生物選擇性利用的底物，對宿主健康產(chǎn)生益處”[12]，這一廣泛而包容的概念允許益生元包含其他物質，包括不同結構的低聚糖和多不飽和脂肪酸，均可以轉化為共軛脂肪酸[11]。

益生元已經(jīng)過檢查、表征和純化，具有已知的化學結構、組成和合適的給藥劑量，一般公認安全[12]。在家禽業(yè)中通常選擇不易消化的低聚糖，如甘露寡糖、低聚果糖、菊粉、低聚半乳糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖和非淀粉多糖等作為益生元。益生元化合物基本來源于植物（包括藻類）或由微生物合成。菊芋和雪蓮果（富含低聚果糖的化合物）、大麗花、牛蒡和菊苣（富含菊粉）、山藥（富含薯蕷皂苷元）、麥麩（富含低聚木糖）、龍舌蘭（富含果聚糖）均可作為家禽養(yǎng)殖業(yè)中的益生元。釀酒酵母細胞壁中的甘露寡糖、羽扇豆籽纖維、糖基化花青素和藍莓纖維、印度桑葚（富含菊粉型果聚糖）、β-葡聚糖燕麥、棕櫚仁餅甘露聚糖、火龍果寡糖、瓊脂和海藻多糖、綠茶酚類化合物是當前國外用于家禽生產(chǎn)領域重要的幾種益生元[13]。

2 家禽腸道菌群特征與功能

家禽消化道由食道、嗉囊、胃、砂囊、十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結腸和泄殖腔組成，總長度相對較短。因此，家禽腸道菌群必須具有獨特的適應性，并在較短時間內發(fā)揮益生作用，包括黏附在腸黏膜壁并有效增殖。不同種類的腸道微生物相互影響進而改善養(yǎng)分利用、腸道功能和家禽的整體健康[14-15]。家禽的腸道菌群組成和密度取決于孵化時接觸物、腸上皮和最初采食日糧中的微生物組成。家禽腸道含有超過1 000 億個細菌，是宿主其他部位細菌數(shù)量的數(shù)倍。健康平衡的腸道菌群主要為有益的革蘭氏陽性菌，占腸道總細菌85%以上。剩余的腸道微生物主要由梭狀芽孢桿菌、大腸桿菌、彎曲桿菌和沙門氏菌組成[16]。

擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、梭菌屬、大腸桿菌、真桿菌屬、梭桿菌屬、乳桿菌屬、巨球菌屬、鏈球菌屬、普氏菌屬和硒單胞菌屬是家禽腸道中常見的微生物。腸道菌群以發(fā)酵終產(chǎn)物和其他分泌產(chǎn)物的形式為宿主提供營養(yǎng)化合物，例如氨基酸、B族維生素和維生素K、多種酶類、短鏈脂肪酸等[17]。在家禽腸道內分泌的短鏈脂肪酸有助于產(chǎn)生能量，減少盲腸中有害菌種類，刺激腸道細胞上皮增殖，通過絨毛高度分化增加吸收表面積。腸道菌群主要通過競爭性排斥抵抗病原體和其他外源性微生物在腸道中定植。腸道菌群通過分泌有機酸、細菌素、免疫刺激、營養(yǎng)物質和附著位點競爭等作用方式，抑制病原體的生長。研究表明，家禽腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育與腸道菌群的發(fā)展同步進行，腸道菌群通過預防炎癥維持動物機體免疫平衡[18-20]。

3 益生元對家禽的作用機制

益生元參與家禽腸道菌群相關的多種機制[15]。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了獨立于腸道菌群的益生元相互作用的證據(jù)，增加了益生元在家禽中發(fā)揮功能機制的更多解釋和見解[21]。雖然無具體的機制可以充分解釋益生元如何在家禽生長過程中發(fā)揮各項效用，但益生元對動物生產(chǎn)性能和健康的改善作用是通過抑制腸道病原體、刺激免疫系統(tǒng)、提高營養(yǎng)物質的消化率和其他有益于代謝過程的改善作用實現(xiàn)[12,22]。

3.1 益生元與腸道菌群平衡

腸道菌群通常決定整體腸道功能、完整性、健康等，有助于排除病原體、促進營養(yǎng)物質消化和吸收以及增強免疫功能。宿主體內微生物在決定家禽生產(chǎn)性能、生產(chǎn)力和健康方面發(fā)揮重要作用[13]。益生元正向調節(jié)家禽腸道菌群的作用已得到充分證明，相互作用機制很大程度上取決于益生元化合物的性質、類型以及家禽種類。禽類攝食0.25%～0.50%的低聚果糖和0.025%～0.050%的甘露寡糖可以選擇性地刺激28日齡肉雞腸道內乳酸菌（尤其是乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬）和產(chǎn)丁酸鹽的細菌菌株生長[12,23]。研究表明，益生元可以抑制腸道病原體，包括大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、沙門氏菌屬、鏈球菌屬、葡萄球菌屬、彎曲桿菌屬[24]。與對照組相比，在雄性肉雞日糧中添加4.0 g/kg低聚果糖可以顯著增加肉雞腸道乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量，顯著降低了大腸桿菌數(shù)量[25]。肉雞日糧中添加甘露寡糖可以增加盲腸乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量。在肉雞日糧中添加0.05%、0.25%的甘露寡糖和低聚果糖顯著增加了乳酸桿菌數(shù)量和多樣性，減少了回腸產(chǎn)氣莢膜梭菌和大腸桿菌數(shù)[26]。禽類飼喂含益生元的日糧，腸道有益菌豐度增加。益生元的發(fā)酵和代謝增強，可以刺激有益菌整體活性，從而影響短鏈脂肪酸合成，進而導致腸道pH值降低，促進維生素的產(chǎn)生，增強代謝活動和酶促活性，降低膽固醇、甘油三酯含量以及增強免疫刺激，從而有助于動物對抗病原體[27]。

3.2 抑制病原體定植

目前，益生元抑制腸道黏膜中病原體定植的確切機制尚未十分清楚。但研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌數(shù)量、活性的增加使發(fā)酵過程中遠端腸道（盲腸）中的短鏈脂肪酸（尤其是丁酸鹽、乳酸、乙酸鹽和丙酸鹽）含量增加，進而有效降低腸道pH值，進一步抑制病原體的定植與生長[21,28]。

研究發(fā)現(xiàn)，腸桿菌科微生物的數(shù)量與乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等短鏈脂肪酸含量呈負相關，表明短鏈脂肪酸合成的增加是導致這些腸道病原體數(shù)量顯著減少的眾多機制之一，不會影響肉雞盲腸中有益菌如乳酸桿菌數(shù)量[29]。丁酸鹽會改變沙門氏菌入侵毒力基因的表達。短鏈脂肪酸抑制腸道病原體合成和活性的作用主要取決于家禽的種類和補充的益生元的性質[30]。此外，有益菌可以通過競爭受體位點和營養(yǎng)物質分泌廣譜抗菌素（如乳桿菌素、乳酸鏈球菌肽、雙歧桿菌細菌素）抑制彎曲桿菌、大腸桿菌、沙門氏菌等[31]。益生元通過競爭性排斥增強病原體的拮抗作用，選擇性增強有益菌增殖。小鼠飲水中添加0.5%菊芋糖漿可降低產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量和細菌內毒素的水平[32]。從酵母細胞壁獲得的甘露寡糖可以顯著減少家禽中表達Ⅰ型菌毛的腸道病原體數(shù)量[33]。在受鼠傷寒沙門氏菌攻毒的肉雞飲用水中補充2.5%的甘露糖，3個不同的體內試驗中鼠傷寒沙門氏菌定植率分別從93%、82%、78%降至43%、21%和28%[34]。日糧中添加甘露寡糖，蛋雞回腸中大腸桿菌和總細菌數(shù)量顯著降低[35]。

4 益生元在家禽生產(chǎn)中的應用效果

4.1 益生元對家禽生產(chǎn)性能的影響

家禽日糧中添加包括益生元在內的功能性飼料添加劑主要是為了提高家禽生產(chǎn)性能、提升飼料的有效利用和產(chǎn)品盈利能力。使用益生元或其他新興飼料添加劑替代抗生素的一個重要原因是為了改善家禽生長性能、促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)性、保證食品安全性。

益生元改善家禽生產(chǎn)性能的機制之一是增加短鏈脂肪酸（主要是乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽）的含量。短鏈脂肪酸在胃腸道內被吸收，作為機體的主要能量來源。短鏈脂肪酸合成作用增強可以刺激并促進家禽腸道中的其他代謝活動，有益于提高家禽生長性能。在肉雞日糧中添加甘露寡糖和低聚果糖可顯著提高日增重、飼料轉化率和胴體重。研究表明，在應激條件下，肉雞日糧中添加1 mg/kg甘露寡糖28 d，與對照組相比，肉雞平均日增重、采食量顯著增加，提高了飼料轉化率；當使用2、0.5 g/kg 甘露寡糖時，肉雞平均日增重和采食量增加[36]。研究表明，蛋雞日糧中添加1～1.5 g/kg甘露寡糖，可顯著提高試驗全期蛋雞產(chǎn)蛋率[35]。羅曼褐蛋雞日糧中添加菊粉（0.4%）可以有效改善70 w 蛋殼質量，蛋殼密度由82.3 mg/cm2提高至86.4 mg/cm2，蛋殼強度由29.7 N 提高至33.1 N[37]。研究表明，菊苣多糖能夠顯著提高海蘭褐蛋雞的生產(chǎn)性能，1%～2%菊苣多糖可提高蛋雞平均蛋重，降低料蛋比，1.5%菊苣多糖可顯著提高雞蛋品質，蛋殼厚度由1.27 mm增加至1.30 mm，雞蛋膽固醇含量由3.25 mmol/L顯著降低至2.08 mmol/L[38]。

益生元改善家禽生產(chǎn)性能的研究結論并不一致。多項研究表明，日糧中添加甘露寡糖，肉雞體重、日增重和采食量無顯著改善。日糧中添加1 g/kg 菊粉，不會影響肉雞的體重。在肉雞玉米-豆粕型基礎日糧中添加5～20 g/kg 的菊粉對肉雞的生長性能無影響[17]。羅曼褐殼蛋雞日糧中添加0.8%的菊粉和低聚糖，蛋雞產(chǎn)蛋率、采食量、飼料轉化率均無顯著影響[37]。日糧中添加0.005%～0.020%低聚木糖對櫻桃谷肉鴨（42 d）平均日增重和飼料轉化效率無明顯影響[39]。益生元作用效果的差異與益生元類型、家禽種類、飼料成分、飼養(yǎng)系統(tǒng)和喂養(yǎng)時間、農場衛(wèi)生和管理等因素相關。另外，缺乏對特定家禽物種使用的益生元劑量和類型常規(guī)標準化也導致了試驗結果的差異。

家禽日糧中添加益生元后，脂肪、干物質、粗蛋白、能量和礦物質的消化率得到改善。益生元使有益腸道微生物數(shù)量增加，改善了腸道健康和形態(tài)，從而提高了養(yǎng)分吸收率。當肉雞飼喂由玉米-豆粕型基礎日糧時，菊粉可提高肉雞的脂肪和蛋白質消化率。研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，日糧中補充益生元的肉雞干物質消化率顯著提高。日糧中添加低聚糖、殼寡糖復合制劑（125 mg/kg）飼喂8 w后，肉雞的腸道健康得到改善，營養(yǎng)物質的消化率得到提高，其中粗蛋白消化率由72.50%顯著提高至81.43%，粗纖維消化率由60.14%顯著提高至69.30%[17]。研究表明，菊苣多糖可以改善蛋雞養(yǎng)分代謝，日糧中添加1.0%～1.5%菊苣多糖可以顯著提高蛋雞對磷的吸收率，從而改善蛋殼品質[38]。研究表明，日糧中添加2 g/kg甘露聚糖可以改善淀粉的回腸消化率，對小麥型日糧的影響比玉米型日糧影響大，原因可能是日糧組成決定了家禽的營養(yǎng)消化率水平[12]。

4.2 益生元對家禽免疫功能的影響

研究表明，益生元在家禽中發(fā)揮的免疫調節(jié)作用通過多種機制及相互作用實現(xiàn)，這些機制和相互作用會激活一些潛在的免疫刺激的基因和免疫通路[3]。家禽的免疫功能通過有益腸道菌群的選擇性增殖而得到增強，這一過程同時會增強多種物質的合成，包括短鏈脂肪酸和細菌素，其能夠對抗?jié)撛诓≡w，并進一步刺激免疫系統(tǒng)。益生元能夠增加腸黏膜蛋白和緊密連接蛋白分泌，催化雷帕霉素靶蛋白表達，降低促炎因子合成釋放，進而調控腸道免疫功能[40-41]。

一些腸道基因的表達、免疫系統(tǒng)成熟和T 細胞介導的免疫通路受家禽腸道菌群（特別是乳酸桿菌和雙歧桿菌）的調節(jié)。腸道上皮細胞通過這些腸道有益菌群的影響，合成抗菌肽和某些腸道細胞因子，包括白細胞介素-12（IL-12）、白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-10（IL-10）、干擾素（IFN-γ）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）；可以促進免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）和免疫球蛋白A（IgA）的合成，提高疫細胞（主要是巨噬細胞和單核細胞）增殖和自然殺傷細胞、CD8、CD4 和CD3 T細胞數(shù)量[42-43]。

動物先天性免疫系統(tǒng)受體可識別甘露聚糖[44]。肉雞日糧中添加甘露聚糖、低聚果糖和菊粉可以改善肉雞盲腸扁桃體等腸道相關淋巴組織的免疫反應，增加了盲腸IgA、血漿IgG和IgM的抗體滴度、mRNA 的表達，增強了腸道免疫功能[45-46]。日糧中添加5～10 g/kg 菊粉，試驗0～21 d，腸道IgA、白細胞介素-6（IL-6）、CD4、CD8和淋巴細胞水平逐漸升高，但是對試驗全期（42 d）結果無影響[46-47]。日糧中添加1～2 g/kg甘露寡糖可以顯著提高蛋雞（68～79 w）抗新城疫和傳染性支氣管疾病病毒抗體滴度[35]。

4.3 益生元對家禽腸道形態(tài)的影響

益生元可以改變家禽腸道長度、密度、深度和微結構。益生元對禽類腸道形態(tài)的影響與腸細胞內增加的吸收表面積有關，這有助于改善飼料利用率，增強腸道刷狀緣酶的活性[48]。

家禽長期補充低聚果糖會對腸道形態(tài)產(chǎn)生顯著影響，包括腸隱窩深度和絨毛高度等。腸絨毛高度的增加可能是由于表面積擴大增加了腸道對營養(yǎng)物質的吸收，從而增加了更多營養(yǎng)物質的運輸。甘露寡糖能夠有效改善腸道物理和免疫屏障功能，原因是甘露寡糖可與潛在致病菌（帶有Ⅰ型菌毛）特異性結合，抑制病原體在腸道黏膜上的定植，增強黏蛋白的表達，降低腸細胞周轉率[10,23]。甘露寡糖可以增加家禽小腸的絨毛高度，降低隱窩深度，增加絨毛高度和隱窩深度比，增加空腸和回腸杯狀細胞數(shù)量。甘露聚糖能夠有效加強腸道微屏障完整性、氧化狀態(tài)和免疫功能[49]。除了短鏈脂肪酸合成增加和腸道pH值降低外，益生元能夠有效改善腸道絨毛、隱窩形態(tài)[15]。在日糧中添加木質素和甘露聚糖后，肉雞42 d 腸道絨毛高度由2 299.66 μm 分別增加至2 338.29、2 465.86 μm，具有顯著的改善效果[43]。在火雞日糧中添加β-葡聚糖和甘露聚糖復合物（453.6 g/t），回腸表面積由104 519 μm2增加至209 742 μm2，絨毛高度由1 072.9 μm增加至1 860.7 μm，固有層厚度由121.1 μm增加至135.6 μm，表明β-葡聚糖和甘露聚糖可以有效促進火雞腸道結構的成熟[50]。

5 結論

益生元作為家禽腸道微生物的底物，可以影響腸道菌群的活性和數(shù)量，競爭性地抑制病原菌的定植，調節(jié)機體免疫力，提高家禽生長速度，改善養(yǎng)殖效益。但家禽腸道微生物組成復雜，很難評估在特定益生元存在下可能發(fā)生的微生物組成變化和代謝反應。目前，關于益生元的研究集中在其對雙歧桿菌和乳酸桿菌的促進作用方面。益生元作用效果的差異與益生元類型、家禽種類、飼料成分、飼養(yǎng)管理、養(yǎng)殖環(huán)境衛(wèi)生等因素相關。在選擇應用益生元制劑前，必須經(jīng)過嚴格評估，否則可能會對家禽健康和養(yǎng)殖效益產(chǎn)生不利影響。關于腸道菌群對益生元的反應的研究在廣度和深度上仍然十分有限?？紤]腸道菌群的高度變異性，未來研究中，需要分析不同種群、不同腸道位置和不同養(yǎng)殖區(qū)域的大量樣本，應用高通量測序技術，在補充益生元后對不同系統(tǒng)發(fā)育分類水平的腸道微生物進行全菌落分析。