外源寡糖對反芻動物胃腸道微生物區系的影響

祁 茹，肖 宇，褚永康，林英庭

（青島農業大學動物科技學院，山東 青島 266109）

外源寡糖是近年來國內外研究發現的一類新型飼料添加劑，主要包括大豆寡糖（SBOS）、寡木糖（XOS）、果寡糖（FOS）、異麥芽寡糖（IMO）、甘露寡糖（MOS）及半乳寡糖（GAS）等。試驗研究表明，外源寡糖在動物體內可調控胃腸道微生物區系、促進動物腸道發育、提高動物對礦物質元素的吸收能力以及增強動物機體的免疫機能等。

反芻動物對飼料的利用率取決于瘤胃內的各種微生物：細菌（1010～1011個·mL-1，表現為50多個種屬）、纖毛蟲（104～106個·mL-1，表現為 25個種屬）、厭氧真菌（游走孢子103～105個·mL-1，表現為5個種屬）和噬菌體（108～109個·mL-1）。反芻動物微生物區系隨著日糧的改變而改變，以適應新的日糧配方，這是因為瘤胃微生物可以適應瘤胃內的環境，而其他不適應的雜菌被排出體外。外源寡糖對反芻動物的影響是通過影響胃腸道微生物的組成來實現的。本文綜述了外源寡糖對反芻動物瘤胃微生物區系及其在反芻動物中的應用，以期為外源寡糖在反芻動物生產中的應用提供理論指導。

1 瘤胃微生物對外源寡糖的利用

不消化寡糖不能被降解成單糖，因此基本上不被小腸吸收，而直接進入小腸后部、盲腸、結腸和直腸。單胃動物消化道后部寄生著大量微生物，這些微生物產生了分解各種糖苷鍵的酶，其可消化不消化寡糖，其消化過程是：不消化寡糖→單糖→乳酸和丙酮酸→揮發性脂肪酸（VFA）→一氧化碳和水。Santoso等比較基礎日糧、基礎日糧+乳寡糖、基礎日糧+絲蘭植物提取液、基礎日糧+乳酸鏈球菌肽4種日糧對綿羊的影響，結果表明，各組干物質、有機物、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率相似，寡糖組微生物氮的供給最高，乙酸含量最低，丙酸含量最高[1]。Wenya等比較了基礎日糧、基礎日糧+乳寡糖、基礎日糧+酵母培養物、基礎日糧+乳酸菌4種日糧對綿羊的甲烷產生、能量和氮代謝的影響，結果表明，基礎日糧組半纖維素的消化率比添加寡糖組高，瘤胃的氧化還原潛力以寡糖組最高，氨態氮以寡糖組最低，乙酸/丙酸值寡糖組比其他組低，寡糖組和酵母培養物組的甲烷產量較其他兩組低，從而得出結論，添加寡糖和酵母培養物可以有效減少反芻動物飼料中能量損失[2]。Sat等報道，β-1,4-乳寡糖可以降低飼料中硝酸鹽所引起的瘤胃和血漿中亞硝酸鹽的堆積、氧氣的消耗、二氧化碳的生成，可防止硝酸鹽中毒的發生[3]。因此，瘤胃微生物是可以利用飼料中的寡糖的，添加的寡糖在瘤胃中就會被降解而轉化為揮發性脂肪酸（VFA），但是由于瘤胃內環境的復雜性，目前尚不清楚這一系列變化的產生機理。

2 外源寡糖對反芻動物腸道微生物的影響

動物消化道內約含有108種不同的細菌，根據對動物生理的影響，可將之分為有益菌（如雙歧桿菌、乳酸桿菌等）、有害菌（如大腸桿菌屬、產氣莢膜梭菌屬、葡萄球菌屬等）及介于兩者之間的兼氣性細菌（如擬桿菌屬、鏈球菌屬等）。研究表明，寡乳糖、寡果糖、寡半乳糖、甘露寡糖等外源寡糖可調節畜禽腸道微生物區系，抑制腸道有害微生物，促進雙歧桿菌和乳酸桿菌的增長。然而，目前外源寡糖的研究多集中于幼齡動物。這可能是由于寡糖對于緩解幼齡動物的腹瀉等疾病具有較好的預防作用，或是由于幼齡動物的瘤胃微生物體系尚不健全，對寡糖的降解作用相對較弱，可以使寡糖很大程度上通過瘤胃直接進入小腸，由于寡糖在哺乳動物腸道內的不消化性，其對幼齡反芻動物腸道后段內環境的改善作用得以順利顯現。日糧中添加外源寡糖可以顯著促進雙歧桿菌等有益菌增殖，抑制大腸桿菌等有害菌生長。石寶明等報道，飼糧中添加果寡糖0.1%，豬腸道中雙歧桿菌的數量增加、大腸桿菌的數量降低，對生長性能影響顯著[4]。有研究表明，日糧添加異麥芽寡糖能有效抑制仔豬大腸桿菌的生長，同時能提高腸道中雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的數量[5-6]。周紅麗等選用28日齡斷奶仔豬90頭，測定甘露寡糖對仔豬腸道菌群濃度的影響，結果表明，腸道中大腸桿菌的濃度極顯著低于對照組（P＜0.01），結腸、盲腸和直腸中雙歧桿菌增殖，各組腸道中乳酸桿菌的濃度與對照組相比差異不顯著（P＞0.05）[7]。有研究表明，甘露寡糖在體內有提高家畜的免疫功能和捕殺病原菌的作用，而對有益菌有促進作用。有研究報道，在犢牛飼料中添加的甘露寡糖，當通過小腸時，與侵入病原菌碳水化合物基團相結合，使病原菌既不能繁殖，又不能附著在犢牛體內，被安全排出體外，而對乳酸菌等有益菌沒有影響。甘露寡糖在某些家畜體內能強化其吞噬細胞的活力，刺激甘露寡糖與蛋白質在肝臟結合。這種結合蛋白質在細胞的莢膜處，誘發免疫反應，增強免疫功能，促進疾病痊愈，維持家畜機體平衡。此外，有研究表明，甘露寡糖可能提高初生犢牛的增長速度，降低胃腸道疾病的發生率。有報道指出，犢牛飼糧每天添加甘露寡糖2 g，5周后糞便中大腸桿菌數量顯著降低，呼吸道疾病也有所減少；對于飼喂代乳粉的荷斯坦犢牛，添加甘露寡糖可提高35日齡體重，其原因可能是4～5周齡時細菌性肺炎發病率下降；飼喂添加甘露寡糖日糧的1～56日齡犢牛（其中1～5日齡添加量為4 g·d-1，6～56日齡的幼犢添加量為2 g·d-1），平均日增重高于對照組，耗用藥費也少。因此，外源寡糖可以有效調控腸道微生物區系、節約疾病治療費用。

某些寡糖還能吸附病原菌，減少其對動物的危害。研究表明，病原菌的細胞表面或絨毛上會有一種類丁質的結構，能夠識別并結合到腸壁上的一種寡聚糖受體，從而引起病原菌在腸壁上發育繁殖，導致腸道疾病的發生。而有些果寡糖其結構與腸壁上的寡聚糖結構受體相似，可以競爭性地結合病原菌，使病原菌從腸道上脫離，從而起到“清洗”腸壁上病原菌的作用。

3 外源寡糖對反芻動物瘤胃微生物區系的影響

外源寡糖還具有改善瘤胃發酵功能、調節食糜在消化道內的流通量、提高揮發性脂肪酸和瘤胃微生物蛋白產量、降低瘤胃pH等功能，可以促進瘤胃微生物的增殖和腸道的發育[8-10]。王新峰等研究低聚糖對斷奶羔羊瘤胃菌群的影響，結果表明，低聚糖能夠改變斷奶羔羊瘤胃菌群結構，其中果寡糖（日糧添加量0.3%）提高了羔羊瘤胃總菌（P＜0.05）、R.flavefaciens（P＜0.05）和F.succinogenes（P＞0.05）的數量[9]。趙曉靜等在犢牛日糧中分別添加甘露寡糖0.1%和0.2%，各組犢牛糞便中大腸桿菌和乳酸桿菌數量分別呈降低和增加趨勢[11]。王喜明等報道，低聚木糖組犢牛糞便大腸桿菌和乳酸桿菌數量分別呈下降和增加趨勢，但差異不顯著（P＞0.05）[12]。任海軍等報道，飼糧中添加殼聚糖0.1%，顯著增加了奶牛腸道乳酸桿菌數量，降低了大腸桿菌數量[13]。Heinrichs等報道，甘露寡糖能夠優化牛的胃腸道微生態環境，促進雙歧桿菌等有益菌的增殖，抑制大腸桿菌等致病菌的數量[14]。張學峰等采用體外批次培養法，利用大豆寡糖作為寡糖添加來源，在內蒙古半細毛羯羊上安裝永久性瘤胃瘺管，研究添加不同水平的大豆寡糖對體外發酵的影響，結果表明，大豆寡糖的添加可以增加培養液中丙酸的濃度、降低乙酸的濃度、降低乙酸丙酸比，而且添加量和時間的不同對結果影響很大，同時總揮發性脂肪酸的濃度隨著寡糖的添加而變化[15]。

此外，日糧結構的變化會影響瘤胃內微生物的種類及數量。張學鋒等報道，灌注大豆寡糖可使瘤胃內細菌總數有增加的趨勢，灌注不同水平大豆寡糖對細菌總數的影響不同；大豆寡糖可以促進纖維分解菌的快速增殖，使纖維分解菌數量達到峰值的時間提前；大豆寡糖降低了甲烷產生菌的數量，對瘤胃內甲烷產生菌數量的影響達到了極顯著水平（P＜0.01），可使甲烷產生菌的數量達到峰值的時間延后；大豆寡糖對瘤胃內原蟲總數影響不顯著（P＞0.05），但有使得毛蟲數量減少的趨勢[16]。Mwenya等報道，寡糖可提高瘤胃的氧化還原潛力，降低氨態氮的濃度、乙酸/丙酸值，降低甲烷產量[2]。

4 小結

目前對外源寡糖的研究多集中于單個寡糖對動物適宜添加量、瘤胃發酵特性、免疫指標、消化道內營養物質流通與消化等指標的檢測及作用機制，今后應對如何確定外源寡糖的適宜添加量、應用精確的手段研究外源寡糖在反芻動物胃腸道的流通和產生、多種寡糖對反芻動物各指標的影響、各種寡糖對反芻動物胃腸道微生物區系的影響及作用機制、影響反芻動物胃腸道微生物區系的影響因素等一系列問題進行深入的研究，進而篩選出適合反芻動物使用的寡糖種類，并確定適宜寡糖的適宜添加量，進一步拓展外源寡糖的應用領域，促進反芻動物飼養業的健康發展。

[1]Santoso B.Influence of galacto-oligosaccharides supplementa?tion on nitrogen utilization,rumen fermenterion,and microbial ni?trogen supply in dairy caws fed silage[J].Animal Science,2003,16（8）:1137-1142.

[2]Mwenya B.Effects of including β-l,4 galacto-oligogaccharides,lactic acid bacteria or yeast culturn off methanogenesil as well as energy and nitrogen metabolism in sheep[J].Animal Feed Science and Technology,2004,115:313-326.

[3]Sat C,Santoso B,Kwenya B.Manipulation of rumen methanogene?sis by the combination of nitrate with β-1,4 galacto——oligosac?charides or nisin in sheep[J].Animal Feed Science and Technolo?gy,2004,115:129-142.

[4]石寶明,單安山,佟建明.寡聚糖對仔豬腸道菌群及生長性能影響的研究[J].東北農業大學學報,1999,31（2）:261-269.

[5]張宏福,徐秀容,盧慶萍,等.異麥芽低聚糖對早期斷奶仔豬腸道主要菌群的影響[J].動物營養學報,2001,13（3）:47-51.

[6]劉雪蘭,謝幼梅.異麥芽低聚糖對斷奶仔豬腸道菌群及腹瀉的影響[J].中國畜牧雜志,2003,39（5）:24-26.

[7]周紅麗,張石蕊.甘露寡糖對斷奶仔豬生長性能和腸道菌群的影響[J].飼料研究,2002（8）:4-6.

[8]金國粹,邱懷,冀一倫,等譯.乳牛學[M].北京:農業出版社,1988.

[9]王新峰,冷青文,李志遠,等.低聚糖對斷奶羔羊瘤胃菌群的影響[J].動營養學報,2010,22（5）:1396-1401.

[10]戈婷婷,瞿明仁.日糧中不同水平甘露寡糖對錦江黃牛瘤胃微生物體外發酵的影響[J].飼料廣角,2010（20）:26-40.

[11]趙曉靜,李建國,李秋鳳,等.甘露寡糖對犢牛糞便菌群影響的研究[J].中國畜牧雜志,2007,43（5）:31-34.

[12]王喜明,許麗,孫文,等.低聚木糖對犢牛生長性能及糞便菌群的影響[J].中國畜牧獸醫,2009,45（7）:40-42.

[13]任海軍,閻素梅.殼聚糖對奶牛產奶性能和免疫功能影響的研究[D].呼和浩特:內蒙古農業大學,2008.

[14]Heinrichs A J,Jones C M,Heinrichs B S.Effects of mannan oligo?saccharide or antibiotics in neonatal diets on health and growth of dairy calves[J].J Dairy Sci,2003,86（12）:4064-4069.

[15]張學峰,瞿明仁,王立閣,等.大豆寡糖對瘤胃微生物區系的影響[J].動物營養學報,2008,20（3）:355-359.

[16]張學峰,瞿明仁,王立閣,等.大豆寡糖對瘤胃發酵的影響及適宜添加量篩選[J].黑龍江畜牧獸醫,2008（10）:46-47.