中草藥提取物替代抗生素在豬精液常溫保存中的應用研究進展

趙甜甜，寇忠云，龐衛軍

(西北農林科技大學動物科技學院，陜西 楊凌 712100)

精液的保存技術使豬的人工授精使用范圍越來越廣泛，迅速成為最有效的生豬繁殖手段之一[1]。與自然交配相比，人工授精有諸多優點：1)擴大公母比例，提高優良品種利用率；2)減少生殖疾病的傳播；3)克服時間地域的差異。人工授精涉及諸多環節，如采精、精液保存以及輸精等。在豬精液常溫保存過程中更容易受到來自多個環節的微生物污染，這些污染會影響保存過程中精子的質量，造成經濟損失。因此在制備精液稀釋劑的過程中會加入抗生素抑制細菌的增殖。但是隨著禁抗時代的來臨，我們需要尋找更多無副作用的活性物質來代替抗生素。中草藥主要抗菌物質為植物提取物中的植物多酚、植物多糖、生物堿、有機酸和黃酮類物質，因為毒副作用小、低殘留、取材廣泛而在畜牧行業廣泛應用，起到了多方面的作用。本文主要從以上幾類物質在豬精液常溫保存中的應用研究進行綜述。

1 豬精液的保存技術

精液保存技術分為低溫保存、冷凍保存和常溫保存3種。豬精液低溫保存和冷凍保存保存溫度較低，可以控制某些病原體、細菌和真菌的增殖，保護豬群的健康狀況[2]。并且低溫和冷凍保存的時間較長，可以克服遠距離運輸的問題。但是目前的低溫保存和冷凍保存在實踐中仍舊存在一些問題：公豬精液對溫度下降的敏感性低，尤其是在冷凍保存過程中，精子更容易發生冷休克而死亡；設備要求較高，價格昂貴；并且Janice等發現與常溫保存相比，低溫保存精子的繁殖母豬產仔率會降低20%～30%[3]。常溫保存將精液在15～18 ℃的環境下保存，保存期一般不超過3 d[4]。在這個環境保存的精子并沒有破壞結構和活力，僅僅是代謝能力下降，處于休眠狀態，在回溫到37 ℃后，仍舊可以恢復正常的活力和代謝水平[5]。且常溫保存無需昂貴的儀器設備、操作過程簡單易行、更有利于商業推廣和應用[6]。所以在生產實踐中精液的常溫保存應用范圍更加廣泛。

但是在常溫保存中同樣存在一些問題，微生物污染是豬精液保存中不可避免的，如果污染就會降低精液質量和縮短精液的壽命，并且受污染的精液可以降低受胎率，導致胚胎早期死亡等[7]。污染一方面來源于動物本身，如糞便、包皮腔液、皮膚和毛發；另一方面來源來自如環境污染、人員、使用容器用具和添加劑的污染等[8]。向精液中添加抗生素是防止細菌傳播和保持精液質量的常見做法[9]。盡管添加抗生素可以抑制細菌的生長，但是盲目地添加大劑量的抗生素會導致細菌對抗生素產生耐藥性，所以目前世界動物衛生組織(OIE)和糧食農業組織(FAO)都在積極地采取措施減少動物抗生素的使用[10]。我國在2019年10月7號發布了中華人民共和國合同法農業農村部第194號公告，宣布退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種，獸藥企業停止生產相關產品，標志著我國禁抗時代的來臨，尋找有效的抗生素替代產品迫在眉睫。

2 中草藥提取物

目前的抗菌替代種類豐富，主要有抗菌技術和抗菌替代制劑等。單層離心和精漿過濾是目前抑菌效果理想的技術，抗菌替代劑包括微生態制劑、寡聚糖類、酶制劑、酸化劑和天然植物提取物等。中草藥在中國的研究歷史悠久，是一種很有開發價值的原料，在畜牧業應用廣泛[11]。中草藥提取物是以植物及其產物為原料，經物理、化學和生物學手段分離、提純的某一種或多種有效成分。近年來，由于中草藥提取物的促生長、抗炎殺菌、抗氧化和免疫調節等多種生物學功能和天然、環保，無毒副、無耐藥、低殘留等優點成為比較適宜的抗生素替代品之一[12-13]。比較清楚的抑菌機理主要有3種：1)干擾抑制生物酶活性，抑制新陳代謝；2)通過影響蛋白質活性來影響細菌的生存和繁殖；3)改變細胞膜的通透性，使其體內的酶類和代謝產物逸出失活[14]。

3 中草藥提取物在豬精液常溫保存中的應用

中草藥提取物中的抗菌物質主要為植物多酚、植物多糖、生物堿、有機酸以及植物黃酮類物質等，本文就以上幾種物質在豬精液常溫保存中的應用研究進行闡述。

3.1 植物多酚類

茶多酚(表1)是一類從茶葉中提取的天然多酚類物質，是茶葉中的主要活性物質[15]。因其無毒、無殘留和取材豐富被譽為綠色抗菌劑。茶多酚具有很強的抗氧化、抗菌、抗腫瘤、預防心血管疾病等生物學活性[16]。謝東淇[17]在精液基礎液中加入茶多酚，發現可以有效延長精子的保存時間，并且抑制細菌的繁殖[18]，并且證明，在常溫條件下0.04 g/L的茶多酚在抑制細菌的繁殖的同時還可以提高精液的質量。

綠原酸(表1)是一種在咖啡、茶葉、水果及杜仲中廣泛存在的酚類物質[19]。具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗肥胖等多種生物學功能。孫敬春[20]將綠原酸添加到精液稀釋液中，發現可以提升精液的抑菌能力的同時還可以提高抗氧化能力，從而提高常溫保存過程中精液的質量。這類活性物質既解決了精液保存過程中的微生物繁殖問題，同時還解決了抗氧化問題，在稀釋劑的添加中潛力巨大。

沒食子酸(表1)是從中草藥五倍子和石榴等水果中提取出來的天然多酚類物質。具有較強的抗菌、抗病毒、抗腫瘤等生物學功能[21]。趙琦[22]發現沒食子酸可以提高精子的質量，但是抑菌能力并不顯著，并不能代替慶大霉素。進一步的抑菌濃度和提高濃度是否會影響精子仍舊需要進一步研究。

安石榴甙(表1)是一種天然酚類化合物，廣泛存在于石榴籽及石榴皮中。安石榴甙最主要的功能就是抗氧化及抗菌功能[23]。安石榴甙對于大腸桿菌、假絲酵母菌[24]、金色葡萄球菌[25]以及白色念珠菌[26]都有明顯的抑制效作用。郝哲等[27]將安石榴甙應用到添加劑中，證明安石榴甙可以抑制細菌的繁殖，提高常溫保存過程中的精液質量。與綠原酸相同，二者都兼顧抗氧化和抗菌活性，發展前景巨大，未來對于具有多種生物活性物質的研究會越來越廣泛。此外。一些植物多酚類物質，如香芹酚、百里酚和子丁香酚等同樣具有抗菌特性，未來也可以考慮將這些物質添加到精液稀釋劑中，以期替代抗生素。

表1 植物多酚類提取物在豬精液常溫保存中的應用

3.2 植物多糖

植物多糖是植物細胞代謝產生的由10個單糖以上組成的多糖[28]。植物多糖具有多種功能，如免疫調節、抗腫瘤、抗炎、抗病毒和抗輻射等多種功能[29]，并且具有安全、高效和低毒等優點[30]成為研究的熱點。近年來對于植物多糖的研究越來越深入，發現了很多多糖分子用于畜牧業、食品加工和制藥業的發展與建設。

最新研究表明[31]，黃芪多糖可作為抗氧化劑保護由2型糖尿病引起的肝損傷。人參多糖用于發酵飼料可以作為抗生素的有效替代品改善腸道形態和微生物成分[32]。藻酸鈉添加到水牛精液稀釋劑中可以清除自由基，提高稀釋劑的抗菌能力[33]。雖然以上多糖類物質尚未運用到豬精液常溫保存過程中，但是證明了其抗菌活性，未來可以考慮添加到豬精液中研究其抗菌效果。

近年來的研究發現，枸杞多糖(表2)具有多種生物學特性，如抗氧化、免疫調節[34]、益生元[35]和抗菌特性[36]。枸杞多糖可以作為抗氧化劑保護神經元免受損傷[37]。并且有試驗證明枸杞多糖可以選擇性地支持益生菌的生長[35]。將枸杞多糖添加到17 ℃保存的精液稀釋劑中可以顯著提高精子的活力，降低精子畸形率[36]。殼聚糖(表2)是一種天然多糖，具有抗氧化、抗菌等多種生物學功能。因其資源豐富、價格低廉和生物相容性而被廣泛應用于飼料添加劑、食品保鮮和藥物中。謝東淇[17]發現了殼聚糖在精液保存中可以抑制精液繁殖，延長精液保存的時間，可能的原因是：阻礙細菌代謝；干擾遺傳物質的功能，改變細胞膜通透性等。

表2 植物多糖提取物在豬精液常溫保存中的應用

3.3 其他

甜菜堿(表3)，別名甜菜素，是一種從甜菜、甘蔗、小麥等植物中提取出來的天然生物堿[38]。有研究報道了甜菜堿中的季銨鹽應用于紡織產品中可以起到抗菌活性，試驗結果顯示甜菜堿可以增強棉紡織物對于大腸桿菌和金色葡萄球菌的抗菌效率[39]。此外甜菜堿也應用于稀釋液中，研究報道，甜菜堿應用于17 ℃條件下儲存的精子，可以提高精液質量[40]。

淫羊藿(表3)是一種重要的藥用植物，目前在淫羊藿屬中發現了260多種化學成分，其中淫羊藿苷是最重要的成分之一，屬于黃酮類化合物，具有抗氧化、抗菌、免疫保護和抗癌作用[41]。侯震坤[42]發現淫羊藿苷對于大腸桿菌和金色葡萄球菌具有一定的抑菌效果，添加到精液稀釋液中可以抑制細菌生長，并且在一定程度上可以代替慶大霉素。

檸檬葉提取物具有抗氧化、抗炎[43]等活性，還可治療外傷。將檸檬草提取物應用于男性精液中可以抑制致病微生物的繁殖[44]。日后可以運用到精液稀釋劑中抑制微生物的繁殖。

五味子提取物中含有多酚、黃酮醇和木質素等具有抗菌、抗氧化、細胞毒性的活性物質，主要是從中藥五味子中提取的[45-46]。Eva等[47]將五味子提取物加入到牛的精液擴展液中，發現可以提高精液抗氧化能力的同時還能提高精液的抗菌能力。

茶樹油(表3)是從互花千層葉中提取出來的揮發油，具有廣譜抗菌性。迷迭香揮發油(表3)是從迷迭香中提取的揮發油，同樣具有抗菌活性。Alberto等[39]將兩種揮發油添加到豬冷凍精液稀釋劑中，都可以替代氨芐青霉素作為抗菌劑從而抑制精液中細菌增殖。

表3 其他類中草藥提取物在豬精液常溫保存中的應用

4 總結與展望

在豬精液常溫保存過程中，不可避免會受到微生物的污染，因此在制備精液稀釋劑的過程中通常會添加一定量的抗生素來抑制細菌的繁殖。但是隨著我國禁抗時代的來臨，尋找抗菌替代品成為主要趨勢。中草藥提取物具有無毒副作用、低殘留、抗性低和抗菌性強的特點，將其應用于豬精液常溫保存稀釋劑中，可為精液抗菌替代品研究提供新的思路。但是中草藥提取物也存在一定的問題：如中草藥提取物的穩定性難以控制；提取物不同部位，有效成分也會存在含量的差異；在提取過程中的分離提純以及溫度等條件難以精確控制；中草藥提取物的價格也高低不一。因此一方面需要進一步完善中草藥提取工藝，提高中草藥提取物的純度；另一方面仍舊需要積極開發中草藥提取物復合劑，降低成本；同時篩選更加有效的中草藥提取物來代替抗生素。中草藥提取物應用于豬精液稀釋劑以提高常溫保存效果的研究將是具有廣闊應用前景的新方向。