非营养性饲料添加剂在家禽饲料中的应用

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＜资料来源＞中国饲料技术网

＜分类目录＞饲料添加剂专题；2006’畜禽饲料配方设计高新技术论坛；单安山论文及著作

＜序号＞17488

＜中图分类＞S816.7

＜题名＞非营养性饲料添加剂在家禽饲料中的应用

＜作者＞单安山

＜首作者单位＞东北农业大学动物营养研究所，黑龙江哈尔滨 150030

＜信息类型＞会

＜文献来源＞2006’畜禽饲料配方设计高新技术论坛暨中国饲料数据网络共享平台建设交流会

＜出版时间＞2006,3,17

＜关键词＞家禽；非营养性饲料添加剂；酶制剂；寡聚糖；中草药；抗菌肽；应用；综述

＜正文＞

非营养性饲料添加剂在家禽饲料中的应用

单安山 （东北农业大学动物营养研究所，黑龙江，哈尔滨，150030） 摘 要: 抗生素在畜禽饲料中的广泛使用导致动物产生耐药性，并在畜禽产品中残留，严重威胁人类健康。因此，近年来与饲料源有关的畜产品安全问题越来越受到人们的重视。我国对这方面也开始高度重视，逐渐将目光转向一些无毒副作用、无残留、无抗药性的饲料添加剂，开发绿色饲料添加剂，生产绿色安全的畜禽产品，杜绝药物残留，消灭传染病、保持动物生态平衡成为动物科学研究的热点领域。所以本文对酶制剂、寡聚糖、中草药、抗菌肽等公认的绿色非营养性饲料添加剂的研究与应用做综合性论述。 关键词：酶制剂；寡聚糖；中草药；抗菌肽；饲料；家禽 饲料添加剂通常分为营养性和非营养性两类。营养性添加剂主要是改善和平衡饲料营养以及增加机体对营养物质的吸收率；非营养性添加剂主要是防霉、防腐、促进生长、增加抵抗力等。盲目乱用或过量添加一些非营养性添加剂不但不能起到很好的效果，而且会导致畜产品品质下降，一些有毒物质也会残留到畜产品中，直接危害消费者的健康。近几年来，由于人们对自身健康与环境保护意识的增强，为了提高畜产品的安全与品质，改善生态环境，研究开发了一系列绿色、无污染的饲料添加剂。现在普遍认为中草药、寡聚糖、酶制剂与抗菌肽等添加剂为绿色环保型添加剂，不但不会带来畜产品安全问题，有些还可以有效的提高畜产品质量，所以本文对这几种添加剂做综合性论述。 1 酶制剂在家禽日粮中的应用 现代养禽业的特点是具有较高的劳动生产率、饲料转化率和产品生产率，而这些是以家禽有广泛的饲料来源和对饲料中营养物质有最大的利用率为基础的。家禽的消化道较短，消化系统相对简单，而其日粮主要以养分相对较难利用的植物性来源为主，所以需要添加外源酶帮助其提高养分利用率。 饲料中加酶是近50年的事，但直至70年代，由于微生物发酵技术的发展才出现了饲用酶制剂[1-2]。国内外大量的研究结果表明，酶制剂能够提高畜禽生产性能、改善动物健康、提高动物产品品质，提高饲料利用效率，减少环境污染从而提高畜牧业经济效益[3-4]。在家禽日粮中添加酶制剂取得显著进步是从对目标底物有了更清楚地了解和微生物学的发展才得以实现。这些成功主要来源于在家禽大麦日粮中添加β-葡聚糖酶和在小麦或黑麦型饲粮中添加木聚糖酶。近年来，随着微生物育种和发酵技术的快速发展，生物酶制剂的生产成本大幅度下降近。微生物来源的酶作为饲料添加剂已被人们广为关注和接受，作为一种无毒无任何副作用的绿色饲料添加剂，其应用正越来越广泛，有些营养学家甚至认为酶制剂应该作为家禽日粮的必不可少的组成成分。 1.1 家禽日粮中常用的酶制剂 目前世界上可以工业化生产的酶制剂己达300多种，饲料用酶亦有近20种。这些酶按其在饲料中的添加方式不同分为： 1.1.1单一酶制剂 公认的最具有应用价值的单一酶制剂基本上分为五类:⑴非淀粉多糖酶，其中包括：纤维素酶(cellulase)、内切木聚糖酶(又称戊聚糖酶,xylanase)、内切β-葡聚糖酶（β-glucanase)、甘露聚糖酶（mannase )，半乳糖苷酶(β-galactosidase )，果胶酶( pentinase )等；⑵植酸酶(phytase )，能降解饲料中植酸及其盐，消除其抗营养作用。⑶淀粉酶( amylase )是能够降解淀粉糖苷键的一类酶的总称，包括a-淀粉酶、β-淀粉酶和异淀粉酶、糖化酶等。⑷蛋白酶（protease )，是能够降解蛋白质肤键的酶的总称，有酸性、中性和碱性之分。⑸脂肪酶（lipase)是能够降解脂肪酯键的酶。 1.1.2复合酶 复合酶制剂山一种或几种单一酶制剂为主体，加上其它单一酶制剂混合而成，或由一种或几种微生物共同发酵获得。复合酶制剂可利用各种消化酶的协同作用降解饲料，最大限度地提高饲料中能量、蛋白质等营养物质的利用率，起到提高增重和饲料利用率的目的。目前，饲用复合酶制剂由于其不同的功能特点，有以下几类： 1、以蛋白酶、淀粉酶等消化酶为主的饲用复合酶。此类酶制剂主要用于补充动物内源酶的不足。 2、以木聚糖酶或β-葡聚糖酶为主的饲用复合酶，此类酶制剂主要应用于以麦类作物为饲料的日粮。 3、以纤维素酶、果胶酶为主的饲用复合酶。此类酶主要由木霉、曲霉和青霉直接发酵而成，主要作用为破坏植物细胞壁，使细胞中的营养物质释放出来，供进一步消化吸收。 表1 常见谷物 β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖含量及对家禽的代谢能（g/kg DM） Table1 Contents and compositions of NSP in several common feedstuffs（g/kg DM）

谷物名称	阿拉伯木聚糖		β-葡聚糖		AME (MJ/kg)
	总量	可溶	总量	可溶	国内	国外
小 麦	66.3	11.8	6.5	5.2	12.72	15.5
大 麦	56.9	4.8	43.6	28.9	11.21	14.5
燕 麦	76.5	5.0	33.7	21.3	-	14.8
黑 麦	84.9	26.0	18.9	6.8	11.3	-

AME(国内)源于中国饲料成分及营养价值表2002年第13版，其它数据源于Chesson (1993) [26]。 1.2 酶制剂在家禽日粮中的应用效果 1.2.1 植酸酶 饲料中绝大部分营养物质来源于植物，但是植物中的磷源主要以植酸的形式存在，而且植酸对饲料中氨基酸的利用率也有负面影响[5]，植酸磷必须水解成正磷酸才能被动物利用，这一过程要靠植酸酶来完成。目前世界公认的植酸酶有2种：3-植酸酶（EC2.1·3.8）和6-植酸酶（EC3.1·3.26）。在禾本科籽实和真菌中都存在植酸酶[6]，真菌、细菌、酵母、丝状真菌和土壤微生物能产生植酸酶，丝状真菌，特别是曲霉属的丝状真菌以被作为丰富的微生物植酸酶来源进行研究[5]。在单胃动物日粮中添加植酸酶有三个明显的好处：⑴添加植酸酶可减少饲料中非植酸磷的需要量（包括动物蛋白提供的），从而降低饲料成本。⑵植酸盐化合物可与其它元素结合，如Zn、Ca、Mg， 因此，添加植酸酶也可释放其它重要的矿物质元素。⑶提高了日粮磷的利用率，将减少环境的负担。已有许多研究表明饲料中添加植酸酶可提高肉鸡、蛋鸡，火鸡对磷的利用率[7]。当添加350u/kg、700u/kg和1050u/kg在日粮中喂鸡，趾骨灰份提高4-18%磷的存留量提高3-15% [8]。有学者也指出，以肉鸡体增重、血清磷等指标衡量玉米-糠麸-豆粕日粮中加400单位植酸酶可代替2克磷酸氢钙的用量[9]。 植酸酶活性的最佳pH值范围是4.0-6.0，尽管一些酶在PH=3仍具有活性。pH值在2.5以下时，活性全部丧失。植酸酶在47-62摄氏度范围内比较稳定，但更高的温度（70-80度）使活性部分或全部丧失。在肠道中植酸酶可由一些二价正离子激活，如：Ca2+、My2+、Zn2+和维生素D等。而植酸酶的抑制剂包括植酸盐的沉淀剂，如：Cu2+、Fe3+、Ca2+，氟化物、无机磷等。 天然菌株植酸酶产量一般不到 100Ｕ/ml，经济价值不高，采用基因工程技术手段构建植酸酶基因工程菌可大幅度提高酶产量。一般是把NRRL3135菌株的基因克隆，并在酵母或黑曲霉中表达，产酶量最高可达2.8×105Ｕ/ml[10]。这样就降低了磷酸酶的生产成本，经济效益极为可观，对植酸酶的推广也大有益处。 1.2.2纤维素酶 纤维素在植物体中的含量最多，约占植物干重的50%，是最丰富的自然资源。纤维素是由2000-10000个葡萄糖分子组成的长链大分子，除反刍动物借瘤胃微生物可以利用纤维素外，其他高等动物几乎不能消化和利用纤维素。 纤维素酶能够降解纤维素，破坏植物细胞壁，解除畜禽消化系统对植物细胞内营养物质的利用障碍，使被包围的淀粉、蛋白质和矿物质得到释放而被动物消化利用，从而降低纤维素在饲料中的抗营养作用；而且它能将饲料中的纤维素降解成可消化吸收的还原糖，提高饲料的营养价值。目前已有许多报道反映，纤维素酶在家禽生产应用中取得了良好的生产效果和巨大的经济效益。 王玲等（2000）在以复合酶（主要成分为木聚糖酶、β-葡聚糖酶和纤维素酶）制剂饲喂肉仔鸡的试验中发现，日粮干物质、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分的表观消化率均极显著提高，而粪中大肠杆菌数和空肠内容物粘度则显著降低[11]。徐奇友（1998)在蛋鸡日粮中分别添加0.1 %，0.15%，0.5%的纤维素酶，结果添加0.5%的纤维素酶组在6-13周提高饲料消化率2.7%，在14-20周提高增重2.42%，在整个试验期提高饲料消化率1.11%，饲料利用率与蛋壳强度都得到改善，并显著提高了产蛋率(p<0.05）[12]。 1.2.3木聚糖酶与β-葡聚糖酶 麦类饲料NSP对家禽的影响很大，是造成相同的日粮名称有不同的养分利用率的主要原因，它们可以提高家禽消化道食糜黏度使营养物质通过小肠壁的效率降低，而且阻碍了消化酶与其底物的接触[13]，显著提高以挥发性脂肪酸（VFAs）和产热形式的能量损失，通过改变内源水分、蛋白质、电解质和脂类的分泌而改变消化道的功能[14]，添加木聚糖酶与β-葡聚糖酶等非淀粉多糖酶就可很好的解决这个问题。NSP酶把NSP解聚成较小的聚合体，较小的聚合体不会引起肠道食糜黏度显著提高。大量的试验用小麦加酶代替部分玉米饲喂肉鸡[15]、蛋鸡[16]，在小麦占30% 左右时对家禽的生产性能几乎无影响，C. F. Pan（1998）也获得了相似的结果，对于蛋鸡还提高了蛋重和蛋中蛋白质含量[17]。 有报道指出，在肉仔鸡大麦型饲料中添加β-葡聚糖酶可提高17%的增重速度和19%的饲料转化效率[18]。我国南京农业大学的韩正康教授等人对大麦饲料加酶非常系统作了大量试验，其中包括对雏鸡[19]、蛋用公雏等各种家禽，结果是加酶大麦饲料比不加酶的各种生产指标都有显著提高，他们对非淀粉多糖对家禽神经内分泌的研究的影响机理做了研究，使我国在大麦型饲料酶制剂的研究领域达到世界水平，为大麦饲料的开发与利用做出了贡献。 1.2.4其他酶制剂 β-甘露聚糖及其衍生物(β-半乳甘露聚糖与β-葡萄糖甘露聚糖)是所有豆科植物细胞壁的组成成分，对任何用豆科植物蛋白作为饲料蛋白来源的单胃动物消化吸收都会产生不良影响。一些试验表明在家禽日粮中添加β-甘露聚糖酶可改善家禽对豆科籽实的养分利用率进而提高生产性能。 日粮中添加淀粉酶或蛋白酶，主要是补充幼龄畜禽消化道内淀粉酶和蛋白酶分泌不足。但单独添加淀粉酶和蛋白酶研究报告很少，大多是与其它酶同时添加在畜禽日粮中。奚刚等(1999)报道，在肉仔鸡和仔猪日粮中添加淀粉酶和蛋白酶或含有这两种酶活的酶制剂产品，提高了消化道内淀粉酶和蛋白酶的酶活水平。添加蛋白酶不但补充内源酶不足，还能够消除日粮中胰蛋白酶抑制剂和植物凝集素等抗营养因子的抗营养作用[20]。 日粮中各种养分和抗营养成分的种类及组成十分复杂。因而，酶制剂通常以复合酶的形式添加到畜禽日粮中。通过复合酶中各种酶之间的配合，使日粮养分利用率达到最大值。Malathi等 (2001)体外研究三种复合酶:复合酶I(戊聚糖酶+纤维素酶)、复合酶II (戊聚糖酶+纤维素酶+葡聚糖酶)、复合酶III(戊聚糖酶十纤维素酶+果胶酶+葡聚糖酶)对玉米、高粱、小米、米糠、豆粕、花生饼、向日葵饼和菜籽饼等饲料原料的粘度及总糖的释放量，结果表明多种酶配合使用，效果更好[21]。Fransisco等(1999)也报道在饲料中添加半乳糖苷酶，家禽对大豆粕中氨基酸和蛋白质消化率提高了3-5%，可消化氨基酸提高了6-8%[22]。 1.3影响酶制剂添加效果的因素 1.3.1日粮结构及营养水平 酶制剂作用具有高度专一性，饲料中合适底物的存在与否是决定酶制剂的添加是否有效的重要因素，己知饲料原料营养价值受品种、土壤、气候以及饲料加工的影响[23]，不同来源、产地以及品种的饲料其营养成分及抗营养因子含量、结构都存在差异，因而酶制剂应用效果也就不同。日粮营养水平也是影响酶制剂作用效果的因素，一般来说，日粮营养水平越高，加酶效果越差，饲料原料经储存处理后，会改变其营养价值，因而对酶制剂添加的效应可能不同。Lm等(1999)报道，小麦储存一年后其肉鸡AME从13.71 MJ/Kg提高到14.40 MJ/Kg，新产小麦和贮藏一年小麦添加木聚糖酶，其表观AME分别提高了5.03%和6.23%（P<0.05) [5]。 1.3.2 动物因素 不同动物以及同一动物的不同日龄其消化生理存在差异。在鸡日粮中补充酶制剂的效果大于猪，主要是由于鸡和猪的消化道解剖学和生理学上的不同而导致，猪和禽消化生理最大的差别在于饲料在消化道停留的时间不同，饲料在禽类消化道停留的时间约为2-4小时，明显低于在猪消化道停留的时间。肉仔鸡消化酶分泌的量同蛋仔鸡一致，但采食量却较蛋仔鸡大，因此，肉仔鸡需要用相同量的酶去消化更大量的食糜，这预示着肉仔鸡可能需要额外的外源酶的添加以帮助其消化，这也预示着肉仔鸡日粮加酶效果可能优于蛋仔鸡。另外，外源酶制剂都是通过在动物消化道内被激活而发挥作用的，酶制剂的作用效果与动物消化道pH、长度、温度等生理条件密切相关。此外，日龄也是影响酶制剂添加效果的主要因素之一，一般来说，幼龄动物消化道发育不完善，内源消化酶分泌可能不足，应补充淀粉酶、蛋白酶以帮助消化；而生长后期，由于日粮中低营养价值的原料含量增加，应相应补充纤维素酶，葡聚糖酶、木聚糖酶等以消除抗营养作用，提高饲料消化率。 1.3.3 饲料的加工与储存 酶是蛋白质，在饲料加工制粒过程中，在较高温度（70-90度)和较高水分(16-18%)下，酶很容易失活。加酶饲料制粒温度在80-85℃时，肉鸡生产性能最好，而超过85℃将产生负面影响。干燥的酶有较强的耐热性，在温度90℃，30分钟才失去活性，而同样的温度，在湿热蒸汽下，酶很快就失活。一般可以通过以下两种方法提高酶制剂稳定性：1、筛选耐高温的微生物菌株，目前己发现由细菌产生的α-淀粉酶可以耐受100℃以上的高温；2、对酶制剂进行稳定化处理。目前常用包埋技术和载体结合技术等。 1.3.4 酶制剂的来源与配伍 酶制剂来源不同，其最佳酶活所需的温度和pH等条件也就不同，因而在畜禽消化道中特定的生理环境下，作用效果就不同，此外，不同菌株所产的酶，其耐高温加工、耐酸碱处理能力也不同，因而在生产中应用的效果不同。 酶制剂的应用还存在配伍问题，将来源于真菌和细菌的酶混合使用，可以扩大酶制剂在家禽消化道对pH值的适应范围，使在整个消化道前段酶都能起作用，在消化道前段的酸性条件适合于来自真菌的酶，而消化道中段的中性条件适合来自细菌的酶。而许多报道都指出酶制剂可提高肉仔鸡生长、采食量和利用日粮营养的能力，适宜配伍酶制剂的效果更为显著[24]。 越来越多的试验结果证明当酶制剂用于家禽日粮中时，饲料配方、原料选择和营养需要量等方面都需要做调整，所以一些学者在前人工作的基础上提出加酶日粮ENIV体系的概念，ENIV即加酶日粮有效营养改进值（Effective Nutrients Improvement Value），ENIV系统的核心是各种饲料原料在添加特定酶制剂的情况下，可提供额外的有效营养量[25]。植酸酶以及非淀粉多糖酶等不仅可以提高家禽对能量和蛋白的利用率，同时也可以改善微量元素等其他营养元素的利用效率。所以在有充分理论数据的基础上可以建立加酶饲料原料的数据库，ENIV值可直接在饲料配方设计时使用，使酶制剂应用可以量化操作。但只有在所估计的ENIV值符合实际效果时才有实际意义，所以这方面还有许多工作要做。 随着家禽生理学、酶工程学、生物化学和分子生物学等各学科的协同发展，酶制剂对以植物籽实为主的日粮对家禽生理、肠道微生态和内分泌等影响的了解会更加深入，酶制剂必将在末来的家禽业发展中发挥出其所具有的巨大潜力和作用。 2饲用寡聚糖的作用与应用 寡聚糖（Oligosaccharides）又称低聚糖或寡糖，是指2~10个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的一类糖。传统上寡聚糖因其不能被单胃动物自身分泌的酶分解，能引起非反刍动物腹泻和胃肠胀气，而被认为是饲料中的抗营养因子，人们采取各种措施去排除或减少日粮中的寡聚糖。近年来，随着微生态学理论的发展及营养学研究的日趋深入，发现寡聚糖可以选择性地作为双歧杆菌等有益菌的碳源，却又对大肠杆菌及沙门氏菌等有害菌有特殊的粘附作用，因此寡聚糖对人和动物的营养价值被重新研究和加以利用。日本率先将寡聚糖开发成为保健食品及功能性饲料添加剂，其目的不是为了营养，而是发挥其调节消化生理和增强免疫力的作用。目前，这类产品在亚洲、加拿大、欧洲的生产和使用都呈上升势头，且价格已下降到饲料业可接受的范围。可见，寡聚糖作为一种功能性非营养饲料添加剂，扩展了传统上碳水化合物仅作为能源物质的功能，成为动物营养研究的新动向。 2.1饲用寡聚糖的种类及合成途径 由于组成寡聚糖的单糖分子种类、分子间结合位置及结合类型不同，其种类很多，在自然界达数千种以上。由单一种成分的单糖组成的寡聚糖总称为同源寡聚糖（Licmo-oligosaccharide）；由两种以上的单糖构成的寡聚糖总称为异源寡聚糖（Metero-oligosaccharide）。目前，在动物营养中所研究的寡聚糖主要是指不能被人和其它单胃动物自身分泌的酶分解但能对机体微生物区系、免疫功能有影响的特殊糖类物质。国内外开发的主要产品见表2。 2.2 寡聚糖的主要功能 2.2.1寡聚糖对动物肠道菌群的调控作用 2.2.1.1 选择性促进有益菌的增殖 在体外条件下，寡聚糖选择性作为有益菌的碳源已被大量试验所证实[27]。Fernandez(2002)发现，a-GOS可作为营养基质被双歧杆菌、乳酸杆菌、拟杆菌等代谢，而梭状芽孢杆菌、真杆菌、肠杆菌或大肠杆菌等有害菌对其不能利用或代谢利用率很低[28]。埃希氏大肠杆菌等多种致病菌不能利用寡果糖，动物试验中寡聚糖对肠道菌群影响的研究结果还不尽一致。吴天星（1998）分别报道了半乳寡糖和果寡糖能促进仔猪肠道双歧杆菌等有益菌的增殖[29]，但Gabert等（1994）、Orban等（1997）分别报道了FOS、TOS、STOC对肠道菌群没有影响[30-31]。 2.2.1.2 阻止病原菌定植，促进其随粪便的排泄 肠道病原菌必须首先与肠粘膜粘接才能在胃肠道定植和繁殖而致病，这种粘接是通过细菌表面外源凝集素与上皮细胞特异性的糖分子相结合，特定的糖来结合细菌的外源凝集素或用特定的外源凝集素来结合肠粘膜上皮细胞表面糖脂或糖蛋白的糖残基，都可达到阻止细菌与肠粘膜结合，并把这一过程称为化学益生。体外实验还表明，粘连在上皮细胞上的大肠杆菌碰到MOS后可在30分钟内脱落下来，但葡萄糖和半乳糖则对附着的细菌无用。 吴天星（1998）用FOS控制鸡沙门氏菌感染的结果表明，饲喂寡聚糖可以使鸡肠道和胴体中沙门氏菌数量明显降低[29]。

表2 寡聚糖的种类及合成途径

Table 2 Classes and production methods of feed oligosaccharides

寡聚糖的种类	结合方式	生产方式
甘露寡糖 (Mannan –oligosaccharides, MOS)	几个甘露糖分子或甘露糖与葡萄糖通过a-1,2 、a-1,3 、a-1,6 糖苷键组成的寡聚糖。	通过富含MOS的酵母细胞壁发酵获得。
果寡糖 (Fructo-oligosaccharides, FOS)	在蔗糖分子上以b-1,2 糖苷键结合几个（n£8）D-果糖所形成。	将微生物中b-呋喃苷酶或果糖转移酶作用于蔗糖而制备获得。
a-寡葡萄糖(a-Glucooligosaccharides,a-GOS) 也称异麦芽寡糖 (Isomalto- oligosaccharides, IOS)	至少含有一个通过a-1,6糖苷键结合的异麦芽糖，其它的葡萄糖分子可以通过a-1,2、a-1,3、a-1,4糖苷键组成寡聚糖。	由a-转葡萄糖苷酶催化麦芽糖和麦芽糖糊精而生成；也可以以多种含淀粉的粮食为原料生产。
寡乳糖 (Galactooligosaccharides, GAS)	由几个半乳糖通过a-1,6糖苷结合在蔗糖的葡萄糖上而形成的寡聚糖。	可由乳糖合成或从富含植物中提取GAS。
寡木糖 (Xylooligosaccharides,XOS)	几个D-木糖或其它五碳糖或六碳糖与D-木糖4位羟基生成的糖苷键而形成的寡聚糖。	通过木聚糖酶降解植物可获得XOS。
b-寡葡萄糖 (b-Glucoolicosaccharides, b-GOS)	是葡萄糖通过b-1,6或b-1,4糖苷键组成的寡聚糖。	通过b-葡萄糖苷酶催化浓葡萄糖溶液（70%），可聚合成b-GOS。
低聚焦糖 (Sucrose thermal oligosaccharides caramel, STOC)		用加热法从蔗糖合成的蔗果三糖混合物，含有所有天然的蔗果三糖和三种新的a-果糖异构物。
反式半乳寡糖(Trans-galacto-oligosaccharides,TOS)	TOS由半乳糖-（半乳糖）n-半乳糖构成（n=1~4），通过b-1,6、b-1,4、b-1,3糖苷键连接。	可以通过乳糖的反式半乳糖苷获得。
棉子糖族寡聚糖 (Raffinose family of oligosaccharides)	由几个半乳糖基逐个连接到一个蔗糖引物上而形成的一类寡聚糖，如棉籽糖、水苏糖、毛芯糖和筋骨草糖。	从大豆、大麦中抽提。

2.2.2 寡聚糖对动物机体免疫功能的影响 Sharon和lis(1993)研究表明，寡聚糖能与一定毒素、病毒、真核细胞的表面结合而作为这些外源抗原的佐剂（Adjuvants），能减缓抗原的吸收，增加抗原的效价，加强细胞和体液免疫性。寡聚糖也具有抗原特性，能够产生特异性的免疫应答[32]。此外，含甘露糖的寡聚糖也可通过刺激肝脏分泌能与甘露糖结合的蛋白而影响免疫系统。这种蛋白质与细菌荚膜相粘结并触发一连串的补体。寡聚糖对免疫系统的反应还可能是通过对肠道菌群的调控而间接获得。 邵良平等（1999）研究结果表明，每千克饲粮中添加2和4克MOS分别显著和极显著提高鸡白细胞吞噬能力，均能极显著提高PHA淋巴细胞转化率，甘露寡聚糖能显著提高雏鸡和仔猪血液SOD和GSH-px水平，从而增强动物体抗自由基能力[33]。 2.2.3 寡聚糖对动物机体矿物质吸收及肠道生理功能的影响 寡聚糖对肠道菌群调控及免疫功能的影响导致了肠道生理组织学的变化并改善了动物机体对矿物元素的吸收利用。总结国内外学者近年来对不同动物的研究结果见表3。

表3 寡聚糖对动物机体矿物质吸收和肠道生理的影响

Table3. Effects of oligosaccharides on mineral absorption and intestinnal physical function

寡聚糖种类	试验结论
FOS	明显提高钙和镁的表观消化率。
FOS	大鼠盲肠和直肠腔容积增大。
FOS	减少大鼠肠道腐败物质的产生，同时增加粪中固醇的排泄量。
FOS	明显提高钙和镁的表观消化率。
FOS	新生仔猪（36小时~15天）后部消化道的组织学变化为：盲肠上皮粘膜、细胞密度、标记细胞数、结肠上皮粘膜、隐窝密度、标记细胞高度、边缘、增殖区均上升。
FOS	促进小鼠和大鼠后肠对钙、镁、铁元素的吸收和利用。
FOS	鸡肠道氨（p<0.01）、苯酚和对甲酚（p<0.05）浓度低于对照组, 乙酸（p<0.01）、丁酸含量（p<0.05）高于对照组。
菊粉型FOS	改善鼠的血脂代谢。
FOS、TOS	对生长猪的矿物质表观消化率和存留率没有影响。

2.3 影响寡聚糖使用效果的因素 2.3.1 寡聚糖的种类 寡聚糖的种类不同，其作用效果也不同。目前所使用的寡聚糖产品大多为混合物且来源不同，产品中含有不同的寡糖、同种寡糖的不同聚合度、单糖、多糖及非糖类物质等可能是造成试验结果不一致的主要原因之一。 2.3.2 寡聚糖的添加量 寡聚糖对肠道细菌所起的增殖、排阻、免疫功能必须有一定的浓度。如果添加量不足，则起不到明显的增殖效果；如果添加量过度，则不但大大增加饲料和饲养成本，起不到增加有益菌繁殖的效果，还可能造成动物腹泻。Bailey等（1991）在喂给雏鸡0.375%FOS时几乎未观察到对沙门氏菌定植有影响，但当喂给0.75%FOS时禽沙门氏菌定植数较对照组下降12%[32]。Orban（1994）认为2%的STOS可能是应用到猪饲料中的一个上限，4%的添加量使猪增重降低6%[31]。 目前市售的寡聚糖有相当比例是由生物酶法合成的，其转化率低，如国内开发的第一代低聚果糖，含量在30%左右[34]，欲达到较好的效果则需提高添加量或采用其它措施，这势必增加饲料成本而限制了寡聚糖在饲料中的应用。 2.3.3 寡聚糖与抗生素及益生素的协同作用 MOS和抗生素结合使用的效果较好[35]。日本渡边直久等研究了异麦芽寡聚糖与微生物菌并用，对25日龄仔猪饲养效果进行评估，其结果显示在5周的增重方面，添加异麦芽寡聚糖提高4%的效率，而添加异麦芽寡聚糖与一种专用型微生菌并用的试验，则有8%的增加效率[34]。Bailey等（1991）在喂给雏鸡0.75%FOS+未确定CE培养物联合处理时，以沙门氏菌攻毒的雏鸡仅有19%被定植，而仅以CE培养物处理时定植率为61%[36]。 2.3.4 日粮组成 有关饲料中天然存在的寡聚糖对动物生产性能影响的报道很少。事实上，大麦、小麦、大豆产品中包含大量的非消化糖类，如棉籽糖和水苏糖。因此大麦、小麦、豆饼中寡聚糖的“掩盖或稀释效应”可能对试验的结果有影响[37]。 2.3.5 动物种类 动物种类不同，其消化生理也不同，因此寡聚糖对其影响也不同。如STOC能增加家禽肠道双歧杆菌数量，并能显著增加生产性能，但对猪的肠道菌群和生产性能影响并不显著[31]。 2.3.6 饲养环境 在良好的饲养条件下，日粮中添加寡聚糖可能不起显著效果。然而相关的添加剂如有机酸、抗生素、益生素等对生产性能的影响也随饲养条件的变化很大。只有当生产性能的影响受肠道因素影响较大时，他们才能表现出显著的促生长作用。 2.3.7 其它因素 Houdijk等（1998）报道，生长猪对寡聚糖的添加有一个适应期，他们在断奶仔猪日粮中添加了FOS或TOS，发现前三周对生长有抑制作用，但后三周有促进作用，弥补了前三周所带来的损失[37]。 2.3 寡聚糖的应用研究展望 在反对抗生素作为畜禽生长促进剂呼声日益高涨的形势下，抗生素替代品的研究日益迫切，而益生素和寡聚糖由于无毒副作用、无残留及抗药性、不污染环境而最为受到重视。但与益生素相比，寡聚糖具有更大的优势（表4）。

表4 寡聚糖与益生素、抗生素功能的比较

Table4. Advantages of oligosaccharides comparing with probiotics and antibiotics

	影响菌群方式	稳定性				副作用
		氧气	胃酸	高温	加工
益生素	弥补肠道有益菌群，形成微生态竞争优势。	差	差	差	差	有的菌株可能分泌抗菌素
寡聚糖	选择刺激有益菌增长，排阻有害菌。	好	好	好	好	无
抗生素	既杀死有害菌，又杀死有益菌。	好	好	好	好	引起动物内源性感染或二重感染，耐药菌的产生，细胞、体液免疫功能下降，在畜禽产品中残留。

但由于寡聚糖的研究起步较晚，目前的研究成果还无法取代抗生素在畜牧业上的重要地位。因此，应加快对寡聚糖的应用研究，具体有以下几个方面：⑴降低生产寡聚糖成本的新工艺、新方法。⑵提高寡聚糖利用率的措施，开发符合动物营养保健特点的寡聚糖，即使在较低浓度下就可获得理想的效果。⑶不同种类的寡聚糖在不同种类动物中的最佳用量，增殖效果，添加方式以及增殖机理。⑷研究寡聚糖与其它营养因素的拮抗或协同作用。⑸研究饲料中存在的天然寡聚糖对动物生产性能的影响 3 中草药及其提取物的营养调控作用 中草药（Chinese herbal medicines）作为饲料添加剂使用，在我国已有几千年的悠久历史。常用中草药饲料添加剂大多兼有营养与药用两种属性，富含蛋白质、氨基酸、维生素和微量元素等养分[38]。不仅具有扶正祛邪、健脾开胃、抗菌促生长、增强动物免疫机能、抗氧化、改善动物产品品质等效果，而且来源广泛、价格低廉、安全方便、无毒副作用、无残留、无抗药性，引起了国内外学者的广泛兴趣。 3.1 中草药添加剂的营养与促生长作用 许多研究表明，黄芪、党参、苍术等补益类中草药及其提取物用作饲料添加剂可促进动物生长，提高生产性能。但马得莹等（2004）试验1结果表明添加中草药添加剂各试验组雏鸡体重和增重与对照组相比无显著差异[38]。马得莹等（2004）试验2又进一步研究了女贞子、五味子、四君子汤和六味地黄丸，以及甘露寡糖和黄霉素对蛋鸡生长性能的影响，结果表明，上述中草药对常温下产蛋鸡生产性能无明显作用，但能显著提高热应激下产蛋鸡的生产性能[38]。上述报道表明，在动物正常健康状况下，日粮养分含量均衡时，饲料中添加上述中草药添加剂对蛋雏鸡和产蛋鸡的生产性能无明显作用，当畜禽处于热应激状态下，日粮中分别添加1%的女贞子等中草药能显著提高产蛋鸡的生产性能，减轻热应激对蛋鸡的危害。 3.2 中草药对甲状腺素分泌的调节 甲状腺素为调节机体代谢和生长发育的重要激素之一，包括三碘甲状腺原氨酸（T3）与四碘甲状腺原氨酸（T4）两种。 T3效价为T4数倍。许多研究表明，补益类中草药及其有效成分具有调节动物内分泌的作用。马得莹等（2004）试验2表明，女贞子、五味子、四君子汤和六味地黄丸，以及甘露寡糖和黄霉素对血浆T3和T4的含量以及T3/ T4均无不同影响[39]。试验3结果表明，女贞子、五味子和四君子汤显著提高了蛋鸡血清中T3含量（P＜0.05），几种药物对蛋鸡血清T4水平都没有影响，与生产性能结果一致[38]。由上述结果可见，女贞子、五味子和四君子汤对老年蛋鸡内分泌有一定调节作用，但对雏鸡内分泌作用不明显。 3.3 中草药的免疫促进作用 医学研究表明，健脾补气类中草药大多具有增强动物免疫功能的作用。这类中草药主要有：人参、黄芪、党参、灵芝、白术、茯苓、薏苡仁、当归、熟地、阿胶、白芍、枸杞、五味子、女贞子、冬虫夏草、补骨脂、巴戟天、淫羊霍、大蒜、生姜、川芎、黄芩、刺五加、山楂等等。其增强免疫的主要成分为多糖、有机酸、生物碱、甙类和挥发油类[40]。 3.3.1 中草药对免疫器官的影响 免疫组织主要包括骨髓、胸腺、腔上囊等中枢免疫淋巴样组织、脾脏、淋巴结以及与粘膜相关的淋巴组织、和皮肤相关的淋巴组织等外周免疫淋巴组织，它们的发育状况直接影响到机体免疫力的高低。关于中草药及其提取物对动物免疫器官影响的报道大多集中在对处在免疫抑制状态下的动免疫器官：脾脏、法氏囊发育的影响。研究表明，补中益气汤、黄芪及其多糖、枸杞子及其多糖、女贞子及其提取物、五味子及其有效成分等均可显著提高脾虚小鼠脾重与胸腺重[39]。马得莹等（2004）试验1表明，日粮中添加1%的女贞子等中草药对雏鸡脾脏相对重无显著作用（P＞0.05）。刺五加有提高法氏囊相对重的作用（P＜0.05）。马得莹等（2004）试验2表明，女贞子、五味子、四君子汤和六味地黄丸，以及甘露寡糖和黄霉素对雏鸡脾脏和法氏囊相对重无显著作用（P＞0.05），与试验1结果一致，表明在雏鸡健康状态下，上述中草药对雏鸡的免疫器官发育无显著作用[38]。 3.3.2 中草药对体液免疫的影响 体液免疫是由B细胞介导的机体的另一种重要免疫反应。体液免疫可以防御细胞外微生物及其毒素。动物体血清中抗体水平高低为评估其免疫状况的重要指标之一。许多研究表明，黄芪、何首乌、补骨脂、淫羊霍、四君子汤、五味子和女贞子等中草药具有提高动物体液免疫的作用[39]。马得莹等（2004）试验结果表明，女贞子、五味子、四君子汤和六味地黄丸以1%比例添加于饲料中具有激发鸡体液免疫功能的作用[38]。 3.3.3 中草药对机体细胞免疫的影响 细胞免疫是Ｔ细胞介导的机体的一种重要免疫反应。在免疫应答中，淋巴细胞起核心作用，通常以其转化率的高低来衡量淋巴细胞的功能状态与机体的免疫状况[41]。一些研究表明，女贞子、五味子、四君子汤和六味地黄丸等补益类中草药具有促进动物细胞免疫的作用[42-43]。马得莹等（2004）试验2结果表明，女贞子、五味子、四君子汤及六味地黄丸以1%比例添加于饲料中，能显著提高蛋雏鸡、产蛋鸡和热应激下产蛋鸡淋巴细胞功能[38]。 3.3.4 中草药对细胞因子的调控 细胞因子为机体免疫系统的中心调节因子，由淋巴细胞、自然杀伤性细胞及巨噬细胞等多种细胞分泌，具有调节免疫，参与炎症反应等多种功能。研究表明，黄芪、枸杞、苍术、人参、冬虫夏草、当归、女贞子、何首乌，五味子、黄芩、刺五加、白术等均具促诱生细胞因子的功能。 许多研究表明，枸杞子、苍术、人参、女贞子、补骨脂、黄芪等均可提高脾虚小鼠IL-2活性，另外，枸杞子与苍术还能明显提高ConA诱导的IL-2受体的基因表达。吕世静（1997）报道，给小鼠灌饲巴戟天煎剂，可显著提高ConA诱导的脾淋巴细胞分泌IL-2[44]。Kurashige (1999)等研究表明，黄芪提取物可提高免疫抑制小鼠IFN-r的产量[45]。另有许多研究表明，刺五加多糖及其甙、银耳多糖、茯苓多糖、黄芪多糖及人参多糖等均有IFN促诱生效应。此外，给雏鸡注射香菇多糖与黄芪多糖均可显著提高其IL-1的诱生活性。还有报道表明，复方肾气汤可显著提高肾虚与脾虚小鼠IL-1活性，四君子汤可提高脾虚小鼠IL-1活性，对肾虚小鼠无效，两复方对正常小鼠IL-1活性均无影响。杜守英（1994）研究表明，枸杞水提物可促进大肠杆菌脂多糖诱导的全血中IL-6的生成[46]。田志刚（1993）报道，人参三醇皂甙促进PHA活化人淋巴细胞分泌IL-6[47]。 上述报道表明，中草药不仅具有增强细胞免疫与体液免疫的功能，还能通过促诱生细胞因子及提高其基因表达等多种途径发挥其免疫增强功能。 3.4 中草药的抗氧化作用 当动物受到应激、疾病等不良因素的作用时，会导致其体内自由基蓄积，引起脂质过氧化，产生过量的脂质过氧化物丙二醛（Malondialdehyde, MDA）。MDA又可氧化细胞膜中的多不饱和脂肪酸，破坏细胞膜的完整性，导致细胞膜的严重损伤。由于自由基对糖、蛋白质和核酸等生物大分子具有损伤作用，因此可诱导机体功能下降和代谢紊乱。已知，女贞子、五味子、枸杞子、生姜、山楂、黄芪、四君子汤及六味地黄丸等等许多补益类中草药及其提取物在体内外均具有抗氧化作用，特别是女贞子和五味子提取物能有效地清除受过氧化损伤动物体内的脂质过氧化物，减轻过氧化剂对动物的损害。 由于脂质过氧化反应的主要产物为丙二醛（MDA），因此，通常以MDA含量的多少来衡量脂质过氧化的状况。马得莹等（2004）试验结果表明，上述几种中草药可通过提高蛋鸡体内抗氧化酶的活性，清除体内MDA，增强鸡体内脂质稳定性，保护组织细胞的完整性及功能正常，进一步提高免疫功能[48]。这与其前文中免疫学研究结果一致。 3.5 中草药对动物产品品质的改善作用 胆固醇为一种动物脂肪醇类，是人体不可缺少的营养物质，也是构成人体细胞的重要成分，能调节细胞膜的渗透性，还能促进胆酸、性腺激素、肾上腺皮质素和维生素Ｄ的合成。然而，过多地摄入胆固醇往往会导致动脉硬化及心血管疾病等的发生。畜产品为人体内胆固醇的主要来源，因此降低畜产品胆固醇的含量可有效的控制人体内胆固醇水平。多年的研究表明，降胆固醇的中草药主要有：女贞子、山楂、当归、枸杞、大蒜、三七、灵芝、半夏、人参、泽泻、大豆、川芎、刺五加叶、陈皮、茶叶、绞股蓝、银杏叶等等。 一般认为，中草药可通过以下三种途径调节胆固醇的代谢。一为减少外源性脂类的吸收。主要有大黄、何首乌、虎杖、决明子等，其中含蒽醌类化合物，能够促进肠蠕动，增加胆固醇的排泄。另外，一些中草药还可通过减少内源性脂类的合成来降低胆固醇合成。大黄具有抑制内源性胆固醇合成的作用，泽泻含三萜类化合物，能减少合成胆固醇的原材料乙酰辅酶A（CoA）的生成。另外，绞股蓝总皂甙可以使脂肪组织细胞分解产生的游离脂肪酸减少。Qureshi（1983）研究表明，大蒜有降低胆固醇合成的关键酶：β-羟-β-甲戊二酸单酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶活性的作用[49]。三是部分中草药可促进脂类的转动和排泄。这类中草药主要有大黄、虎杖、蒲黄、绞股蓝、人参、刺五加叶、枸杞、虫草、葛根、黄芩甙元、柴胡皂甙、茶叶多糖、海带、昆布、山楂、大蒜、泽泻、马齿苋、熊胆、柳茶、月见草等。 马得莹等（2004）试验3结果表明，女贞子等中草药对常温下产蛋鸡血清甘油三脂（TG）、胆固醇（TC）和低密度脂蛋白（LDL）含量有降低趋势（P＞0.05），五味子能显著降低鸡蛋蛋黄中TC含量（P＜0.05），女贞子、五味子和四君子汤都能提高血清高密度脂蛋白（HDL）水平，其中女贞子能显著提高HDL水平（P＜0.05）[38]。由于HDL为动物体内唯一将胆固醇运至肝脏以降解的成分，素有体内“胆固醇清道夫”之称。由此可见， 女贞子、五味子和四君子汤可通过提高鸡体内HDL含量途径，清除体内的胆固醇。 3.6 其它作用 3.6.1 对中枢神经系统的作用 钮心懿和任志红（1975）认为五味子提取物五仁醇具有中枢抑制作用，实验表明，用五仁醇灌胃给药，可明显延长小鼠睡眠时间，并使戊巴比妥钠阈下催眠剂量的动物进入睡眠，起到安定的作用[50]。 3.6.2 抑菌作用 五味子在体外有杀蛔虫作用。王岳（1954）研究表明其乙醇浸液在体外对炭疽杆菌、金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、副伤寒杆菌A和B、肺炎杆菌、伤寒杆菌、志贺氏痢疾杆菌、异型痢疾杆菌、霍乱弧菌、肠炎沙门杆菌、产气杆菌、变型杆菌等皆有抑制作用[51]。 从中草药的研究结果可以得出以下结论：⑴当饲养环境正常、动物健康状况良好以及日粮养分含量均衡时，在鸡饲料中添加中草药对动物生长生产性能无明显作用；⑵女贞子、五味子、四君子汤和六味地黄丸等等补益类中草药具有提高鸡体液免疫和细胞免疫的功能。⑶上述中草药可通过提高鸡体内抗氧化酶的活性，清除体内脂质过氧化物含量，增强鸡体的脂质稳定性；⑷上述中草药可通过增强热应激下产蛋鸡免疫功能和脂质稳定性，调节内分泌等途径提高其生产性能，减轻热应激对蛋鸡的危害。⑸中草药能通过外源性脂类的吸收、降低内源性胆固醇的合成及加强胆固醇的转运和排泄等降低畜产品中胆固醇的含量。 为进一步提高和推广中草药添加剂的应用，今后的研究将重点从以下几个方面开展：⑴中草药添加剂的微量化，即提取其中的有效成分，然后作为添加剂使用；⑵以提高畜产品的安全性为目的，开发无毒付作用的中草药添加剂，避免由于抗生素的使用而导致的细菌耐药性产生及其药品残留等问题；⑶以改善畜产品质量为目标，开发具有降胆固醇等作用的中草药添加剂；⑷提高动物健康状况，开发具有健脾补益作用的中草药添加剂，增强动物免疫功能；⑸减少污染，改善生态环境。 4 抗菌肽的生物学作用 近年来，抗菌肽(Antibacterial Peptides) 因其独特的生物活性以及不同于传统抗生素的特殊作用机理，已引起人们极大的研究兴趣。1972年，瑞典科学家Boman等首先在果蝇中发现抗菌肽及其免疫功能，随后从惜古比天蚕蛹诱导分离到并命名为cecropin。此后科学家们在昆虫、被囊动物(tunicate) 、两栖动物、鸟类、鱼类、哺乳动物、植物乃至人类等多种生物体中发现并分离获得了300多种内源性抗菌肽[52]。迄今为止，已有一百余种新的抗菌肽（ABP）被分离鉴定，其中许多抗菌肽的cDNA已被克隆测序，并对某些抗菌肽基因进行了初步的基因定位和表达调控机制研究。 近来，中国科学家在国际上首次从大鼠附睾头部上皮细胞中成功地克隆到一个特异表达的新基因，并观察到这个基因所编码的多肽具有抗菌功能，并可能与生育有关，这是国际上第一个在附睾中发现的抗菌肽新基因[53]。 随着研究的深入，人们发现这些抗菌肽除了具有传统抗生素的优点外，同时还有高效的抗真菌和抗病毒和原虫和抗肿瘤的活性，有希望成为新一代的抗菌剂[54]。因此，这些肽类抗菌物质显示了在医学和农业上潜在的研究和应用价值。 4.1 抗菌肽的分类 对抗菌肽的分类目前有以下几种：⑴按其来源分可以分为昆虫抗菌肽、蛙类抗菌肽、鱼类抗菌肽、哺乳动物抗菌肽、微生物抗菌肽和病毒抗菌肽[55]。⑵根据抗菌肽的结构和三维构象的差异进行分类，这种分类方法包含了大部分已经发现的抗菌肽，包括以下四类。第一组：具有α螺旋结构的线性肽，如蜂毒肽、蛙皮肽、天蚕抗菌肽等；第二组：含有二硫键的β折叠结构，如防御肽、昆虫防御肽等；第三组：由一种或多种氨基酸为主构成的多肽，如PR239、Drosocin等；第四组：具有环形结构的多肽，如Bactenecin、Ranalexin等。⑶另有人按合成部位不同，将抗菌肽分为非核糖体合成的多肽和核糖体合成的多肽[56] 。⑷按其生物化学特性（净电荷）和/或结构特征（线型/环式/氨基酸组分）分类则更有利于区分它们。 与其它分类相比，第二种分类方法将大部分具有共性特点的抗菌肽包括在同一分类，有助于对抗菌肽进行系统分析。另外，某一类抗菌肽还可以细分，各种分类之间的交叉使得整个抗菌肽家族的分类非常复杂，到目前为止还没有一种权威的分类方法。 4.2 抗菌肽的结构 4.2.1一级结构 据报道，已分离并测定其氨基酸序列一级结构的抗菌肽达几十种，且一级结构都比较相似，目前发现的抗菌肽他们有30个氨基酸残基组成，不同来源的多肽的氨基酸序列具有较强的保守性且具有如下特点：⑴N 端由碱性氨基酸残基组成；⑵C端均酰胺化；⑶绝大多数肽在第二位为Trp，它多杀菌活性至关重要；⑷分子量在4K 左右。 4.2.2 二级结构 抗菌肽在一定条件下形成α-螺旋和β–折叠结构。α-螺旋具有近乎完美的双亲螺旋结构，即螺旋纵轴的一个侧面为带正电荷的亲水系，另一侧为疏水性氨基酸占优势的疏水区域[57]。抗菌肽有许多保守序列，在N 端容易形成α-螺旋，中间部分易形成β-折叠或铰链，抗菌肽折叠之间具有二硫键连接。其典型的β-折叠代表是最初发现于哺乳动物组织的防御素分子[58]。目前在哺乳动物体内发现的十余种抗菌肽都属于防御素类和Cathelicidins家族（由白细胞生成的一类抗菌肽）[59]。 4.3 抗菌肽的作用机制 目前，比较清楚的是昆虫抗细菌肽的作用机制，包括细胞膜电势依赖通道的形成，抑制细胞呼吸，抑制细胞外膜蛋白的合成以及抑制细胞壁的形成。而对抗菌肽与真菌的作用机理还不清楚。 4.3.1 细胞膜电势依赖通道的形成 抗菌肽扮演着离子泵的角色，它使细胞内的K+快速被析出，ATP含量迅速下降，继而导致细胞死亡。孔道的形成、开启和关闭都依赖于膜的电势。只有当膜的电势高于110mV时，孔道才能形成或处于开启状态。因此，这种孔道又被称为电势依赖通道。关于离子通道形成的具体过程，研究者们提出了几种模式。Christensen等认为，离子通道的形成可分为3个步骤。即⑴抗菌肽分子通过静电作用被吸附到膜表面；⑵抗菌肽分子的疏水尾巴插入细胞膜；⑶抗菌肽分子的两性分子α2螺旋插入膜内，多个抗菌肽分子共同作用形成离子通道。而Fink等认为，当抗菌肽作用于细胞膜时，N-端的两亲螺旋结合在膜表面，只有C-端的疏水螺旋插入膜中，进而形成离子通道。Clague等则认为，抗菌肽通过作用于膜蛋白，引起蛋白质凝聚失活，细胞膜变性而形成离子通道。 抗菌肽与细胞膜结合后,细胞膜内肽与肽之间、肽与磷脂之间的相互作用形成一些复杂的空间结构，这些结构与抗菌肽的作用机理有一定的联系。肽与肽之间的、肽与细胞膜之间的疏水及亲水功能区相互作用，能使两亲性小肽比其它方式更深入细胞膜中心。通过这种方式构成的肽复合物可能形成跨膜通道或小孔，目前已经提出了多种抗菌肽跨膜机理模型，如栅桶模型、环孔模型、毯式模型、两态模型等[60]。 4.3.2其它作用机制 4.3.2.1 抑制细胞呼吸 Thanatin在0.3~0.6μmol·L-1时，就对大肠杆菌表现出强烈的杀菌作用。但当其浓度提高到70μmol·L-1时，仍然检测不到细胞内K+的泄漏，这表明Thanatin不是通过改变细胞膜通透性来杀菌的。当利用40μmol·L- 1的Thanatin处理细菌时，1h后，可监测到细胞的呼吸作用变弱，6h后呼吸作用完全停止。由此认为，Thanatin是通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌的。 4.3.2.2 抑制细胞外膜蛋白的合成 研究发现，attacin能够干扰大肠杆菌细胞外膜蛋白Omp C ，Omp F，Omp A 以及Lam B基因的转录，使这些蛋白质含量减少，从而导致细胞膜的通透性增加，细菌的生长受到抑制。 4.3.2.3 抑制细胞壁的形成 Aarcotoxins II能够抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻。但对已经形成的细胞壁无作用。 4.4 抗菌肽的作用特点 抗菌肽作为机体固有免疫系统中的一个重要组分或作为抗感染生物制剂, 具有以下主要作用特点：①对多种病原体(细菌、病毒、真菌、寄生虫) 和癌细胞具有杀伤或抑制作用，而对真核细胞不具细胞毒作用；②生物学活性稳定, 在高离子强度和酸、碱环境中或100℃加热10min时仍具有杀P抑菌作用；③能与宿主体内某些阳离子蛋白、溶菌酶或抗生素协同作用，增强其抗菌效应[61]；④杀菌机制(菌细胞膜穿孔) 与抗生素不同，不易产生抗菌肽耐药菌株；⑤能与细菌脂多糖(LPS) 结合[62-63]，即具有中和内毒素的作用，因此，对G-菌败血症和内毒素中毒性休克具有很好的防治作用；⑥调节细胞因子表达：采用转录基因阵列实验发现[64]，某些抗菌肽如LL-37[65]可直接作用于小鼠巨噬细胞P肺内皮细胞和人A549上皮细胞，使之编码趋化性细胞因子(MCP-1和IL-8) 的基因表达上调，而编码前炎症细胞因子(如TNF-α等) 的基因表达维持在正常水平。上述结果表明，抗菌肽LL-37具有免疫调节作用，可招募并增强吞噬细胞的杀菌活性，而降低由前炎症细胞因子引发的炎症反应。 抗菌肽与传统的抗生素有很大的不同[66]：①产生机制不同：传统的抗生素主要是细菌的发酵产物，由酶促反应合成，而抗菌肽是由宿主基因编码在核糖体上合成的产物。②杀菌机制不同：传统的抗生素大多数是通过抑制细菌细胞壁或DNA的合成而发挥作用，而抗菌肽主要通过与带负电的微生物细胞膜直接作用，改变其通透性，造成膜的物理性损伤，导致细胞内容物外渗而死亡[67]。③作用方式不同：传统的抗生素作用涉及到和细菌胞膜上或胞内特异的受体结合，且受体类型有限，细菌容易通过变异而产生耐药性，抗菌肽的作用不涉及特定的受体，完全是阴阳离子的物理作用，它可以很快杀灭微生物而不产生抗性[68]。 4.5 抗菌肽的分子生物学研究 4.5.1 抗菌肽克隆基因的表达 抗菌肽基因在体内通过细菌的脂多糖（LPS）或死亡的细胞诱导表达，外来刺激信号激活转录激活因子（NF-KB），激活的NF-KB识别并结合到抗菌肽基因5′上游一特定区域，从而激活抗菌肽基因的表达。目前通过各种方法可得到抗菌肽基因，扩大了抗菌肽基因的资源。 4.5.1.1 天然抗菌肽基因的克隆与表达(见表5[69-71]) ⑴利用差异显示技术（Differential display，DD），对诱导和未诱导的蚕、蝇等基因的差异表达进行研究，可得到一些新的抗菌肽类相关基因，是关于基因分离、表达研究较新的方法。 ⑵通过PCR技术扩增技术得到抗菌肽。 4.5.1.2 人工合成抗菌肽基因和融合肽基因的表达 关于人工合成抗菌肽基因国内外已陆续有报道，由于抗菌肽分子小，分离提纯存在一定的困难，故天然资源有限。化学合成和基因工程法获得抗菌肽是主要手段，但化学合成抗菌肽成本较高。 4.5.2 抗菌肽转基因研究 鉴于天然资源中提取抗菌肽成本高，得率低，工序繁，因此利用基因工程的方法来生产抗菌肽是降低成本的一条有效途径。可把抗菌肽基因转化进微生物表达系统表达(主要通过质粒为载体)，也可导入植物或动物制成抗病植物或动物(直接转到染色体基因组) 。

表5 抗菌肽克隆基因的表达

Table5 Gene Expression of Antimicrobial Peptides

采用技术	抗菌肽/抗菌肽基因
利用差异显示技术 利用差异显示技术 利用差异显示技术 PCR技术扩增技术 PCR技术扩增技术 人工合成和基因克隆表达 人工合成和基因克隆表达 人工合成 利用柞蚕抗菌肽D基因片段与碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）构建融合基因 人工合成	Enbocin Lysozyme，Attacin 241bp片段 BuforinⅠ ParasinⅠ 天蚕抗菌肽B基因 家蚕抗菌肽CMIV基因 天蚕素A和蜂毒素杂合15肽基因 pVT2CDGF转化酵母菌表达 娃皮素与蜂毒素的杂合27肽

4.5.2.1 抗菌肽转基因动物研究 （1）抗菌肽转基因小鼠的抑菌作用 Reed WA[72]等将小鼠IL-2基因与抗菌肽Shiva Ia基因和SV40多腺苷酸化剪接信号肽连接构建的融合基因，注入小鼠原核期受精卵，获得26个转基因鼠系。构建这样一个DNA片段：Shiva Ia片段，SV40多腺苷酸化/剪接信号肽基因片段，此两片段加到鼠IL-2基因5′侧-593～+110区域。其中2个转基因鼠系的脾淋巴细胞可被诱导转录、产生成熟的Shiva Ia mRNA。用一定量的布鲁氏杆菌感染攻击结果发现抗菌肽转基因小鼠获得了较强的抗菌能力。 （2）用转基因小鼠生产抗菌肽的实验研究 天然抗菌肽纯化难度大、产量低、合成抗菌肽价格昂贵，用转基因动物获得抗菌肽是一条理想的途径。气管抗菌肽（Tracheal antimicrobial petide，TAP）是在牛气管黏膜中发现的β-防御素家族的一个成员。Yarus[73]等将小鼠乳清酸蛋白（WAP）基因调控序列与牛TAP基因构建的pWAP/bTAP融合基因，注入小鼠原核期受精卵，成功获得了pWAP/bTAP转基因小鼠。在此种转基因雌鼠的乳腺中，用RT-PCR发检测到目的基因的转录；从其乳汁中获得了目的基因产物即牛气管抗菌肽（bTAP），体外实验证实，此基因产物对大肠杆菌具有杀伤作用。 （3）转基因抗菌肽对肿瘤细胞生长的抑制作用 Cecropin和Melittin在癌细胞中表现了一定的抑癌效应。David Winder[74]等把编码的Cecropin和Melittin的基因放在MLV（鼠白血病病毒）的启动子下，转染到EJ细胞（人膀胱癌细胞），然后把这些细胞注入到裸鼠体内，发现肿瘤细胞停止生长或生长减弱。David Winder等分别将前毒素原（prepromelitin，PPM）基因、前蜂毒素（premelitin，PM）基因和前杀菌肽原（preprocecropin，PC）基因与鼠白血病病毒（MLV）启动子构建组成PPM-MLV、PM-MLV和PC-MLV融合基因。用上述三种融合基因和不含抗菌肽基因的空载体分别转染人膀胱癌细胞系，再将转染的膀胱癌细胞分别注入裸鼠体内，结构表明抗菌肽对肿瘤细胞生长有一定的抑制作用。 （4）抗菌肽转基因蚊子的抗菌作用 Kokoza[75]等将埃及伊蚊卵黄生成素（vitellogenin，Vg）基因与防御素A（defensin A，DefA）连接组成的Vg- DefA融合基因转入伊蚊基因组内，获得了稳定插入Vg- DefA的转基因蚊子。此种转基因蚊子只通过血液喂养而不需要病原菌感染激发，即可稳定表达转基因抗菌肽，因此能有抑制病原菌的繁殖，阻断病原菌的传播。以融合基因Gst-shiva-3作报告基因产生一种转基因蚊子，此蚊子肠道内合成并分泌shiva-3；相似的多肽（如Defensin. Melittin. Magainin等）也可以进行类似的转移，用以控制人疟疾的传播。 4.5.2.2 抗菌肽转基因植物研究 抗菌肽基因工程在农业上的应用，主要是用于转化农作物，培养抗病品种。由于抗菌肽对多种植物病原菌有杀菌活性，将抗菌肽基因导入植物体内表达，希望提高其抗病能力。中国农科院生物技术中心与中国科学院上海生物工程中心承担的抗青枯病的转基因马铃薯[76]已获成功。他们分离和设计了多种抗菌肽基因，选用了一些合适的运载质粒构成重组子，分别利用根瘤农杆菌或基因枪转化于马铃薯，获得了抗青枯病株系。中国农科院水稻所黄大年等[77]已经成功地将抗菌肽B基因导入水稻，使水稻对水稻白叶枯病菌和细条病菌的抗性显著提高。美国佛罗里达大学的丹尼斯. 格雷及其同事正在研究将从蚕中提取的抗菌肽基因通过分子生物学的方法植入葡萄胚胎中。该基因可以产生一种抵抗皮尔斯(PIERCE’S) 病的蛋白质。PIERCE’S病是由一种细菌导致的葡萄循环系统或木质部受感染，并最后引起葡萄死亡的疾病。利用基因工程的方法来获得抗菌肽的尝试，已在原核体系、真核体系获得成功。但如何进一步提高表达水平，提高基因表达产物的稳定性，设计并合成杀菌活力更强、杀菌谱更广的抗菌肽等，都是值得深入研究的问题。 4.6 哺乳动物抗菌肽 4.6.1 猪源抗菌肽 目前已经从猪体内发现了12种以上不同的抗菌肽，这些抗菌肽具有不同的螺旋结构，分子量相对较小，小于10KD，但对多种微生物有广谱杀灭作用 [78]。汪以真用半定量RT-PCR法研究不同生长阶段猪抗菌肽pr-39基因表达差异，结果显示，不同生长阶段猪pr-39基因表达有差异，从出生到断奶前pr-39基因表达量呈增加趋势，断奶时表达量下降，断奶后随日龄增加pr-39表达量再逐渐增加。根据抗菌肽前体的基因结构、氨基酸序列特征，可将猪源抗菌肽分为4类：富含保守的胱氨酸防御素(Defensins)超家族、Cathelicidins家族、Cecropins家族和NK2lysin。Cathelicidins和防御素是到目前为止在哺乳动物中所发现的两个最大群体的抗菌肽家族（见表6）[79]。 4.6.2 禽源抗菌肽 早在1994年，Evans[80]等发现了的禽抗菌肽Gallinacins 1-3（Gal1- Gal 3），和Gal 1α，并发现它们有广谱抗菌作用。Lynn等于2003年发现了7个新的鸡抗菌肽[81]（Gal 4- Gal 10）和肝表达抗菌肽（LEAP-2）。在此基础上，本课题组分别克隆了鸡Gal 6，Gal 8和Gal 9基因，并拟对它们的功能进行进一步探讨。 4.7 抗菌肽的应用现状、存在问题及前景 4.7.1 抗菌肽的应用现状 目前，抗菌肽在农业、医药、食品和化妆品等领域已经有了一定的应用实践并取得了较好的效果。 （1）农业领域。抗菌肽成分为以消化吸收的氨基酸，可作为畜禽饲料添加剂取代或部分取代目前饲喂动物所用的抗生素，减少抗生素对动物体的危害。仔猪腹泻、奶牛乳房炎及各种病毒性疾病如猪瘟、鸡新城疫等一直是棘手的疾病，不利于畜牧业的发展。目前，广东省应用抗菌肽基因转化酵母进行高效表达，经发酵条件优化，生产抗菌肽酵母制剂，用作畜禽及水产饲料添加剂，代替抗生素预防及治疗仔猪白痢和雏鸡白痢有明显效果[82]。 （2）医药领域。有研究表明，抗菌肽对流感病毒、疱疹病毒、乙型肝炎病毒等也有抑制作用。另有报道，一些抗菌肽在亚毒性浓度下可抑制艾滋病毒HIV-1的基因表达[83]。抗菌肽能特异性抑制某些肿瘤的生长，对人体正常细胞无害，极有可能成为无毒或低毒的抗肿瘤新药[84]。（3）食品和化妆品领域，如从乳酸菌中分离的抗菌肽细菌素，可抑制食品中的各种病原微生物的生长而作保藏剂。李铁晶[85]利用融合表达技术，成功地实现了牛乳铁素（Lactoferricin）基因在大肠杆菌中的表达，为生产抗菌肽类添加剂提供了理论基础。雷虹[86]利用微生物发酵法生产出一种副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei HD1.7）广谱高效天然肽类防腐剂。抗菌肽在化妆品上用作防腐剂，鱼类抗菌肽不仅是营养成分，更重要的是它的抗菌和美容作用，比化学防腐剂用于化妆品具有独特的优势和广泛的市场潜力。

表6 猪源抗菌肽的分类与特征总结

Table6 Classification and characteristics of antimicrobial peptides extracted from pigs

抗菌肽	分 类	贮藏位点	抗菌谱	成熟序列	长度	电荷
Cyclic
Protegrin-1	Cathelicidin	PMNs	G+ , G- , F,V	RGGRLCYCRRRFCVCVGR-NH2	8	+6
Protegrin-2	Cathelicidin	PMNs	G+ , G- , F,V	RGGRLCYCRRRFCVCVGR-NH2	16	+5
Protegrin-3	Cathelicidin	PMNs	G+ , G- , F,V	RGGGLCYCRRRFCVCVGR-NH2	18	+6
Protegrin-4	Cathelicidin	PMNs	G+ , G- , F,V	RGGRLCYCRGW ICFCVGR-NH2	18	+6
Protegrin-5	Cathelicidin	PMNs	G+ , G- , F,V	RGGRLCYCRPRFCVCVGR-NH2	18	+6
pBD-1	Defensin	E	G+ , G- , F,V	KNIGNSVSCLRNKGVCMPGKCA PKMKQIGTCGMPQVKKCKRK	42	+10
NK-lysin	Saposin	NK,T	G+ , G- , F,V	GLICESCRKIIQKLEDMVGPQPNEDTVTQAASRVCDKMKILRGVCKKIMRTFLRRISKDILTGKKPQAICVDIKICKE	78	+8
Linear
PR-39	Cathelicidin	PMNs	G-	RRRPRPPYLPRPRPPPFFPPRLPPRIPPGFPPRFPPRFP-NH2	39	+9
PMAP-23	Cathelicidin	PMNs	G+ , G-	RIIDLLWRVRRPQKPKFVTVWVR	23	+6
PMAP-36	Cathelicidin	PMNs	G+ , G-	GRFRRLRKKTRKRLKKIGKVLKWIPPIVGIPLGCG	36	+13
PMAP-37	Cathelicidin	PMNs	G+ , G-	GLLSRLRDFLSDRGRRLGEKIERIGQKIKDLSEFFQS	37	+4
Prophenin-1	Cathelicidin	PMNs	G-	AFPPPNVPGPRFPPPNFPGPRFPPPNFPGPRFPPPNFPGPRFPPPNFPGPPFPPPIFPGPWFPPPPPFRPPPFGPPRFP	79	+6
Prophenin-2	Cathelicidin	PMNs	?	AFPPPNVPGPRFPPPNVPGPRFPPPNFPGPRFPPPNFPGPRFPPPNFPGPPFPPPIFPGPWFPPPPPFRPPPFGPPRFP	79	+6
CecropinP1	Cecropin	?	G-	SWLSKTAKKLENSAKKR ISEGIA IAIQGGPR	31	+4

注：1.G+：革兰氏阳性菌；G-：革兰氏阴性菌；F：真菌；V：囊膜病毒；E：上皮细胞 2.PMNS：多形核嗜中性白细胞；NH2：表示C端酰胺化 （4）食品和化妆品领域，如从乳酸菌中分离的抗菌肽细菌素，可抑制食品中的各种病原微生物的生长而作保藏剂。李铁晶[87]利用融合表达技术，成功地实现了牛乳铁素（Lactoferricin）基因在大肠杆菌中的表达，为生产抗菌肽类添加剂提供了理论基础。雷虹[94]利用微生物发酵法生产出一种副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei HD1.7）广谱高效天然肽类防腐剂。抗菌肽在化妆品上用作防腐剂，鱼类抗菌肽不仅是营养成分，更重要的是它的抗菌和美容作用，比化学防腐剂用于化妆品具有独特的优势和广泛的市场潜力。 4.7.2 存在问题及前景 由于抗菌肽的分子小，所以直接从动植物组织中提取天然抗菌肽时，分离提纯存在一定的困难，故化学合成和基因工程法成为获得抗菌肽的主要手段，但是化学合成抗菌肽成本高，而通过基因工程在微生物中直接表达抗菌肽基因，由于抗菌肽分子小，易被蛋白酶降解，而且表达产物可能对宿主有害，从而影响了基因的高水平表达。如何提高生产效率，降低成本，成为抗菌肽基因工程研究亟待解决的问题。另一方面，与传统抗生素相比，某些抗菌肽的抗菌活性还不够理想，改造已有抗菌肽和设计新抗菌肽分子是提高其活性的有效途径，这就需要进一步研究抗菌肽的结构与活性之间的关系，为抗菌肽分子的改造和设计提供足够的理论依据。随着对抗菌肽结构与作用机理的不断深入研究，上述一系列问题必须解决。新型、高效、低毒、广谱的抗菌肽在农业、医药、食品等领域将会发挥重要的作用，为人类创造更大的价值。 目前，世界各国消费者越来越关注食品中抗生素与化学药物的残留对人体的潜在危害，因而积极转而寻求绿色食品的开发。在这种消费趋势的引导下，中草药、寡聚糖、酶制剂和抗菌肽等恰好为饲料工业和畜禽饲养业提供了健康无毒的选择，为环境保护和饲料、畜禽生产的高效化、无害化提供了条件，其应用开发研究更具广阔的前景，是动物营养学发展的前进方向，这对推动我国畜牧业发展和对保障人类健康有重要意义。

尚天有道

好东西，曾经学习过，再温习一下！

michel2002

好资料，学习消化中，感谢楼主分享！

jhg1980

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