■陈代文 郑 萍

（四川农业大学动物营养研究所农业农村部动物抗病营养重点实验室，四川成都611130）

1 科学认识抗生素的功与过

我国是畜牧生产大国，2018 年肉类8 500 万吨，其中猪肉产量5 400万吨，占肉类总量的64%[1]。但我国养殖业长期存在环境较差、设施设备落后、管理不严、营养条件不良等问题，为促进动物生长、提高饲料利用效率、减少疾病发生，饲料中通常需要添加抗生素。其中，60%抗生素用于生猪养殖，对畜牧生产特别是生猪养殖业的发展做出了突出贡献。但是，抗生素的长期使用会增加细菌耐药性，导致猪肠道菌群数量显著下降，菌群平衡发生改变[2]。此外，部分猪场药物使用存在不合理现象，比如把抗生素当成是万能药，对使用药物的安全性了解不够，盲目加大用药量，扩大用药范围等。滥用抗生素还会导致产品抗生素的残留，带来食品安全隐患和环境污染。基于此，我国农业农村部出台政策，要求2020年7月1日起饲料端全程无抗，药物饲料添加剂将全部退出饲料端。这无疑是养殖行业中的一次巨大变革，也是一次巨大的挑战。

欧洲和美国饲料禁抗后均出现两大问题。一是动物生长速度和饲料转化效率下降，整个养殖业生产水平降低，养殖成本增加；二是疾病发生率增加，养殖现场治疗用药大量增加，抗生素使用总量在“饲料禁抗”的初期没有减少。我国饲料禁抗也将可能遇到以上两大问题。按照FCR推算，无抗饲养每头猪增加成本2 元，每只鸡增加0.2 元，仅猪、禽两项我国每年额外生产成本将增加32 亿元。因此，禁抗的影响是多方面的，解决禁抗问题需要政府、行业和科技联动，加快无抗养殖技术的研发和推广。

2 动物抗病无抗营养原理

动物是一个复杂的生物，是真核细胞与原核细胞（寄居动物体内的微生物，主要在肠道）的共居体。动物品种的基因组差异决定了不同品种的抗病力差异，而肠道微生物组成及代谢受环境和营养模式影响处于动态平衡状态，其平衡程度也决定了动物健康状况（见图1）。

图1 动物是真核和原核生物的共居体

动物健康状况是外界致病因子与动物自身的抗病机制矛盾斗争的结果（见图2）。致病因子很多，一切不良的外界环境（应激）、动物食入的有毒有害物质（如霉菌毒素）、病原微生物感染等，或者直接影响动物免疫反应，或者通过打破肠道微生物平衡而影响动物健康水平。动物抗病机制包括结构屏障、肠道微生物平衡以及免疫机制。动物受到抗原刺激时，免疫系统产生一系列反应，以清除抗原。免疫系统包括免疫器官、免疫细胞、免疫分子三大部分。确保免疫器官的正常发育、免疫细胞的正常功能和免疫分子的正常代谢对保障最佳免疫力十分重要。然而，免疫反应是一把双刃剑，一方面抵御外来不良因子（应激或病原微生物）的侵袭，保护动物健康，另一方面调整机体代谢，消耗营养物质，使用于长肉或产蛋或产奶的营养物质减少；过度免疫反应（称为免疫应激）还会导致细胞或组织的损伤。

现代生命科学研究表明，营养与动物健康关系十分密切。营养不仅是动物健康的重要物质基础，而且还是影响动物健康的诸多因素中最易调控的因素。营养决定健康的主要机制有四：一是营养影响免疫系统的发育和免疫反应的效率；二是调节肠道微生物，影响微生物平衡及代谢，保障肠道健康；三是直接干预致病因子，缓解其危害；四是修复受损细胞或组织（见图2）。

肠道健康关系着动物整体健康和生产效率的高低。肠道不仅在消化吸收营养物质过程中发挥着重要作用，而且是机体的重要免疫屏障。同时，肠道还寄生了10倍机体体细胞以上的微生物。营养影响猪肠道形态结构、分泌功能、免疫功能和肠道微生物及其代谢产物，合理的营养方案可以通过调节肠道的机械屏障、化学屏障、免疫屏障、生物学屏障，保障猪的肠道健康，提高养分消化率和对疾病的一般抵抗力。我们的研究也证实了满足肠内营养能促进仔猪消化道生长发育和功能，并阻碍肠黏膜微生物黏附，降低了坏死性肠炎的发生率[3]，提高断奶仔猪的采食量，显著改善仔猪肠道健康，降低断奶后腹泻，增加断奶后生长性能[4]，说明合理的肠内营养对肠道健康和机体健康都非常重要。

营养可以影响猪免疫系统发育和免疫功能，蛋白质、氨基酸、维生素、微量元素等均可影响免疫细胞功能，通过NF-κB、MAPK、MAVS、RIG、TLR等信号通路影响免疫活性因子的表达，改善仔猪空肠组织免疫反应，调控机体的特异抗病力和一般抗病力[5-11]。在特异性疾病及微生物感染过程中，营养具有一定的干预效应。例如饲粮添加适宜的苏氨酸和精氨酸有利于猪繁殖与呼吸综合征弱毒苗对TLR3、TLR7、TLR8 信号通路的激活，提高血清免疫球蛋白含量，促进炎症细胞因子产生，最终强化获得性免疫[12-13]。饲粮添加适宜精氨酸能显著降低因沙门氏菌S.C500导致的血清IL-6、CRP和IFN-γ含量的增加，下调因免疫应激导致的仔猪组织TLR4和TLR5及其信号途径中关键信号分子的过度激活[14-15]。饲粮添加适宜VD 显著缓解轮状病毒攻毒仔猪肠道绒毛的萎缩，显著提高猪血清IFNβ水平，降低IL-6和IL-2水平；显著提高轮状病毒感染细胞RIG-I、IPS-1、ISG15和IFN-β等抗病基因的表达水平，减缓了轮状病毒攻毒导致的生长性能下降[16-17]。

图2 动物健康的机制及营养与健康的关系

我们的研究结果还证实营养具有促进受损组织细胞修复的功能。通过腹腔注射Diquat 或者饲喂氧化鱼油均可导致仔猪遭受氧化应激，组织结构受损、免疫功能下降，生长性能受阻[18-21]。饲粮补充色氨酸可降低氧化应激仔猪肝脏及肠黏膜PPAR-γ、IL-6、TNF-α的基因表达，缓解氧化应激对仔猪免疫功能的损伤[22]；饲粮补充精氨酸可以缓解氧化应激导致的仔猪空肠TNF-α、IL-6 以及肝脏TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等表达量的增加，缓解氧化应激导致的肠道绒毛的萎缩[23]。饲粮添加茶多酚、白藜芦醇等可通过提高仔猪抗氧化能力、降低炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8 的表达，缓解肠道和肝脏损伤[24-27]。我们最新研究结果发现复合营养素（以乳酸、谷氨酰胺、酶制剂和枯草芽孢杆菌等为主的复合营养功能包）对变质鱼粉导致的腹泻仔猪肠道绒毛的恢复以及空肠杯状细胞数的恢复有显著效果，显著降低仔猪的腹泻率，改善仔猪生长性能[28]。

3 动物抗病无抗营养技术

应用抗病无抗营养理论，集成营养四大要素对免疫、肠道健康和致病因子调控干预作用研究成果，以饲粮“营养结构”平衡为核心，构建饲料抗病无抗技术体系，包括饲料配制技术、饲料加工调制技术、饲料饲喂技术等（见图3）。采用综合营养技术，实现在无抗条件下促进动物肠道发育，提高机体的抗病能力，确保动物健康和高效生产。

3.1 饲料配制技术

3.1.1 营养源选择营养是决定生产效率高低和生产潜力发挥的关键因素，除合理选用品种外，动物生产效率在很大程度上依赖于营养物质利用效率的提高。张子仪[29]依据国际饲料分类原则与我国传统分类体系相结合，将我国饲料原料分为37 类。每一类的营养源种类繁多，不同营养源影响动物对营养物质的利用效率，从而产生不同的生产性能调节效应。营养源的营养效应差异是因为营养源结构与性质的不同，是造成动物对其消化吸收利用效率出现不同的根本原因。并且，不同的营养源还能影响动物的肠道微生态效应，从而影响肠道健康。

蛋白水平相同情况下，不同蛋白源影响仔猪的生产性能和肠道微生态效应[30-31]。酪蛋白组仔猪日增重显著高于大豆分离蛋白组和玉米醇溶蛋白组，其料肉比显著低于大豆分离蛋白组和玉米醇溶蛋白组，玉米醇溶蛋白组生产性能最低。并且，玉米醇溶蛋白组粗蛋白及氨基酸消化率最低，可能与其氨基酸组成不平衡有关。进一步的试验表明平衡氨基酸不能消除营养源差异。其原因可能与蛋白源的肠道微生态效应有关。酪蛋白组显著增加了仔猪盲肠和结肠食糜的总细菌和乳酸杆菌的数量（P＜0.05），增加了仔猪盲肠乙酸、丙酸、丁酸和结肠乙酸、丙酸的含量[32]。

图3 饲料抗病无抗技术体系

淀粉来源不同影响动物的生产性能，由于其消化利用率不同，进而影响仔猪小肠的发育以及肠道微生物的生长繁殖[33]。淀粉来源影响仔猪日粮营养物质消化率，糯米淀粉组的能量和干物质消化率最高, 抗性淀粉显著降低日粮干物质、能量和粗蛋白质表观消化率；糯米淀粉在空肠前段、空肠后段、回肠前段和回肠末端的消化率和体外降解率均有显著或极显著的提高，其中空肠前段和回肠末端消化率为81.90%和99.81%[34]。不同来源的淀粉所含的直链淀粉与支链淀粉的比例不同，影响肠道微生物的生长。豌豆淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉的直链淀粉/支链淀粉比例分别为0.52、0.24、0.21、0.12。动物试验结果显示豌豆淀粉显著增加仔猪整个肠道双歧杆菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌的数量，增加其占总细菌的比值；显著降低仔猪整个肠段食糜大肠杆菌的数量；而木薯淀粉则与豌豆淀粉作用相反，玉米淀粉和小麦淀粉对仔猪肠道微生物数量影响居于豌豆淀粉和木薯淀粉之间，并且两者差异不显著[35]。

脂肪来源不同影响仔猪的生产性能，与鱼油、豆油、猪油组相比，椰子油极显著增加仔猪1～3周ADG，极显著降低1～3 周F/G；说明不同来源脂肪具有不同的营养生理效应，椰子油的促生长效果优于鱼油和猪油，且鱼油优于猪油，与大豆油相当[36]。在大肠杆菌攻毒条件下，椰子油组显著降低仔猪盲肠内容物中大肠杆菌数量，增加乳酸杆菌和双歧杆菌数量，增加乳酸杆菌/大肠杆菌、双歧杆菌/大肠杆菌的比值，鱼油次之，猪油组最差[37]。这些结果表明不同来源的脂肪能够调控肠道微生态环境，进而影响动物生长和健康。

纤维来源影响猪的生产性能和肠道功能。长期饲喂后，豌豆纤维提高了猪的饲料转化效率，而大豆纤维降低了猪的采食量[38]；小麦麸和豌豆纤维能刺激仔猪肠道有益菌的增殖，改善肠道黏膜生理形态和屏障功能，效果优于玉米和大豆纤维。小麦纤维和豌豆纤维均可显著增加回肠和结肠上皮细胞紧密连接蛋白ZO-1 的基因表达[39]；豌豆纤维显著增加仔猪结肠中乳酸菌的数量，小麦麸纤维可显著提高结肠中双歧杆菌的数量；与大豆纤维相比，豌豆纤维和小麦麸纤维均显著降低结肠中大肠杆菌的数量；并且豌豆纤维显著提高断奶仔猪盲肠食糜中乙酸、丙酸、丁酸以及总SCFAs含量，显著提高育肥猪盲肠食糜中乙酸和总SC⁃FAs的含量[40]。基因转录组学技术发现豌豆纤维会改变结肠免疫反应、肠道疾病（肠癌等）和物质代谢相关基因的表达。小麦麸纤维对肠道屏障功能的改善作用主要来源于阿拉伯木聚糖而不是纤维素[41]。

3.1.2 营养结构优化

营养素、营养源、添加剂及其适宜剂量组合称为营养结构。营养结构的平衡包含四个层次，营养素的平衡、营养源的平衡、营养素与营养源的互作效应以及营养素、营养源及添加剂的组合效应。营养结构不同，动物的生长和健康存在巨大差异。例如，根据我们的研究，就猪只生长性能而言，纯合日粮不如实用日粮、氨基酸平衡不能改变蛋白源的差异[30]；对猪只肠道健康而言，玉米淀粉不如豌豆淀粉、大豆油不如椰子油[33]。以玉米-豆粕为主的简单日粮和多种营养源的复杂日粮分别饲喂断奶仔猪，复杂日粮能显著增加仔猪的ADG，降低料肉比，降低仔猪腹泻率。

3.1.3 添加剂组合的筛选

日粮中添加单一的添加剂，例如氨基酸、维生素、酸化剂、酶制剂、微生态制剂、益生素、植物提取物等，对改善猪只生长性能、提高机体健康有一定作用。但是单一的添加剂不如复合添加剂的效果。复合添加剂的筛选，要做到高效并且成本低很难。我们在断奶仔猪上评估了苯甲酸、凝结芽孢杆菌和牛至油组合添加效应。动物试验结果表明3 000 mg/kg 苯甲酸+400 mg/kg 凝结芽孢杆菌组仔猪的日增重、日均采食量和料重比均显著优于对照组，从数值上还优于抗生素组（20 mg/kg 硫酸黏杆菌素+40 mg/kg 杆菌肽锌）；3 000 mg/kg 苯甲酸+400 mg/kg 凝结芽孢杆菌+400 mg/kg 牛至油组能显著降低仔猪的腹泻率[10]。对于采食了过期鱼粉导致的仔猪腹泻，我们也考察了复合添加剂对受损的肠道的修复效应。结果发现我们筛选的复合添加剂能够促进仔猪肠道修复、改善肠道健康，提高仔猪采食量和日增重，降低仔猪腹泻率[28]。说明功能性添加剂组合对肠道健康以及机体健康都非常重要，功能性添加剂组合的筛选也是无抗饲养条件下保障动物健康、提高生产效率的重要方案之一。

3.2 饲料加工调制技术

饲料发酵可以改造饲料的三性——消化性、抗原性、酸碱性，且菌酶发酵具有协同效应。发酵饲料是将特定的菌种接种至发酵底物，经微生物的增殖和代谢活动，降解底物大分子物质，产生小肽、益生素、有机酸和各种酶类等微生物代谢产物，从而提高饲料利用率，促进动物生长，改善肠道微生态环境，保障动物健康。酶制剂具有提高饲料养分消化率的作用，在动物饲料中被广泛使用。在发酵过程中，菌和酶能起到很好的协同作用，酶制剂的使用，可提高发酵效率，缩短发酵时间，菌酶协同使用的效果要优于菌和酶单独使用的效果。我们的研究发现菌酶协同发酵饲料显著增加仔猪日增重和饲料转化效率，一方面显著提高了仔猪消化酶的活性，显著提高了饲料DM、CP、EE、Ash、GE表观消化率；另一方面，显著降低了仔猪腹泻率。进一步的分析发现菌酶协同发酵饲料显著提高空肠绒毛高度、增加空肠CLDN-1、空肠ZO-2、回肠ZO-2基因的相对表达量，提高空肠SIgA水平，显著下调仔猪回肠IL-1β基因表达，提高结肠食糜中乳酸杆菌数量，降低大肠杆菌数量。以上结果说明菌酶协调发酵饲料能够促进仔猪肠道发育，改善肠道屏障功能，从而提高养分利用效率、保障肠道健康、降低仔猪腹泻、促进仔猪生长[42]。然而，适宜的料水比、酶的种类及数量、微生物的种类及数量等菌酶协同发酵的最佳工艺参数仍然是当前需要进一步研究的核心内容。

3.3 饲料饲喂技术

重点推荐仔猪液态饲喂技术。液态饲喂技术主要有四个方面优点：第一，改变饲料的料型，改善其适口性；第二，加快采食速度，采食均匀度得到相对提升；第三，减少饲料浪费和人力劳动；第四，降低粉尘，改善猪舍环境。仔猪断奶后最初几天采食量显著下降，摄入的营养物质无法满足维持需要，导致断奶后失重、肠道绒毛萎缩等一系列的问题。饲料形态不但影响采食量，也影响肠道健康。研究表明，液态饲喂更符合仔猪消化生理特点。23 日龄断奶仔猪断奶后1周内饲喂液态饲料，ADG提高54%（281 g vs 183 g），ADFI 提高53%（375 g vs 245 g），饲料蛋白质和能量表观消化率、空肠绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度、空肠Claudin-2、ZO-1、ZO-2基因表达量，盲肠食糜总菌和大肠杆菌数量、盲肠食糜丁酸含量等各项指标均得到改善[4]。以上结果说明，液态饲喂可显著提高断奶仔猪采食量，促进仔猪肠道发育，改善肠道屏障功能，促进肠道紧密连接的表达，改善肠道微生态平衡，从而提高仔猪生产性能，缓解断奶应激（见图4）。

3.4 菌群移植技术

利用粪便移植技术，直接从动物肠道菌群入手，通过调控肠道菌群来调控仔猪肠道健康，降低仔猪腹泻是我们目前正在研究的无抗策略。肠道微生物作为动物的“第二基因组”，其结构与宿主肠道特征密切相关。我们首先研究了不同品种猪肠道发育模式和肠道微生物组成的差异，发现藏猪肠道相对长度、十二指肠和回肠绒毛高度显著高于大白猪和荣昌猪；藏猪粪便中螺旋体门的数量显著高于荣昌猪和大白猪；大白猪粪便中厚壁菌门显著高于藏猪和荣昌猪，而拟杆菌门显著低于藏猪和荣昌猪。并且采用无菌小鼠分别接种大白猪、荣昌猪和藏猪粪便悬液后能复制供体猪的肠道菌群组成以及主要的肠道发育特征[43]。进一步的研究发现移植藏猪粪便对葡聚糖硫酸钠（DSS）攻毒仔猪的肠道功能具有保护效应。移植藏猪粪便增加仔猪对DSS的抵抗能力，显著降低DSS诱导后第3～5 d 仔猪疾病活跃指数，显著降低DSS 对肠道上皮组织损伤程度，显著缓解DSS攻毒对空肠和回肠绒毛高度和隐窝深度及结肠GLP-2含量的影响，显著增加DSS攻毒仔猪盲肠和结肠中乳酸杆菌的数量、降低盲肠和结肠食糜大肠杆菌的数量。说明在DSS 诱导仔猪肠炎模型下移植藏猪菌群能够显著降低仔猪肠道损伤[44-45]。

粪便移植可能直接通过微生物起作用，也可能通过微生物代谢产物起作用。因此，我们进一步从微生物的代谢产物的角度做了一些探索，发现回肠末端灌注SCFAs 促进生长猪肠上皮细胞增殖，提高肠黏膜DNA 含量和蛋白浓度，改善肠道形态，维持肠道屏障[45-47]；胃内灌喂SCFAs 可增加仔猪血清和肠道食糜SCFAs含量，降低肠道食糜pH值，提高肠道黏膜总蛋白、DNA 和GLP-2 的含量，促进肠上皮细胞增殖，抑制凋亡，进而改善了肠道屏障[43]。这些工作为下一步开发高效、稳定的肠道保健产品奠定了基础，为仔猪无抗养殖提供了有力的技术支撑。

图4 液体饲喂对仔猪生长和健康的影响

4 小结

科学认识抗生素的功效与问题是创建无抗营养策略的基础。在饲料无抗条件下确保动物健康和生产水平需要参与综合措施。营养是动物健康和高效生产的物质基础，也是诸多因素中最易调控的因素。无抗营养理论的核心是动物免疫、肠道健康和致病因子的营养调控或干预理论，无抗营养技术的核心是营养结构优化平衡技术、饲料加工调制技术和饲喂技术。在无抗条件下，调控肠道微生物或直接进行菌群移植或应用微生物代谢产物有利于保障肠道健康，提高机体的抗病能力。进一步加强无抗营养基础理论研究、开发无抗饲料技术和产品，仍然是当前和禁抗后动物营养学界的重要任务。