■賈 鵬 馬 濤 楊開倫 刁其玉*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所農(nóng)業(yè)部飼料生物技術重點實驗室，北京100081；2.新疆農(nóng)業(yè)大學，新疆烏魯木齊830052）

1 莫能菌素的理化性質及應用

抗生素自1929年被英國的Fleming發(fā)現(xiàn)以來，給人類的生產(chǎn)、生活帶來了巨大變化。莫能菌素（monensin）屬于畜禽專用聚醚類離子抗生素，具有五環(huán)多醚結構和酸性，又稱為瘤胃素、莫能霉素、孟寧素和肉桂霉素，于1967年被Michael.E.Haney等從肉地鏈霉菌(streptmycescinnamonensis)發(fā)酵液中分離得到。在多個國家被廣泛應用于畜禽業(yè)，可以治療畜禽球蟲?。ǜ嵫?、犢牛、雞、兔）及促進反芻動物生長，具有殘留量低、作用效果好及廣譜等特點，并且動物對其產(chǎn)生耐藥性的速度較慢。

1.1 莫能菌素的理化性質

純品莫能菌素顏色為白色或者接近白色，形態(tài)為結晶粉末，氣味為輕微特殊臭味，幾乎不溶于水，但易溶于有機溶劑（氯仿、甲醇、乙醇等），熔點為103～105℃。莫能菌素鈉為其制劑，物理形態(tài)呈現(xiàn)微白褐色至微橙黃色粉末，略有特殊臭味。不溶于水但易溶于苯、氯仿、丙酮、低級醇、低級脂等有機溶劑，在飼料中的穩(wěn)定性好，通常用作飼料添加劑。瘤胃微生物對莫能菌素鈉無適應性，因而具有長時間的作用。

1.2 莫能菌素藥理作用及機理

1967年發(fā)現(xiàn)莫能菌素能夠抗球蟲，對各種艾美耳球蟲均有很強的抑殺作用，并且球蟲對其不易產(chǎn)生抗藥性。莫能菌素通過影響蟲體離子平衡，使蟲體破裂死亡。因此，莫能菌素成為一種高效低毒的20世紀后期主導的獸用抗蟲藥。反芻動物服用莫能菌素后，可以顯著降低瘤胃中原蟲數(shù)量，在動物體內(nèi)無殘留，最終以原藥的方式排出體外。

微生物與球蟲細胞較動物體細胞對莫能菌素更加敏感，莫能菌素在較低濃度時只作用于微生物與球蟲細胞，而高濃度時便會造成動物中毒。高濃度的莫能菌素產(chǎn)生的毒性，首先是因為它能使細胞內(nèi)Na+的聚集增加，Na+濃度的升高又繼發(fā)導致了胞漿中Ca2+的增加，這可能由于Na+-Ca2+泵的交換引起了Ca從內(nèi)質網(wǎng)和線粒體外流的增加以及向細胞外外流的減少；而中毒水平的Ca能夠激活蛋白水解酶與磷脂酶，最終導致了心肌細胞與骨骼肌的損害甚至壞死，肌紅蛋白便進入血液，導致了肌紅蛋白尿，嚴重者能夠堵塞腎小管從而引起急性腎功能衰竭或者死亡。另外，莫能菌素還可通過提高糖酵解使肌肉中產(chǎn)生大量的乳酸，最終使動物患有不同程度的酸中毒血癥。

1.3 莫能菌素作為飼料添加劑使用的歷程

1967年莫能菌素被發(fā)現(xiàn)具有抗球蟲的作用，1970年美國將其批準為抗球蟲劑。1971年美國禮來公司將其商品化，是第一個被商品化的聚醚類離子載體抗生素。1975年美國批準莫能菌素為肉牛飼料添加劑，1977年日本將其批準為肉牛飼料添加劑，1985年我國批準其用于生產(chǎn)。2004年加拿大批準莫能菌素在牛日糧中添加。莫能菌素在奶牛上的應用較晚，美國于2004年才批準了莫能菌素可用于泌乳牛與干奶牛，歐盟也在最近批準了將莫能菌素飼喂奶牛以防止酮病的發(fā)生。

2 莫能菌素的生物學作用機理

2.1 莫能菌素對瘤胃微生物區(qū)系的作用

莫能菌素能夠減少瘤胃中原蟲數(shù)量，究其原因，目前普遍觀點認為：作為離子載體，具有攜帶陽離子透過生物膜的能力，最終使生物膜兩側的離子濃度發(fā)生變化以及改變細胞的生理功能。在正常情況下，細胞內(nèi)液中的Na+水平低于K+，細胞外液中的Na+水平高于K+；Ca2+水平雖然在細胞內(nèi)、外液中相近，但也存在略微差異，細胞內(nèi)液中Ca2+水平低于細胞外液4個數(shù)量級。莫能菌素能夠導致細胞內(nèi)液中K+水平降低，Na+水平升高，并能通過“Na+-Ca2+交換”機制使細胞內(nèi)液中游離Ca2+濃度急劇上升，進而產(chǎn)生一系列的細胞毒性效應。這包括：細胞內(nèi)液中多余的Na，球蟲必須動用能量通過外泵排出，最終使細胞的能量耗盡；由于細胞內(nèi)的離子增多，大量的水滲入細胞，使細胞膨脹進而變形，最后導致細胞破裂、崩解，最終使球蟲死亡或者使其生長受到抑制。

莫能菌素可以與某些陽離子結合，并且具有攜帶所結合的離子穿過細胞膜的能力，改變細胞膜的離子轉運，最終使細胞膜內(nèi)外的離子平衡發(fā)生改變。由于莫能菌素在細菌細胞壁內(nèi)結構的差別，革蘭氏陽性菌對莫能菌素的敏感性相對于革蘭氏陰性菌較強，因此莫能菌素對革蘭氏陽性菌具有選擇性的抑制，對革蘭氏陰性菌沒有抑制作用。

2.2 莫能菌素對瘤胃碳水化合物代謝的作用

碳水化合物進入瘤胃后，被瘤胃微生物分解為揮發(fā)性脂肪酸和甲烷等物質。揮發(fā)性脂肪酸能夠為反芻動物生命活動提供重要的能量來源，其中丙酸占動物體內(nèi)葡萄糖來源的一半，對動物的生產(chǎn)性能有很重要的作用。當其單糖被降解成丙酸時，可為動物提供更多的有效能，而被降解成乙酸時，將生成甲烷并通過噯氣排出動物體外，其中的能量不能被動物利用，從而使飼料利用率降低。適宜劑量范圍內(nèi)的莫能菌素，可以使瘤胃內(nèi)的乙酸含量降低，丙酸含量升高，乙酸與丙酸比值下降，原因主要是瘤胃中瘤胃球菌屬和真細菌屬等產(chǎn)乙酸菌都屬于革蘭氏陽性菌，而反芻獸新月單胞菌和埃氏巨球型菌等產(chǎn)丙酸菌都屬于革蘭氏陰性菌，而莫能菌素可以抑制革蘭氏陽性菌的生長，同時增加在瘤胃中革蘭氏陰性菌的數(shù)量。反芻動物排放的甲烷是飼料能量損失的重要途徑，大部分的甲烷源于瘤胃發(fā)酵，但是瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷不可能被完全消除，因此，只能通過營養(yǎng)調控技術降低動物產(chǎn)生甲烷的數(shù)量，改善飼料利用率，降低生產(chǎn)成本，抑制甲烷破壞大氣層。莫能菌素能夠減少反芻動物甲烷排放量，其通過使甲酸脫氫酶活性受到抑制，讓生產(chǎn)甲烷所需的氫源減少，最終降低甲烷的產(chǎn)量。莫能菌素也能夠通過抑制甲烷菌活性降低甲烷的產(chǎn)量，但莫能菌素的長期使用會使部分甲烷菌對其適應性逐漸增強，導致其降低甲烷產(chǎn)量的效果減弱。韓金濤等研究表明，莫能菌素在短期內(nèi)可使山羊瘤胃內(nèi)原蟲數(shù)量減少，降低乙酸與丙酸比值、甲烷產(chǎn)量；但莫能菌素在長期內(nèi)減少甲烷產(chǎn)量的效果并不顯著。除作用于產(chǎn)甲烷菌外，莫能菌素還能通過消耗G+膜上的離子，有利于能夠形成琥珀酸鹽的擬桿菌和反芻獸新月單胞菌的生長，其中反芻獸新月單胞菌可使琥珀酸脫羧基形成丙酸，屬于丙酸生成菌，能夠促進瘤胃從乙酸發(fā)酵型轉為丙酸發(fā)酵型，降低乙酸濃度以及氫氣的產(chǎn)生量，從而減少甲烷排放量。

2.3 莫能菌素對瘤胃粗蛋白代謝的作用

莫能菌素飼喂動物后，能夠降低飼料蛋白質的浪費：可以直接或者間接降低瘤胃中蛋白質的降解和脫氨酶的活性讓瘤胃中的日糧蛋白減少降解，過瘤胃蛋白的數(shù)量隨之增加，瘤胃中游離氨基酸的降解減慢，使瘤胃內(nèi)氨態(tài)氮的濃度降低和氨基酸的濃度升高，減少瘤胃中氨的產(chǎn)量。莫能菌素也可以改變瘤胃的發(fā)酵類型，增加丙酸產(chǎn)量，隨著丙酸含量的升高，可以有效地禁止氨基酸通過生物轉化生成揮發(fā)性脂肪酸、二氧化碳和氨氣；丙酸參與生糖反應，間接減少了與生糖相關的氨基酸在動物肝臟中的降解量，節(jié)約了蛋白質。莫能菌素還能降低瘤胃中高效產(chǎn)氨菌群的數(shù)量，而高效產(chǎn)氨菌群參與了蛋白質代謝，瘤胃中氨的產(chǎn)生量隨之減少，從而提高瘤胃內(nèi)肽氮和氨基酸氮的含量，降低蛋白質的浪費。

3 莫能菌素在反芻動物營養(yǎng)和飼料中的應用

莫能菌素主要作為飼料添加劑直接飼喂動物，根據(jù)近年學者研究報道，對反芻動物作用效果如下：抑制瘤胃內(nèi)革蘭氏陽性菌生長，提高瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的丙酸比例，抑制甲烷的產(chǎn)生，提高飼料能量的利用率，減少機體對蛋白質的浪費，從而促進動物生長，改善飼料轉化率。莫能菌素還能抑制乳酸產(chǎn)生菌的活性，減少乳酸的數(shù)量，預防動物乳酸中毒。

3.1 莫能菌素在牛日糧中的應用

對于牛用莫能菌素主要存在兩種應用方式：①作為飼料添加劑直接添加到精料中，在每千克精料中的添加量為10～30 mg；②制成瘤胃控釋膠囊植入牛的瘤胃，膠囊中含有32 g莫能菌素，莫能菌素能被均勻持續(xù)地釋放，藥效期可持續(xù)100 d，使用效果優(yōu)于在飼料中直接添加。

3.1.1 莫能菌素在奶牛日糧中的應用

充足的蛋白質來源是奶牛產(chǎn)奶的基本保障，王志博等研究表明，莫能菌素能顯著提高奶牛瘤胃中棲瘤胃普雷沃氏菌數(shù)量，降低溶纖維丁酸弧菌、高效產(chǎn)氨菌數(shù)量；增加瘤胃肽氮和氨基酸氮濃度，降低氨態(tài)氮濃度和脫氨酶活力；顯著降低瘤胃液乙酸含量、乙酸/丙酸值，將丙酸含量提高了15.79%；莫能菌素組的表觀氮消化率比對照組提高了7.05%。陳園等研究表明，泌乳期荷斯坦奶牛飼糧中添加莫能菌素可提高瘤胃液pH值，顯著降低瘤胃液微生物蛋白、揮發(fā)性脂肪酸、乙酸含量及乙酸/丙酸值，增加丙酸含量和粗蛋白表觀消化率，提高了產(chǎn)奶量。以上研究表明，莫能菌素能夠通過提高丙酸含量、降低高效產(chǎn)氨菌數(shù)量提高奶牛飼料蛋白質的利用率，有利于奶牛產(chǎn)奶。此外，楊書慧等研究表明，炎熱的夏季，莫能菌素使泌乳后期中國荷斯坦奶牛產(chǎn)奶量比對照組提高15.91%；高騰云等研究表明，莫能菌素使熱應激條件下的荷斯坦奶牛日平均產(chǎn)奶量提升了8.32%，并有增加奶牛血清催乳激素和甲狀腺素水平的趨勢。因此，莫能菌素有助于奶牛抗熱應激。

3.1.2 莫能菌素在肉牛日糧中的應用

香艷等研究表明，飼糧中添加莫能菌素能極顯著增加草原紅牛瘤胃液中丙酸比例，增重1 kg的甲烷排放量降低了31.89%。白元生等研究表明，莫能菌素顯著提高12月齡西門塔爾牛粗蛋白消化率和采食氮，顯著降低甲烷能、糞氮、尿氮，顯著提高可消化氮和沉積氮。師周戈等研究表明，飼喂12月齡左右的西門塔爾牛莫能菌素，顯著提高玉米秸稈和總干物質采食量、平均日增重，顯著降低飼料轉化率數(shù)值，顯著提高血清血糖、白蛋白、總蛋白、尿素氮、谷草轉氨酶濃度。李俐等、喬棟等研究表明，莫能菌素顯著提高西門塔爾牛平均日增重，顯著降低飼料轉化率數(shù)值。莫能菌素可能通過提高粗蛋白消化率、減少甲烷排放，從而提高牛日增重，改善飼料轉化率。

3.2 莫能菌素在羊日糧中的應用

莫能菌素作為飼料添加劑在羊上的應用較晚，我國最早對莫能菌素的研究在1987年，孫善發(fā)等研究表明，在放牧山羊飼糧中添加15 mg/(只·d)的莫能菌素，對20 kg以前的羯羊的日增重沒有顯著影響，但對25 kg以后的羯羊的日增重有顯著影響，提高了34.98%。Mirzaei等研究表明，用莫能菌素飼喂羔羊，能夠使瘤胃液乙酸比例降低，丙酸比例升高，對干物質采食量沒有顯著影響，但對飼料轉化率有改善作用。Araujo等表明，莫能菌素不改變羊只的營養(yǎng)物質消化率，但顯著改善飼料轉化率，使瘤胃pH值升高，為瘤胃微生物提供有利生長條件。韓金濤等研究表明，莫能菌素能夠使山羊瘤胃中揮發(fā)性脂肪酸濃度、丁酸比例、乙酸與丙酸比值顯著降低，丙酸濃度升高；莫能菌素在短期內(nèi)可顯著降低甲烷產(chǎn)量、甲烷與二氧化碳比值，長期添加均無影響，添加莫能菌素對山羊甲烷產(chǎn)量的影響具有時效性。楊洋等研究表明，用莫能菌素飼喂慢性酸中毒的泌乳期奶山羊，瘤胃中揮發(fā)性脂肪酸濃度顯著提高，使高精料條件下瘤胃的pH值維持穩(wěn)定，乳酸桿菌、牛鏈球菌的數(shù)量顯著減少，而顯著增加反芻獸新月單胞菌、埃氏巨型球菌和產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌的數(shù)量。楊華明等研究表明，莫能菌素顯著提高了雜交肉羊日增重，顯著降低了甲烷產(chǎn)量。林嘉等研究結果表明，飼喂波爾山羊莫能菌素，顯著提高日增重，改善飼料轉化率。

以上可以看出，莫能菌素對羊只干物質采食量沒有影響，但可通過改善瘤胃發(fā)酵和降低甲烷產(chǎn)量，提高羊只日增重和改善飼料轉化率。

4 結語

莫能菌素作為反芻動物飼料添加劑，能夠改善動物瘤胃發(fā)酵，減少甲烷排放，對生長有促進作用，在動物體內(nèi)殘留量低，大部分以原藥形式通過糞便排出體外，不影響動物肉品質的安全。但是排出體外的莫能菌素將會進入水體和生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物，并且從蔬菜分離得到來自于動物糞便的耐藥病原菌及抗性基因。有研究表明，人類腸道四環(huán)素抗性基因豐度最高，極有可能來自于獸用抗生素的使用以及抗性基因沿食物鏈的傳播。畜禽養(yǎng)殖中莫能菌素的使用，有可能會影響人類的健康。因此，雖然莫能菌素能夠促進動物生長，在動物體內(nèi)基本無殘留，但需對動物糞便集中進行發(fā)酵等無害處理，避免糞便中莫能菌素進入生態(tài)系統(tǒng)間接影響人類健康。

（參考文獻刊略，需者可函索jiazhenpeng123123@163.com）