陳繼發(fā)
(宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院,江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,宜春市功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西宜春 336000)
隨著養(yǎng)殖環(huán)境的日趨惡化,尤其是我國(guó)南部地區(qū)炎熱時(shí)節(jié)高溫、潮濕,飼料原料及配合飼料受霉菌毒素污染嚴(yán)重;重金屬等環(huán)境毒物長(zhǎng)期、潛在危害畜禽的健康和生產(chǎn)性能;同時(shí)自2020 年7 月1 日起我國(guó)全面禁止在動(dòng)物飼料中添加促生長(zhǎng)類藥物飼料添加劑(中藥類除外)。如何有效緩解或消除霉菌毒素、重金屬、有害菌及其毒素等對(duì)動(dòng)物造成的危害是飼料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。蒙脫石(Smectite,SM)是一種天然的硅鋁酸鹽黏土礦物,因其特殊的晶體結(jié)構(gòu),具有吸附霉菌毒素、重金屬、有害菌、細(xì)菌毒素和維護(hù)消化道黏膜等作用[1-4]。相關(guān)研究結(jié)果表明,SM 與益生菌、有機(jī)酸、植物精油或微量元素(化合物)等聯(lián)用能夠降低腸道有害菌數(shù)量、調(diào)節(jié)腸道菌群,改善腸道屏障功能、提升機(jī)體健康水平,提高畜禽生長(zhǎng)或生產(chǎn)性能,可起到與飼用抗生素類似的使用效果[5-8]。另外,SM 在畜禽飼糧中的適量添加是保證其應(yīng)用效果的必要前提。本文綜述了SM 的主要作用及機(jī)制、SM 與幾種添加劑聯(lián)合在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用效果以及SM應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中存在的安全性問(wèn)題,以期為SM 更好地應(yīng)用于飼料行業(yè)及其進(jìn)一步研究提供參考。
SM 為膨潤(rùn)土的主要成分,由2 個(gè)共頂聯(lián)接的硅氧四面體片夾1 個(gè)共棱聯(lián)接的鋁(鎂)氧(氫氧)八面體片組成。由于SM 獨(dú)特的空間(晶體)構(gòu)造,使其擁有陽(yáng)離子交換性、吸附性、膨脹性和穩(wěn)定性等特性[9-10]。
1.1 吸附有害菌及其毒素 大多數(shù)有害菌表面帶有負(fù)電荷[11-12],而SM 晶體層間內(nèi)含有許多金屬陽(yáng)離子,帶有正電荷,因而能通過(guò)靜電引力和分子間作用力吸附表面帶負(fù)電的有害菌,降低其生物利用率,并通過(guò)腸道蠕動(dòng)最終排出體外。研究表明,SM 對(duì)沙門(mén)氏菌、大腸桿菌等多種有害菌有吸附作用[1,13-14]。體內(nèi)試驗(yàn)表明,SM 能夠增加動(dòng)物腸道雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌數(shù)量[6,15-16]。據(jù)此推測(cè),SM 可能對(duì)有益菌的吸附作用較弱,其在腸道中“綁定”有害菌后利于有益菌的生長(zhǎng)繁殖。內(nèi)毒素(脂多糖)是一種最常見(jiàn)的細(xì)菌毒素,過(guò)量時(shí)會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生多種應(yīng)激。由于SM 晶層中有正電荷的配體,可以通過(guò)靜電引力吸附內(nèi)毒素帶負(fù)電荷的配體(磷酸鹽),因而SM 也有“捆扎”內(nèi)毒素的能力。Chen 等[2]研究表明,SM 能夠吸附蛋雞腸道內(nèi)容物中內(nèi)毒素,降低血清內(nèi)毒素含量;另外,飼糧中添加SM 能夠降低肉牛腸道內(nèi)容物、糞便和血漿中內(nèi)毒素含量[17]。
1.2 固定霉菌毒素 SM 對(duì)黃曲霉毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等多種霉菌毒素具有吸附作用,能夠減輕它們對(duì)畜禽造成的負(fù)面影響[18-20]。SM 吸附、固定霉菌毒素的主要機(jī)制:通過(guò)分子間作用力、靜電吸附和表面吸附力將霉菌毒素分子結(jié)構(gòu)中含有的極性基團(tuán)(如氨基、羥基)或可極化基團(tuán)(如苯基等)固定于SM 多孔結(jié)構(gòu)中;同時(shí)呈剛性平面分子構(gòu)造的霉菌毒素還可進(jìn)入SM 的內(nèi)表面,與其晶層內(nèi)金屬陽(yáng)離子相互作用,使已固定的霉菌毒素不容易被解吸,形成穩(wěn)定的霉菌毒素-SM 復(fù)合體,霉菌毒素的生物利用率降低,所形成的復(fù)合體可通過(guò)畜禽消化道排出體外。
1.3 吸附重金屬 SM 利用其吸附性和陽(yáng)離子交換性對(duì)飼糧重金屬有吸附作用,可有效減輕重金屬對(duì)畜禽造成的危害。Ivan 等[4]報(bào)道,膨潤(rùn)土可有效減少高銅飼糧(含棕櫚仁餅副產(chǎn)品)條件下綿羊肝臟中銅的蓄積量,降低慢性銅中毒的發(fā)病率;Yu 等[21]研究表明,SM 能夠有效緩解鉛對(duì)后備母豬生長(zhǎng)性能和激素分泌造成的不利影響。此外,SM 能夠吸附水中的重金屬,有利于防治水體重金屬污染[22],推測(cè)其在動(dòng)物胃腸道中對(duì)飲水中重金屬也有一定吸附作用,或許間接改善了畜禽飲用水品質(zhì)。
1.4 修復(fù)和保護(hù)消化道黏膜 SM 是一種天然的黏液穩(wěn)定劑,可與動(dòng)物胃腸道黏液蛋白靜電結(jié)合,增加黏膜厚度,促進(jìn)胃腸黏膜上皮細(xì)胞增殖和黏液分泌,并能改善黏液的質(zhì)量,例如增加內(nèi)聚力、柔韌性;同時(shí),由于SM 的黏塑特性,其晶體層與層之間能夠滑動(dòng)打開(kāi),在動(dòng)物消化道內(nèi)延展,可形成一層連續(xù)的保護(hù)膜[3]。研究證實(shí),SM 能在腸道內(nèi)有效吸附霉菌毒素、有害菌及其毒素等,減少有害物質(zhì)對(duì)腸上皮細(xì)胞造成的損傷,保護(hù)腸道黏膜[1,23];另外,飼糧適量添加SM 可提高動(dòng)物腸道絨毛高度,降低隱窩深度,上調(diào)小腸Claudin-1、Claudin-5 和Occludin mRNA 的表達(dá)量[2,6,24]。
利用SM 的陽(yáng)離子交換性,將二價(jià)銀離子、二價(jià)銅離子等陽(yáng)離子置換到SM 晶層間制備改性SM(如載銀SM、載銅/鋅SM),或者制備微量元素化合物與SM的復(fù)合物(如氧化鋅-SM),發(fā)現(xiàn)它們具有很強(qiáng)的抗菌作用[13-14],對(duì)霉菌毒素的吸附能力增強(qiáng)[25],能夠改善畜禽腸道健康,降低腹瀉率,提高生長(zhǎng)或生產(chǎn)性能[5,15]。李冬梅[26]以SM 為載體,利用細(xì)菌-SM 承載法制備了SM-枯草芽孢桿菌復(fù)合物,發(fā)現(xiàn)其體外抑制埃希氏大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、雞白痢沙門(mén)氏菌和防止病原菌入侵Caco-2 細(xì)胞以及保護(hù)Caco-2 細(xì)胞膜完整性的作用優(yōu)于枯草芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌與SM 混合物;類似的,Cao 等[6]制備了嗜酸乳桿菌-SM 復(fù)合物,發(fā)現(xiàn)其在抑制腸道有害菌、改善斷奶仔豬腸屏障功能和提高生長(zhǎng)性能方面優(yōu)于二者單獨(dú)使用及它們的物理混合物。綜上,推測(cè)SM 可能為益生菌“對(duì)抗”動(dòng)物消化道中惡劣環(huán)境提供物理屏障,同時(shí)在腸道中將益生菌緩慢釋放,有利于提高益生菌的功效。
Lillehoj 等[7]報(bào)道,SM、有機(jī)酸和可發(fā)酵纖維聯(lián)用能有效緩解產(chǎn)氣莢膜梭菌、艾美球蟲(chóng)對(duì)肉仔雞造成的危害,顯著提高平均日增重、降低腹瀉率,其作用效果明顯優(yōu)于單獨(dú)添加維吉尼亞霉素和SM。在斷奶仔豬上的研究發(fā)現(xiàn),SM 和酵母培養(yǎng)復(fù)合物能有效替代抗生素和氧化鋅,改善仔豬生長(zhǎng)性能,提高機(jī)體抗氧化和免疫功能[8]。本課題組研究表明,SM 和枯草芽孢桿菌對(duì)提高蛋雞生產(chǎn)性能、抗氧化能力和腸道功能具有一定協(xié)同作用[24,27];課題組最近的研究發(fā)現(xiàn),SM-植物精油復(fù)合物和SM-有機(jī)酸復(fù)合物能夠通過(guò)抑制腸道有害菌、維護(hù)腸黏膜屏障以及增強(qiáng)機(jī)體抗氧化、免疫功能來(lái)改善蛋雞的生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì)[28]。
研究證實(shí),SM 能夠減輕霉菌毒素、重金屬、有害菌等對(duì)動(dòng)物健康和生產(chǎn)造成的負(fù)面影響[1,4];同時(shí),飼糧中添加SM 可提高畜禽生長(zhǎng)或生產(chǎn)性能,改善產(chǎn)品品質(zhì),提升機(jī)體健康水平[2,27,29],但SM 在動(dòng)物飼糧中的應(yīng)用也存在安全性問(wèn)題。Zhao 等[29]報(bào)道,添加5 g/kg SM(等量替代基礎(chǔ)飼糧中麩皮)會(huì)降低生長(zhǎng)豬的平均日采食量(ADFI),顯著降低血液鋅、銅、鎂含量,肝臟出現(xiàn)損傷;當(dāng)添加量達(dá)到50 g/kg 時(shí)ADFI 顯著降低,肝臟嚴(yán)重受損。王黎文等[30]研究指出,飼糧中添加10 g/kg SM 顯著降低了奶牛的產(chǎn)奶量和乳品質(zhì);添加20 g/kg SM 有降低肉牛平均日增重和提高耗料增重比的趨勢(shì)[31]。此外,Duan 等[32]研究表明,隨著飼糧中SM 添加量(0~50 g/kg)的提高,斷奶仔豬ADFI 和跖骨微量元素含量呈線性降低,耗料增重比呈線性提高??梢?jiàn),飼糧中過(guò)量添加SM 會(huì)對(duì)動(dòng)物機(jī)體健康和生產(chǎn)性能造成負(fù)面影響,其可能原因:①SM 的物理特性。SM 有膨脹性,其接觸水后會(huì)形成面團(tuán)狀的黏稠結(jié)構(gòu)物質(zhì),體積可增加數(shù)倍,降低了食糜在胃的流通速度,可能使動(dòng)物有物理飽腹感,進(jìn)而采食量減少。②飼糧養(yǎng)分含量及利用率。SM 不能為畜禽提供額外養(yǎng)分,而添加高水平SM 后會(huì)導(dǎo)致飼糧養(yǎng)分稀釋,使動(dòng)物不能獲取足夠養(yǎng)分;同時(shí),SM 在腸道中可能會(huì)吸附部分養(yǎng)分(如礦物元素、維生素等),降低養(yǎng)分的利用率。③飼料的適口性。SM 含有氧化鈣等物質(zhì),其接觸水后產(chǎn)生放熱反應(yīng),畜禽攝食時(shí)可能會(huì)引起口腔、舌部等灼傷感,降低飼料適口性。
Xia 等[15]研究表明,添加1.5 g/kg SM 不影響肉仔雞的生長(zhǎng)性能,且能改善腸道功能。本課題組研究發(fā)現(xiàn),產(chǎn)蛋末期蛋雞飼糧中添加1.2 g/kg SM 是安全的[2]。綜上可知,不同動(dòng)物及不同生產(chǎn)階段飼糧SM 的安全添加量存在較大差異。Rychen 等[33]報(bào)道,SM 在畜禽飼糧中的推薦添加量為0.5~3.0 g/kg??偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果(未攻毒的動(dòng)物試驗(yàn)),綜合考慮添加效果和經(jīng)濟(jì)效益,作者認(rèn)為實(shí)際生產(chǎn)中家禽飼糧SM 適宜添加水平為0.5~1.2 g/kg;豬和牛飼糧中SM 適宜添加量為1.8~3.5 g/kg;成年動(dòng)物飼糧SM 的添加量可適當(dāng)高于幼齡動(dòng)物。由于SM 的純度、類型(如鈣基、鈉基)及其改性處理會(huì)影響其作用效果,養(yǎng)殖生產(chǎn)中確定SM的添加量時(shí)需要考慮以上因素;另外也需根據(jù)飼糧受霉菌毒素污染程度、養(yǎng)殖環(huán)境條件和季節(jié)等因素合理添加SM,以獲得最佳生產(chǎn)效益。
目前關(guān)于SM 的研究主要集中于探究其作為霉菌毒素吸附劑的作用效果,因SM 能夠吸附腸道有害菌,經(jīng)適當(dāng)改性后對(duì)有害菌和霉菌毒素等的吸附能力增強(qiáng);另外,從實(shí)際生產(chǎn)角度探討SM 在畜禽養(yǎng)殖中應(yīng)用效果的研究比較少,今后尚需重點(diǎn)開(kāi)展以下幾方面的研究:①探討SM 在不同動(dòng)物及不同生產(chǎn)階段飼糧中適宜的添加水平,為制定SM 在動(dòng)物飼糧中的推薦添加量積累更多資料;②優(yōu)化SM 的改性工藝,并探索新的改性方法,特別是復(fù)合改性,以增強(qiáng)SM 的抗菌和吸附性能,并通過(guò)體外、體內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證其效果;③研究不同動(dòng)物飼糧中(改性)SM 替代飼用抗生素的應(yīng)用效果和適宜添加量,并重點(diǎn)關(guān)注其調(diào)節(jié)腸道健康的作用及機(jī)制;④SM 與益生菌、有機(jī)酸或植物精油等聯(lián)合應(yīng)用,可能使它們?cè)谧饔脵C(jī)制上互補(bǔ)、強(qiáng)化并整合各自的功效,有效地控制腸道中霉菌毒素、有害菌及細(xì)菌毒素等,調(diào)節(jié)腸道菌群、改善動(dòng)物腸道健康,可進(jìn)一步探討SM 與微量元素、有機(jī)酸、益生菌或植物提取物等在動(dòng)物生產(chǎn)中的聯(lián)用效果,有針對(duì)性地制備SM 與其他添加劑的復(fù)合物,在復(fù)配時(shí)考慮抑菌、免疫調(diào)節(jié)等功效,不斷探索安全、高效的動(dòng)物腸道健康調(diào)節(jié)劑。隨著替抗和復(fù)配研究的不斷推進(jìn)、深入,SM 及其復(fù)配產(chǎn)品將在未來(lái)養(yǎng)殖業(yè)中發(fā)揮更重要的作用。