抗生素凭借其对生长性能的促进作用，对疾病较好的控制和治疗效果，在畜禽生产中得到了广泛的应用。但抗生素的过量使用不仅对畜禽自身健康和畜产品生产有长期的负面影响，而且对人与自然的可持续发展造成了严重的威胁，已然成为食品安全和绿色可循环畜牧业发展最突出和最严峻的问题。因此，积极研究绿色、安全的饲料添加剂便成为替代抗生素的有效途径之一。益生菌作为一种活性微生物，随食物进入消化道后，通过调节宿主胃肠道内菌群的微生态平衡，影响动物的营养物质消化率、生长性能、血液生化指标及免疫应答等，进而提高动物的健康水平和畜产品质量^[1-2]，成为饲料工业的重点研究对象。联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)将益生菌定义为“活性微生物，当其数量足够时，将会有益于宿主健康”。畜禽饲粮中除了添加1种或多种适宜剂量的益生菌之外，还可与酶制剂、酸化剂等协同使用，有利于动物营养中绿色添加剂的开发和应用。

1 益生菌的作用机理和种类

肠道健康是一个动态和相对的概念，目前并无精确的定义，但可以以肠道消化吸收良好，肠道物理屏障、生物屏障、化学屏障和黏膜免疫屏障皆处于平衡状态为判定指标。肠道微生物是肠道屏障的重要组成部分，主要承担着物质代谢作用，其以降解和发酵小肠未能消化的食物残渣为能源维持自身的生长繁殖^[3]，所形成的氨基酸、活性抗菌小肽、有机酸等营养分子则通过上皮黏膜的吸收正反馈于动物体^[4]。正常情况下，益生菌是肠道微生物的优势菌群，其黏附在肠道上皮细胞表面或黏液层^[5]，通过产生抗菌物质，与病原体竞争黏附位点和营养物质，增强黏膜屏障的完整性和免疫调节来发挥作用^[6-7]，并通过这些作用机制，保障宿主肠道微生物群、肠道和免疫系统的健康稳定^[8]，从而提高动物对饲粮的营养利用率和生长性能，达到生产需求^[9-10]。我国《饲料添加剂目录(2013)》(中华人民共和国农业部公告第2045号)^[11]规定，可用于动物生产的益生菌有34类，但基于对规模化生产中菌株的生产力和在储存及饲料制备过程中的生存力和稳定性的考量^[12]，在猪生产中使用的益生菌菌株大多属于芽孢杆菌类(枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌)、肠球菌(粪肠球菌、屎肠球菌、乳酸肠球菌)和酵母菌属(产朊假丝酵母、酿酒酵母、啤酒酵母)等^{[11, 13]}。

2 益生菌对猪肠道屏障功能的调节

益生菌对肠道屏障功能的作用机制可归纳为以下3个方面：1)可增加肠道中有益微生物的数量；2)可降低胃肠道中的pH；3)产生乳酸、短链脂肪酸和某些促生长因子等多种生物活性物质，促进消化酶的产生，参与动物机体的新陈代谢。

2.1 增加肠道内特定微生物菌群的数量

肠上皮细胞被肠病原性大肠杆菌感染是一个复杂的过程，最初肠病原性大肠杆菌松散的黏附在上皮细胞膜上，并将效应分子转移到宿主细胞中。随后细菌开始与上皮细胞紧密黏附形成菌落，改变宿主细胞表面的组织学形态，最终破坏肠绒毛和屏障功能^[14]，肠道屏障受损时可造成细菌移位引发全身炎性反应，导致断奶仔猪严重性腹泻，死亡率高^[15]。Bednorz等^[16]研究表明，益生菌可降低大肠杆菌毒力因子的丰度，并减少黏附在肠黏膜上的致病性大肠杆菌的数量。Lee等^[17]研究表明，枯草芽孢杆菌能降低仔猪盲肠内梭菌和大肠杆菌的数量。姜军坡等^[18]在育肥猪的试验中也得到了相同的结论。周志扬等^[19]研究发现，在生长育肥猪饲粮中添加乳酸杆菌和枯草芽孢杆菌复合物能够提高饲粮营养物质表观消化率，降低直肠粪便中的大肠杆菌数量。Jadamus等^[20]报道，母猪采食添加芽孢杆菌的饲粮可降低哺乳仔猪消化道各部位及断奶仔猪胃和十二指肠中大肠杆菌的数量。刘辉等^[21]研究了益生菌(短乳杆菌、酵母及其复合菌)对生长猪粪便微生物数量的影响，发现随着添加时间的增加，各益生菌组粪便中乳酸菌和酵母菌的数量皆较对照组显著升高，大肠杆菌数量显著下降。而分析益生菌抑制病原性细菌(尤其是大肠杆菌)生长的具体机制包括：1)益生菌细胞壁上的表面大分子可根据占位原理竞争性与肠道含糖上皮细胞中的受体结合，抑制或阻断致病菌的吸附和繁殖^[22]；2)益生菌的添加可通过影响胃肠道特定微生物菌群的数量来保持胃肠道内环境的稳态^[23]；3)许多乳酸菌能够产生一种肽基分子——细菌素，可抑制致病菌或与其密切相关细菌的生长^[11]；4)益生菌(如乳酸菌)可竞争性地与致病菌争夺有限的微生物营养素，从而有效抑制后者在肠道中的生长和繁殖^[13]。

综上所述，益生菌的添加可改变断奶仔猪、生长育肥猪和母猪胃肠道中特定微生物的数量，进而影响动物的生长性能。但因试验设计、初始微生物定植、同一菌种菌株的差异及取样分析等因素的影响，也出现了不同的试验结果，如柴建民等^[24]研究了饲粮中添加植物乳杆菌和非淀粉多糖复合酶对断奶仔猪粪便微生物的影响，发现粪便中乳酸菌数量、大肠杆菌数量及乳酸菌/大肠杆菌均无显著变化。

2.2 降低肠道酸度，提供适宜内环境

胃肠道酸度是判断动物胃肠道消化环境的重要指标之一，也是保障胃肠道微生物正常生理功能的重要因素。乳酸杆菌等有益菌适宜在偏酸性环境下生长，而大肠杆菌、沙门氏菌等病原微生物则易在中性偏碱性(pH为6.0~8.0)环境下生存。仔猪早期断奶后，由于消化道内产乳酸菌浓度的降低^[25]，胃肠道pH会较断奶前升高，易造成肠道酸度和小肠消化酶活性的下降，加之饲粮和环境等改变造成的应激，这便有利于病原菌(如大肠杆菌、沙门氏菌等)的增殖，导致仔猪出现营养性或病原性腹泻^[26]。

而益生菌分泌的乳酸和短链脂肪酸(如乙酸、丙酸和丁酸等)可通过降低胃肠道酸度和氧化还原电势，调节动物胃肠道内环境酸碱平衡和电解质平衡，并促进有益菌的生长，抑制或杀灭致病菌^[27]，从而维持消化系统正常的生理功能。陈振等^[28]研究表明，与对照组和抗生素组相比，断奶仔猪饲粮中添加1.0‰复合益生菌可使胃和十二指肠内容物pH降低22.32%和20.94%；辛娜等^[29]在断奶仔猪饲粮中添加了含有活菌数0.66×10¹⁰和1.32×10¹⁰ CFU/kg芽孢杆菌制剂，可显著降低空肠和盲肠的pH；黄俊文等^[30]和崔艳红等^[31]试验均得到了相同的结果。刘虎传等^[32]的研究表明，益生菌制剂可显著降低早期断奶仔猪回肠pH，但对后期肠道pH无显著性影响；周盟^[33]报道，试验初期，复合菌制剂显著降低了断奶仔猪胃和十二指肠的pH，单菌则无显著性影响，而试验后期，单菌和复合菌皆对胃肠道各部位器官无显著性影响；刘金阳等^[34]则发现益生菌与饲粮组合效应对生长育肥期苏淮猪胃肠道pH无显著影响。分析了相关试验后可知，以上试验结果的不同可能与试验对象的生理阶段及益生菌的使用剂量、添加方式及饲粮类型等有关。目前，关于益生菌对不同生理阶段猪肠道pH的动态影响，暂无太多文献报道。

2.3 益生菌与生物活性物质 2.3.1 益生菌刺激机体产生消化酶

益生菌可刺激宿主消化道淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等多种消化酶的产生并提高其活性，有利于植物性碳水化合物和饲料中复杂物质的降解，进而促进营养物质的消化吸收，提高饲料的转化效率^[35]。王志祥等^[36]的研究结果表明，饲粮中添加乳酸杆菌能极显著提高胰脏和十二指肠食糜中脂肪酶和淀粉酶的活性；王国强等^[37]定期给乳仔猪口服益生菌显著提高了仔猪胃肠道中的蛋白酶和淀粉酶活性及乳酸菌数量；朱群^[38]研究了益生菌对仔猪消化道酶活的影响，发现灌服复合益生菌可提高仔猪胃、十二指肠和结肠中蛋白酶的活性及十二指肠和盲肠中淀粉酶的活性，且提高了仔猪粪便中蛋白酶的活性；岳晓敬等^[39]报道，饲喂含12%复合益生菌的发酵饲粮可提高断奶仔猪胰脏和十二指肠内容物脂肪酶和胰蛋白酶的活性、十二指肠内容物淀粉酶的活性及空肠和回肠黏膜乳糖酶和麦芽糖酶的活性；杨海霞^[40]采用放免法测定益生菌发酵豆粕对断奶仔猪小肠各段消化酶活性的影响，发现益生菌发酵豆粕提高了空肠和回肠内的淀粉酶活性及空肠内麦芽糖酶、乳糖酶和蔗糖酶的活性；黄其永^[41]研究发现，德氏乳杆菌可提高仔猪胰蛋白酶和胰脂肪酶活性，并能通过转录水平调节胰腺消化酶基因的表达。肠道消化酶活性的提高，可促进肠上皮对单糖和小肽的吸收，并可通过提高转运载体的表达促进营养物质的转运，进而提升营养物质的消化水平^[42]。

2.3.2 益生菌产生免疫调节物

益生菌的细胞壁含有的免疫多糖类物质，可促进机体的免疫应答，增强巨噬细胞、B淋巴细胞等的活性，从而改善机体的免疫水平^[43-44]。李兆洁^[45]研究发现，在早期断奶仔猪饲料中添加益生菌制剂，可提高仔猪血清免疫球蛋白G(IgG)及回肠和空肠黏膜分泌型免疫球蛋白A(sIgA)水平，增强仔猪机体免疫力；段明房等^[46]发现，益生菌与中草药可协同提高生长猪血清丙氨酸氨基转移酶、白蛋白、免疫球蛋白M(IgM)、白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-6(IL-6)和β-干扰素含量及白球比；金顺义等^[47]发现，在基础饲粮中添加1%复合益生菌发酵中草药，可使母猪血清IgG含量、超氧化物歧化酶活性和雌二醇含量提高27.91%，20.87%和21.20%；饲喂活酵母和细磨活酵母也可增加早期断奶仔猪血清中IgA、白细胞介素-2(IL-2)和IL-6的含量^[48]。Kogan等^[49]推测酵母中的α-D-甘露寡糖可与甘露糖特异性受体结合，防止大肠杆菌和沙门氏菌等病原体与肠腔内富含甘露糖蛋白黏附，从而达到抗菌效果。除此之外，益生菌也可改变细菌和宿主的基因表达，影响致病菌及其致病性^[50]。

2.3.3 益生菌有助于游离脂肪酸(VFA)的产生

毛倩^[51]研究得出，在生长育肥猪的饲粮中添加0.1%的复合益生菌可使盲肠内容物中乙酸和丁酸含量分别提高2.35倍和58.87%，而当剂量增加1倍时，相应的数值则提高至2.99倍和62.10%，说明复合益生菌对生长育肥猪肠道中的VFA含量有显著影响；辛娜等^[29]研究发现，在断奶仔猪基础饲粮中添加0.75%和1.50%的芽孢杆菌可显著增加盲肠部分中的丙酸含量，另外，0.75%添加组的总VFA含量也得到了显著的升高。益生菌产生的乳酸可降低胃肠道酸度，抑制沙门氏菌、大肠杆菌等潜在病原体的生长速度^[13]，有利于肠道内有益菌的繁殖和代谢，从而提高微生物发酵碳水化合物的速率，其产生的代谢产物(如VFA)则能促进盲肠、结肠黏膜细胞的增殖，进而提高饲粮能量的利用效率^[52]。

3 小结与展望

近年来，益生菌制剂在猪养殖生产中得到了广泛的重视。但是，益生菌的单一形态、复合形态及菌酶协同形态与肠道微生物的互作机制尚待继续研究。长期性添加益生菌添加剂对动物全生命周期的生长发育和肠道菌群变化的研究还不明确。筛选和研究针对性强、功能持久的新型益生菌，以期保障饲料安全和拓宽饲料资源的开发利用，并借此来调控动物肠道菌群结构及肠道健康，进而提高动物的生产性能，是广大畜牧工作者长期的研究目标。因此，借助包括宏基因组学、代谢组学等多组学探明外源性益生菌调控猪肠道菌群结构和多样性的代谢通路和基因靶点；针对性挖掘、鉴定与动物生产性能密切相关的肠道菌和代谢物；通过不同益生菌制剂在特定生理阶段针对性控制或者改变肠道菌群，干预动物生产特性；研究猪共生基因组中基因组与益生菌和肠道菌群的互作作用以提高畜禽生产性能将是未来研究的重点。