益生菌是能够通过改善肠道菌群平衡而对宿主动物起到有益作用的活菌制剂。近些年，饲料业使用的抗生素和其他生长促进剂引起了人们的普遍关注。疾病预防作为降低抗生素使用、减少肉及肉制品中的病原菌的手段越来越受到人们的重视。其中，直接饲喂微生物因其对动物健康及生产性能的有益作用而受到青睐。对于反刍动物，菌体培养物被用作减少或者替代初生犊牛和应激犊牛所使用的抗生素、提高泌乳奶牛的产奶量、提高饲料效率和肉牛的日增重。

1 反刍动物直接饲喂微生物的种类

直接饲喂微生物，即传统上所说的益生菌，它是指给动物添加的天然存在的活的微生物。直接饲喂微生物通常可在应激或采食量低时饲喂给动物，目的是提高生产性能、改变瘤胃发酵和提高营养物质的利用率。直接饲喂微生物中最常见的是真菌培养物和乳酸菌，其中真菌培养物包括米曲霉和啤酒酵母，而乳酸菌包括乳杆菌和链球菌。

其他菌类还有双歧杆菌属、芽孢杆菌属和丙酸杆菌属等。根据饲用微生物添加剂菌株组成划分为单一菌属饲用微生物添加剂和不同作用的菌株通过不同比例而组合的芽孢杆菌类微生物生长促进剂以及类似组合的乳酸杆菌类益生素。在实际生产应用中，真正单一菌株作为添加剂者是较少的。通常应用的是复合菌属饲用微生物添加剂，如由芽孢杆菌属与乳酸杆菌联合组成或由乳酸杆菌属与酵母联合组成的复合微生物添加剂。

2 直接饲喂微生物和宿主胃肠道的关系

2.1 直接饲喂微生和宿主肠道的关系

2.1.1 竞争性的黏附。直接饲喂微生物能够和病原体竞争黏附位点是符合逻辑的。黏附是提供给菌体增殖和减少因蠕动而丢失的条件。黏附被认为既是物理化学因素所引起的非特异性的媒介，又是黏附菌表面分子和上皮受体分子所引起的特异性的媒介。菌黏附于上皮细胞的能力依赖于菌的酸性黏多糖构成的细胞壁的外层和肠道细胞黏多糖外层的相互关系。黏附菌带有小的纤毛可能加强黏附作用。

2.1.2 抗菌作用。乳酸菌的很多菌种对病原体都有抵制活性。嗜酸乳杆菌对致肠病的大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌、梭菌都有抑制作用。受到大肠杆菌侵袭并患病的羊接受一定剂量的乳酸菌能够引起对大肠杆菌的耐受性。乳酸能够降低大肠杆菌的数量。这可能是由于pH值下降阻止病原菌的生长所引起的。乳酸菌产生的过氧化氢对其抗菌活性起到部分作用。

2.1.3 免疫应答。直接饲喂微生物通过对宿主的免疫调节来提高肠道健康和整体健康状况。当宿主动物受到病原体的攻击时会启动非特异性和特异性免疫系统。另外，在营养物质的消化和吸收过程中，肠道组织在肠道内腔中提供给宿主抵抗来源于食物和微生物抗原的保护性防御。肠道组织的免疫细胞包括巨噬细胞、嗜中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、杯状细胞、T细胞和B细胞。当由口摄入抗原时，免疫细胞迅速被激活来加强嗜菌作用。肿瘤坏死因子-α、干扰素和抗菌肽被释放以抵抗抗原菌，它们联合起来为宿主提供直接的保护或者帮助引起特异性的免疫应答。

直接饲喂微生物影响先天的体液和细胞免疫系统。经口服乳酸菌通常可以增强噬菌作用和增加免疫球蛋白的产量，从而提高免疫反应。然而，直接饲喂微生物对细胞分裂素的数量及T细胞、细胞反应的影响依赖于菌种、剂量和饲喂时间的长短。

2.2 直接饲喂微生物和瘤胃发酵之间的关系 一些研究表明，直接饲喂微生物对瘤胃微生物有有益作用，尤其表现在阻止瘤胃酸中毒。瘤胃酸中毒以瘤胃pH值低于5.6、总挥发挥性脂肪酸浓度和乳酸浓度的骤然上升为特征。产乳酸菌（乳酸菌、肠球菌）可以抑制瘤胃酸中毒，这可能是由于这些菌的存在引了瘤胃微生物对乳酸的适应性。

2.2.1 埃氏巨球形菌。在体内和体外试验中，埃氏巨球形菌改变了瘤胃发酵，在有低精料日粮向高精料日粮转变中抑制了乳酸的积累。饲喂埃氏巨球形菌培养液组在4h后pH值降低至5.5，并在24h后基本保持此水平，然而对照组却降至4.8。对照组乳酸浓度在8h后达到了峰值40mol，但埃氏巨球形菌组低于5mol。埃氏巨球形菌组总挥发性脂肪酸浓度是对照组的两倍多（131.4mol和63.3mol）。2h后的乙酸浓度差异不显著。对照组丙酸、戊酸、丁酸、异丁酸和异戊酸和埃氏巨球形菌组在6h的比例分别为38：47、2：35、1：15、1：11、1：2。因此，挥发性脂肪酸的差异大部分来源于丁酸、戊酸和支链脂肪酸的差异。

2.2.2 产丙酸菌。埃氏巨球形菌并不能够适应容易发酵的碳水化合物。在饲喂易降解碳和可溶性碳水化合物期间埃氏巨球形菌成为了主要的乳酸利用菌。因为反刍兽新月形单胞菌受到了新陈代谢产物的抑制。并且埃氏巨球形菌同时利用乳酸、葡萄糖、麦芽糖与乳酸生成菌竞争底物。尽管丙酸生成菌是乳酸利用菌，但直接饲喂微生物的使用应该着眼于丙酸的产量上。挥发性脂肪酸中丙酸是合成葡萄糖的唯一前体物，因此对荷尔蒙和组织养分的供给有很大的影响。对生长牛和乳牛而言，丙酸占葡萄糖释放量的61％～67％。

挥发性脂肪酸中丙酸的比例依赖于微生物的菌种和培养条件。由于瘤胃氢转移和氧化还原，丙酸菌产生丙酸的过程伴随着乙酸和二氧化碳的生成。同时产物的比例受到热动力学因的控制，如ATP和熵值。然而，丙酸菌产生丙酸的效率比埃氏巨球形菌高。尽管培养条件不同，谢氏丙酸杆菌发酵1.3mol的葡萄糖最终乙酸为0.8mol，丙酸为2.3mol，然而培养于6mol乳酸最终乙酸为1.72mol，丙酸为3.38mol。琥珀酸大量去羧基作用发生在pH为5时。埃氏巨球形菌发酵8mol葡萄糖产生6.8mol乙酸和4.3mol丁酸，发酵40mol乳酸产生13.5mol乙酸，8.4mol丙酸，8.5mol丁酸。在精料日粮的绵羊瘤胃中丙酸菌占乳酸利用菌总数的40％～50％。

2.2.3 瘤胃种间氢转移。瘤胃发酵的初级发酵菌中的产氢菌产生氢气被次级发酵菌中的用氢菌利用产生甲烷，这个过程称为瘤胃种间氢转移。乔国华和单安山报道，添加直接饲喂微生物培养物——地衣芽孢杆菌组和热带假丝酵母，可以显著降低瘤胃发酵甲烷的产生量，其原因可能是添加培养物后减少了产甲烷菌等用以产生甲烷的氢气的产生量。

3 关于直接饲喂微生物作用模式的假说

直接饲喂微生物对反刍动物生产影响的重点在于对机理的解释。确定直接饲喂微生物潜在作用模式的研究多集中在人类。直接饲喂微生物能够起作用包括：它们是非病原体、在肠道中（唾液，胃液，胆汗）能够生存、对宿主的特异性、遗传的稳定性。很多动物研究表明，非宿主特异性的菌种并不能在宿主体内存活，这很有可能是它们不能起作用的原因。直接饲喂微生物可以调整肠道微生物的平衡，阻止病原体的黏附和激活，影响肠道渗透性，调整免疫功能。

3.1 营养理论 酵母培养物含有氨基酸、葡萄糖、B族维生素、有机酸（乳酸、甲酸、苹果酸、琥珀酸）等，而瘤胃中的乳酸利用菌的生长、代谢也需要这些物质。Callaway和Martin（1997）报道，向含5g—LDL-乳酸的培养基中分别加入1％、5％SC滤液，能刺激反刍兽新月形单胞菌S.ruminatiumHD4、H18的生长，酵母滤液增加反刍兽新月形单胞菌S.ruminatiumHD4的乙酸及VFA产量，增加S.ruminatiumH18的丙酸及总VFA产量。瘤胃混合菌能快速利用有机酸（苹果酸和延胡索酸）及天冬氨酸。酵母培养物滤液含有苹果酸，它可以刺激乳酸利用菌反刍兽月形单胞菌S.ruminatium的生长。由于可溶性因子特别是维生素和有机酸在瘤中很快消耗，只有添加足量时才能很好发酵，这可能也是添加灭活酵母培养物效果比活性酵母差的原因。

3.2 控养理论 酵母菌由于自身的活动消耗氧而形成更加严格的厌氧环境，使瘤胃内的厌氧菌免受氧气破坏。Newb old等使用不同的菌株研究发现，在瘤胃内具有摄取氧气功能的菌株能刺激总厌氧菌数和纤维分解菌的生长，而没有摄取氧气功能的菌株则没有这种作用。把具有摄氧功能的菌株经溴化乙锭诱变使其丧失摄氧功能后，该菌株不再刺激厌氧菌和纤维分解菌的生长。

3.3 小肽营养代谢扳机理论 将酵母培养物去壁细胞内容物超微过滤所得滤液，发现具有刺激活性，这些刺激物的基本特征与一些具有生物活性的小肽的基本特征一致，后来通过瘤胃细菌培养试验发现，这些小肽确实具有刺激活性。人工合成的含色氨酸的小肽也具有类似的作用，但单个氨基酸没有这种作用。当小肽浓度很低时，这些物质的刺激活性也很低，这说明它们起到了刺激瘤胃有益菌生长的代谢扳机作用。由于小肽在动物体内吸收消耗，而具有活性的酵母培养物可以不断提供肽源，因此这一理论可以解释活性酵母培养物具有更好的效果。

4 存在问题

死菌体多糖及其代谢产物虽有短暂的效果，但由于没有足够的存活功能菌，故不能取得满意效果。因此，在直接饲喂微生物中保证功能菌的存活数量与时间是一个极其重要的问题。除了制剂生产中的因素外，饲料加工过程的高温、机械搅拌等操作、家畜胃酸环境及抗生素的使用等因素都与菌种失活有关。Fuller、金立志、何明清等认为，优质的直接饲喂微生态制品应具备以下条件：1）应是活的有益微生物，且、要求有一定的含量；2）应能在肠道环境中存活繁衍，并具有抗逆能力，如抵抗pH和适应环境变异；3）应能在生产现场条件长期储存，并保持好的稳定性和存活率。

5 结语

直接饲喂微生物可以缓解在集约化养殖的现状下奶牛所处的应激状态，提高奶牛对粗饲料的利用率。但是目前对瘤胃微生的种群构成、比例以及种群之间的共生与竞争关系还不十分明确，有待进一步研究。