單寧對反芻動物機(jī)體功能調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展

李義海 ，張效生 ，張金龍 ，劉海軍 ，孫巨昆 ，郝麗軍 ，董澤江

（1.天津市畜牧獸醫(yī)研究所，天津 300381；2.天津市騰源畜牧養(yǎng)殖有限公司，天津 300273）

單寧屬于天然存在于植物中的聚酚類物質(zhì)，能和蛋白質(zhì)及其他聚合物如纖維素、半纖維素、果膠等結(jié)合生成穩(wěn)定的復(fù)合物，日常所說的單寧則只是一大類植物酚類物質(zhì)中的一小部分。單寧也稱為鞣酸或植物多酚，屬于多酚類化合物，廣泛存在于植物的葉子、種殼、果實(shí)和種皮中。單寧具有許多生理活性，如止血、抑制微生物生長、抗過敏、抗衰老、抗突變等，它通常用作傳統(tǒng)的皮革鞣劑。反芻動物飼料中適當(dāng)含量的單寧具有調(diào)節(jié)瘤胃功能，防治羊的疾病發(fā)生和提高羊的日增重及其繁殖性能等。本文就單寧對反芻動物機(jī)體功能的調(diào)節(jié)作用作一綜合性論述。

1 單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)和在自然界的含量分布

1.1 單寧的化學(xué)特性

單寧通常指分子量為50～3 000的多酚，一般分為水解單寧（HT）和縮合單寧（CT）兩大類型。水解單寧具有相對小的分子量，并且通常在酚酸中被沒食子酸、雙沒食子酸或聯(lián)苯二酚酸酯化，并且通過酯鍵與單糖結(jié)合形成，酯鍵在酸、堿和酶的環(huán)境中不穩(wěn)定，很容易被它們作用水解，所以水解單寧含有碳水化合物核心［1］；縮合單寧具有較高的分子量，并通過類黃酮單元聚合形成，形成的C6·C3·C6結(jié)構(gòu)具有相對穩(wěn)定性，在水中不易分解，并在強(qiáng)酸性條件下縮合成水不溶性物質(zhì)。單寧酸是由1分子葡萄糖和8～10分子沒食子酸組成。單寧可與蛋白質(zhì)或纖維素、半纖維素和果膠等其他聚合物結(jié)合形成穩(wěn)定的化合物。

1.2 單寧在自然界的含量分布

單寧是自然界碳水化合物代謝衍生出來的一種次生代謝產(chǎn)物，是植物和環(huán)境在長期的自然演化過程中的產(chǎn)物，也是植物物種的自我保護(hù)物質(zhì)。單寧在自然界中含量豐富，僅次于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素［2］。不同物種和植物不同部位的單寧濃度有很大的差異，可提取的縮合單寧含量變化范圍在0～196 g/kgDM之間，常見牧草每千克干物質(zhì)的單寧含量范圍為：三葉草1.3～187 g，紫花苜蓿 0.5 g，黑麥草 1.1 g［3］；紅豆草 23.61 g，百脈根9.65g，菊苣 0.43g［4］；香蕉莖葉 7.8 g［5］；刺槐葉 2.08～2.51 g，青杠葉 0.89～2.66 g，紫穗槐 1.95 g，高粱 3.4 g［6］。

在自然界中，熱帶、溫帶、干旱和半干旱地區(qū)生長的豆科和禾本科植物、雜草類、灌木和喬木等單寧含量較高，單寧在雙子葉植物中主要分布在細(xì)胞壁、樹皮、莖桿、種子和花的細(xì)胞質(zhì)中。楊柳科、薔薇科、杜鵑花、柏科和山毛櫸植物中含有不同濃度的單寧。豆科植物（如百脈根、紅豆草、小箍花及多數(shù)熱帶豆科植物）、高粱和油菜籽中的單寧含量高；櫟葉、櫟果、柳安籽粉、蠶豆和幾種加工副產(chǎn)品中均有不同含量的單寧；白苜蓿、黃苜蓿和小麥的單寧含量較低，紫花苜蓿地上部分的莖葉不含單寧，因此，不同品種的植物單寧含量不同，并隨其生長環(huán)境的變化而變化［3］。

2 單寧對反芻動物瘤胃內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)作用

2.1 過瘤胃蛋白保護(hù)，促進(jìn)飼料蛋白的吸收利用

單寧在瘤胃中與消化酶和蛋白結(jié)合形成沉淀，極大地降低了蛋白質(zhì)和纖維素在瘤胃中的降解率，減少了氮和甲烷的排放量，同時(shí)減少了瘤胃臌脹，保護(hù)了瘤胃蛋白質(zhì)，增加了過瘤胃蛋白質(zhì)含量，從而提高了氮的利用效率［7］。單寧和蛋白質(zhì)結(jié)合形成的化合物在pH值為4～7之間的環(huán)境中具有最大的穩(wěn)定性，高于或低于此pH值時(shí)則會迅速分解。反芻動物真胃的pH值為2.5，小腸的pH值為8～9，當(dāng)單寧和蛋白質(zhì)結(jié)合物通過真胃時(shí)，蛋白質(zhì)迅速與單寧分離，單體蛋白質(zhì)在胃蛋白酶和胰蛋白酶作用下，分解成易于吸收的小分子肽營養(yǎng)物質(zhì)，因此，在一定程度上降低了瘤胃蛋白質(zhì)的溶解度，對瘤胃蛋白質(zhì)起到了保護(hù)作用，避免了蛋白質(zhì)被瘤胃微生物快速降解，增加了瘤胃蛋白的量，也降低了瘤胃中蛋白質(zhì)和纖維素的降解速率。Khazaal等［8］通過體外產(chǎn)氣法和半體內(nèi)尼龍袋法的試驗(yàn)結(jié)果表明，單寧不但能夠顯著降低干物質(zhì)的降解率，而且還能降低氨溶解度、體外產(chǎn)氣量以及瘤胃脹氣疾病的發(fā)生率。

2.2 提高瘤胃尿素的再循環(huán)利用

單寧可以增加瘤胃尿素再循環(huán)的效率，減緩瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)的降解率和脫氨率，從而降低瘤胃氨含量。單寧可增加唾液糖蛋白的含量和分泌，導(dǎo)致血液中更多的氮（尿素）進(jìn)入瘤胃［9］。在反芻動物瘤胃中，飼料中的含氮化合物可被瘤胃微生物降解為氨，瘤胃氮素代謝過程中可產(chǎn)生NH3-N結(jié)合物，是瘤胃氮素代謝循環(huán)中的重要化合物。NH3-N濃度的高低可直接反映瘤胃中蛋白質(zhì)的降解和吸收情況。NH3-N濃度在瘤胃中時(shí)刻處于動態(tài)平衡，其含量受飼料含氮化合物攝入量和蛋白質(zhì)降解速度的影響，同時(shí)也受瘤胃微生物蛋白質(zhì)生產(chǎn)效率以及瘤胃對NH3-N利用率的影響［10］。當(dāng)山羊和綿羊喂食含單寧的豆科牧草時(shí)，其血漿尿素氮、尿氮和瘤胃氨的損失較少。反芻動物飼喂用紅豆草、百脈根和紅三葉草制作的青貯，因其單寧含量較高，青貯料中的蛋白質(zhì)在瘤胃中降解速度比飼喂苜蓿草的低，且瘤胃中可溶性非蛋白氮含量和牧草中的單寧含量呈負(fù)相關(guān)，即高單寧含量導(dǎo)致可溶性非蛋白氮含量降低。楊鎰峰等［11］研究發(fā)現(xiàn)，以含有較高單寧成分的紅豆草、百脈根和紅三葉草為飼料的閹牛比以苜蓿草為飼料的閹牛生長速度快。周明［9］的研究結(jié)果表明，在山羊飼料中添加6%的單寧酸可顯著降低瘤胃中的NH3-N濃度，當(dāng)濃縮單寧濃度在3%以上時(shí)可減少瘤胃的產(chǎn)氣量，但同時(shí)也抑制了NH3-N的產(chǎn)生；體外培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將單寧加入到不同精粗比的基質(zhì)中可降低NH3-N的濃度。

2.3 對瘤胃微生物區(qū)系和消化酶的影響

反芻動物瘤胃微生物大致分為三大類，即原蟲、細(xì)菌和厭氧真菌，它們的作用各不相同，細(xì)菌的主要作用是分解纖維素；真菌既能分解纖維素、半纖維素，又可分解細(xì)胞壁，比細(xì)菌的分解能力強(qiáng)，數(shù)量比細(xì)菌少很多；原蟲可吞噬細(xì)菌，為反芻動物提供菌體蛋白。瘤胃微生物與反芻動物在自然界的長期進(jìn)化過程中形成了緊密的共生關(guān)系，瘤胃的內(nèi)環(huán)境為微生物的生長繁殖提供了良好的場所，產(chǎn)生的消化酶可幫助反芻動物消化飼料中的營養(yǎng)成分，微生物自身還可為反芻動物提供菌體蛋白在腸道內(nèi)的消化吸收。

單寧對各種細(xì)菌、真菌和酵母具有較強(qiáng)的抑制作用，且在相同的抑制濃度下不會影響動物體細(xì)胞的生長。李大彪等［12］的研究結(jié)果表明，濃度為400 mg/mL或更高的縮合單寧可以抑制許多瘤胃菌種的生長。單寧濃度對山羊瘤胃微生物的影響程度要比綿羊大。有研究發(fā)現(xiàn)，在精料30%、粗料70%的山羊飼料中分別添加2%和6%的縮合單寧，結(jié)果瘤胃細(xì)菌總數(shù)和厭氧真菌數(shù)量都減少。也有研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加1%和2%的低濃度單寧酸，能增加3種纖維降解菌的數(shù)量，同時(shí)抑制產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量，從而促進(jìn)動物營養(yǎng)物質(zhì)的代謝吸收。研究發(fā)現(xiàn)，3%的縮合單寧就可明顯減少牛瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)降解菌的數(shù)量，但適量單寧可增加瘤胃內(nèi)真菌和纖維降解菌的數(shù)量。

單寧還可有效抑制多種酶促反應(yīng)，因此也叫做酶促反應(yīng)抑制劑，其抑制機(jī)制主要是單寧和蛋白質(zhì)的結(jié)合，此蛋白質(zhì)可以是酶促反應(yīng)的酶，也可以是酶結(jié)合的底物。因此，當(dāng)單寧和蛋白質(zhì)結(jié)合生成復(fù)合物，就可以減緩酶促反應(yīng)正常進(jìn)行［13］。

2.4 調(diào)節(jié)瘤胃pH值

pH值是影響瘤胃內(nèi)部環(huán)境的重要因素，它的穩(wěn)定可保證瘤胃內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，對瘤胃微生物的生長繁殖和日糧的正常發(fā)酵非常重要。pH值中性至弱酸性最適合微生物的生長和繁殖，當(dāng)pH值為5.8、6～7和7.5時(shí)適合原蟲、厭氧菌和細(xì)菌生長繁殖。

飼草中的碳水化合物在瘤胃中被微生物發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸（VFA），采食期間反芻動物持續(xù)分泌大量弱堿性唾液，同時(shí)瘤胃表皮細(xì)胞不斷吸收揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)入血液，使血液的酸堿達(dá)到平衡，這樣可使瘤胃的pH值始終保持在弱酸性環(huán)境中，即pH值在6.0～7.0之間，這個(gè)pH值對瘤胃微生物分解纖維、產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸非常重要，過高或過低的pH值都會影響瘤胃微生物的正常生長，進(jìn)而影響瘤胃內(nèi)日糧的發(fā)酵。據(jù)報(bào)道，從銀合歡和銀合歡雜交品系中提取的縮合單寧可提高瘤胃的pH值，但沒有達(dá)到顯著水平。體外培養(yǎng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，縮合單寧分子量的大小對pH值也有影響，分子量越大，pH值越趨于穩(wěn)定，但差異不顯著（P＞0.05）。

3 單寧對反芻動物疾病的防治作用

3.1 對瘤胃臌脹病的抑止

脹氣病是反芻動物采食飼草引起的常見且可以導(dǎo)致致命的消化系統(tǒng)障礙病。當(dāng)牛羊采食牧草時(shí)，尤其是春天的豆科牧草，牧草被反芻動物咀嚼，并在瘤胃的微環(huán)境中發(fā)酵，由于牧草中可溶性蛋白在瘤胃內(nèi)的溶解度較高，而快速發(fā)酵產(chǎn)生的大量氣體堆積在瘤胃內(nèi)，不斷產(chǎn)生泡沫，阻斷了正常氣體排放，致使瘤胃快速臌脹，壓力增大，最終導(dǎo)致動物脹氣死亡。有研究表明，含單寧的牧草可以抑制這種疾?。灰灿醒芯恐赋?，牧草中的單寧可以防止反芻動物發(fā)生臌脹病，因其能與產(chǎn)生泡沫的可溶性蛋白質(zhì)結(jié)合從而抑制了泡沫生產(chǎn)。有研究者調(diào)查了27種豆科飼草，發(fā)現(xiàn)含單寧牧草產(chǎn)生的瘤胃氣泡量比無單寧的牧草要少。現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，含有適量單寧的牧草能夠抑制瘤胃脹氣疾病的發(fā)生，由于單寧可以與蛋白質(zhì)的多個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，因此可以改變蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，并且可以減緩或阻止消化道中蛋白質(zhì)的降解速度，從而防止瘤胃臌脹病的發(fā)生。潘偉彬等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在35%紅豆草+65%苜蓿草混合草地放牧與在純種苜蓿草草地放牧的比較研究中得知，在第1茬開花期混合草地放牧，臌脹病發(fā)病率可降低80%；第2茬再生草放牧?xí)r發(fā)病率降低77%。防止瘤胃脹氣的縮合單寧的最低濃度還不清楚。汪海峰［15］認(rèn)為，一般推薦量為每千克干物質(zhì)5 g或更高。

3.2 抗寄生蟲

單寧防治寄生蟲的機(jī)理目前還不清楚，但研究發(fā)現(xiàn)，單寧能夠降低寄生蟲中的腸消化酶活性，使血液和淋巴液的蛋白質(zhì)和糖的含量降低；影響中腸的滲透性，造成細(xì)胞破碎，喪失再生能力直至腸道功能喪失，最后導(dǎo)致寄生蟲死亡。單寧和淀粉的組合影響昆蟲對淀粉的消化及攝食，對昆蟲的生長和發(fā)育起到了抑制作用。相關(guān)研究表明，單寧可抑制昆蟲腸道酶的活性，進(jìn)而影響昆蟲腸道對食物的消化吸收，進(jìn)而抑制昆蟲的生長發(fā)育和繁殖。

據(jù)報(bào)道，豆科牧草的縮合單寧含量較高，羊采食后對寄生蟲的抵抗力要強(qiáng)于飼喂不含單寧牧草的羊。飼料中的單寧可以減少線蟲及其幼蟲對宿主的不利影響?？s合單寧可降低綿羊腸道中的成蟲線蟲生殖能力，使其數(shù)量下降，而對幼蟲線蟲則沒有影響。在動物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單寧含量豐富的白堅(jiān)樹皮提取物對宿主體內(nèi)的Ⅲ期幼蟲能夠起到抑制作用，減少線蟲的繁殖力和產(chǎn)卵量。紅豆草的縮合單寧提取物對牛線蟲具有明顯的抑制作用。相關(guān)研究表明，縮合單寧對寄生在山羊腸道的寄生蟲具有較強(qiáng)的抑制作用，因此一定含量縮合單寧的牧草可以減輕山羊感染寄生蟲的壓力。有研究發(fā)現(xiàn)，已感染寄生蟲的綿羊飼喂以白堅(jiān)木為來源的縮合單寧，可降低腸道內(nèi)線蟲繁殖力，使其數(shù)量減少，以同樣方式處理山羊，結(jié)果山羊體內(nèi)蛇形毛圓線蟲的成蟲和捻轉(zhuǎn)血矛線蟲的成蟲繁殖力都降低。

在動物的體外培養(yǎng)試驗(yàn)中，將管狀巖黃芪、白堅(jiān)木、菊苣或其他木本植物的單寧提取物加入到培養(yǎng)基中，被測試的寄生蟲顯著受到抑制，并且隨著單寧劑量增加，抑制作用變得更加明顯。從豆科植物、菊苣或綠茶提取的縮合單寧能抑制Ⅲ期幼蟲的遷移，并且隨著單寧劑量的增加，抑制作用變得更加明顯。從豆科植物中提取的縮合單寧對蛇形毛圓線蟲蟲卵孵化和幼蟲發(fā)育能起到有效的抑制作用。一些植物的縮合單寧能抑制寄生蟲蟲卵孵化、幼蟲的發(fā)育和遷移。從綠茶和紅豆草中提取的縮合單寧能抑制幼蟲遷移［11］。

4 對反芻動物動物生產(chǎn)性能的促進(jìn)影響

4.1 對奶牛泌乳性能的影響

對奶牛的研究發(fā)現(xiàn)，雖然縮合單寧不會增加奶牛的采食量，但可增加牛奶產(chǎn)量，如飼喂含較高單寧成分的百脈根的奶牛比喂多年生黑麥草的奶牛多60%的產(chǎn)奶量，牛奶蛋白質(zhì)含量也提高10%。而百脈根中的縮合單寧對泌乳母羊早期泌乳沒有影響，但在泌乳中后期，對總泌乳量、乳糖和乳蛋白都有不同程度的提高，分別提高了21%、12%和14%。

有研究發(fā)現(xiàn)，在奶牛泌乳中后期的日糧中添加單寧酸，添加組的標(biāo)準(zhǔn)乳含量顯著高于對照組（P＜0.05），主要原因是添加單寧酸會增加牛奶中的脂肪含量和蛋白含量，并減少近50%的體細(xì)胞數(shù)。劉立成等［16］的研究發(fā)現(xiàn)，在奶牛生產(chǎn)實(shí)踐中添加單寧酸可以增加乳蛋白的含量，并有效降低牛奶中尿素氮的含量。徐曉鋒［17］的相關(guān)研究結(jié)果表明，在泌乳期奶牛飼料中添加單寧不會影響奶牛的采食量，4%的乳脂校正奶、能量校正奶和乳中蛋白、脂肪及乳糖也沒有顯著影響，但顯著降低了牛奶中尿素氮濃度；添加單寧對干物質(zhì)、粗蛋白、NDF和ADF攝入沒有顯著影響。

4.2 對羊日增重的影響

薛樹媛［2］的研究結(jié)果表明，在羊飼料中添加不同比列的單寧酸，試驗(yàn)20 d后，2%水平組的平均日增重和料重比顯著高于對照組和3.5%組，1%組平均日增重比對照組增加44 g，料重比降低4.02，但差異不顯著（P＞0.05）；3.5%組平均日增重比對照組低2 g，料重比降低1.85，差異也不顯著（P＞0.05）。說明添加2%的單寧酸時(shí)，綿羊的生產(chǎn)性能最佳，低含量單寧酸有提高日增重和降低料重比的趨勢，但當(dāng)日糧中單寧酸含量大于3.5%時(shí)，對羊的生產(chǎn)性能產(chǎn)生不利影響。

4.3 對綿羊產(chǎn)毛量的影響

羊毛中蛋白質(zhì)主要由含硫氨基酸——半胱氨酸組成，它是促進(jìn)羊毛生長的第一限制性氨基酸，提高日糧中的含硫氨基酸的量可以增加羊毛的生長速度。有研究證實(shí)，百脈根中的縮合單寧可以增加瘤胃旁流半胱氨酸的量，使得流入腸道的半胱氨酸量增加，提高了腸道含硫氨基酸的吸收量。據(jù)報(bào)道，百脈根可使綿羊的產(chǎn)毛量增加11%。薛樹媛［2］研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度和類型的縮合單寧對羊毛生長的影響不同，百脈根縮合單寧含量為22～38 g/kg，綿羊飼喂這樣的飼草，羊毛產(chǎn)量可提高10%以上，因此，百脈根能夠增加羊毛生長的縮合單寧濃度范圍為22～38 g/kg。當(dāng)縮合單寧含量低于22 g/kg時(shí)，對羊毛生長的影響不確定；當(dāng)黃芩和黑麥草的縮合單寧的量增加到50 g/kg以上時(shí)，會使產(chǎn)毛量下降。

4.4 對繁殖性能的影響

營養(yǎng)是影響羊的繁殖性能的因素之一，也是影響綿羊排卵數(shù)的最重要因素之一，營養(yǎng)因素可通過調(diào)控卵巢的激素來影響排卵數(shù)。飼草之間的主要區(qū)別在于能量和蛋白質(zhì)濃度的差異，因此增加羊飼草中的蛋白質(zhì)濃度可增加排卵數(shù)。有研究證實(shí)，通過靜脈注射支鏈氨基酸可增加排卵數(shù)。縮合單寧與蛋白質(zhì)的結(jié)合增加了旁路蛋白的數(shù)量，使得血漿中支鏈氨基酸和必需氨基酸的濃度增加，排卵數(shù)也隨著增加；另一種機(jī)制是縮合單寧能降低瘤胃中氨的生成，保持血氨濃度不高，而低濃度血氨可提高卵子的存活率，從而增加母羊的排卵數(shù)。汪海峰［15］通過對比試驗(yàn)得知，采食百脈根的母羊排卵數(shù)比采食多年生黑麥草和白苜蓿牧草的羊多22%，因此，縮合單寧可提高母羊排卵數(shù)，進(jìn)而增加產(chǎn)羔率，其排卵多少不受與公羊交配次數(shù)的影響。另據(jù)報(bào)道，在百脈根草地上放牧的羊可提高產(chǎn)卵力（排卵數(shù)/排卵羊數(shù)），排卵數(shù)比在黑麥草和白三葉草草地上放牧的綿羊高14%，但對超數(shù)排卵只數(shù)/配種只數(shù)的比值沒有影響。

5 小結(jié)與展望

單寧在營養(yǎng)界長期被看作是抗?fàn)I養(yǎng)因子，高含量單寧的日糧可導(dǎo)致動物采食量下降，蛋白質(zhì)和干物質(zhì)的消化率降低，致使動物的生產(chǎn)性能下降，但綜上所述，適宜含量的單寧對反芻動物的生產(chǎn)性能反而能起到促進(jìn)作用，因此在今后的研究工作中要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

（1）要重點(diǎn)研發(fā)含適宜單寧含量的全價(jià)反芻動物飼料，根據(jù)不同品種和不同生長階段的反芻動物，在日糧中添加適量的單寧酸或單寧酸化合物制作成功能性反芻動物全價(jià)飼料。

（2）不同品種的牧草單寧的含量是不同的，同一品種的牧草在不同的生長期單寧含量也是不同的，因此要掌握這些數(shù)據(jù)，摸清它們的變化規(guī)律，來確定不同品種牧草適宜搭配比例的飼喂量，以提高反芻動物的生產(chǎn)性能。

（3）根據(jù)不同品種牧草和不同生長期的單寧含量，栽培混合牧草草場，在不同的季節(jié)放牧，以提高反芻動物的產(chǎn)奶量、繁殖率、產(chǎn)毛量和日增重，預(yù)防動物脹氣和寄生蟲病。