莫能菌素作為飼料添加劑在反芻動物中的應(yīng)用

■賈 鵬 馬 濤 楊開倫 刁其玉*

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

1 莫能菌素的理化性質(zhì)及應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)用于畜禽業(yè)，可以治療畜禽球蟲?。ǜ嵫?、犢牛、雞、兔）及促進(jìn)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(zhì)

純品莫能菌素顏色為白色或者接近白色，形態(tài)為結(jié)晶粉末，氣味為輕微特殊臭味，幾乎不溶于水，但易溶于有機(jī)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(jī)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(yīng)性，因而具有長時間的作用。

1.2 莫能菌素藥理作用及機(jī)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(qiáng)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(jì)后期主導(dǎo)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(xì)胞較動物體細(xì)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(xì)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(xì)胞內(nèi)Na+的聚集增加，Na+濃度的升高又繼發(fā)導(dǎo)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(zhì)網(wǎng)和線粒體外流的增加以及向細(xì)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(dǎo)致了心肌細(xì)胞與骨骼肌的損害甚至壞死，肌紅蛋白便進(jìn)入血液，導(dǎo)致了肌紅蛋白尿，嚴(yán)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(zhǔn)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(zhǔn)莫能菌素為肉牛飼料添加劑，1977年日本將其批準(zhǔn)為肉牛飼料添加劑，1985年我國批準(zhǔn)其用于生產(chǎn)。2004年加拿大批準(zhǔn)莫能菌素在牛日糧中添加。莫能菌素在奶牛上的應(yīng)用較晚，美國于2004年才批準(zhǔn)了莫能菌素可用于泌乳牛與干奶牛，歐盟也在最近批準(zhǔn)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(xué)作用機(jī)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(rèn)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(cè)的離子濃度發(fā)生變化以及改變細(xì)胞的生理功能。在正常情況下，細(xì)胞內(nèi)液中的Na+水平低于K+，細(xì)胞外液中的Na+水平高于K+；Ca2+水平雖然在細(xì)胞內(nèi)、外液中相近，但也存在略微差異，細(xì)胞內(nèi)液中Ca2+水平低于細(xì)胞外液4個數(shù)量級。莫能菌素能夠?qū)е录?xì)胞內(nèi)液中K+水平降低，Na+水平升高，并能通過“Na+-Ca2+交換”機(jī)制使細(xì)胞內(nèi)液中游離Ca2+濃度急劇上升，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的細(xì)胞毒性效應(yīng)。這包括：細(xì)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(xì)胞的能量耗盡；由于細(xì)胞內(nèi)的離子增多，大量的水滲入細(xì)胞，使細(xì)胞膨脹進(jìn)而變形，最后導(dǎo)致細(xì)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(jié)合，并且具有攜帶所結(jié)合的離子穿過細(xì)胞膜的能力，改變細(xì)胞膜的離子轉(zhuǎn)運，最終使細(xì)胞膜內(nèi)外的離子平衡發(fā)生改變。由于莫能菌素在細(xì)菌細(xì)胞壁內(nèi)結(jié)構(gòu)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(qiáng)，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(jìn)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(zhì)。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(dāng)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(xì)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(diào)控技術(shù)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(yīng)性逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)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(jìn)瘤胃從乙酸發(fā)酵型轉(zhuǎn)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(zhì)的浪費：可以直接或者間接降低瘤胃中蛋白質(zhì)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(zhuǎn)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(yīng)，間接減少了與生糖相關(guān)的氨基酸在動物肝臟中的降解量，節(jié)約了蛋白質(zhì)。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(zhì)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(zhì)的浪費。

3 莫能菌素在反芻動物營養(yǎng)和飼料中的應(yīng)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(xué)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(jī)體對蛋白質(zhì)的浪費，從而促進(jìn)動物生長，改善飼料轉(zhuǎn)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(yù)防動物乳酸中毒。

3.1 莫能菌素在牛日糧中的應(yīng)用

對于牛用莫能菌素主要存在兩種應(yīng)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(yīng)用

充足的蛋白質(zhì)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(zhì)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(yīng)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?？篃釕?yīng)激。

3.1.2 莫能菌素在肉牛日糧中的應(yīng)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(zhì)采食量、平均日增重，顯著降低飼料轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化率。

3.2 莫能菌素在羊日糧中的應(yīng)用

莫能菌素作為飼料添加劑在羊上的應(yīng)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(zhì)采食量沒有顯著影響，但對飼料轉(zhuǎn)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(zhì)消化率，但顯著改善飼料轉(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)化率。

以上可以看出，莫能菌素對羊只干物質(zhì)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(zhuǎn)化率。

4 結(jié)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(jìn)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(zhì)的安全。但是排出體外的莫能菌素將會進(jìn)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(jìn)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(jìn)行發(fā)酵等無害處理，避免糞便中莫能菌素進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)間接影響人類健康。

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