在畜牧生产中，抗生素常被作为抗微生物生长促进剂[1]，但抗生素的过度和不当使用会在微生物菌群中产生耐药性，对动物及畜禽产品造成危害。益生菌是具有活性的微生物，适当补充益生菌可为宿主动物提供健康价值[2-4]。益生菌可以清除胃肠道内的病原微生物，改变宿主肠道内的微生物菌群密度，通过改变有益和有害微生物的平衡建立更适合的微生物菌群。益生菌进入肠道后会引发免疫反应。肠细胞可以组装一系列由细菌激发的免疫调节分子。一些益生菌代谢产物可以调节细胞中的各种代谢途径。益生菌代谢产物中的某些成分，如细菌素、胺和过氧化氢，与多种代谢途径的特定靶标相互作用，从而调节细胞凋亡、细胞增殖、炎症和分化[5]。目前，益生菌作为微生物饲料添加剂在生猪、家禽、反刍动物和水产养殖中广泛应用。益生菌主要是革兰氏阳性菌，但也有革兰氏阴性菌、酵母菌和真菌。动物养殖中常见的益生菌包括芽孢杆菌、乳杆菌、乳球菌、链球菌和酵母[6]。本文综述益生菌在动物营养及健康维护中的效果，为益生菌在畜牧生产领域中可持续利用及益生菌产品的开发提供参考。1益生菌的主要作用方式益生菌通过多种机制发挥其功效。益生菌可以抑制和控制消化道病原体，提高动物的生理机能和生产性能。益生菌的基础作用模式为：抑制病原体黏附、产生抗菌物质（细菌素和防御素）、竞争性排除病原微生物、增强屏障功能、降低肠腔pH值、调节免疫系统。益生菌可以通过抑制有害菌，改善动物健康。研究表明，鼠李糖乳杆菌和植物乳杆菌可以阻止大肠杆菌在肠道中的黏附[7]。细菌可以分泌化学信号影响细菌有机体间的相互接近，进而与宿主细胞发生相互作用，细菌与宿主间的这种相互作用被称为群体感应[8-9]。益生菌可以通过改变病原菌间“信息交换”影响其致病性。益生菌能够产生抗菌物质，阻止病原微生物黏附和移位。乳杆菌属、明串珠菌属、片球菌属、乳球菌属、肠球菌属、链球菌属和双歧杆菌属可以产生蛋白质或细菌素，最大限度地减少密切相关的病原微生物的增殖，有效减少胃肠道中有害微生物的数量。细菌素可以在很多细菌的核糖体中产生，是一种具有生物活性的抗菌肽，可以黏附在穿透磷脂膜的病原微生物细胞上。细菌素介导的病原体反应的基本模式包括病原菌的细胞质膜渗透，从而导致DNA和RNA合成抑制和细胞渗漏[10]。细菌素可以限制病原体细胞在胃肠道的定植能力，能够有效对抗某些具有抗生素耐药性的菌株[11-12]。益生菌可以通过降低肠腔pH值抵抗病原菌。短双歧杆菌可以有效降低肠腔pH值。在产生致命志贺毒素的大肠杆菌O157∶H7小鼠试验模型中，短双歧杆菌可以引发高浓度乙酸的产生。益生菌与宿主的细胞间交流可以通过增强肠道屏障功能维持细胞的紧密性，这是通过调节细胞骨架和紧密连接蛋白磷酸化实现的。益生菌可以通过加强这种肠道通信系统竞争性地将病原微生物从宿主肠道中排除，表明菌群通过调节抗菌物质的分泌和竞争营养物质，在胃肠道中的特定结合位点与受体病原菌发生激烈竞争[10]。益生菌可以通过调节免疫系统提高宿主免疫力。动物采食的益生菌在激活黏膜免疫系统和诱导信号网络方面发挥至关重要作用。不同益生菌对树突状细胞的反应可以通过不同试验方法进行研究。树突状细胞是抗原呈递细胞，在先天性和适应性免疫中具有重要作用。树突状细胞除了启动初级免疫反应可以识别细菌成分并对其作出反应，从而导致T细胞和B细胞反应。益生菌可以通过其表面的病原体识别模式直接支配肠道树突状细胞，精确识别细菌上的病原体相关分子模式，这种确认方法可以刺激树突状细胞成熟，与协同刺激分子表达的上调有关。随着免疫系统变得活跃，细胞因子分泌会刺激T细胞活化。树突状细胞来源的信号能够确定T细胞反应类型，如辅助性T细胞偏移或T细胞调节反应，从而决定B细胞对致病性的反应。2益生菌的生物学功能2.1提高动物消化率研究表明，益生菌可以改善肉鸡盲肠微生物组成和营养物质的消化吸收。益生菌可以提高必需氨基酸的回肠消化率，使肉鸡体重增加5%，改善钙的生物沉积[13]。Maas等[14]研究木聚糖酶、植酸酶与益生菌的组合效应，结果发现，芽孢杆菌对营养物质消化、新陈代谢具有正向效应，能够显著改善动物对钙吸收状况、微生物在肠道中的相互作用。益生菌可以增强胃肠道中的酶活性，提高动物对营养物质的消化率。研究表明，与对照组相比，犊牛采食含有嗜酸乳杆菌的饲粮可以确保更多的干物质摄入量，改善饲粮的转化效率和营养物质表观消化率[15]。2.2完善机体免疫系统益生菌具有免疫激活特性，可以通过多种方式增强宿主免疫力。研究表明，含有发酵乳杆菌和酿酒酵母的益生菌可以激发肠道T细胞免疫，显著增加了鸡胃肠道中CD3+、CD4+和CD8+ T淋巴细胞的产量。在3日龄和7日龄的雏鸡中，与未添加益生菌的对照组相比，动物摄入詹氏乳杆菌和格氏乳杆菌时，CD3+、IL-2和IFN-γ在小肠中的表达量更高。益生菌还可以提高鸡的血清免疫球蛋白水平。含有嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌和丁酸梭菌的微生物饲料添加剂可以有效提高鸡的IgA和IgM水平[16-18]。乳酸菌可以产生丰富的抗菌化合物。抗菌化合物包括防御素、有机酸、细菌素、乙醇、二氧化碳和双乙酰等。短链脂肪酸、甲酸和乳酸等有机酸已被证明可以对养殖生产过程中的潜在有害微生物起抑制作用。有机酸作用于细菌细胞壁、细胞质膜能够精确调控蛋白质的复制与合成，导致病原微生物的破坏和消亡[19-20]。益生菌可以影响宿主的先天性免疫和适应性免疫，包括粒细胞、树突细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞在内的与炎症反应有关的几种免疫细胞。先天免疫能够为宿主机体提供抵抗病原体的物理、化学屏障。肠上皮细胞可以防止有害微生物的入侵，从而避免感染发生。乳酸杆菌（如格氏乳杆菌、唾液乳杆菌、发酵乳杆菌和卷曲乳杆菌）可以有效地调节促炎和抗炎白细胞介素IL-6、IL-8和IL-10的分泌水平，从而控制炎症和重建动物的生理平衡。适应性免疫反应依赖于刺激抗原特异性反应的B淋巴细胞和T淋巴细胞。在家禽饲料中添加1×109 CFU/kg嗜酸乳杆菌可以提高胃肠道和外周血系统中CD8+、CD4+、TCR1+ T细胞数量[21]。3益生菌在动物养殖中的应用3.1益生菌在单胃动物养殖中的应用益生菌可以提高肉鸡的生长速度，预防沙门氏菌病、坏死性肠炎等胃肠道疾病和球虫病。给肉鸡饲喂嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧杆菌可以改善鸡的生长速度、免疫系统和抗氧化效应。益生菌可以改变家禽肠黏膜的组织学。肠黏膜结构是消化和吸收肠道功能的关键因素，能够影响家禽的生长状态[22-27]。枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、小片球菌、屎肠球菌可以增加肠黏液层的绒毛高度和绒毛与隐窝比率，随绒毛高度和绒隐比的提高，肠道吸收表面积更大，从而增强其对营养物质的吸收。肉鸡摄入枯草芽孢杆菌、乳酸菌等微生物饲料添加剂可以增加空肠中的绒毛高度和隐窝深度[28-30]。益生菌可以预防鸡的沙门氏菌病。接种植物乳杆菌的孵化雏鸡可以预防沙门氏菌病。植物乳杆菌可以限制有害菌在肠道定植，稳定肠道上皮细胞紧密连接基因的表达，鸡对病原菌感染具有更好的耐受性。研究表明，白来亨鸡摄入益生菌可以降低致病性大肠杆菌和沙门氏菌的感染率[31]。含有地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的饲料添加剂可以减少蛋鸡体内大肠杆菌的散发[32]。弯曲杆菌病是由空肠弯曲杆菌引起的另一种家禽主要疾病。体外试验表明，乳酸片球菌、罗伊氏乳杆菌、屎肠球菌和唾液乳杆菌等益生菌菌株可以阻碍空肠弯曲杆菌的生长[33]。给弯曲杆菌攻毒的鸡饲喂嗜酸乳杆菌和粪肠球菌，可使弯曲杆菌散发减少70%，弯曲杆菌在肠道中的定植减少27%。球虫病是由原生动物艾美球虫引起的一种重要的家禽寄生虫病，艾美球虫在肠道内定植。研究发现，肉鸡摄入双歧杆菌、屎肠球菌、枯草芽孢杆菌和罗伊氏乳杆菌的单一成分制剂或复合制剂，可以有效降低艾美球虫感染率[34]。益生菌可改善蛋鸡的产蛋性能和鸡蛋品质，有效降低蛋黄胆固醇水平。芽孢杆菌、乳酸菌和酵母可以有效降低蛋黄中的胆固醇水平。在褐壳蛋鸡日粮中添加1×108 CFU/kg枯草芽孢杆菌，蛋黄颜色、蛋白质量、蛋壳厚度与强度明显改善[35]。布拉氏酵母菌和乳酸片球菌可以不同程度改善罗曼蛋鸡胃肠道状态和鸡蛋品质[36]。益生菌可以改善鸡肉品质。枯草芽孢杆菌可以提升鸡肉品质，可以提高鹌鹑的生长速度和肉质。干酪乳杆菌可以提高肉鸡的高密度脂蛋白水平，降低低密度脂蛋白水平。嗜酸乳杆菌与屎链球菌通过降低高密度脂蛋白胆固醇水平和血浆蛋白浓度来提高肉类中的蛋白质含量[37-39]。乳酸菌有助于家禽应对热应激相关疾病[40]。益生菌可以通过增加Toll样受体信号传导增强免疫力。Toll样受体在肠道免疫系统T细胞激活中起至关重要作用。发酵乳杆菌和酿酒酵母可以增强鸡前肠中TLR-2和TLR-4的mRNA表达程度[41]。仔猪在断奶期间面临很多问题，导致机体免疫和肠道系统功能障碍，肠道微生物环境被破坏，进而影响猪的生长速度。解淀粉芽孢杆菌被证实是一种有效的膳食补充剂，可以作为抗生素替代品用于仔猪、育肥猪养殖[42]。嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌可提高鸭的生产性能，改善肠道酶活性、抑菌杀菌活性，降低胆固醇、葡萄糖和皮质醇水平；枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以增强北京鸭肝脏中的LXRα和CYP7α1酶活性，降低脂质浓度和脂肪沉积[43]。3.2益生菌在反刍动物养殖中的应用反刍动物瘤胃有复杂的微生物种群。宿主动物摄入碳水化合物和蛋白质，这些营养物质会被瘤胃微生物降解。酿酒酵母、乳酸菌和米曲霉等是反刍动物生产中常用的益生菌。研究发现，芽孢杆菌和肠球菌在反刍动物养殖中同样能够发挥益生作用[44]。益生菌可以提高奶牛的生产性能。枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、粪肠球菌等可以促进乳汁分泌，双歧杆菌可以抑制乳汁过敏反应。奶牛摄入粪肠球菌和酿酒酵母，每头奶牛每天的产奶量提高了2.3 L；饲喂活性酵母菌的奶牛产奶量增加了1.2 g/kg体重[45-46]。嗜酸乳杆菌和费氏丙酸杆菌可以提高中性洗涤纤维消化率、粗蛋白含量和产奶量[47]。枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌可以通过刺激GH/IGF-1激素提升肠道成熟和生长能力[48]。益生菌可以增强反刍动物的免疫系统。嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌和植物乳杆菌可降低犊牛腹泻的发生率[49-50]；乳腺内输注乳链菌肽（由乳酸乳球菌产生的抗菌肽）可以治疗由奶牛金黄色葡萄球菌引起的乳腺炎[51]。乳酸菌喷雾剂可以改善乳腺状况并增强乳头括约肌的功能；益生菌还可以缓解奶牛的瘤胃酸中毒，提高犊牛免疫力[52]。益生菌可以加强瘤胃发酵。多种益生菌菌株已被证明可以产生抗菌成分，抑制人畜共患病的病原体，控制氨产生。沼泽红假单胞菌是一种光合细菌，可以促进瘤胃微生物的活性。研究表明，沼泽红假单胞菌可提高瘤胃微生物的生长效率，增强微生物发酵以保持微生物平衡[8-9]。3.3益生菌在水产养殖中的应用益生菌可以有效促进水产动物的生长繁殖、抵御病原体，可以作为抗生素的替代品使用[53]。枯草芽孢杆菌经常用于水产养殖，可以抑制鱼类养殖过程中常见的各种有害微生物，如弧菌、假单胞菌、气单胞菌、梭菌、链球菌和白斑综合征病毒[54]。芽孢杆菌还可以产生不同的水解酶，如β-1,3-葡聚糖酶、蛋白酶和纤维素酶，从而改善鱼类消化[55]。研究表明，芽孢杆菌可以激活鱼类体液和细胞介导的免疫反应[55]。短小芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌可以增强罗非鱼的免疫力[56]；短小芽孢杆菌能够提高罗胡鱼的免疫力[57]。地衣芽孢杆菌能够通过上调Toll样受体(TLR-2)和抗炎细胞因子协助执行免疫调节活性，提高罗非鱼产量[58]。4结论益生菌在解决抗生素替代、促进动物营养与健康方面发挥重要作用。但一些菌株可能具有不良特性，如可传播的抗菌素耐药性、毒力因子和溶血潜力等。因此，在微生物饲料添加剂的开发、应用过程中，应该谨慎评价益生菌菌株，确定益生菌在特定环境中生存、定植、增殖以及对宿主产生影响的最佳条件。应用群体感应、聚合酶链式反应、扫描电子显微镜、荧光原位杂交和全基因组关联的研究方法，了解益生菌和病原菌的黏附和定植、与宿主和繁殖环境的相互作用、益生菌与宿主黏膜间的通信过程、基因交换或水平、垂直转移的细节。因此，在应用益生菌之前，正确了解不同益生菌的免疫调节作用及其活力是必不可少的环节。