微藻属天然海洋资源，是小于400 μm的光合自养细胞或单细胞微生物，营养价值高、生长迅速、光合率高，可降低反刍动物瘤胃中不饱和脂肪酸的氢化[1]，因此作为动物饲料得到广泛应用。研究表明，反刍动物可以通过消化藻类生物细胞壁，利用藻类非蛋白氮，因此可将微藻作为反刍动物的饲料添加剂[2]。自1968年微型藻类国际联盟成立至今，微藻的商业化种植与应用已有五十多年的历史[3-4]。我国具有一定规模的藻类品种有螺旋藻、普通小球藻、裂殖壶菌、杜氏盐藻、雨生红球藻等，已有约30%的微藻应用于动物饲料，且已有分离超过30 000~40 000种不同的微藻菌株[5-6]。本文介绍了微藻的营养成分及微藻对反刍动物生长性能、肉品质、泌乳性能、免疫机能、抗氧化能力、瘤胃发酵等方面的影响，展望了微藻在反刍动物饲料中的应用前景，以期为微藻的开发与应用提供参考。1微藻的营养价值1.1微藻的基本营养成分微藻含有丰富的营养物质和活性物质，如蛋白质、碳水化合物、脂质、维生素、矿物质和活性化合物（如类胡萝卜素）等。微藻组分主要取决于几个因素，如物种、菌株、生长条件和生物量状态（全藻或脱脂藻粉）[7]。不同种类微藻的营养组成[3]见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.05.027.T001表1不同种类微藻的营养组成项目类蛋白质/%碳水化合物/%脂肪/%文献来源三角褐脂藻硅藻纲34.8016.8016.10Tibbetts等[8]新月藻硅藻纲26.009.8013.00Brown[9]绿藻绿藻纲48.0017.0021.00Becker[10]杜氏藻绿藻纲11.00——Barbarino等[11]杜莎藻绿藻纲12.00——Slocombe等[12]杜氏盐藻绿藻纲57.0032.006.00Becker[10]盐藻绿藻纲34.1714.5714.36Kent等[13]绿藻绿藻纲48.00~56.0010.00~17.0012.00~14.00López等[14]栅藻绿藻纲31.0028.0015.00Kent等[13]钙质角毛藻中心硅藻纲34.006.0016.00Brown[9]钙质角毛藻中心硅藻纲40.0037.0023.00Velasco等[15]纤细角毛藻中心硅藻纲12.004.707.20Brown[9]牟氏角毛藻中心硅藻纲59.0010.0031.00Velasco等[15]骨藻中心硅藻纲25.004.6010.00Brown[9]假微型海链藻中心硅藻纲34.008.8019.00Brown[9]极大螺旋藻蓝藻纲60.00~71.0013.00~16.006.00~7.00Becker[10]聚球藻蓝藻纲63.0015.0011.00Becker[10]微拟球藻眼点藻纲30.0010.0022.00Kent等[13]颗粒微绿球藻眼点藻纲18.00~34.0027.00~36.0024.00~28.00Tibbetts等[8]紫球藻紫球藻目28.00~39.0040.00~57.009.00~14.00Becker[10]扁藻鞭毛藻纲31.00~46.0025.0012.00Brown[9]四爿藻鞭毛藻纲36.0024.00—Schwenzfeier等[16]三毛金藻土栖藻纲28.00~45.0025.00~33.0022.00~38.00Ricketts[17]球等鞭金藻土栖藻纲27.0034.0011.00Gorgônio等[18]裂壶藻破囊壶菌科——50.00~77.00Chisti[19]布朗葡萄藻四胞藻纲39.00~40.0019.00~31.0025.00~34.00Tibbetts等[8]粉核小球藻四胞藻纲57.0026.002.00Chisti[19]寻常小球藻四胞藻纲51.00~88.0012.00~17.0014.00~22.00Becker[10]注：“—”为无此指标数据。1.2蛋白质和氨基酸蛋白质在微藻细胞结构和代谢中起重要作用，是膜和光收集复合物的组成部分，包括参与光合作用的众多催化酶。在某些蓝藻中，蛋白质含量可达到42%~70%以上，普通小球藻蛋白质干重可达58%。在质量方面，微藻含有哺乳动物无法合成的所有必需氨基酸。微藻中的氨基酸比例平衡，类似高质量的蛋白质来源，如乳球蛋白、乳清蛋白和大豆蛋白[20]。但截至目前，微藻蛋白在食品中的应用仍受到一定限制，主要是由于存在非蛋白质成分（如叶绿素），会影响微藻产品的颜色和味道[10]。而且一些菌株（主要是绿色微藻，如小球藻和四链球菌）的刚性细胞壁会降低细胞内蛋白质的提取效率[21]。1.3碳水化合物碳水化合物可依附于蛋白质或脂质（如糖蛋白和糖脂），而复杂的多糖是构成细胞壁的主要成分[22]。微藻可以生产葡萄糖和类似淀粉的能量储存产物，是光合作用中的主要含碳产物。多糖根据微藻的种类以多种形式产生，已知蓝藻会积累糖原，一些物种会合成半支链淀粉[23]。叶绿体以两种葡萄糖聚合物（支链淀粉和直链淀粉）的形式合成淀粉，而红藻产生一种称为红藻淀粉的碳水化合物聚合物[24]。硅藻产生黄藻胺素，是一种由β（1,3）和β（1,6）连接的葡萄糖单元组成的线性聚合物[25]。在指数生长阶段，一些硅藻可以储存高达30%的（1,3）-β-D-葡聚糖，在强烈的营养限制下，积累量可高达80%。据报道，在营养丰富与消耗条件下，肩突四鞭藻菌含有11%~47%的淀粉[26]，紫球藻含有40%~57%的淀粉，水棉属含有33%~64%的淀粉[27]。虽然微藻中含有大量的碳水化合物，但微藻在食品应用中的使用非常有限。相反，微藻多糖作为吸湿剂和抗氧化剂在化妆品工业中的应用较为广泛[28]。1.4脂质许多微藻物种的脂质含量可达到干生物量的20%~50%[29]。脂质的产生取决于微藻种类，不同类型脂质的合成受培养条件的影响较大，即生长阶段、养分利用度、盐度、光照强度、温度和pH值。但微藻中的ω脂肪酸对饲料生产具有更大的商业价值。微藻的脂质部分主要由（i）中性脂质组成，包括酰基甘油、游离脂肪酸和类胡萝卜素（如β-类胡萝卜素）以及（ii）极性脂质，如各种磷脂和半乳糖脂。一般大多是微藻在生长指数阶段富含极性物质，在胁迫条件下（营养物质有限静止期）积累甘油三酯[30]。微藻的脂肪酸通常以C16和C18饱和与不饱和脂肪酸的混合物以及更长碳链长度（包括许多ω脂肪酸）为特征。饱和脂肪酸通常储存在中性脂质体中，而不饱和脂肪酸主要与各种膜中的极性脂质相关，在不同的培养条件下用于维持细胞膜的流动性。1.5维生素和矿物质微藻中有许多人体和动物所必需的维生素和矿物质，包括维生素A、其他类视黄醇、B族维生素[如硫胺素（B1）、烟酸（B2）、烟酸盐（B3）、泛酸（B5）、磷酸吡哆醛（B6）、生物素（B7）、叶酸（B9）和钴胺素（B12）]、维生素C、维生素E（生育酚）及各种微量元素和矿物质（如钠、钾、钙、镁、铁和锌），可用于补充维生素和矿物质的缺乏[31]。鞭藻中含有大量的硫胺素、吡哆醇、烟酸和泛酸，而杜氏盐藻中含有大量的β-胡萝卜素、核黄素和钴胺素。一些小球藻分离物中含有丰富的生育酚和生物素[32]。2微藻对反刍动物的影响2.1微藻对反刍动物生长性能的影响微藻中脂质含量丰富，其中所含的一些多不饱和脂肪酸（PUFA）有益于动物和人体健康[33]。小球藻为绿藻门小球藻属普生性单细胞绿藻，是一种球形单细胞淡水微藻，在动物饲料中添加微量的小球藻可提高动物的生长性能，原因是小球藻中存在一种叫作小球藻生长因子（CGF）的物质，可以刺激和增强免疫系统，增加采食量和饲料利用率，促进动物繁殖。研究表明，在饲料中添加小球藻可以改善饲料适口性[34]，提高采食量和饲料转化率，提高动物的生长性能，降低动物死亡率。研究表明，动物食用少量微藻可改善免疫应答反应、提高抗病性，维持肠道功能和促进益生菌定植，从而促进动物的生长发育和提高饲料转化率[35]。Carvalho等[36]研究发现，在“安格斯×西门塔尔”阉牛日粮中添加微藻，日增重（ADG）无变化，但饲料转化率显著提高。徐晨晨[37]发现，在牦牛日粮中添加富含DHA的微藻可显著增加牦牛胴体脂肪含量（GR），提高牦牛饲料转化率。Urrutia等[38]在绵羊日粮中添加3.89%的富含DHA的微藻，发现与对照组相比，绵羊ADG显著降低，而屠宰性能不受影响。Costa等[39]研究表明，日粮中添加微藻可显著提高断奶犊牛的ADG。徐晨晨等[2]在柴达木福牛日粮中添加富含DHA微藻，发现与对照组相比，添加100 g/d微藻可显著增加ADG；当添加100、200 g/d微藻时，料重比均显著降低。EL-Sabagh等[40]研究表明，在羔羊和肉鸡的日粮中添加微藻可增加ADG，降低料重比。造成这种差异的原因可能与动物种类、微藻中DHA含量、微藻种类与添加剂量以及饲养过程中动物的适应能力有关，具体影响机制尚需进一步分析。添加微藻可提高日粮的能量水平，这可能也是微藻促进反刍动物生长和饲料转化效率的一个原因。高磊等[41]研究表明，在日粮中添加微藻饲喂柴达木福牛60 d后，微藻组试验牛的体重、体高和管围均显著或极显著高于对照组，表明微藻对柴达木福牛的体重、体高、管围的增加具有促进作用。2.2微藻对反刍动物肉质的影响肉中脂肪酸主要存在于肌肉中的脂肪组织、大理石花纹以及肌肉的细胞膜中。在单胃动物饲料中添加富含n-3 PUFA的微藻可以显著提高肉中的DHA和EPA含量，从而改善肉品质。与单胃动物不同，反刍动物肉中PUFA的沉积会受到瘤胃微生物氢化作用的影响，从而降低了其在瘤胃内的转化率和在小肠内的吸收率[42]。目前可通过调控动物日粮中的脂肪酸来源降低不饱和脂肪酸在反刍动物瘤胃内发生生物氢化，进而改善肌肉中脂肪酸组成方式。与鱼油相比，微藻中的PUFA在反刍动物瘤胃中生物氢化较少，可提高反刍动物肉中PUFA的含量，特别是EPA和DHA的含量。因此，藻类的饲料在提高动物肉中EPA和DHA水平方面效果较好[43]。Elmore等[44]研究表明，使用亚麻籽和鱼油作为饲料补充剂，通过将亚麻酸的量增加一倍，并将EPA和DHA分别增加2倍和4倍，改善了萨福克和大豆羔羊的肉质。徐晨晨[37]研究表明，日粮中添加富含DHA的微藻可显著增加牦牛血清中DHA、EPA、n-3 PUFA、PUFA的沉积，试验组中牦牛血清DHA分别比对照组增加了2.63倍和3.24倍，EPA分别比对照组增加了2.19倍和3.02倍，n-6/n-3的比值分别下降了50.67%和58%。因此，饲喂富含n-3 PUFA的微藻是一种增加反刍动物肉中DHA和EPA含量的有效方式。2.3微藻对反刍动物产奶性能和乳品质的影响研究表明，乳品质与反刍动物消耗的脂肪酸类型和丰度具有密切关系，因此必须减少不饱和脂肪酸在瘤胃中进行生物氢化[45]。微藻可以增加乳中亚油酸、DHA和烟酸的丰度，还可使牛奶中DHA含量增加4倍[46]。因此，可使用微藻粉作为饲料添加剂与日粮混合饲喂，降低反刍动物瘤胃内生物氢化，使更多的不饱和脂肪酸被小肠吸收，然后将其转移到乳腺，从而增加乳中不饱和脂肪酸的含量，提高乳品质[47]。Kulpys等[48]研究发现，螺旋藻的化学组成会影响瘤胃菌群生物活性和动物健康状况，从而使奶牛的产奶量更高，在90 d的试验期内日产奶量最高可增加25%。Kholif等[49]研究表明，在努比亚山羊基础日粮中添加微藻可提高山羊产奶量。林忠华等[50]研究表明，藻粉饲料添加剂可提高哺乳期奶牛产奶性能。苏世灿等[51]研究表明，在奶牛日粮中添加裂壶藻粉可显著提高牛奶中DHA含量，增加牛奶中不饱和脂肪酸的含量，提高牛奶品质。Lamminen等[52]研究发现，在泌乳奶牛中添加含有微藻粉的油菜籽饲料可以增加产奶量，提高乳中蛋白质和乳糖含量。2.4微藻对反刍动物免疫机能的影响小球藻中存在一种叫作小球藻生长因子（CGF）的物质，可以刺激和增强免疫系统。螺旋藻可以增强巨噬细胞功能和白细胞介素-1（IL-1）产生，但免疫球蛋白G（IgG）含量无变化。螺旋藻还能够激活免疫球蛋白A（IgA）分泌进行免疫调节。黏膜表面分泌的IgA通过其独特的微生物凝集、中和细菌酶、毒素和抑制抗原的性质保护免受各种病毒和细菌病原体的侵害。Rezamand等[53]研究表明，随着日粮中n-3 PUFA含量增加，乳细胞中促炎肿瘤坏死因子（TNF-α）表达呈线性降低，外周血单个核细胞（PBMC）分离出的促炎标志物白细胞介素IL-1β、IL-8和TNF-α表达量分别降低29%、20%和27%，IL-6水平随着日粮中n-3 PUFA增加而增加。Paschoal等[54]研究表明，摄入富含n-3 PUFA的饲料可改变淋巴细胞增殖、细胞因子合成和抗体产生。目前，大量具有益生元作用的微藻应用于饲料行业。小球藻属生产一种酸性多糖，含有鼠李糖（52%）以及阿拉伯糖和半乳糖。已知该复合物通过抑制有害病原体的增殖而具有免疫刺激特性。扁藻的细胞壁也由有利于肠道微生物群的酸性多糖（82%DW）组成。杜氏盐藻产生的细胞外多糖具有免疫刺激、抗病毒和抗肿瘤特性[55]。因此，微藻不仅通过直接供应营养物质改善动物的健康和性能，而且还通过促进增强动物肠道微生物群生物活性间接使其受益。2.5微藻对反刍动物抗氧化性能的影响由于微藻生活环境的复杂性以及其自身具有较强的环境抗逆性，可以产生多种抗氧化代谢产物[56]。微藻中抗氧化活性物质主要有抗坏血酸、谷胱甘肽、维生素E、酚类物质、类胡萝卜素、β-二甲巯基丙酸内盐、真菌孔蛋白以及一些特殊的植物性化学物质，如微藻多糖等，具有抗氧化应激，调节机体健康状态，提高动物免疫力和抗病性等功能[57]。此外，微藻中还含有大量的超氧化物歧化酶（SOD），每100 g螺旋藻粉中SOD的酶活性为20 000~60 000 U。Liang等[57]研究发现，在湖羊羔羊高含量铁基础日粮中添加3%微藻，血清和背最长肌中的SOD活性和总抗氧化能力（T-AOC）显著提高，可改善高含量铁引起的脂质代谢紊乱和氧化应激。Trávníček等[58]报道，绵羊日粮中添加微藻可以提高母羊及哺乳羔羊血清中谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性。Abd等[59]研究发现，山羊日粮中添加1%微藻粉，山羊血浆中SOD、GSH-Px活性显著提高且不会对产奶量、乳脂率、乳蛋白和乳糖含量产生负向影响。Tsiplakou等[60]研究发现，山羊日粮中添加0.5%微藻，羊血清中SOD和过氧化氢酶（CAT）活性显著提高，羊乳中SOD活性显著提高。苏峰祥等[61]研究发现，奶牛日粮中添加微藻粉，与对照组相比，微藻组奶牛血清中SOD活性、硫代巴比妥酸反应物（TBARS）有升高趋势，丙二醛（MDA）含量呈降低趋势，与Mavrommatis等[62]试验结果一致。Wullepit等[63]报道，围产期奶牛日粮中添加微藻可提高其血浆中铁离子还原/抗氧化能力（FRAP）、GSH-Px活性与TBARS值。Tomaluski等[64]研究表明，微藻可以显著降低犊牛血清活性氧（ROS）和脂质过氧化物（LPO）水平，提高犊牛抗氧化能力。La等[65]研究发现，犊牛日粮中添加微藻粉，血清中MDA含量呈降低趋势，GSH-Px、CAT活性随添加量增加呈线性增加。Fasolo等[66]研究发现，犊牛日粮中添加3%微藻粉，血清中ROS水平显著降低，SOD与谷胱甘肽巯基转移酶（GST）活性显著升高。Tsiplakou等[60]研究发现，在高精料饲料条件下添加微藻可以降低奶山羊血清中MDA含量。Mavrommatis等[67]研究发现，在奶山羊日粮中添加20 g/d（Ⅰ组）、40 g/d（Ⅱ组）、60 g/d（Ⅲ组）微藻，与对照组相比，Ⅰ组与Ⅱ组山羊血浆中FRAP显著提高，Ⅲ组血浆中GST、谷胱甘肽还原酶（GR）活性显著提高，Ⅱ组、Ⅲ组山羊乳中CAT活性显著提高，Ⅱ组山羊乳T-AOC最高，Ⅱ组、Ⅲ组山羊精料采食量降低，可能由于微藻风味影响了适口性，因此，20 g/d微藻为日粮中最适宜添加量。Xu等[68]研究发现，添加100/d微藻能够显著提高柴达木福牛血清SOD、GSH-Px活性和T-AOC，显著降低MDA含量。2.6微藻对反刍动物瘤胃发酵的影响微藻中含有的PUFA可通过影响瘤胃微生物群结构以及脂肪酸的氢化作用抑制甲烷的产生。微藻中含有的矿物质可以维持动物正常机体代谢，也可满足瘤胃微生物繁殖，微藻中丰富的纤维和蛋白质能够为瘤胃微生物的发酵提供丰富的物质和能源基础[69]。张静芝等[70]研究发现，奶牛饲粮中添加微藻对瘤胃pH值并无显著影响，而瘤胃微生物对氨氮的利用程度增加，瘤胃液挥发性脂肪酸（VFA）升高，表明螺旋藻中含有的多种生物活性物质，有利于瘤胃微生物的产生及生长，使其活动增强，从而增大VFA含量。研究表明，脱油螺旋藻渣中的碳水化合物瘤胃发酵性低于豆粕或苜蓿干草[71]。经过脱油处理的螺旋藻渣具有作为高蛋白饲料补充剂的潜力，可以为瘤胃微生物蛋白的生产提供适量的氮源，有利于微生物对氨态氮（NH3-N）的利用。Meehan等[72]研究表明，与玉米青贮相比，奶牛半干青贮饲料中添加微藻，产气量与产甲烷量、总挥发性脂肪酸（TVFA）以及乙酸、丁酸含量最低。有研究表明，与其他品种相比小球藻更能减少甲烷产生，这可能与小球藻减少瘤胃内乙酸与H2的产生的间接影响和对瘤胃产甲烷菌的直接抑制作用有关[73]。高义彪[74]采用体外发酵培养方法研究添加不同剂量微藻粉对奶牛瘤胃发酵特性的影响，添加9 mg盐藻粉的试验组发酵液pH值维持良好水平，维生素A和β-胡萝卜素含量显著升高，NH3-N含量明显降低，微生物蛋白含量升高，TVFA含量升高，总产气量降低，发酵液中乙丙比降低，表明添加9 mg盐藻粉能够维持瘤胃内环境稳态，改善奶牛瘤胃发酵功能，提高营养物质利用。Toral等[75]报道，日粮中添加微藻奶牛瘤胃中VFA与乙酸含量显著降低。苏峰祥等[76]报道，日粮添加微藻不影响瘤胃细菌组成与数量，但原虫总数显著下降，与经语佳等[77]研究的长链不饱和脂肪酸能够降低瘤胃液原虫数量结果一致。李海庆等[78]分别用1%、2%、3%微藻粉替代日粮中的玉米，发现添加3%微藻粉组滩羊产气量、pH值及NH3-N含量最高，2%微藻粉组中性洗涤纤维（NDF）消化率、VFA含量最高，1%微藻粉组微生物蛋白（MCP）含量最高。Boeckaert等[79]与Wachira等[80]研究发现，微藻对哺乳犊牛瘤胃液pH值无影响。阿拉腾珠拉[81]研究发现，微藻对哺乳犊牛瘤胃pH值无影响，哺乳犊牛瘤胃液NH3-N、平均总挥发性脂肪酸（TVFAs）、乙酸和丁酸含量随微藻添加量降低，且不影响采食量。但Zhu等[82]研究发现，饲喂6.1 g/d微藻对山羊瘤胃液pH值和TVFAs含量无影响，而饲喂18.3 g/d微藻可增加山羊瘤胃液pH值，降低TVFAs的含量，提高山羊瘤胃液中丙酸和丁酸含量，降低乙酸含量。La等[83]研究表明，山羊日粮中添加微藻山羊瘤胃中乙酸含量随添加量增加而升高，丙酸含量随添加量增加而降低，与Debruyne等[84]研究结果一致。Marques等[85]报道，泌乳中期奶牛日粮中添加微藻，瘤胃pH值呈线性增加，瘤胃中乙酸浓度与TVFA含量降低，丙酸、丁酸和支链脂肪酸（BCFA）含量无显著变化，瘤胃中氨态氮（NH3-N）浓度显著降低。Mavrommatis等[86]研究表明，山羊日粮中添加20 g/d微藻可以抑制瘤胃中产甲烷菌产生。3展望在实际生产中，生产规模小、产量低、生产成本高等问题导致微藻饲料商业化程度低；微藻生产存在无统一质量标准、产品质量参差不齐等问题。因此，开发高效培养微藻新模式可以降低生产成本，提高饲料利用率；加大对不同藻种之间的营养差异以及功能机制的研究，利用组学（转录组学、蛋白质组学、代谢组学）放大微藻对动物代谢的影响，以实现微藻在饲料行业的广泛应用。