单宁广泛存在于灌木、豆科植物和谷物中，是植物多酚的1个亚类，能够与蛋白质形成复合物，并沉淀蛋白质[1]。根据结构的不同，单宁一般分为可水解单宁（HT）和缩合单宁（CT）两类。单宁因其具有涩味和弱毒性，被称为饲料中的“抗营养因子”。为了提高反刍动物的采食量和消化率，大量的研究集中在如何降解和去除饲料中的单宁[2-4]。但有研究发现，单宁具有抗菌作用，可以结合蛋白质，能够通过抑制蛋白在瘤胃中的降解率提高微生物蛋白的合成[5]。甲烷排放是影响气候变化的重要因素。减少反刍动物肠道中甲烷的排放，可以提高饲料转化效率和膳食营养利用率。饲料添加剂能够减少甲烷的生成，以缓解温室效应[6-8]。因此，文章综述单宁的营养特性及其对反刍动物生产性能和甲烷排放的影响，以期为单宁在反刍动物日粮中的应用提供参考。1单宁的营养特性1.1水解单宁的营养特性水解单宁（HT）由多元醇核心分子组成，其核心分子包括葡萄糖、葡萄糖醇、金缕梅、莽草酸、奎尼酸和槲皮醇[9]，其核心多元醇的羟基已被没食子酸酯化。根据HT的化学结构特征，可分为3个主要亚类：没食子葡萄糖、没食子单宁和鞣花单宁。没食子葡萄糖是其中的1个葡萄糖羟基被没食子酸酯化的葡萄糖分子。没食子酸单元可以加至没食子葡萄糖现有的没食子酰基中，从而产生没食子单宁。HT在酸碱环境下易降解，因此在反刍动物消化道中很容易被降解。降解的HT被肠道上皮吸收，会对动物自身造成一定的毒害作用[10]。HT对某些动物具有肝毒性和肾毒性，可能是由于HT具有更高的蛋白质结合活性[11]。然而，HT也可作为抗病毒和抗菌化合物广泛应用于动物生产中[12]。1.2缩合单宁的营养特性缩合单宁（CT）也称原花青素，由flavan-3-ol亚基的低聚物或聚合物组成。CT常见的亚基包括儿茶素、表儿茶素、没食子儿茶素和表没食子儿茶素。豆类植物会产生CT。豆类的高营养价值能够促进动物的消化吸收，减少CT的抗营养作用。CT的抗营养作用会使日粮的适口性降低，当日粮中CT浓度超过干物质（DM）的5%时，会造成动物采食量、营养物质（蛋白质、碳水化合物和脂肪）表观消化率、饲料效率和动物生产性能下降[13]。CT结合的蛋白质含量越大，涩味越大，适口性越差。但是，并非所有的CT均能够结合高含量的蛋白质。与海王星或胡枝子相比，山羊草产生更高浓度的CT，但是却与低蛋白结合[14]。9%~10% CT的红豆草比含有2.6%~4% CT百脉根对绵羊的适口性更好[15]。动物耐受CT抗营养作用的另一个关键保护机制是动物唾液中单宁结合蛋白的产生。富含脯氨酸的蛋白质一直被认为是唾液中结合饮食CT和HT的重要成分[16]。研究表明，CT能够与酸性和富含糖基化脯氨酸的唾液蛋白相互作用，与组蛋白和抑制素相互作用[17]。上述研究中使用的是人源唾液，很少有研究关注反刍动物的唾液。目前，尚不清楚反刍动物中富含哪些类型的蛋白质（脯氨酸的蛋白质除外）。Mole等[18]测定了牛、猪和羊唾液中的脯氨酸浓度，并报道牛唾液中脯氨酸浓度最高。Alonso-Diaz等[19]报道，绵羊和山羊唾液中的氨基酸概况，发现与组氨酸、精氨酸、谷氨酸相比，脯氨酸只是次要成分。1.3单宁的抗氧化性能目前，植物抗氧化功能的研究集中在植物中酚类含量方面[20]。植物中的单宁具有清除机体内自由基的功能，有助于提高动物的健康状况。芦荟中的单宁可以中和自由基，表现出抗氧化活性[21]。裘芳成等[22]从山茶油中提取不同状态（游离态、酯化、糖苷态和不溶性结合态）的单宁并评估其抗氧化能力，结果发现，糖苷态单宁的抗氧化活性较高。单宁可以提高Nrf2机体组织中的抗氧化转路因子蛋白水平的表达，通过刺激Nrf2信号通路，改善机体的抗氧化能力[23]。1.4单宁对瘤胃微生物的影响瘤胃微生物对CT的适应能力是动物避免CT抗营养作用的保护机制之一。但是，微生物对CT的适应能力对动物生产性能的影响机制尚不清楚，可能与瘤胃微生物菌落结构向具有改变CT能力的微生物转变有关[24]。研究发现，在以半果栎的叶子饲喂山羊的试验中，与未接种链球菌（1种单宁降解微生物）的山羊相比，接种链球菌培养物的山羊对干物质（DM）和粗蛋白（CP）的消化率、日采食量和饲料效率更高[25]。在采食栎叶的梅花鹿的瘤胃微生物种群中，发现瘤胃中普雷沃氏菌（Prevotella）丰度明显增加，表明瘤胃条件的改变可能增强普雷沃氏菌活性，或者普雷沃氏菌可能降解栎单宁[26]。1.5单宁对过瘤胃蛋白的保护作用及影响机理CT能够与蛋白复合、沉淀，CT与蛋白质之间的氢键和疏水相互作用在络合和沉淀过程中起重要作用。单宁与蛋白质的比值高时，蛋白质被单宁包裹并导致其沉淀，而单宁与蛋白质的比值低可能会促进可溶性单宁/蛋白质复合物的互联，促进复合物的聚集[27-28]，最终导致复合物沉淀。为了改善生产效率，瘤胃可降解蛋白质（RDP）必须与能量平衡，提高微生物蛋白质的合成[29]。反刍动物日粮中常见的日粮氮源，如苜蓿和豆粕，在瘤胃中高度降解，导致瘤胃氨（NH3）浓度高，氮利用效率低，约为25%[30]。CT可以通过在瘤胃环境中形成稳定的复合物，保护日粮蛋白质不被降解[31]。CT会降低瘤胃粗蛋白（CP）降解的速度和程度[31]。百脉根是1种含有CT的粗饲料，可以作为紫花苜蓿的替代物。与苜蓿（0% CT）相比，百脉根（0.97%~2.77% CT）线性降低了可溶性CP分数和原位降解速率，从而降低饲料RDP比例[32-33]。CT的补充减少了瘤胃中蛋白质的降解，降低了NH3浓度。当日粮氮源超过微生物生长需要量时，瘤胃中的氮以NH3的形式被吸收，在肝脏中代谢为尿素，通过再循环或尿液排出体外。高蛋白质降解率会增加尿液中氮的排泄，会对环境产生负面影响，降低氮的利用效率，造成与尿素合成和排泄增加相关的代谢负担，降低动物的生产性能[34-35]。在奶牛日粮中，使用青贮饲料（7.3%~9.5%CT）替代玉米青贮饲料（0%CT）时，牛体内较高的CT浓度将瘤胃NH3浓度降低了24%[36]。但有研究表明，CT对瘤胃NH3-N浓度无影响[37]，可能是低NH3浓度[37]或者氮源供应限制了微生物的生长。随着瘤胃NH3减少，CT将N从尿液转移到粪便中[36,38-39]，可以通过减少粪便中的一氧化二氮排放改善反刍动物的生产环境[40]。2单宁在反刍动物生产中的应用2.1单宁对反刍动物干物质采食量的影响单宁特有的涩味是影响干物质采食量（DMI）的重要因素。单宁不利于营养物质在瘤胃中的消化[41]。高品质饲草中CT含量并不会对绵羊DMI和日增重产生不利影响；低品质的饲草则会造成营养物质表观消化率下降，抑制瘤胃微生物活性，造成瘤胃发酵速率降低，使动物饱腹感增加，进而降低采食量[42]。研究发现，反刍动物补饲单宁对其生产性能无不良影响[43]。日粮添加0.15%、0.30%和0.45%的CT均能够提高羔羊日增重和DMI，且发现0.15%的添加比例效果最佳[44]。因此，添加适宜的CT，有助于提高动物的生产性能。上述研究结果不同的原因可能是动物种类和添加比例的不同。从单宁结合蛋白质这一特性分析，单宁可以保护部分日粮中的蛋白到达小肠，提高对氨基酸的吸收和利用，进而提高动物生产性能[45]。2.2单宁对反刍动物生产性能的影响Min等[46]报道，绵羊DMI与日粮中单宁含量呈负相关，并且DMI随着日粮单宁含量的增加呈现先升高后降低的趋势，CT添加量（干物质基础）为4.5%~10%时效果最佳。因此，日粮中添加适宜的单宁可提高反刍动物生产性能，但仍然受到试验动物种类的影响。因此，单宁的添加比例要根据不同动物种类确定。在奶牛日粮中添加CT可增加产奶量[47]。与饲喂多年生黑麦草的奶牛相比，饲喂百脉根的奶牛能够多产60%的牛奶[48]。百脉根中富含单宁，表明单宁能够提高奶牛的生产性能。泌乳中后期奶牛日粮中添加单宁能够提高乳脂和乳蛋白含量，降低体细胞数[49]。徐晓锋[50]研究表明，泌乳期奶牛日粮中添加单宁对DMI、乳蛋白、乳脂肪等均无影响。2.3单宁对反刍动物免疫系统和疾病的调控免疫系统功能的正常运作对机体的健康至关重要。单宁能够提高动物抵抗力，增强机体免疫力。将1%和2%的CT添至羔羊日粮中能够提高羔羊的生长性能和饲料利用效率，并在提高抗氧化能力和体液免疫反应等方面具有积极作用[32]。在犊牛日粮中添加2%和4%的单宁对细胞和体液免疫均有积极作用[51]。但是，不同CT分子质量不一样，一般分子质量较大的CT提高反刍动物免疫力的作用更强。CT可以对一些疾病表现出辅助治疗的作用。在生产实践中，新生犊牛易感染病原体，出现腹泻症状。研究发现，补充750 g/kg DM板栗单宁可以缓解犊牛腹泻。因此，单宁可能成为治疗犊牛腹泻的潜在抗生素替代品[52]。肝脓肿是生产中常见的主要由瘤胃酸中毒引起的疾病。该病发病症状不太明显，但会直接影响动物的采食量和饲料转化效率。研究发现，日粮中添加2.5 mg/g DM单宁会降低育肥牛肝脓肿患病率，可能是单宁特异性结合日粮中的蛋白质，减少蛋白质在瘤胃中的过度降解，增加后肠道对氨基酸的吸收和利用，从而提高机体的免疫能力[53]。但是，单宁对免疫系统影响的机理仍需进一步探究。3单宁对反刍动物甲烷排放的影响单宁对反刍动物甲烷排放解决策略相关的研究较多。植物次生化合物（如单宁、皂苷和精油）作为替代天然饲料添加剂可以改变瘤胃发酵，抗微生物活性，提高动物生产力，减少CH4排放。植物单宁可能在减缓甲烷生成中发挥作用。一些研究评估了富含单宁的日粮与反刍动物体内和体外产生CH4之间的关系[54-55]。体外研究表明，单宁具有抗产甲烷活性，可以直接通过抑制产甲烷菌的活性[11]。反刍动物采食的日粮由瘤胃微生物将其转化为挥发性脂肪酸（VFA）和蛋白质等，并伴随着二氧化碳（CO2）和CH4等气体的释放[56-57]。植物单宁具有将肠道CH4排放量减少20%的潜力[58]。富含单宁的日粮（含量5% DM）会对动物生产产生负面影响，因为单宁会降低小肠中氨基酸的吸收[59]。与CT不同，HT摄入后会水解，没食子酸及其降解产物从动物的小肠吸收，可能对反刍动物产生毒性作用[60]。目前，能够减少反刍动物肠道CH4排放，且不影响反刍动物生产性能的最佳单宁添加量仍不清楚。研究发现，增加日粮中的CT含量会线性降低肉山羊的CH4排放量，甲烷短杆菌属（75%）丰度随着松树皮（1.6%~3.2% CT DM）浓度的增加而线性减少[61-64]。但是，CT和甲烷生成的关联效应的机制尚不清楚。在体外和体内环境中，需要通过每单位DMI的参考比例因子比较不同富含单宁的日粮（如胡枝子）中的CH4排放。奶牛饲喂富含CT的三叶草（2.62% CT DM）组成的日粮可以将CH4产量（g/kg DMI）降低13%~16%[65]。绵羊饲喂以黑麦草组成的基础日粮，补充单宁（2.5% CT DMI）时，CH4排放量减少13%[66]。研究发现，在放牧奶牛日粮中补充低水平的CT（163 g/d）使CH4产量（g/d）下降14%，而在较高的CT补充水平（244 g/d）时下降29%[67]。此外，CT的类型可能影响CH4的产生，而且对微生物群落和瘤胃发酵也有影响。奶牛饲喂由富含CT的三叶草青贮饲料或多年生黑麦草青贮饲料组成的日粮具有相似的CH4总排放量，且奶牛的CH4总排放量均降低13%（g DM）[68]。Woodward等[69]研究发现，当奶牛在多年生黑麦草牧场放牧时，CH4产量为24.6 g/kg DMI；而在富含CT的草甸（3.5%~6.7% CT DM）放牧时，CH4产量为19.5 g/kg DMI。高水平CP且富含CT的饲料能够有效减少甲烷排放，在DM基础上能够减少CH4排放6%~40%，如三叶草、胡枝花、大三叶草和优质多年生黑麦草等，CP含量均在15%~25%之间[70]。Min等[46]在以冬小麦牧草（CP含量为15%~18%）为粗饲料的阉牛日粮中添加CT提取物，发现体外CH4产量减少25%~51%。因此，富含CT饲料的CP含量在15%~25%的范围内，能够有效减少单位DMI的CH4排放量。4展望单宁对反刍动物饲用价值评估仍然有限。单宁在日粮中的添加量依然受到动物种类和植物来源的限制，造成单宁对反刍动物的生产性能的影响存在差异。因此，了解单宁对反刍动物的作用机理、调控解决甲烷排放量等问题需要进一步研究。