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导读：在过去，畜禽产品的安全问题日益凸显，尤其是在现代养殖业的集约化生产形势下，问题频发。芳香中药作为具有抗菌、抗炎、增强免疫等作用的中药材和提取物，其替代抗生素的潜力被广泛研究，并在饲料市场上有着广阔的应用前景。芳香中药通过开发适用于动物养殖行业的饲料和添加剂，可以改善养殖动物的健康状况、提高生产性能，并降低疾病发生率。因此，加快芳香中药产品在动物健康养殖中的应用进程，将会带来一定的社会效益和经济效益。在本刊新一年的卷首，我们特别邀请了中国科学院亚热带农业生态研究所的印遇龙院士，就“芳香中药在动物健康养殖中的研究与应用”进行了详细的阐述和探讨。他的阐述将为推广芳香中药在动物健康养殖中的应用，深入探究其作用机制并规范其使用标准提供有力的帮助和支持。希望此文能够增进读者对芳香中药在动物健康养殖中的潜力和应用价值的理解，为养殖业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。全文已在《饲料工业》2024年第1期刊出。
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动物健康养殖与人类健康
动物性食品是人类必需氨基酸、脂肪酸、维生素等营养物质的重要来源。然而，由于抗生素等药物滥用，畜禽产品的安全问题愈发凸显。在动物身上无序使用抗生素终将对人类健康产生直接或间接的不利影响，残留在动物体内的抗生素最后也会通过食物链传播到人体内积蓄，并导致人类致病菌产生抗生素耐药性，严重危害人体健康[1]。可以认为，养殖动物的健康与人类的健康密切相关，保持动物健康是我国粮食安全的重要保障。
尽管动物生产中采用的集约化模式是现代养殖业的必经之路，但与此同时也难以避免疾病频繁暴发所带来的弊端[2]。过去滥用抗生素等药物解决风险的方式逐渐暴露出大量食品安全问题，不仅给人体健康和生命安全带来了极大危害，同时给社会和经济发展带来了显著的负面效应。因此，研究新型绿色饲料添加剂也应朝着减少对抗生素和高副作用药物的依赖，并能够更好地满足动物的营养吸收和健康需要的方向[3]。芳香中药是以挥发性物质为主要有效成分且具有芳香气味的中药材及其提取物[4]。研究表明，很多芳香中药能有效提高畜禽与水产动物的生长性能，并在一定程度上能预防疾病的发生[5]。鉴于此，本文对近年来芳香中药作为新型饲料添加剂的研究进行综述，通过探讨芳香中药与动物健康养殖的关系及芳香中药当前存在的问题，旨在为优质动物产品和人类健康提供建设性意见。
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芳香中药药理作用与机制
2.1 芳香中药的抑菌作用与机制
芳香中药及其衍生物对病原体微生物的抑菌或杀菌活性作用已得到一系列研究证明。药敏试验显示，芳香中药及其衍生物对大肠杆菌等革兰氏阴性菌及枯草芽孢杆菌等革兰氏阳性菌都表现出广谱抑制活性[6-7]，可能与其中的酚类化合物抑制蛋白酶或其他使微生物黏附、细胞包膜转运蛋白和与碳水化合物的非特异性相互作用失活有关[8-9]。此外，芳香中药精油的抗菌活性是通过对微生物不同细胞器中不同靶标的协同作用而实现。研究表明，香芹酚、百里酚等芳香中药提取物中的亲脂性物质可能通过作用于细胞膜和细胞壁结构，破坏细菌细胞膜的完整性并影响其pH稳态[10-12]。同时，有研究表明，橙子精油在小鼠肠道中可以充当益生元，提高益生菌相对丰富度，从而维护动物肠道健康[13]。类似地，研究发现牛至精油可以增加禽类肠道益生菌如伯克霍尔德菌、放线菌、肠球菌科等的丰度，并降低回肠志贺氏菌数量[14]。在鱼类中，牛至精油同样通过增加丙酸杆菌属、棒状杆菌属等益生菌群落丰度，从而调节锦鲤多样性肠道微生物群并维护其肠道健康[15]。此外，芳香中药还可以通过影响信号转导、有丝分裂、细胞凋亡与免疫反应等方面实现抗菌与抗病毒效果。目前已有研究表明，兰象氏青蒿精油中的主要成分1,8-桉叶醚具有增强干扰素调节因子3（IRF3）的抗病毒效果的作用，并抑制核因子-κB（NF-κB）的信号传导，从而对通过病毒引起的呼吸道炎症疾病具有治疗作用[16]。综上所述，芳香中药及其衍生物在抑菌、杀菌和抗病毒方面显示出潜在的药理作用，这些发现为开发新型药物和治疗策略提供了有益的线索。然而，仍需进一步深入探究其抗菌机制和临床应用的潜力。
2.2 芳香中药的抗氧化作用与机制
芳香中药活性成分通过影响动物组织的脂质代谢，提升超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶的活性，从而保护机体免受氧化损伤。有研究表明，饲料中添加的酚类物质绿原酸可以减少鲫鱼肠道和肌肉中脂质过氧化物的产生，并提高肝脏组织中总抗氧化能力（T-AOC）、过氧化物酶（POD）及抗氧化物谷胱甘肽（GSH）的表达水平[17]，该物质通过降低Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）的表达并激活核因子E2相关因子2（Nrf2）信号通路的方式直接或间接调控抗氧化信号通路的表达，清除机体组织内的活性氧及自由基，从而预防与氧化应激相关的动物慢性疾病[18]。此外，芳香中药中的大黄素通过Nrf2-Keap1信号通路诱导外周血白细胞的抗氧化防御[19]，并且可通过Nrf2-Keap1信号通路靶向miR-144，从而改善武昌鲷的氧化应激[20]。芳香中药精油还可以通过溶解或作用于病毒尖刺蛋白和蛋白受体阻止病毒进入宿主细胞，抑制病毒在宿主细胞内的复制，包括抑制病毒蛋白合成及修饰病毒蛋白等方法达到病毒灭杀的作用。有研究表明，白藜芦醇以剂量依赖性方式抑制猴肾细胞中非洲猪瘟病毒的DNA复制、蛋白质合成和病毒复制位点合成[21]。芳香中药精油中的酚类化合物展现出对动物机体具有一定生物活性的抗氧化和抗病毒能力。然而，目前对这些化合物影响机制的研究仍需要进一步深入，以便更好地了解其具体的作用机制和临床应用价值。
2.3 芳香中药的抗寄生虫作用
寄生虫对多种动物的健康和生产性能造成危害，严重阻碍了我国养殖业的可持续健康发展。当前，除抗生素与其他化学药物外，芳香中药也显示出对抗寄生虫的潜力。其中，有研究表明，芳香中药可以预防艾美耳球虫（E. maxima）、堆型艾美耳球虫（E. acervulina）等寄生虫感染的不良影响[22-24]。此外，牛至精油能有效抑制隐孢子虫（C. parvum）及天艾美耳球虫（E. tenella）的生物活性[25-26]。然而，目前对芳香中药抗寄生虫的分子机制研究较少，其中寄生虫细胞毒性活性的产生及其与细胞凋亡的关系，可能涉及到DNA片段化、细胞周期停滞、线粒体膜电位丧失和前鞭毛体中活性氧的产生等多个方面。因此，进一步研究抗寄生虫机制有望为芳香中药的抗寄生虫治疗提供可靠的理论研究基础，并促进相关饲料与药物的开发应用。
2.4 芳香中药的免疫促进作用与机制
芳香中药除了抗菌、抗氧化、抗寄生虫的作用外，其精油还可通过增强吞噬能力、调节免疫球蛋白和细胞素分泌、增强淋巴细胞表达以及促进干扰素γ（IFN-γ）的释放等方式在动物免疫抑制情况下促进免疫调节，从而改善动物健康状况并促进其生长发育[27-28]。其中，槲皮素作为一种广泛存在的芳香中药类黄酮化合物，在不同类型的动物细胞中显示出抗感染潜力，研究表明，槲皮素通过下调血管细胞黏附分子1（VCAM-1）和簇状分化抗原（CD80）的表达从而降低人脐静脉内皮细胞中的炎症反应[29]。同样，槲皮素在小鼠巨噬细胞系中通过抑制酪氨酸激酶Src和脾酪氨酸激酶（syk）介导的磷脂酰肌醇3激酶p85[PI3K（p85）]酪氨酸磷酸化及Toll样受体4/髓样分化因子88/磷脂酰肌醇3激酶（LR4/MyD88/PI3K）复合物形成，从而减少下游信号通路的激活，最终限制脂多糖诱导的炎症[30]。此外，特别是对于树突状细胞，槲皮素具有免疫抑制作用[31]，同时能够稳定肥大细胞并保护胃肠道细胞[32]。可能是芳香中药挥发油能够在多种动物应激情况下抑制炎症因子的分泌，降低机体的抗感染反应，从而增强动物的免疫功能，达到整体防病治病的效果。
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芳香中药在动物健康养殖中
的作用与机制
研究表明，在饲料中加入芳香中药粗提物或提取物在提高动物生产性能、抗氧化性能、免疫力、改善肉质、替代抗生素、防治家禽虫球病及减少有害气体的产生等方面发挥重要作用[33]，可能是实现动物健康养殖的关键。
3.1 芳香中药的饲料加工特性
近年来，随着复合性疾病数量的增多，包括病毒、细菌、支原体、原虫等，如何充分发挥芳香中药抗病原菌与病毒、增加机体免疫功能等优势，以取代抗生素在畜禽、水产行业防治传染病的应用，已成为健康农牧渔业发展的重要课题。其中，由一种芳香药材制备而成的芳香药材单方制剂具有较强的针对性。单方药材（如牛至、百里香等）具有抗病抗菌功能，可制备成散剂按一定比例添入饲料中，实现减抗、替抗的效果。相比于单方药材，由多种芳香药材组成的芳香中药复方制剂，通过相互配伍能够实现更广泛的药理效应。此外，芳香中药精油及其纯露具有抗菌活性，但挥发性强，需要改进以适应饲料添加剂的使用。且提取芳香中药精油后的残渣仍含有丰富的药用成分，可以进行加工，提取有效成分用于畜禽健康养殖。然而，由于不同品种、加工工艺和产量等因素的差异，需要开展深入的研究和具体的试验来研究芳香中药提取挥发油后的残渣。
3.2 促进动物生长
大量研究表明，芳香中药提取物或精油可显著改善畜禽采食量、饲料转化率及生长性能。研究发现，在饲料中添加山苍子精油可以提高抗氧化能力、调节免疫应答和调整微生物群落，从而改善断奶期猪仔的生长性能和肠道健康状况[34]。芳香中药促进生长的机制主要包括以下几个方面：改善饲料的风味和适口性，从而增加摄食量；促进内源性消化酶、唾液、胆汁和黏液的分泌，从而促进营养物质的消化利用；抑制病原菌繁殖或通过靶向雷帕霉素信号通路（mTOR）和Wnt/β-连环蛋白通路（Wnt/β-catenin）等信号通路改善肠道形态结构和消化吸收功能[35-36]。禽类养殖研究中发现，将迷迭香和百里香添加到肉鸡饲料中能有效改善肉鸡生长性能。此外，迷迭香还对脂肪沉降和微生物组成产生积极影响[37-38]。同样，在水生动物研究中，Jahromi等[39]通过在饲料中添加迷迭香提取物，发现白鲸的肠道吸收面积显著增加且生长数据得到了有效改善，但该研究并没有提及是通过何种方法改善肠道形态结构和消化功能。此外，Amer等[40]和El-Naby等[36]在其各自的研究中均发现，饲料中添加百里香酚能显著提高罗非鱼的生长性能。
3.3 替代饲用抗生素
抗生素自1929年被发现以来，为世界公共卫生安全及养殖产业做出了巨大贡献。然而，许多国家包括中国在内已禁止使用抗生素作为生长促进剂[41]，因此，需要开发成本可控、安全有效的饲用抗生素替代品。研究发现，多种芳香中药添加至饲料中，可达到类似于抗生素的促生长和改善肠道健康的效果。其中，在仔猪饲料中添加刺五加可提高其生长性能并改善其消化率，且试验期间血清低密度脂蛋白（LDL）、胆固醇（CHO）及血糖（GLU）含量无显著变化，效果与饲用抗生素组相当[42]。此外，断奶仔猪饲粮中添加0.2%白藜芦醇同样改善了断奶仔猪的生长性能、营养物质消化率和血清免疫球蛋白G（IgG）水平，并减少粪便微生物脱落，其效果与饲用抗生素相当[43]。而在饲料中添加200~400 mg/kg山苍子精油能有效改善仔猪生长性能并降低腹泻率[34]，这可能与芳香中药提取物能提高仔猪抗氧化能力、抗感染水平和肠道屏障功能等因素相关。在禽类研究中，与添加300 mg/kg硫酸黏菌素相比，向临武鸭饲料中添加100~300 mg/kg厚朴酚能显著改善其生长性能和抗氧化能力，表明厚朴酚可能成为一种潜在的抗生素替代品[44]。同样，添加2%的山竹皮提取物可以提高肉鸡的生长性能，且不会诱导抗生素耐药性[45]。此外，芳香中药在水产养殖中也得到了广泛的应用，并因其促生长作用、毒性低、产生耐药性的可能性小等优点，成为替代抗生素和化学品的首选添加剂[46]。
3.4 提升养殖产品品质
相比于维生素E，芳香中药精油具有更强的抗氧化酶活性，并被广泛应用于降低运输引起的氧化应激，进而改善肉质品质。芳香中药精油在畜禽生产中通过其抗氧化活性，可有效提高胴体重量、胸肌重量、肉质嫩度和多汁性，减少家禽和猪的脂质氧化，同时降低猪和牛腹部脂肪沉积。研究表明，在饲料中添加100~400 mg/kg微囊化的香芹酚（30%）和肉桂醛（60%）能提升肉鸡生产性能及肉品质[47]；此外，黄花蒿提取物中的维生素E或多酚类化合物能有效降低鸡肉中的硫代巴比妥酸（TBARS），表现出单独或联合抗氧化性能[48]。在肥育猪的相关研究中，芳香中药精油主要用来改善肉质和降低由运输引起的氧化应激。其中，长期添加牛至精油能提高育肥猪的抗氧化能力，防止并延缓脂质氧化，而不影响其他肉质参数，可用于维持肉制品的品质[49]。此外，研究表明牛至精油在提高抗氧化酶活性方面优于维生素E，能有效降低运输诱导的氧化应激并改善肉质[50]。同时饲喂牛至精油饲料的猪在运输后活重收缩减少，热胴体重量和敷料百分比增高[51]。在水产养殖中，有研究表明牛至精油饲料显示出作为生长促进剂的潜力，可有效改善氧化活性和肌肉蛋白质沉降，从而影响斑点叉尾鮰的肉质[52]。然而，关于利用芳香中药精油饲料添加剂改善水生动物肉质的研究还相对较少，目前大部分的研究侧重于将芳香中药精油作为食品添加剂加工水生动物肉类产品以延长其保质期的功能[53]。
3.5 提升母猪繁育性能
母猪泌乳期采食量是影响其身体状况及泌乳性能的主要因素。当母猪泌乳期体重损失过多时，将会导致母猪断奶至发情期间隔延长，排卵率、受精率、胚胎存活率下降等不利影响。近年来研究指出，饲料中添加250~500 mg/kg水飞蓟素可通过调节营养物质代谢和血清抗氧化来改善母猪的繁殖和泌乳性能[54]。此外，植物精油还能提高母猪采食量并改善其生产性能、免疫性能及乳成分[55-56]。芳香中药成分复杂，具有抗菌、抗氧化及调节机体肠道微生物区系稳态等多种生物学特性，多种生物学功能通过不同的作用途径影响母猪性能。其可能的主要作用机制如图1所示。这些潜在的作用机制可能有助于提高母猪的繁殖性能和免疫健康，但具体效果还需要进一步的科学研究和验证。
3.6 防治家禽虫球病
家禽球虫病是一种寄生于家禽消化道的寄生虫病，能诱导强烈的炎症反应，导致与氧化应激和脂质过氧化相关的组织损伤、腹泻、出血、生长不良，对其他疾病因子的易感性增加，其病理表现包括消化不良、食欲减退、体重下降、羽毛不健康、腹泻和贫血等。在严重感染的情况下，可导致消化道出血和免疫抑制，甚至危及生命[58-60]。在芳香中药的研究过程中发现，芳香中药精油的酚类物质具有抗鸡球虫病的作用。例如，在饲料中添加300 mg/kg的牛至挥发油，对柔嫩肠杆菌显示出抗球虫作用，而在每千克饲料中添加5.0 g和7.5 g牛至挥发油对抗柔嫩肠杆菌感染的效果最显著[61]。目前有关芳香中药精油应用于抗球虫病的用量水平、作用机制及临床效果还有待进一步探究。
3.7 改善水生动物免疫力
随着水产业的快速发展，人们对水产产品的需求已不再仅限于其作为食物的功能，而更加关注水产产品的肉质品质。与此同时，由于对食品安全问题的高度重视，越来越多的抗生素及化学药品在水产养殖中被禁止使用。此背景下，芳香中药作为一种替代方法，在水生动物养殖中得到广泛应用。研究表明，芳香中药对水生动物具有多种益处，包括促进生长、增强免疫力和改善肉质等方面。例如，在饲粮中添加白藜芦醇可提高遗传改良罗非鱼幼鱼血清和肝脏免疫球蛋白M（IgM）水平，同时提升抗炎细胞因子白介素-10（IL-10）及其逆抑制剂IFN-γ的水平[62]。此外，Giri等[63]发现，在鲤鱼饲料中添加不同水平的姜黄素，当添加量为15 g/kg时，可显著提升鲤鱼生长性能，并改善其皮肤黏膜和血清抗氧化参数，进而增强其免疫力。综上所述，芳香中药作为免疫刺激剂在水生动物健康管理中具有巨大的发展前景。为了更准确地了解其作用机制，可以进一步利用转录组学和蛋白质组学等多种工具来探究其在水生动物中的作用模式。
3.8 减少甲烷等有害气体产生
反刍动物消化过程中，微生物在其瘤胃消化饲料及粪便分解时会释放出大量的甲烷气体，这是畜禽业甲烷等有害气体产生的重要来源。甲烷作为一种强效温室气体会导致地球温度升高。此外，甲烷的排放也会影响水体生态系统的平衡，对水生动物造成影响。近年来有研究发现，通过优化饲料配方，合理搭配不同成分的饲料，可以降低消化系统中的甲烷产生[64]。一系列研究表明，将皂苷、单宁等芳香植物活性物质添加到饲料中可以有效减少动物的甲烷排放量，但也可能抑制畜禽产品的产量[65-66]。相反，将牛至添加到饲料中不仅能缓解甲烷的排放，还能提高饲料利用效率[67-68]。芳香中药抑制甲烷产生的机制可能包括对产甲烷微生物生长繁殖的抑制，对共生、原生生物生长繁殖的抑制，以及促进利用氢的代谢途径。
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芳香中药应用存在的问题及展望
首先，芳香中药作为抗生素替代品在动物养殖中的作用已得到广泛应用，但是其有效性、安全性及毒副作用还需要更多科学数据的支撑。且在我国芳香中药原料只有少部分植物有质量标准，并没有对原料形成统一强制性的标识标准，亟需开展相关原料标准和检测方法标准的制定、修订工作，规范其生产、流通和使用等环节，并不断完善芳香中药饲料添加物筛查数据库。如需在饲料中大规模使用芳香中药替代抗生素，还应对其作用机制、毒性及临床效果进行深入研究，以及是否会导致养殖环境中致病菌的选择性进化，亟待深入研究。
其次，由于芳香中药精油的易挥发性与强烈的气味，其适口性较差。作为饲料添加剂使用时需要关注其作用位置和时间，并开发受保护的精油剂型，延迟其释放和吸收以确保最终作用于后肠部位，充分发挥芳香中药精油及其纯露的功能作用。此外，为解决以上问题而采用新型工艺制作方法制备相应产品的探索，也将会越来越为人们所关注。
最后，虽然中医典籍已记载了众多关于芳香中药的药用理论知识，然而动物用芳香中药仍仅限于传统经验，缺乏科学验证和客观评价。因而，亟需研究建立芳香中药现代科学评价体系，以准确评估芳香中药的功效和安全性，并为其在动物生产中的应用提供理论依据。此外，可通过对芳香中药挥发油在动物生产中的作用进行系统探索，深入研究其促生长及抗菌作用的具体机制，从而更好地指导芳香中药饲用替抗、减抗产品的精准开发，高质量地服务动物产品安全和人类健康。
综上，芳香中药在饲料市场有广阔的应用潜力。为促进芳香中药在动物健康养殖应用中的推广，需要深入探究其作用机制并规范其使用标准。通过开发适用于动物养殖行业的饲料及添加剂，改善养殖动物的健康状况，提高生产性能，并降低疾病发生率。因此，加快芳香中药产品投入动物健康养殖的应用进程能带来可观的社会效益与经济效益。
参考文献及更多内容详见：
饲料工业，2024，45（1）：2-9
作者简介
印遇龙，中国工程院院士，博士生导师。现任农业农村部动物营养实验室群学术委员会副主任，畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室主任，中国农学会微量元素与食物链分会理事长，中国饲料工业协会副会长，国家生猪产业技术创业战略联盟理事长，世界中医药联合会中医与农业产业分会以及芳香产业分会名誉理事长，Animal Nutrition （IF 6.3）杂志主编，中国科学 生命科学中英文版（IF 9.1）编委，Journal of Animal Science（IF 3.3）编委，新加坡南洋科学院学部委员会委员。长期从事畜禽健康养殖与环境控制研究，先后主持完成院、省、国家、国际合作科研项目30多项。在畜禽绿色养殖技术、非常规饲料原料高效利用以及养殖过程废弃物减控等方面带领团队发表高质量论文500多篇，H-index in Google Scholar 82，主编中英文专著10部；以第一完成人获国家科技进步奖二项和国家自然科学奖一项，曾获湖南省杰出贡献奖，何梁何利科技进步奖，2018年在澳大利亚布里斯班举行的第14届国际猪消化生理学大会上获Asia-Pacific Nutrition Award（杰出成就奖）。
引用格式
印遇龙，陶晋升，白平，等. 芳香中药在动物健康养殖中的研究与应用[J]. 饲料工业, 2024, 45(1): 2-9.
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