甘草的生物功能及其在畜禽中的應用

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摘要：近年來，天然植物飼料產品作為一種潛在的高效抗生素替代品在動物生產中的應用越來越廣泛。甘草屬多年生草本植物，是一種傳統的藥飼兩用中藥，甘草中含有多種天然活性物質和營養成分，主要包括多糖類、三萜皂苷類、黃酮類、淀粉、膽堿、氨基酸、香豆素、維生素、植物甾醇等。甘草在調節免疫、抗病毒、抗氧化以及抗炎抗菌等方面發揮重要的作用。甘草作為新型飼料添加劑能夠提高動物生產性能、增強機體抗氧化活性和免疫功能，改善機體健康，在養殖業具有廣闊的應用前景。文章綜述了甘草的生物學功能及其提取物在畜禽生產中的應用，為甘草的深入研究以及在養殖業中的合理應用提供參考。

關鍵詞：甘草；活性成分；生物學功能；畜禽生產

生草本植物，常見的有光果甘草、脹果甘草和烏拉爾甘草，其干燥的根莖是主要的藥用部位，廣泛用于草藥和天然甜味劑。甘草中含有多種活性成分，主要包括甘草多糖、香豆素、植物甾醇、皂苷類和黃酮類化合物等[1]，具有抗氧化、抗病毒、保肝解毒、抗炎殺菌和調節免疫等多種生物學功能[2]。我國甘草資源豐富，且具有毒性低、易獲取的優點，可作為飼料添加劑用于動物生產，能夠提高動物生產性能，調節動物機體免疫力[3]。本文總結甘草的生物學功能及在畜禽生產中的應用，為其作為飼料添加劑的開發與利用提供參考。

1甘草的活性成分及理化性質

甘草中含有200多種不同的化學成分，主要包括三萜皂苷類、黃酮類、多糖類、生物堿類、有機酸和香豆素類等，還含有粗蛋白、粗脂肪、多種維生素等營養成分[3]。甘草中蛋白質含量約17.8%，粗脂肪含量約7.59%，維生素C含量約4.17mg/100g，甘草酸含量不少于2.0%，黃酮類化合物含量約為2.547%[4]，可作為粗飼料用于動物生產。

1.1多糖類

多糖是甘草的主要活性成分之一，主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、木糖和阿拉伯糖等以不同類型的糖苷鍵構成[5]，甘草多糖結構式見圖1。甘草多糖內部有小氣泡狀孔洞，大多呈黃白色粉末，易溶于水，無甜味，具有無細胞毒性的特點。相關研究表明，甘草多糖具有抗炎、抗氧化以及調節免疫等功能。甘草多糖能夠促進T細胞、B細胞等免疫細胞的增殖分化，在特異性和非特異性免疫反應中均發揮關鍵作用[6]。研究表明，甘草多糖通過與Toll樣受體4（TLR4）結合激活免疫相關的信號通路，進而促進骨髓來源樹突狀細胞的成熟并增加血清中白細胞介素-12（IL-12）含量[7]。體外試驗表明，甘草多糖溶液對OH自由基、DPPH自由基和超氧陰離子自由基的抑制作用與其濃度呈正相關，可作為一種天然的抗氧化劑發揮作用[8]。甘草多糖還可調節核轉錄因子（NF-κB）等炎性因子表達，具有良好的抗炎功效[9]。

1.2黃酮類

目前已鑒定出的甘草黃酮類化合物高達300多種，包括黃酮類、黃酮醇類、二氫黃酮、黃烷類、異黃酮類和查爾酮類等[10]，甘草黃酮結構式見圖2。甘草黃酮主要存在于甘草的根表皮內和地上部分，化學成分復雜，不溶于水，具有活性強、相對分子質量小、易吸收等優勢，具有抑菌抗炎、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤等多種藥理作用。甘草黃酮中的異甘草素可能是發揮抗炎活性的主要成分。甘草黃酮還能夠與黃芪等其他物質協同作用發揮抗氧化作用[11]。不同品種的甘草所含的總黃酮含量存在較大差異，其中含有酚羥基和親脂性的黃酮類化合物生物活性更高[12]。

1.3三萜皂苷類

甘草皂苷由1分子三萜苷元與2分子葡萄糖醛酸構成，主要存在于甘草的根莖部位，是甘草中生理活性最強的成分，包括四環三萜和五環三萜等兩種結構，三萜皂苷類化合物易溶于熱水和乙醇，味甜。目前，從甘草屬植物中分離得到的三萜皂苷類化合物已有50多種，其中甘草酸、甘草次酸、甘草內酯、異甘草內酯等是主要的三萜皂苷類化合物[13]，甘草酸結構式見圖3。相關研究表明，甘草皂苷類成分具有抗病毒、保肝解毒、促進腸動力以及抑制神經元損傷等作用[14]。其中甘草酸含量是評判甘草藥材品質的主要指標，甘草酸可以通過抑制病毒復制和增殖，破壞病毒結構發揮抗病毒活性，進而保護動物機體健康[15]。

2甘草的生物學功能

2.1提高免疫力

研究發現，甘草中的活性成分能夠促進免疫細胞的增殖分化，提高干擾素、抗體等細胞因子的表達水平，還可通過增強吞噬細胞的吞噬能力等在機體中發揮免疫調節作用[16]。甘草多糖是一種重要的免疫調節劑，能夠刺激T淋巴細胞和樹突狀細胞增殖[17]。將不同濃度的甘草多糖與小鼠RAW264.7巨噬細胞系共培養后，RAW264.7巨噬細胞的增殖率和吞噬能力顯著增強，一氧化氮（NO）、白細胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）及一氧化氮合成酶（NOS）mRNA的表達水平上調[18]。有試驗探究50、100、200mg/L水平下甘草黃酮對小鼠脾臟淋巴細胞增殖、白細胞介素-2（IL-2）和免疫球蛋白G（IgG）水平的影響，結果發現，甘草黃酮能夠顯著提高小鼠脾臟淋巴細胞增殖能力，顯著提高IL-2和IgG水平[19]。在飼糧中添加甘草酸可調節黃羽肉仔雞的T淋巴細胞亞群，降低由LPS免疫應激造成的免疫球蛋白A（IgA）、IgG、免疫球蛋白M（IgM）升高，從而有效發揮免疫調節作用[20]。

2.2抗病毒

甘草酸通過阻止病毒吸附和進入宿主細胞，破壞病毒結構等抑制病毒復制，從而發揮抗病毒作用。在甘草酸體外抑制豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）感染Marc-145細胞作用機制的研究中發現，甘草酸主要通過調節PRRSV結構蛋白GP4和宿主細胞CD163和CD151的表達抑制病毒感染[15]。不同水平的甘草多糖對PRRSV受體CD163基因和核轉錄因子κBp65基因具有顯著的抑制作用，表明甘草多糖在一定程度上可抵御PRRSV感染[21]。甘草酸通過調節高遷移率族蛋白B1的表達阻止豬流行性腹瀉病毒（PEDV）進入細胞和復制，抑制PEDV對Vero細胞的感染，減少致炎細胞因子[22]。甘草酸在感染鴨肝炎病毒（DHV）的Vero細胞中具有顯著的抗病毒特性[23]。Dziewulska等[24]研究發現，甘草提取物通過降低1型副黏病毒（PPMV-1）RNA的拷貝數抑制鴿子PPMV-1的復制。此外，甘草酸和甘草皂苷G2能夠與艾滋病病毒（HIV）V3環區域結合從而發揮作用[25]，甘草多糖可促進植物血凝素誘導生成γ-干擾素，進而殺滅各類病毒。

2.3抗炎、殺菌

炎癥是機體受到外界感染或刺激時，在炎癥因子作用下發生的一種防御應答反應。研究表明，甘草介入導致乙酸誘導的小鼠毛細血管通透性明顯下降，顯著降低IL-1β和TNF-α等抗炎因子分泌，有效緩解炎癥損傷。甘草總黃酮是甘草抗炎活性組分之一，其通過抑制Toll樣受體4（TLR-4）的二聚化反應調節炎性信號轉導，進而抑制炎癥介質和炎性細胞因子的合成及表達。日糧中添加150mg/kg的甘草提取物可顯著提高仔豬血清中堿性磷酸酶活性，降低相關促炎因子的表達及谷草轉氨酶活性，進而提高仔豬抗炎能力[26]。在LPS誘導的小鼠急性肺損傷模型中，甘草酸通過抑制TLR-4/NF-κB信號通路的活化以及炎癥細胞的遷移和浸潤達到抗炎作用[27]。甘草中的活性物質對真菌、金黃色葡萄球菌、鏈球菌等具有顯著抑制作用。樊梅娜等[28]發現，聯合益生菌與甘草酸共發酵能夠顯著增加甘草酸含量，增強甘草酸對產氣莢膜梭菌的抑菌活性。體外抑菌試驗結果表明，甘草多糖對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌均具有抑制作用，與抗菌藥物頭孢噻呋鈉、卡那霉素聯合使用表現出較好的抑菌效果，還可降低抗生素的使用[29]。有研究建立小鼠皮膚損傷模型，發現甘草查爾酮A貂源銅綠假單胞菌臨床分離菌株具有良好的體內外抗菌效果[30]。

2.4抗氧化

甘草中的活性物質對羥自由基、超氧陰離子自由基和DPPH自由基均具有良好的清除能力，能夠避免機體發生氧化損傷。IPEC-J2細胞在H2O2刺激下會產生過量的活性氧（ROS），用甘草提取物預處理后會減少ROS的產生[31]。張福欣等[19]發現，甘草黃酮對小鼠血清中DPPH自由基、超氧陰離子自由基和羥基自由基的清除率分別為25.00%、79.07%和29.51%，表明甘草黃酮具有較好的抗氧化活性。此外，在高脂乳劑、白酒和四氯化碳誘導的肝損傷模型小鼠中，甘草黃酮能夠通過減輕炎癥、提高抗氧化酶活性和降低肝組織氧化應激修復肝組織并減輕肝損傷[32]。Hong等[33]發現，在高脂小鼠日糧中加入甘草多糖，顯著提高血清過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性，降低丙二醛（MDA）含量，提高總抗氧化能力，改善小鼠脂代謝損傷，提高抗氧化能力，與尤婷[26]的結論一致。楊裕等[34]發現，5~20mg/L甘草查爾酮A可緩解副豬嗜血桿菌感染豬肺泡巨噬細胞導致的氧化和抗氧化平衡失調。

2.5保肝解毒

甘草中的三萜皂苷類化合物是甘草保肝的主要作用物質，其對肝臟的保護作用主要通過降低血清中的谷草轉氨酶（AST）、谷丙轉氨酶（ALT）活性實現。在肉雞日糧中添加500、1000mg/kg的甘草多糖可顯著提高肉雞血清總蛋白（TP）、球蛋白（GLB）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）含量，顯著降低血清尿酸（UA）、甘油三酯（TG）含量和ALT活性。研究表明，甘草多糖可調節肝臟代謝，減輕肝損傷[35]。有研究表明，甘草次酸可顯著降低肝細胞的變性和壞死，抑制肝纖維化[36]。甘草的解毒機制分為3種：通過甘草的吸附作用將毒物排出體外；甘草中的活性物質甘草酸，其水解產物葡萄糖醛酸與毒素的羥基或羧基結合發生化學反應后，使毒性降低；甘草次酸能夠發揮腎上腺皮質激素樣作用而解毒。

3甘草及其提取物在畜禽生產中的應用

甘草活性成分具有多種生物學功能，將其應用于畜禽生產中對提高動物生產性能和飼料轉化率、改善畜禽健康、提高經濟效益等具有重要意義。

3.1甘草及其提取物在豬生產中的應用

研究表明，與對照組相比，添加1000、2000mg/kg的甘草多糖可使斷奶仔豬的平均日增重分別提高16.75%和20.15%，顯著降低料重比，有效促進斷奶仔豬采食[37]。與基礎日糧相比，在育肥豬日糧中添加0.1%的甘草粉能夠顯著提高育肥豬的平均日增重、降低料重比，但超量添加可能會引起生長抑制[38]。丁代會等[39]研究發現，妊娠后期母豬基礎日糧添加500、1000mg/kg甘草提取物，仔豬的哺乳期窩增重分別提高6.90%和6.27%，但差異不顯著。產腸毒素大腸桿菌是斷奶仔豬發生腹瀉的主要病原菌，有研究發現，甘草多糖可通過抑制腹瀉仔豬IL-1β、白細胞介素-6（IL-6）、白細胞介素-8（IL-8）和TNF-α等小腸促炎性因子的轉錄緩解腸道炎癥，還可通過提高緊密連接蛋白Occludin的表達水平，抑制緊密連接屏障的通透性，進而改善仔豬小腸絨毛萎縮及腸道炎性損傷，保護仔豬腸道功能[40]。日糧中添加150mg/kg甘草提取物能夠顯著降低斷奶仔豬結腸pH值，改善腸道環境，增強仔豬腸道結構的完整性和腸道屏障功能，促進仔豬腸道發育[26]。日糧中添加1.3、2.6g/kg甘草浸膏粉，仔豬血液中血紅蛋白平均水平增加了15g/L，血清中豬瘟抗體、IgA、IgM、IgG和干擾素-γ（IFN-γ）水平均有所提高，增強仔豬免疫功能[41]。有研究發現，日糧中添加復方中草藥制劑（0.2%甘草、0.1%板藍根和0.05%黃芪多糖）有利于提高豬血清中IgA、IgG和IgM含量，增強豬群免疫功能[42]。在育肥豬日糧中添加900mg/kg的甘草提取物，可在不影響育肥豬生產性能的前提下顯著增加肌肉中不飽和脂肪酸含量，改善豬肉品質[43]。羅芬芳等[44]研究發現，在豬精液低溫稀釋液中添加0.30g/L的甘草多糖可以明顯改善豬精液保存質量及抗氧化能力。

3.2甘草及其提取物在家禽生產中的應用

以磷酸化甘草多糖和甘草提取物為原料制作復合甘草素用于肉雞飼養的試驗發現，隨著日齡增加，日糧中添加低（1g/kg）、中（2g/kg）、高（4g/kg）水平的復合甘草素均可改善肉雞生長性能，21日齡的肉雞體重與對照組相比提高了12.14%，其中以2g/kg的添加效果最佳[45]。在肉雞日糧中添加500mg/kg的甘草提取物可增加肉雞平均日增重，進而提高養殖效益[46]。在蛋雞日糧中添加80mg/kg的甘草提取物能夠顯著降低料蛋比和蛋黃膽固醇含量、改善蛋黃顏色，且蛋清蛋白質含量、蛋清相對質量以及蛋黃蛋白質含量均具有提高趨勢[47]。張瑞等[48]發現，在基礎日糧中添加12.0%、6.0%和3.0%甘草殘渣能夠顯著提高番鴨的生產性能；當甘草殘渣添加量為12.0%時，14日齡番鴨的體重增加了11.39%。董永軍等[49]研究發現，與對照組相比，1.0g/kg甘草多糖添加組仔雞腸道的大腸桿菌數和沙門氏菌數顯著降低，同時對腸道有益菌雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖具有促進作用。日糧中添加0.4g/L的光果甘草，肉雞的腸絨毛長度、寬度和絨毛長度/隱窩深度顯著增加，同時提高了十二指腸和回腸中CD3基因的表達水平[50]。日糧中添加0.1%的甘草可提高肉仔雞的體液免疫水平，其機制是通過誘導抗體滴度提高肉雞的特異性和非特異性免疫應答反應。有研究表明，在肉雞日糧中添加甘草還可以提高脾臟或法氏囊等免疫器官的重量，從而改善免疫效果[51]。在腹腔注射LPS建立的雛雞免疫應激模型中，硒化甘草多糖可顯著調節雛雞的免疫功能，改善血清免疫相關指標含量[52]。陳文彬等[53]發現，日糧中添加300、600、900mg/kg甘草多糖能夠提高肉雞生長性能，改善血清和腸道免疫狀態，促進脾臟中免疫相關基因的表達，提高肉雞免疫力。

3.3甘草及其提取物在反芻動物生產中的應用

趙正偉等[54]在灘羊公羔羊的基礎日糧中添加0.4g/kg的甘草次酸，灘羊的平均日增重提高了7.96%，料重比顯著降低，表明甘草次酸可提高灘羊生長性能。郭同軍等[55]發現，飼喂甘草莖葉組奶牛的乳脂、乳蛋白和乳糖含量分別比苜蓿組高10.75%、4.83%和4.74%，表明甘草莖葉可以改善奶牛乳成分。奶牛飼喂甘草莖葉后，與對照組（苜蓿添加組）相比，試驗組奶牛瘤胃乙酸、丙酸、戊酸濃度均極顯著提高，甘草莖葉替代苜蓿可顯著抑制瘤胃液中的纖維分解菌、溶纖維丁酸弧菌和總瘤胃球菌的數量，有效改善奶牛瘤胃參數[56]。在育肥期阿勒泰羊的日糧中分別添加0~60%的甘草莖葉，結果發現，添加20%或30%的甘草莖葉有助于提高阿勒泰羊的免疫力，降低血清脂肪代謝，添加30%的甘草莖葉可使阿勒泰羊血清中球蛋白濃度提高11.99%，有利于促進血清能量代謝[57]。有研究在棉籽殼基礎日糧中添加4.5%干物質的甘草提取物，與對照組相比，試驗組卡拉庫爾羊血清IgA和IgG含量分別提高了2.1和1.8倍，說明甘草提取物能夠提高卡拉庫爾羊免疫力[58]。采用甘草莖葉替代苜蓿飼喂奶牛能夠顯著提高奶牛免疫球蛋白含量，血液總蛋白含量也有增加趨勢，表明甘草莖葉具有提高奶牛免疫力的功效，對奶牛具有保健作用[59]。在等能等氮的基礎日糧中添加20.41%的甘草莖葉有利于提高羊肉背最長肌中不飽和脂肪酸和必需脂肪酸的含量，改善羊肉風味[60]。

4結論

甘草應用歷史悠久，其富含的多種生物活性物質具有抗炎殺菌、抗病毒、抗氧化、調節免疫等作用，開發潛力巨大。甘草作為飼料添加劑具有提高動物生長性能、調節腸道健康以及增強機體免疫力等作用。目前針對甘草活性成分的研究主要集中在甘草多糖、黃酮類和皂苷類化合物，作用效果良好，但關于甘草其他活性成分的研究及其在動物生產中的應用價值還有待進一步探索。甘草的不同添加形式和添加劑量在不同物種中的差異較大，作用效果也不盡相同，其促生長的具體作用機制仍需深入研究。

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作者:王彩君 翟宇 單位:唐山職業技術學院農林工程系 河北能源職業技術學院