到2050年，世界人口预计将达到97亿，对肉类等动物源性食品需求会大幅增长，养殖需求增大，资源环境问题凸显。近年来，动物食品的安全问题越发被重视，全球许多国家已经加入到了禁用抗生素的大潮中来。我国相继颁布了《遏制微生物耐药国家行动计划（2016-2020年）》《全国遏制动物源细菌耐药行动计划（2017-2020年）》和《遏制微生物耐药国家行动计划（2022-2025年）》等饲用抗生素替代公告，报告指出，到2020年，人兽共用抗菌药物或易产生交叉耐药性的抗菌药物作为动物促生长剂逐步退出；到2025年，人类和动物抗微生物药物应用和耐药监测评价体系更加健全。因此，寻找一种能够改善动物生产和产品品质，降低生产成本，同时符合安全标准的添加剂迫在眉睫。
目前，研究较多且效果比较好的替抗物质包括有机酸、益生菌、益生元、肽类和中草药提取物等。益生菌被定义为“当给予足够量时，赋予宿主健康益处的活微生物”。益生元被定义为“一种被宿主微生物选择性利用的底物，可以带来健康益处”。益生菌和益生元作为饲料添加剂对猪生产的促进与改善作用已经得到了众多学者的研究证明，合生元作为益生菌和益生元的混合制剂，人们对其效果也抱有很高的期望，本文就合生元对猪的益生作用及机理进行综述，以期为合生元更好地用于猪生产提供参考。
1、合生元的内涵
合生元（synbiotics）又叫合生素，其通过促进有益微生物在肠道定植，同时兼有益生菌和益生元的作用，并且还能展现出一定的协同作用，更加有利于动物的生长与健康。从合生元的作用机制出发，益生元的选择有两种：一种是以动物原有的有益微生物为目标，益生元用来促进宿主原有的有益微生物的生长，至于选定的益生菌，只是作为其作用目标范围的一部分，称为互补合生元，由于其作用特性，此种合生元中的益生菌与益生元成分均必须满足最低的剂量规定；另一种是以选定的益生菌为目标，选择可以被其选择性利用的合生元，称为协同合生元，这种合生元能够有效地改善选定的益生菌在动物体内的存活和生长能力，从而增加有益动物健康的肠道微生物群的水平。在这种情况下，合生元不会被视为两种组分，而是被视为一种单一产品，这就意味着益生元的剂量可以变得更小。
2、合生元的益生作用及其机理
2.1促生长作用
唐武等在仔猪日粮中添加0.05%丁酸梭菌和0.02%低聚木糖（合生元组），结果发现，相比于对照组，仔猪的平均日增重（ADG）和平均日采食量（ADFI）均显著增加，并且65日龄时的仔猪体重显著增加。吕存等研究发现，在断奶仔猪饮水中添加合生元（每圈每天添加芽孢乳酸杆菌1×1010 CFU，丁酸梭菌3×1010 CFU，菊粉30 g，果寡糖20 g），结果发现，21～42日龄时仔猪的ADG和ADFI均显著增加，而43～70日龄时仅有ADG显著增加。有趣的是，罗鹏等研究发现，在生长育肥猪日粮中添加由植物乳杆菌、屎肠球菌和壳寡糖配制的合生元，结果发现对生长性能没有显著影响。Lei等研究也发现，在生长育肥猪日粮中添加合生元（109 CFU/kg酪酸梭菌内孢子、1010 CFU/kg枯草杆菌内孢子和1010 CFU/kg荚膜红假单胞菌+低聚果糖），在0～119 d，不同处理组间的日增重、日采食量和料重比均没有显著差异。可见，合生元可以改善仔猪的生产性能，但对生长育肥猪却没有显著影响，这可能是因为仔猪的肠道微生物组成还没有完全成熟，受到外部因素的影响较大，而生长育肥猪的肠道微生物组成已经成熟，因此合生元在生长性能方面的作用受生长阶段的影响较大。
合生元促生长的机理在于对猪肠道微生态系统的调节作用。其主要通过优化肠道菌群结构、增加有益代谢产物（尤其是短链脂肪酸，SCFAs）的产量、改善肠道形态与功能，从而提升营养物质的消化吸收效率。有研究指出，补充合生元可以显著提高猪肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的数量，有益菌通过竞争性定植、产生抗菌物质和降低肠道pH的方式，限制如沙门氏菌、大肠杆菌等有害菌的定植；对菌群结构的优化增强了肠道微生物群的代谢活性，有益菌代谢的终产物短链脂肪酸产量增加，这类物质能作为能源物质，还能够作为重要信号分子调节营养吸收和代谢，并有助于维护肠道物理屏障和免疫屏障的完整性，减少有害物质进入机体血液循环，为机体生长节约能量。此外，饲喂合生元能够改善猪的肠道形态，增加绒毛高度和隐窝深度，扩大营养物质的吸收面积，提高消化道内多种消化酶的活性，因此有助于提高营养物质的消化率。
2.2改善腹泻
腹泻是制约仔猪生长和存活的一个重要因素，一般是早期断奶应激引起，解决的重要手段之一就是营养调控。Lee等有研究显示，在仔猪日粮中分别添加抗生素和不同的合生元（益生菌来源不同），结果发现，抗生素组的志贺氏菌计数显著高于合生元处理组，抗生素组的氨气和硫化氢气体排放均要显著高于合生元处理组。Chlebicz-Wojcik等将三种合生元与两种商业益生菌进行比较，通过饲喂母猪，母猪用母乳饲喂仔猪的方式进行，结果发现仔猪腹泻得到了显著改善。
Duarte等给经过大肠杆菌F18+攻毒的仔猪饲喂合生元制剂（木聚糖酶1 000 XU/kg+芽孢杆菌2×108 CFU/kg），在第9和11天显著降低了腹泻指数，并在种水平上显著增加了肠道中乳杆菌的相对丰度。因此，合生元能够改善腹泻，可能是由于其能够促使有益菌增殖和抑制病原菌。此外，紧密连接蛋白是维持肠道屏障完整性的关键，而NF-κB和MAPK通路活化会下调紧密连接蛋白表达，合生元能够抑制TLR4、MyD88和NF-κB信号，减少IL-6、TNF-α介导的蛋白降解，从而维持肠道屏障完整性，减少仔猪断奶后腹泻。
2.3提高抗氧化能力
Ma等通过在母猪饲粮中补充200 mL/d/头的益生菌发酵液（1×108 CFU/g～1.2×108 CFU/g植物乳杆菌和0.2×108 CFU/g酿酒酵母）和500 g/t的低聚木糖，结果发现仔猪血浆MDA和H2O2水平显著降低。Wang等在怀孕母猪饲粮中添加由200 mL/d/头的益生菌发酵液和500 g/t的木寡糖组成的合生元，之后给仔猪继续饲喂，结果发现，相比于对照组，合生元显著增加了仔猪血浆中的超氧化物歧化酶（SOD），谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）活性，降低了丙二醛（MDA）浓度。之后对空肠和结肠的微生物区系丰度做了研究，发现添加合生元显著增加了厚壁菌门、拟杆菌门、双歧杆菌和乳酸杆菌在空肠的丰度，显著上调了空肠SOD，Nrf1和Nrf2的相对mRNA表达。
补充合生元能够显著优化猪的肠道菌群结构，而猪肠道微生物群的丰度与血清中的抗氧化酶活性存在显著的正相关性，这是其发挥抗氧化作用的基础。有益菌的增加能够产生多种具有抗氧化活性的代谢产物，如短链脂肪酸、共轭亚油酸等，这些物质能够清除自由基，调节宿主的抗氧化系统。此外，核因子E2相关因子2（Nrf2）是细胞抵抗氧化应激的核心转录因子，在正常生理状态下，Nrf2与Keap1蛋白结合存在于细胞质中，当细胞受到氧化应激刺激时，Nrf2与Keap1解离，转移至细胞核内，从而启动下游一系列抗氧化酶的表达，而合生元能够上调Nrf2通路信号分子的表达，这可能是其能够提高猪抗氧化能力的又一原因。
2.4增强免疫能力
Czyewska-Dors等研究发现，在断奶仔猪饲粮中添加0.5 kg/t的四种不同合生元，结果显示，添加合生元显著提高了血清IgA、IgM和IgG的浓度。肠道不仅是消化吸收的器官，更是机体最大的免疫器官。合生元通过维护肠道屏障、调节肠道相关淋巴组织（GALT）以及直接与免疫细胞相互作用，实现对猪全身免疫功能的系统性调节。益生菌菌体成分（如肽聚糖、脂磷壁酸）可以被宿主免疫细胞（如巨噬细胞、树突状细胞）表面的模式识别受体（PRRs），特别是Toll样受体（TLRs）所识别，可以持续刺激猪的免疫细胞，此外，MAPK信号通路也参与TLR介导的免疫应答，合生元能够调节MAPK通路的磷酸化水平，精细调控免疫细胞的功能，如细胞因子的产生和吞噬活性。
3、小结
合生元是益生菌和益生元组合制成的一种复合微生态制剂，前人已经做了大量的研究，添加合生元能够提高生产性能、增强抗氧化能力、改善仔猪腹泻、提高免疫能力以及改善肠道菌群组成，合生元作为替代抗生素的一种饲料添加剂的潜力已经被证明。之后对于合生元的研究重点应该放在：1）根据作用机理及猪的不同生产阶段的生理特点，寻找以及汇总适合不同阶段猪使用的合生元配方；2）深入发掘不同益生菌和益生元之间可能存在的协同以及拮抗效应，为实际生产中使用合生元提供参考。
目前，研究较多且效果比较好的替抗物质包括有机酸、益生菌、益生元、肽类和中草药提取物等。益生菌被定义为“当给予足够量时，赋予宿主健康益处的活微生物”。益生元被定义为“一种被宿主微生物选择性利用的底物，可以带来健康益处”。益生菌和益生元作为饲料添加剂对猪生产的促进与改善作用已经得到了众多学者的研究证明，合生元作为益生菌和益生元的混合制剂，人们对其效果也抱有很高的期望，本文就合生元对猪的益生作用及机理进行综述，以期为合生元更好地用于猪生产提供参考。
1、合生元的内涵
合生元（synbiotics）又叫合生素，其通过促进有益微生物在肠道定植，同时兼有益生菌和益生元的作用，并且还能展现出一定的协同作用，更加有利于动物的生长与健康。从合生元的作用机制出发，益生元的选择有两种：一种是以动物原有的有益微生物为目标，益生元用来促进宿主原有的有益微生物的生长，至于选定的益生菌，只是作为其作用目标范围的一部分，称为互补合生元，由于其作用特性，此种合生元中的益生菌与益生元成分均必须满足最低的剂量规定；另一种是以选定的益生菌为目标，选择可以被其选择性利用的合生元，称为协同合生元，这种合生元能够有效地改善选定的益生菌在动物体内的存活和生长能力，从而增加有益动物健康的肠道微生物群的水平。在这种情况下，合生元不会被视为两种组分，而是被视为一种单一产品，这就意味着益生元的剂量可以变得更小。
2、合生元的益生作用及其机理
2.1促生长作用
唐武等在仔猪日粮中添加0.05%丁酸梭菌和0.02%低聚木糖（合生元组），结果发现，相比于对照组，仔猪的平均日增重（ADG）和平均日采食量（ADFI）均显著增加，并且65日龄时的仔猪体重显著增加。吕存等研究发现，在断奶仔猪饮水中添加合生元（每圈每天添加芽孢乳酸杆菌1×1010 CFU，丁酸梭菌3×1010 CFU，菊粉30 g，果寡糖20 g），结果发现，21～42日龄时仔猪的ADG和ADFI均显著增加，而43～70日龄时仅有ADG显著增加。有趣的是，罗鹏等研究发现，在生长育肥猪日粮中添加由植物乳杆菌、屎肠球菌和壳寡糖配制的合生元，结果发现对生长性能没有显著影响。Lei等研究也发现，在生长育肥猪日粮中添加合生元（109 CFU/kg酪酸梭菌内孢子、1010 CFU/kg枯草杆菌内孢子和1010 CFU/kg荚膜红假单胞菌+低聚果糖），在0～119 d，不同处理组间的日增重、日采食量和料重比均没有显著差异。可见，合生元可以改善仔猪的生产性能，但对生长育肥猪却没有显著影响，这可能是因为仔猪的肠道微生物组成还没有完全成熟，受到外部因素的影响较大，而生长育肥猪的肠道微生物组成已经成熟，因此合生元在生长性能方面的作用受生长阶段的影响较大。
合生元促生长的机理在于对猪肠道微生态系统的调节作用。其主要通过优化肠道菌群结构、增加有益代谢产物（尤其是短链脂肪酸，SCFAs）的产量、改善肠道形态与功能，从而提升营养物质的消化吸收效率。有研究指出，补充合生元可以显著提高猪肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的数量，有益菌通过竞争性定植、产生抗菌物质和降低肠道pH的方式，限制如沙门氏菌、大肠杆菌等有害菌的定植；对菌群结构的优化增强了肠道微生物群的代谢活性，有益菌代谢的终产物短链脂肪酸产量增加，这类物质能作为能源物质，还能够作为重要信号分子调节营养吸收和代谢，并有助于维护肠道物理屏障和免疫屏障的完整性，减少有害物质进入机体血液循环，为机体生长节约能量。此外，饲喂合生元能够改善猪的肠道形态，增加绒毛高度和隐窝深度，扩大营养物质的吸收面积，提高消化道内多种消化酶的活性，因此有助于提高营养物质的消化率。
2.2改善腹泻
腹泻是制约仔猪生长和存活的一个重要因素，一般是早期断奶应激引起，解决的重要手段之一就是营养调控。Lee等有研究显示，在仔猪日粮中分别添加抗生素和不同的合生元（益生菌来源不同），结果发现，抗生素组的志贺氏菌计数显著高于合生元处理组，抗生素组的氨气和硫化氢气体排放均要显著高于合生元处理组。Chlebicz-Wojcik等将三种合生元与两种商业益生菌进行比较，通过饲喂母猪，母猪用母乳饲喂仔猪的方式进行，结果发现仔猪腹泻得到了显著改善。
Duarte等给经过大肠杆菌F18+攻毒的仔猪饲喂合生元制剂（木聚糖酶1 000 XU/kg+芽孢杆菌2×108 CFU/kg），在第9和11天显著降低了腹泻指数，并在种水平上显著增加了肠道中乳杆菌的相对丰度。因此，合生元能够改善腹泻，可能是由于其能够促使有益菌增殖和抑制病原菌。此外，紧密连接蛋白是维持肠道屏障完整性的关键，而NF-κB和MAPK通路活化会下调紧密连接蛋白表达，合生元能够抑制TLR4、MyD88和NF-κB信号，减少IL-6、TNF-α介导的蛋白降解，从而维持肠道屏障完整性，减少仔猪断奶后腹泻。
2.3提高抗氧化能力
Ma等通过在母猪饲粮中补充200 mL/d/头的益生菌发酵液（1×108 CFU/g～1.2×108 CFU/g植物乳杆菌和0.2×108 CFU/g酿酒酵母）和500 g/t的低聚木糖，结果发现仔猪血浆MDA和H2O2水平显著降低。Wang等在怀孕母猪饲粮中添加由200 mL/d/头的益生菌发酵液和500 g/t的木寡糖组成的合生元，之后给仔猪继续饲喂，结果发现，相比于对照组，合生元显著增加了仔猪血浆中的超氧化物歧化酶（SOD），谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）活性，降低了丙二醛（MDA）浓度。之后对空肠和结肠的微生物区系丰度做了研究，发现添加合生元显著增加了厚壁菌门、拟杆菌门、双歧杆菌和乳酸杆菌在空肠的丰度，显著上调了空肠SOD，Nrf1和Nrf2的相对mRNA表达。
补充合生元能够显著优化猪的肠道菌群结构，而猪肠道微生物群的丰度与血清中的抗氧化酶活性存在显著的正相关性，这是其发挥抗氧化作用的基础。有益菌的增加能够产生多种具有抗氧化活性的代谢产物，如短链脂肪酸、共轭亚油酸等，这些物质能够清除自由基，调节宿主的抗氧化系统。此外，核因子E2相关因子2（Nrf2）是细胞抵抗氧化应激的核心转录因子，在正常生理状态下，Nrf2与Keap1蛋白结合存在于细胞质中，当细胞受到氧化应激刺激时，Nrf2与Keap1解离，转移至细胞核内，从而启动下游一系列抗氧化酶的表达，而合生元能够上调Nrf2通路信号分子的表达，这可能是其能够提高猪抗氧化能力的又一原因。
2.4增强免疫能力
Czyewska-Dors等研究发现，在断奶仔猪饲粮中添加0.5 kg/t的四种不同合生元，结果显示，添加合生元显著提高了血清IgA、IgM和IgG的浓度。肠道不仅是消化吸收的器官，更是机体最大的免疫器官。合生元通过维护肠道屏障、调节肠道相关淋巴组织（GALT）以及直接与免疫细胞相互作用，实现对猪全身免疫功能的系统性调节。益生菌菌体成分（如肽聚糖、脂磷壁酸）可以被宿主免疫细胞（如巨噬细胞、树突状细胞）表面的模式识别受体（PRRs），特别是Toll样受体（TLRs）所识别，可以持续刺激猪的免疫细胞，此外，MAPK信号通路也参与TLR介导的免疫应答，合生元能够调节MAPK通路的磷酸化水平，精细调控免疫细胞的功能，如细胞因子的产生和吞噬活性。
3、小结
合生元是益生菌和益生元组合制成的一种复合微生态制剂，前人已经做了大量的研究，添加合生元能够提高生产性能、增强抗氧化能力、改善仔猪腹泻、提高免疫能力以及改善肠道菌群组成，合生元作为替代抗生素的一种饲料添加剂的潜力已经被证明。之后对于合生元的研究重点应该放在：1）根据作用机理及猪的不同生产阶段的生理特点，寻找以及汇总适合不同阶段猪使用的合生元配方；2）深入发掘不同益生菌和益生元之间可能存在的协同以及拮抗效应，为实际生产中使用合生元提供参考。
