尽管目前对益生素的作用机理还有不同的说法，还不是完全清楚，但至少应包括以下几个方面。
一是对病原菌的拮抗作用和对有益菌的促生作用使用益生素后，一方面加大了肠道内有益菌的比例，降低了有害菌的比例，另一方面，益生素所含的菌体对致病菌产生拮抗作用，使致病茵的生长受到抑制，绝对数量降低，正常菌群状态得以恢复。这些拮抗作用体现在以下方面：（1）改变肠道环境，抑制有害菌生长，如腊样芽抱杆菌有很强的耗氧能力，在作为益生素应用后可使肠道内形成缺氧环境，从而抑制了具有需氧特性的大多数病原菌的生长。乳酸菌作为益生素使用可提高肠内酸度，使嗜碱性病原微生物的生长受到抑制；（2）有些益生素的菌体可产生某种抗菌物质来抑制有害菌的生长；（3）益生菌可在肠道内与有害菌竞争营养素；（4）占据肠道的位置，阻止病原菌附着。
二是提供某些营养素的作用。益生素菌体可为动物提供多种对其生长发育有益的物质，如维生素、氨基酸，淀粉酶、蛋白酶等消化酶类，以及其它促生长物质。
三是刺激机体免疫功能的作用。含有活微生物的益生素可刺激动物肠道免疫系统细胞，提高局部免疫机能及抗病能力。肠道有益菌特别是乳酸菌对动物的免疫系统具有促进作用，对特异性的细胞和体液免疫以及非特异性免疫（吞噬和补体反应）都有重要作用。如仔猪乳酸杆菌能以某种免疫调节因子的形成刺激肠道局部型免疫反应，使机体的抗体水平和巨嗜细胞活性大大提高。即益生素可以作为抗原来产生相应抗体。反过来，免疫机能的增强对维持和促进肠内菌群数量又起着重要作用。
由于益生素在促进动物健康与生长性能方面的有益作用，自 20 世纪 70 年代末，益生素受到业界的高度重视，研究不断深入，应用也日益广泛。特别是从 2006 年 1 月起欧盟禁止使用抗生素生长促进剂（AGP）后，进一步促进了益生素的应用，益生素已成为越来越受到畜牧业、饲料业和水产养殖业欢迎的产品。据预测，在未来的三至五年内，世界动物饲料的益生素市场可能会增加一倍。虽然益生素的好处得到了普遍的接受，但是，关于益生素的作用机制问题还有许多尚不清楚，一直是困扰着研究人员的一个研究课题。其原因在于，在进行的不同试验中存在着巨大的变化，不仅涉及到受试验动物及其所处的环境，而且还涉及到益生素制剂本身的不同。针对益生素应用效果及应用过程中出现的问题，目前，人们开始研究和探讨如何更加合理有效地使用益生素，使之发挥其预期的效力。同时，人们也在开发和研究益生素与其他制剂间的联合使用，如酶制剂、酸化剂、中草药等，以充分利用各种制剂间的协同作用。总之，益生素正以其独特的理念与功能日益影响着畜牧业的健康发展，而且随着对益生素作用机制微生态学肠道粘膜免疫学等方面研究的不断深入，以及人们绿色安全环保意识的不断增强，益生素的应用前景会更加广阔。
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