殼聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究進展

劉 勇 龔建海 魏 能

殼聚糖(chitosan)是甲殼素(chitin)脫乙?；蟮玫降囊环N帶正電荷的高分子堿性多糖。甲殼素廣泛存在于低等動物尤其是節(jié)肢動物(如蝦、蟹)的外殼中，也存在于藻類、真菌細胞壁中。全世界每年蝦、蟹等水產(chǎn)品加工后的甲殼廢棄物有100多萬噸，其中含有的甲殼素相當豐富。殼聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性，并且具有安全、高效、無毒、無殘留等優(yōu)點，因此已在食品、環(huán)保、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。

1 殼聚糖的結(jié)構(gòu)特點

殼聚糖(chitosan)又名聚氨基葡萄糖，是甲殼素脫去乙?；蟮玫降母叻肿又辨溞投嗵恰ぞ厶鞘怯砂被咸烟菃误w聚合而成的聚合物(含有部分乙酰氨葡萄糖)，互相之間能以氫鍵結(jié)合。由于脫去了乙?；?，整個分子帶正電荷。殼聚糖依其脫乙酰程度不同，而具有不同的正電荷，依據(jù)其不同的分子量有不同的黏度，不同的脫乙酰程度及黏度決定了其不同的生理活性。

2 殼聚糖的抗菌特性及其機理

殼聚糖具有廣譜抗菌性，對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都具有抑制和殺滅作用。莊承紀等(1998)在養(yǎng)殖羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenberg）和斑節(jié)對蝦(Penaeus monodon)蝦苗的水體中加入氣單胞菌和弧菌，研究中發(fā)現(xiàn)，殼聚糖可顯著抑制氣單胞菌和弧菌的生長。蔣玉燕等(1995)通過對275株臨床分離的病原菌進行體外抗菌活性的測定，結(jié)果表明:殼聚糖具有天然的抗菌活性，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌以及白色念珠菌均有明顯的抑制和殺滅作用，并且殼聚糖對革蘭氏陽性菌的抑制和殺滅作用要比對革蘭氏陰性菌的作用快速而強大，當殼聚糖濃度為5 mg/ml及6 mg/ml時，革蘭氏陽性菌對殼聚糖的敏感性較革蘭氏陰性菌敏感性高兩倍以上。宋獻周等(2000)報道，用脫乙酰程度80.7%的殼聚糖加入培養(yǎng)基，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌、產(chǎn)氣夾膜桿菌、以及魚體表面的雜菌都有抑制作用，且分子量小的殼聚糖作用比分子量大的殼聚糖效果好。

目前對殼聚糖的抗菌機理已取得了較為一致的看法。宋獻周等認為其抑菌機理是殼聚糖進入菌體內(nèi)與帶負電荷的細胞質(zhì)發(fā)生作用，擾亂細胞的正常代謝。而鄭連英等(1999)考察了不同分子量殼聚糖的抑菌性能則認為：對革蘭氏陽性菌，殼聚糖的抗菌作用隨其分子量的增大而加強，因為大分子殼聚糖更易在革蘭氏陽性菌表面形成致密外膜，阻止營養(yǎng)物質(zhì)進入；對革蘭氏陰性菌，隨殼聚糖分子量的減小其抗菌作用增強，因為殼聚糖的分子量越小，越容易通過革蘭氏陰性菌細胞壁的空隙結(jié)構(gòu)進入到細菌體內(nèi)，與胞內(nèi)帶負電荷的物質(zhì)發(fā)生絮凝作用，從而干擾細胞的新陳代謝，達到殺菌的目的。

3 殼聚糖在水生動物生長中的作用

3.1 殼聚糖對水生動物生長的影響

殼聚糖可以促進水生動物的生長，降低餌料系數(shù)。劉興國等(2004)報道，殼聚糖可以提高羅非魚的生產(chǎn)性能，在飼料中添加0.25%～2.0%的殼聚糖，當添加量為0.5%時羅非魚的餌料系數(shù)最低，較對照組的餌料系數(shù)顯著降低24.1%。陳勇等（2006）的研究發(fā)現(xiàn)，在異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)的飼料中分別添加0.125%、0.25%、0.75%、1.0%的殼聚糖，當添加量為0.5%時異育銀鯽的特定生長率、蛋白質(zhì)效率最高，同時其餌料系數(shù)最低。當添加量超過0.5%時特定生長率、蛋白質(zhì)效率和餌料系數(shù)的變化都不顯著。于東祥等（2000）對真鯛(Pagrosomus major)的研究有類似報道，飼料中添加0.5%和1.0%的甲殼胺（甲殼素完全脫乙?；蟮漠a(chǎn)物）可以提高真鯛的相對增重率，并且0.5%添加組的添加效果要比1.0%添加組的效果更好。Gopalakannan等(2006)也發(fā)現(xiàn)飼糧中添加殼聚糖可以顯著提高鯉魚的生長，并且其效果顯著優(yōu)于甲殼素。

對于不同的魚類，甲殼素有著不同的最佳適宜添加量。過高的添加量不僅不會促進魚類的生長，反而會起到相反的效果。Kono等（1987）研究證實，添加10%的殼聚糖對真鯛 (Pagrosomus major)、日本鰻鱺(Anguilla Japonica)和五條螄(Seriola quinqueradiata)的生長有抑制作用。而在雜交羅非魚(Oreochromis niloticus O.auteus)的飼料中添加2%、5%、10%的殼聚糖，8周后發(fā)現(xiàn)處理組的增重顯著下降，并且羅非魚的生長抑制隨殼聚糖添加量的提高而加大（Shiau等，1999）。Lindsay等（1984）的研究表明，當甲殼素的添加量為10%～30%時，虹鱒對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收就出現(xiàn)不良，因此也就表現(xiàn)為生長停滯。因此，一定劑量范圍添加殼聚糖可以促進水生動物的生長，但過多添加后殼聚糖又具有抑制水生動物生長的作用。

3.2 殼聚糖影響水生動物生長的可能機理

3.2.1 殼聚糖可以提高水生動物消化能力

對蛋白酶的影響方面，陳勇等（2006）的研究發(fā)現(xiàn)，在異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)飼料中添加0.75%殼聚糖可以顯著提高腸道和肝胰臟的蛋白酶活性(P＜0.05)，分別比對照組高 37.8l%和 71.24%；而添加0.5%殼聚糖只能顯著提高腸道的淀粉酶活性。飼料中添加殼聚糖對暗紋東方鲀（Fugu obscuru）腸道的蛋白酶活性無顯著影響，但它卻極顯著影響肝胰臟的蛋白酶活性(P＜0.01)。當殼聚糖在飼料中的添加量為0.5%時，肝胰臟的蛋白酶活性較對照組提高達22.35%(華雪銘，2003)。

在對淀粉酶的影響方面，華雪銘(2003)報道，飼料中添加殼聚糖極顯著提高暗紋東方鲀腸道的淀粉酶活力（P＜0.01），比對照組提高16.08%～30.50%，而且提高的比率隨著殼聚糖添加量的增大而增大。相比而言，肝胰臟淀粉酶活性受殼聚糖的影響較小(P＞0.05)。在異育銀鯽上的研究表明，飼料中添加0.75%殼聚糖可以顯著提高腸道淀粉酶活性，較對照組高43.01%（陳勇等，2006）。

因此，殼聚糖通過促進魚類消化道酶活提高來促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化，提高了營養(yǎng)物質(zhì)的利用，從而達到促進魚的生長，降低餌料系數(shù)的作用。但過量添加殼聚糖則會降低魚對脂及其它干物質(zhì)的消化率（Shiau等，1999），這可能是過量添加的殼聚糖影響了消化道的各種消化酶的酶活。

3.2.2 殼聚糖可促影響腸道菌群的生長

目前，有關(guān)殼聚糖是否可以影響魚腸道內(nèi)細菌的增殖還未見報導(dǎo)，但是在其它動物上的試驗表明殼聚糖可以促進有益菌的生長并抑制有害菌的生長，從而改善了腸道微生態(tài)環(huán)境，起到提高飼料利用率的作用。任林等(2001)研究表明，甲殼低聚糖可抑制小鼠盲腸內(nèi)容物中大腸桿菌和腸球菌的繁殖，促進雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的增長。在肉仔雞日糧中添加殼聚糖時，引起盲腸內(nèi)容物中乳酸桿菌數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢，而大腸桿菌數(shù)正好相反，呈不同程度的下降，尤以添加0.05%時效果最明顯（史彬林等，2005）。這些結(jié)果表明，添加適宜劑量的殼聚糖可抑制腸道有害菌、促進有益菌增殖，從而在一定程度上改善動物腸道微生態(tài)環(huán)境。

4 殼聚糖對水生動物免疫力的影響

4.1 殼聚糖對水生動物先天性免疫的影響

4.1.1 殼聚糖對吞噬細胞吞噬活性的影響

魚體內(nèi)主要的吞噬細胞包括嗜中性粒細胞和巨噬細胞。當嗜中性粒細胞和巨噬細胞吞噬入侵的病原微生物形成吞噬體時，在NADPH氧化酶的作用下將氧分子氧化為O2－、H2O2以及.OH,此時吞噬細胞的耗氧量急劇增加的過程稱為“呼吸爆發(fā)”。殼聚糖可以促進嗜中性粒細胞和巨噬細胞產(chǎn)生大量的活性氧而實現(xiàn)吞噬、殺菌的作用。王樹芹等（2004）在飼料中添加殼聚糖飼喂異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)，研究發(fā)現(xiàn)：0.5%組和1.0%組的白細胞對白色葡萄球菌的吞噬百分數(shù)(PP)和吞噬指數(shù)(PI)極顯著高于對照組和2.0%添加組，而2.0%添加組與對照組之間沒有顯著差異。Wang等（2005）則通過體內(nèi)注射殼聚糖的方式研究了殼聚糖對凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）先天性免疫的影響，結(jié)果表明：注射 2、4、6 μg/g 體重的殼聚糖凡納濱對蝦體內(nèi)吞噬細胞呼吸爆發(fā)極顯著高于對照組。Sakai等 (1992)以虹鱒(Oncorhynchus mykiss)為研究對象，向其腹腔注射甲殼素，飼養(yǎng)6周后，實驗表明甲殼素能提高其巨噬細胞的吞噬活性和呼吸爆發(fā)能力。而Kolman等（1998）用殼聚糖浸泡俄羅斯鱘，其嗜中性粒細胞的吞噬活性顯著增強。因此，殼聚糖具有提高水生動物吞噬細胞吞噬活性的作用。

4.1.2 殼聚糖對NK細胞殺傷活性的影響

NK細胞是機體免疫系統(tǒng)的一個重要因子，尤其是在抗病毒感染和腫瘤免疫中發(fā)揮重要作用，其殺傷活性不需要有抗原或有絲分裂原的刺激，亦不依賴于抗體和補體，其殺傷作用早于其它具有殺傷能力的效應(yīng)細胞。Esteban等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，在甲殼素添加量為2.5%～10.0%范圍內(nèi)，金頭鯛(Sparus aurata L.)脾臟中NK細胞對靶細胞L－1210的殺傷活性隨甲殼素添加量的增加而增大，但是如果甲殼素的使用時間超過兩周，就不再表現(xiàn)出對殺傷活性的刺激作用。殼聚糖作為甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，在飼料中添加0.2%飼養(yǎng)暗紋東方鲀2個月，能夠極顯著提高脾臟中NK細胞對 YAC－I的殺傷活性(華雪銘，2003)。

4.1.3 殼聚糖對溶菌酶的影響

溶菌酶是魚類非特異性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，是機體抗感染免疫應(yīng)答及調(diào)控的重要因素。溶菌酶能直接水解革蘭氏陽性菌，在分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、補體的參與下還能水解大腸桿菌等革蘭氏陰性菌。王樹芹等（2004）在異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)飼料中添加0.3%～2.0%的殼聚糖，研究發(fā)現(xiàn)：兩個月后0.5%和1.0%添加組血清溶菌酶、頭腎溶菌酶、脾臟溶菌酶活性都極顯著高于對照組和其它處理組。當添加量達到2.0%時血清溶菌酶和脾臟溶菌酶活性與對照組相比差異不顯著，而頭腎溶菌酶甚至顯著低于對照組（P＜0.05）。這提示了過量添加殼聚糖可能具有抑制溶菌酶活性的作用。在鯉魚飼料中添加殼聚糖也可以極顯著提高溶菌酶的酶活(P＜0.001)(Gopalakannan 等，2006)。Dautremepuits等（2004）報道，將鯉魚浸泡在含75、150 mg/l的殼聚糖水溶液中，4 d后其血漿溶菌酶產(chǎn)生量顯著增加。

4.2 殼聚糖對水生動物獲得性免疫的影響

目前的研究多集中在殼聚糖對水生動物先天性免疫的影響上，殼聚糖對水生動物獲得性免疫影響的研究報道還較少。Anderson等(1995)以虹鱒為研究對象，通過注射或者浸泡兩種方式給予殼聚糖或甲殼素，結(jié)果表明虹鱒血液中IgM含量顯著提高，魚體抗線蟲感染的能力得到了顯著提高。Kolman等(1998)用殼聚糖浸泡俄羅斯鱘也發(fā)現(xiàn)其淋巴細胞增多。而飼料中添加一定量的殼聚糖飼養(yǎng)暗紋東方鲀，其脾臟淋巴細胞經(jīng)LPS刺激后，培養(yǎng)液上清液中IgM含量極顯著高于對照組和其余各試驗組(P＜0.01)(華雪銘，2003)。

5 殼聚糖對水生動物疾病抵抗力的影響

殼聚糖具有的提高水生動物免疫力的功能，直接影響到水生動物的疾病抵抗能力。陳云波等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，飼喂0.5%和1.0%殼聚糖的異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)對嗜水氣單胞菌的抵抗能力較對照組和2%殼聚糖添加組顯著提高。周輝（2005）在飼料中添加0.25%～1.0%的殼聚糖也發(fā)現(xiàn)殼聚糖可以提高鯉魚對嗜水氣單胞菌的抵抗能力，當添加量為0.75%和1.0%時鯉魚的疾病抵抗能力與對照組差異極顯著。Gopalakannan等(2006)在鯉魚（Cyprinus carpio）的飼糧中分別添加殼聚糖、左旋咪唑和甲殼素，研究表明：在飼喂的第45 d用嗜水氣單胞菌攻毒發(fā)現(xiàn)殼聚糖極顯著提高了鯉魚相對存活率（P＜0.01），并且殼聚糖的效果要優(yōu)于左旋咪唑和甲殼素（相對存活率分別為80%、66.7%、40%）。但是，當在試驗結(jié)束的第90 d攻毒卻發(fā)現(xiàn)殼聚糖對鯉魚的保護作用下降(相對存活率分別為68.9%、57.8%和37.5%)。這表明殼聚糖可以提高鯉魚的疾病抵抗能力，但同時殼聚糖對鯉魚免疫系統(tǒng)的刺激作用又隨時間變化。飼喂殼聚糖可以顯著提高魚的疾病抵抗能力，而注射或浸泡同樣可以起到提高魚體疾病抵抗能力的作用。Anderson等（1995）對美洲紅點鮭注射或浸泡殼聚糖的研究具有相似的發(fā)現(xiàn)，注射或浸泡殼聚糖都能增強其對殺鮭氣單胞菌的抵抗能力。因此，無論是通過飼喂、注射還是浸泡給予水生動物殼聚糖都可以起到提高其疾病抵抗能力的作用，同時這種提高作用隨時間變化，過長時間或者過量給予都會使殼聚糖提高水生動物免疫力的能力減弱（Gopalakannan 等，2006;王樹芹等，2004）。

6 殼聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景及有待研究的問題

多年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖中細菌疾病防治都是采用常規(guī)抗生素，而大量使用抗生素使病原微生物產(chǎn)生耐藥性，致使用量越來越大，這不僅大大增加了養(yǎng)殖成本，而且使用效果越來越不明顯，而且現(xiàn)在人們對藥物殘留問題日趨重視，對安全綠色食品的需求日趨增加。殼聚糖是純天然物質(zhì)，具有良好的生物相容性和生物可降解性，并且具有安全、高效、無毒、無殘留等優(yōu)點。它不僅可以促進水生動物的生長，降低餌料系數(shù)，而且還具有高效的抗菌、抑菌怍用，能夠顯著提高水生動物免疫力及疾病抵抗能力。我國有廣闊的海岸線和內(nèi)陸水域，甲殼素資源十分豐富。因此，殼聚糖將具有廣泛的發(fā)展空間。

鑒于殼聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有重要的作用，為了更加科學地利用殼聚糖，殼聚糖在不同水生動物上對生長的促進、對機體免疫力的提高的機理，如對胃腸道酶活及腸道微生物數(shù)量和種類的影響還有待進一步研究。此外，殼聚糖的分子量、脫乙酰度在不同水生動物上的作用效果也亟待進一步研究。

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