微生態(tài)制劑在保護水生動物資源和遺傳多樣性中的應用

鄭玉珍 張婷婷 季相山 劉洪軍 王慧*

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微生態(tài)制劑在保護水生動物資源和遺傳多樣性中的應用

鄭玉珍①張婷婷?，②季相山②劉洪軍*③王慧*②

（①山東省淡水漁業(yè)研究院 山東濟南 250013 ②山東農業(yè)大學動物科技學院 山東泰安 ③山東省海洋生物研究院 山東青島）

近年來，隨著環(huán)境污染的加劇，水環(huán)境在逐漸惡化，水域生態(tài)環(huán)境正遭受著極大地威脅。在這種情況下，微生態(tài)制劑在保護水生動物多樣性和修復污染水體中的作用更加凸顯。同時，微生態(tài)制劑以投資少、易于擴繁、無殘毒、無抗藥性、不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點而逐漸受到越來越多地研究和關注。其在保護水生動物遺傳多樣性中具有廣闊的應用和發(fā)展前景。本文概述了微生態(tài)制劑修復污染水域生態(tài)環(huán)境的作用原理；分析了其在水生動物資源保護、遺傳多樣性保護和環(huán)境修復中的作用；評價了及應用和發(fā)展前景。

近20年來，隨著環(huán)境污染的加劇，工業(yè)化高密度養(yǎng)殖規(guī)模的日益擴大，以及養(yǎng)殖廢水和工業(yè)、生活污水的排放等，使我國的水環(huán)境受到了嚴重威脅，水域生態(tài)環(huán)境日益惡化，生態(tài)平衡遭到破壞，養(yǎng)殖業(yè)病害頻發(fā)，抗生素和消毒劑濫用所造成的污染，導致了水生動物資源受到了極大地威脅，動物遺傳多樣性降低，水生瀕危物種增多。更為令人擔憂的是，這種污染狀況還在加劇，而我國又是一個缺水十分嚴重的國家，如果不研究采取有效措施來遏制和解決水環(huán)境污染和保護水生動物資源和遺傳多樣性問題，后果將不堪設想。隨著人們環(huán)境意識的增強，人們越來越擔心抗生素殘留和富集而產生的不安全性問題，對保護環(huán)境的呼聲越來越大。事實上，對魚蝦疾病的藥物防治只是暫時性應急手段；生態(tài)防治才是解決問題的根本出路。探討水域環(huán)境中主要微生物群落的生態(tài)特點，優(yōu)化水生態(tài)環(huán)境結構，保護水生動物資源及其遺傳多樣性，才是保障今后可持續(xù)發(fā)展的長久發(fā)展之計。

1 微生態(tài)制劑修復污染水域生態(tài)環(huán)境的作用機理

（1）微生態(tài)制劑(microbial ecological agent)又稱微生態(tài)調節(jié)劑(microecological modulator)，目前使用得最廣泛的則是益生菌(probiotics)。這是一類根據(jù)微生態(tài)學原理而制成的含有大量有益菌或其代謝產物及其生長促進因子的混合制劑，具有降解受污染水體中的污染物、消滅有害細菌、維持水生動物體內微生態(tài)平衡、改善微生態(tài)失調和提高動物免疫力的功能。（2）大量研究表明，微生態(tài)制劑在水環(huán)境中兼有分解作用（可降解造成水體解富營養(yǎng)化的有機物）、合成作用(以二氧化碳、H2S、銨鹽、硝酸鹽或亞硝酸鹽合成自身所需有機質)、競爭作用(與細菌就生存空間和食物等展開競爭)、分泌作用(分泌胞外酶和促生長因子)、阻礙有害代謝產物合成的作用、厭氧光合作用等?？梢?，微生態(tài)制劑可以通過多種途徑凈化水體，具有修復污染的水環(huán)境、抑制水中病菌生存、保護水生動物資源、維護瀕危動物生存與繁殖等作用。（3）現(xiàn)階段最常使用的微生態(tài)制劑主要包括：光合細菌、雙歧桿菌屬、弧菌屬、硝化細菌、假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、乳桿菌屬和酵母菌等。有些微生態(tài)制劑還可預防和治療疾病、改善局部環(huán)境；或可用作飼料添加劑，具有增強水生動物非特異性免疫功能等生理作用。

2 微生態(tài)制劑在保護水生動物資源和遺傳多樣性中的具體作用

2.1 分解有害物質，修復污染的水域環(huán)境，凈化水體 （1）微生態(tài)制劑中的大量有益微生物菌群，作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，可以有效地降解水體中的有害物質，清除污染物。通過這種分解作用消滅致病菌，凈化水質，促進菌相平衡和藻相平衡，維持水體的生態(tài)平衡。（2）光合細菌能夠以小分子有機物、二氧化碳等作碳源，以有機物或H2S為供氫體，以氨、銨鹽、硝酸鹽或亞硝酸鹽作氮源，合成自身所需要的有機質，能夠有效地除去水體中的H2S，降低水中的氮及化學需氧量，還可以進行厭氧光合作用，分解導致富營養(yǎng)化的物質，凈化水體。可見，光合細菌具有固氮、固碳、氧化硫化物和促使有機物充分分解，將嫌氣細菌分解出的有毒物質（氨態(tài)氮、亞硝酸等）吸收利用，并吸收二氧化碳及硫化氫等，可以有效地促進水中有機物的循環(huán)，在水質凈化中發(fā)揮重要作用。

2.2 競爭性地抑制病原菌的生存和繁殖 微生態(tài)制劑在適宜的水環(huán)境中繁殖速度快，會通過競爭作用控制病原菌的生長和繁殖，與致病菌間就生存和繁殖空間、時間以及爭奪營養(yǎng)素等多方面展開競爭，從而達到抑制有害菌生存與增殖的目的，且對水生生物沒有毒副作用。是一種安全有效地保護水生動物生存環(huán)境的生物制劑。

2.3 分泌有機酸、胞外酶和抗菌物質，預防病害的發(fā)生 （1）微生態(tài)制劑在發(fā)酵過程中能產生有機酸、胞外酶類和抗菌物質。有機酸利于維持水生動物的腸道健康，促進生長發(fā)育；而有益微生物產生的抗菌物質則能夠殺死或抑制病原菌。乳酸鏈球菌肽就是乳酸菌產生的抗菌物質。（2）分泌多種胞外酶，把大分子有機物質如淀粉、脂肪、蛋白質、核酸、磷脂等分解成小分子有機物，再進一步礦化生成硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等無機鹽類。（3）Austin(1992)的研究發(fā)現(xiàn)，微藻(Tetraselmis succica)能產生一種水溶性的抗菌物質，對常見的魚類嗜水氣單胞菌(A.hydrophila)以及液化沙雷氏菌(Serratia liquefaciens)等7種病原菌具有抑制作用。（4）胡東興等的研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌和乳酸桿菌能產生胞外糖苷酶，可降解腸黏膜上皮細胞的特異性糖類，阻止致病菌和毒素對水生動物上皮細胞的粘附和侵入。Austin(1995)用分離的溶藻膠弧菌注射或浸浴大西洋鮭時，發(fā)現(xiàn)溶藻膠弧菌起到了抗致病性殺鮭氣單胞菌、鰻弧菌和病毒魚弧菌等感染的作用，并且還檢測溶藻膠弧菌在鮭魚的消化道里能存活21d以上，說明溶藻膠弧菌占據(jù)了氣單胞菌、鰻弧菌和病毒魚弧菌的生態(tài)位，從而保護了鮭魚免受致病菌的侵害。

2.4 阻止有害物質的產生，保護水生動物的生存空間 （1）菌、芽孢桿菌、鏈球菌等。有試驗發(fā)現(xiàn)，保加利亞乳桿菌的代謝產物可以分解大腸桿菌外毒素，從而防止毒性胺在體內生成。多數(shù)好氧菌產生超氧化物歧化酶(SOD)，幫助動物體對氧自由基的清除。此外，一些微生態(tài)制劑中的益生微生物，如芽孢桿菌，在動物腸道內可產生氨基氧化酶及分解硫化物的酶類，從而降低了血液及糞便中氨、吲哚等有害氣體的濃度[8]。（2）微生態(tài)制劑能夠減少水生動物腸道蛋白質向氨和胺轉化，減少隨糞便排出的致病菌和硫化氫等有害氣體對環(huán)境的污染。光合細菌具有獨特的光合作用能力，能有效而迅速地分解水中氨態(tài)氮、硫化氫、酸類等物質，從而為水生動植物提供適宜的環(huán)境。

2.5 促進營養(yǎng)物質的消化吸收率，提高水生動物的抗病性 微生態(tài)制劑中的許多有益微生物，如酵母菌(Yeast)等，能夠以水體中的細菌為營養(yǎng)物質而迅速生長和大量繁殖，在清除了水體中大量細菌的同時，可為水生動物提供營養(yǎng)，酵母菌本身又是魚蝦貝蟹類等水生動物的高蛋白餌料。酵母菌還能在有氧和無氧的環(huán)境中有效地分解水中的糖類，改善水質。酵母菌能黏附在水生動物腸道中，刺激體內淀粉酶和刷狀緣膜酶的分泌，提高水生動物對食物的消化吸收利用率。大量研究發(fā)現(xiàn)，酵母菌能增強水生動物幼苗對弧菌等病菌的抵抗能力；提高水生動物的抗病性。

2.6 促進水生動物生長發(fā)育和繁殖，保護水生動物遺傳多樣性 （1）微生態(tài)制劑中的許多有益微生物，在其發(fā)酵或代謝過程中，會產生促生長素類的生理活性物質以及各種酶類，能提高動物的消化酶活性，有助于水生動物對食物的消化和吸收，從而促進水生動物的生長、發(fā)育和繁殖。潘康成以兩株有益芽孢桿菌制成的微生物添加劑對鯉魚的生長和腸道消化酶的活性進行了實驗，研究結果表明，微生物添加劑可以顯著地提高鯉魚腸道消化酶的活性，明顯地促進鯉魚的生長。（2）研究發(fā)現(xiàn)，光合細菌對鯉魚腸道中蛋白酶和淀粉酶的活性的影響與對照組相比有極顯著的提高，從而顯著促進鯉魚的生長發(fā)育和繁殖。（3）飼料中添加枯草芽孢桿菌等微生態(tài)制劑能提高鯉魚的生產速度；其中又以芽孢桿菌對鯉魚的質量增加和餌料利用率的促進作用最強。微生態(tài)制劑還能分解飼料消化過程中所產生的氨、胺、硫化氫等有害物質，降低有毒物質含量，穩(wěn)定和凈化水體，保護水產動物的健康。

3 微生態(tài)制劑在保護水生動物遺傳多樣性中的應用現(xiàn)狀、趨勢與發(fā)展前景

（1）微生態(tài)制劑生產成本低廉，適合大批量、大規(guī)模地生產，而且沒有污染，沒有毒副作用，可以改善水域生態(tài)環(huán)境，修復污染的水體。更為重要的是，可以減少抗生素的使用，避免抗生素在水域環(huán)境中的積累和對水生生物的致畸致癌等傷害作用。可見，微生態(tài)制劑在保護水域環(huán)境，修復污染的水體，保護水體生態(tài)平衡中具有獨特的作用。（2）今后，可以從各種水體中分離出更多的有益微生物，經過培養(yǎng)、繁殖后，配制成大量有益菌的活菌制劑，隨著大量分解水體中有毒物質的微生物的發(fā)現(xiàn)和應用，微生態(tài)制劑的作用會更加強大，必將會研發(fā)出更加高效或專一化的微生態(tài)制劑產品。（3）水生動物在微生態(tài)制劑的保護下定會得到良好的生長和發(fā)育、增強抗病性、保持鮮艷的體色和優(yōu)良的種質特性，水生動物種類多樣化程度將不斷提高，生態(tài)平衡的穩(wěn)定性將逐漸增強。（4）隨著基因工程技術的發(fā)展，生產出的微生態(tài)制劑在瀕危水生動物腸道內可成為某種病原的免疫保護蛋白，使瀕危動物終身免除某種病原的侵襲，可望成為解決病毒性疾病的重要途徑。（5）目前我國的動物微生態(tài)制劑還存在一些問題，目前用于微生態(tài)制劑的益生菌種主要有光合細菌、芽孢桿菌、乳桿菌、雙歧桿菌、硝化細菌等。這些微生物可以單獨使用，也可以聯(lián)合使用。其中有些菌種不產芽孢，有些芽孢菌孢子形成率不高，甚至有時不形成孢子；有些菌種生長緩慢，培養(yǎng)條件苛刻，甚至有些菌種在培養(yǎng)過程中會出現(xiàn)“自溶”現(xiàn)象；有些菌種存在活菌計數(shù)問題低等問題。這些無疑給活菌制劑的加工、保存、運輸和使用帶來了不利影響。因此，今后，還需要選育適于生產的優(yōu)良菌株，進一步優(yōu)化和改良生產工藝。今后，還需要結合不同的水體和污染程度，選擇不同的微生態(tài)制劑合劑。（6）微生態(tài)制劑易于大量生產，無毒副作用，無污染，可顯著改善水質，修復污染的水體，顯著提高水生動物的免疫力，保護水域生態(tài)環(huán)境，具有良好的生態(tài)效益。微生態(tài)制劑在保護動物種質資源、維護水生動物遺傳多樣性，修復污染水體，維護水域生態(tài)平衡中具有廣闊的應用和發(fā)展前景。

[1] 陳永青, 林亮, 楊鶯鶯等. 微生態(tài)制劑在水產養(yǎng)殖中的應用[J]. 生態(tài)科學, 2005, 24(1): 80-83.

[2] 陳彥伶. 利用微生態(tài)制劑促進水產動物健康養(yǎng)殖的研究進展[J]. 當代畜禽養(yǎng)殖業(yè), 2011(9): 14-16.

[3] 黃運銀, 張瑜, 田允波. 微生態(tài)制劑在水產養(yǎng)殖中的應用[J]. 養(yǎng)殖與飼料, 2010(8): 70-73.

[4] 許金花, 肖克宇. 微生態(tài)制劑在水產養(yǎng)殖中的應用及前景[J]. 河北漁業(yè), 2006(2): 1-4.

[5] 楊麗, 潘紅軍. 淺談微生態(tài)制劑及其在水產養(yǎng)殖中的應用[J]. 漁業(yè)致富指南, 2014(4): 18-19.

[6] Austin B, Day J G.Inhibition of prawn pathogenic Vibrio spp.by acommercial spray-dried preparation of Tetraselmis suecica[J]. Aquaculture, 1990, 90: 389-392.

[7] Austin B,Baudet E,Stobie M B C.Inhibition of bacterial fish pathogens by Tetraselmis suecica[J]. Journal of Fish Diseases, 1992, 15: 55-61.

[8] 邱寶生,林煒鐵, 楊繼國等. 益生菌在水產養(yǎng)殖中的應用[J]. 水產科學, 2004, 23(7): 39-41.

[9] 齊紅莉, 吳垠, 桂遠明. 微生態(tài)制劑對水產養(yǎng)殖動物的抗病和促長機理的研究進展[J]. 天津農學院學報, 2004(2): 36-41.

[10] 胡東興, 潘康成. 微生態(tài)制劑及其作用機理[J]. 中國飼料, 2001, 3: 14-16.

[11] 趙滿意, 王偉洪, 郭健等. 水產微生態(tài)制劑的發(fā)展現(xiàn)狀與問題分析[J]. 河北漁業(yè), 2012(3): 41-43.

[12] 潘康成, 何明清. 微生物添加劑對鯉魚生長和消化酶活性的影響研究[J]. 飼料工業(yè), 1997, 18(10): 41-45.

[13] 谷巍, 翟延慶. 微生態(tài)制劑在水產養(yǎng)殖中的應用[J]. 飼料廣角, 2012(7): 31-33.

[14] 許金花, 肖克宇. 微生態(tài)制劑——新型的綠色飼料添加劑[J]. 水產科技情報, 2006, 33(3): 124-127.

[15] 張利軍, 陳靜. 微生態(tài)制劑的開發(fā)與展望[J]. 科學養(yǎng)魚, 2010(9): 78-78.

[16] 陳謙, 張新雄, 趙海等. 用于水產養(yǎng)殖的微生態(tài)制劑的研究和應用進展[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2012, 18(3): 524-530.

（2015–06–10）

山東省農業(yè)良種工程重大課題“青蝦速生抗逆功能基因的發(fā)掘與創(chuàng)新利用研究”(SDAB-2014-02-16)、“水產經濟生物種質資源收集保護與評價”、山東省現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系蝦蟹類創(chuàng)新團隊(SDAIT-15-011)項目共同資助。

S816.76

A

1007-1733(2015)07-0069-03