微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用

曲木，暴麗梅，趙子續(xù)，張寶龍，劉昕陽，翟勝利

（天津現(xiàn)代晨輝科技集團有限公司，天津市水族動物功能性飼料企業(yè)重點實驗室，天津 301800）

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，水生動物經(jīng)常會受到各種不同類型的細菌、真菌、病毒以及寄生蟲的影響。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展、高密度養(yǎng)殖以及不合理的管理措施進一步加劇了水產(chǎn)養(yǎng)殖動物患病的風險。據(jù)統(tǒng)計，每年中國、印度、挪威、印度尼西亞等水產(chǎn)大國均因水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)疾病造成巨大損失，其中主要致病源是細菌和病毒?？股氐氖褂秒m然有效控制了疫病的爆發(fā)，但長久使用會引發(fā)病菌耐藥性提高和藥物殘留等弊端[1]，成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的制約因素。

微生態(tài)制劑是將從天然環(huán)境中提取分離出來的微生物經(jīng)過培養(yǎng)擴增后形成的含有大量有益菌的制劑[2]，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應用主要有飼料添加劑和水質(zhì)改良劑等。微生態(tài)制劑通過改善微生態(tài)系統(tǒng)平衡和養(yǎng)殖環(huán)境、提高養(yǎng)殖水生動物的應激抗病能力、調(diào)控機體代謝和提供營養(yǎng)物質(zhì)等多種形式，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。微生態(tài)制劑具有綠色、環(huán)保、安全的特點，有望取代抗生素，促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 微生態(tài)制劑的作用機理

1.1 補充優(yōu)勢菌群

乳酸桿菌和雙歧桿菌等厭氧菌是腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌群，對維持腸道微環(huán)境有重要作用。如果這些優(yōu)勢菌群減少則會引起機體功能紊亂，而微生態(tài)制劑可補充部分有益菌，恢復微環(huán)境[3]。

1.2 生物奪氧

在以厭氧菌作為優(yōu)勢菌群的動物腸道內(nèi)，當機體微環(huán)境被破壞時，會在腸道內(nèi)形成有氧環(huán)境。加入需氧型微生態(tài)制劑后，可使腸道內(nèi)的氧濃度降低，通過生物奪氧作用使機體內(nèi)恢復正常的厭氧微環(huán)境，從而使原來的優(yōu)勢菌群正常發(fā)揮作用，恢復微生態(tài)平衡[4]。

1.3 參與免疫功能

微生態(tài)制劑內(nèi)含有維生素、蛋白質(zhì)、微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，可作為飼料添加劑為水生動物提供營養(yǎng)。微生態(tài)制劑還能夠作為免疫激活劑激發(fā)宿主機體免疫功能，提升干擾素、巨噬細胞活性，進而提高機體免疫力。此外，一些微生物在發(fā)酵或代謝過程中，可以產(chǎn)生具有生理活性的物質(zhì)及酶類，促進動物健康生長[5]。

1.4 維持腸道微環(huán)境平衡

正常生理條件下，有益微生物在腸道內(nèi)占主導地位，維持腸道內(nèi)微環(huán)境的平衡。當受到水體環(huán)境惡化、飼料投喂不當、藥物不合理使用等外界不良因素刺激時，有益菌群會受到破壞，造成腸道微生態(tài)失衡，進而引起機體抵抗力下降，誘發(fā)疾病。微生態(tài)制劑的加入可調(diào)節(jié)、恢復微環(huán)境，補充恢復有益菌的數(shù)量，維持有益菌群的優(yōu)勢地位，促進微生物、環(huán)境和宿主之間物質(zhì)、信息和能量的流動[6]。

1.5 改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境

水質(zhì)的惡化嚴重影響著水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的存活率和產(chǎn)量，在養(yǎng)殖過程中，水生動物的代謝產(chǎn)物、有機質(zhì)的分解產(chǎn)物以及水體中的有毒有害物質(zhì)，對養(yǎng)殖動物都存在著毒害作用。有益菌可以降解和轉(zhuǎn)化有機物，如分解殘留餌料、動植物殘體，減少或消除氨氮、硫化氫、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，進而達到改善水質(zhì)的目的[7]。

2 微生態(tài)制劑種類及作用

2.1 益生菌

益生菌又稱益生素或活菌制劑，包含光合細菌、芽孢桿菌、乳桿菌、雙歧桿菌、硝化細菌和酵母菌等。益生菌的作用機理為：益生菌在腸道黏膜上粘附、定植、繁殖，通過競爭性抑制，與致病菌競爭粘附位點和營養(yǎng)物質(zhì)，進而達到抑制致病菌的效果。益生菌可產(chǎn)生酸性物質(zhì)，這些物質(zhì)可以抑制致病菌的生長，使其不能成為消化道內(nèi)的優(yōu)勢菌落[8]。

2.1.1 光合細菌

光合細菌是自然界中一類以光為能源、以有機物和硫化物等為營養(yǎng)元素的光合作用微生物[9]。光合細菌所含營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量達60%以上，同時還含有輔酶Q、維生素B、葉酸等營養(yǎng)物質(zhì)，不僅能夠促進水生動物的生長，還能夠提高水生動物的免疫能力。

姜松等[10]在糙海參幼苗培育水體中添加光合細菌，不僅顯著提高了苗體質(zhì)量、幼苗成活率和消化酶活性，還對育苗水體水質(zhì)具有改善作用。吳向華等[11]研究光合細菌在暗紋東方鲀養(yǎng)殖上的應用時發(fā)現(xiàn)，當光合細菌質(zhì)量濃度超過50 μg/L時，能夠使育苗水體的化學需氧量（COD）、生物耗氧量、氨氮和亞硝酸鹽濃度下降并保持在正常范圍內(nèi)，可有效地改善養(yǎng)殖水環(huán)境。張梁等[12]在草魚的飼料中添加光合細菌，發(fā)現(xiàn)光合細菌的添加水平為2.5%時，不僅能夠顯著促進草魚的生長發(fā)育，還能提高草魚的免疫力。

2.1.2 芽孢桿菌

芽孢桿菌是腐生的革蘭氏陽性菌，菌體桿狀，多數(shù)運動，產(chǎn)芽孢，在土壤、塵粒、空氣中廣泛存在。芽孢桿菌對營養(yǎng)要求簡單，代謝速度快，易于分離、培養(yǎng)和保存，對工業(yè)化生產(chǎn)技術條件要求不苛刻[13]。

沈斌乾等[14]在飼料中添加枯草芽孢桿菌，研究其對青魚生長、消化酶活性和魚體組成的影響，結果表明青魚飼料中添加枯草芽孢桿菌能顯著提高青魚的增重比和腸蛋白酶活性，顯著降低了餌料系數(shù)。程遠等[15]的試驗結果表明，飼料中添加芽孢桿菌水平為0.12%時，羅非魚幼魚的免疫力和抗氧化能力都顯著提升。曾地剛等[16]通過對比潑灑枯草芽孢桿菌與未潑灑枯草芽孢桿菌的蝦池發(fā)現(xiàn)，潑灑枯草芽孢桿菌可以顯著降低蝦池的COD、亞硝酸鹽和硫化氫濃度，提高總堿度，這表明枯草芽孢桿菌具有凈化水質(zhì)的作用。

2.1.3 乳酸桿菌

乳酸桿菌是一類重要的抗菌化合物，可以產(chǎn)生乳酸、H2O2。乳酸桿菌作用于腸道，可以調(diào)節(jié)微生物分布平衡，增強機體的免疫力和抵抗力，促進腸道的生長和發(fā)育。此類菌在臨床上已被證實能夠發(fā)揮保健作用，預防和治療人和動物的某些腸道疾病[17]。

周海平等[18]通過模擬養(yǎng)殖水體試驗，探討乳酸桿菌LH代謝產(chǎn)物對不同病原菌的抑制能力，研究表明乳酸桿菌LH對病原弧菌的抑制性作用良好。鄭曉婷等[19]的試驗研究表明，拌料投喂0.5%的植物乳酸桿菌可以使凡納濱對蝦的消化酶活性、腸上皮細胞高度及特定生長率均得到顯著提升。劉文舒[20]在乳酸桿菌抗感染風險機制研究中發(fā)現(xiàn)，飼料粘附乳酸桿菌可以改變羅非魚腸道的粘附菌群結構，高劑量水平對嗜水氣單胞菌NJ-1的毒性具有顯著的保護作用。

2.1.4 雙歧桿菌

雙歧桿菌屬于革蘭氏陽性厭氧菌，形態(tài)多變、呈彎曲桿狀，是人類和動物腸道中的關鍵微生物，也是眾所周知的腸道益生菌，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、降低膽固醇、預防腸道病變、延緩衰老等作用[21]。

桂遠明等[22]在有關于鯉暴發(fā)性肝炎治療效果的初步研究報告中表明，雙歧桿菌制劑不僅在治療鯉暴發(fā)性肝炎以及調(diào)整腸道菌群方面具有良好效果，同時在促進生長方面也有積極意義。宋曉玲等[23]的試驗表明，雙歧桿菌細胞壁肽聚糖可以作為免疫增強劑使用，提高日本對蝦和牙鲆的非特異性免疫水平。

2.1.5 硝化細菌

硝化細菌廣泛存在于自然界，是一類在生物脫氮過程中起到重要作用的微生物，可以通過硝化作用把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再進一步把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽[24]。

李長玲等[25]的試驗發(fā)現(xiàn)，在水體中加入濃度為100 cfu/L的硝化細菌時，羅非魚魚苗養(yǎng)殖水環(huán)境中的氨氮濃度較對照組降低了25.05%，亞硝酸氮含量降低45.16%，COD值降低12.33%。此外，水體中添加硝化細菌還可以增強羅非魚苗的抗病力。劉冉等[26]在硝化細菌制劑凈化海參養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)的試驗中發(fā)現(xiàn)，硝化細菌可以顯著改善養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)。

2.1.6 酵母菌

酵母菌是一類形態(tài)結構簡單的真菌，其菌體富含蛋白質(zhì)、維生素和生長因子等多種營養(yǎng)物質(zhì)，還可以生產(chǎn)單細胞蛋白，在生物餌料方面應用廣泛。酵母菌在凈化水質(zhì)、抑制水華、促進機體生長和提高機體免疫力等方面均有良好的作用[27]。

葉秋雯等[28]在不同添加物對水華藻的抑制作用的研究中發(fā)現(xiàn)，有效微生物群（EM群）可以通過胞外分泌物破壞藻類細胞的葉綠素結構，實現(xiàn)對藻類的抑制，防止水華的發(fā)生。利用酵母菌營養(yǎng)物質(zhì)豐富且易消化的優(yōu)點，用飼料酵母替代部分魚粉，可以解決飼料蛋白源短缺問題[29]。諸多試驗證明，酵母菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中可以促進生長[30]、提高飼料利用率[31]、增強水產(chǎn)動物的免疫力和抗病力[32]、提高水產(chǎn)品觀賞及使用價值[33]。

2.2 益生元

益生元是益生菌代謝所產(chǎn)生的一類不可消化的物質(zhì)，會引起腸道菌群微生物的變化，如低聚糖、活性多糖、合生素和抗菌肽等。

2.2.1 低聚糖

低聚糖，又稱寡糖，分為普通低聚糖和功能性低聚糖。普通低聚糖包括蔗糖、乳糖、麥芽糖、麥芽三糖和麥芽四糖等，易被機體消化吸收。功能性低聚糖，為非消化性低聚糖，具有一定甜度、粘度和水溶性等特征，不能被機體消化吸收，但進入大腸后能被有益菌特別是雙歧桿菌利用，增殖有益細菌，抑制有害細菌[34]。

盧明淼等[35]的試驗研究表明，在基礎飼料中添加濃度為2 g/kg的果寡糖時，草魚的非特異性免疫能力得到顯著提高，具體表現(xiàn)為血液中白細胞吞噬活性、血清溶菌酶活性和補體C3、C4含量均顯著高于對照組。蔡雪峰等[36]在虹鱒飼料中添加殼寡糖后發(fā)現(xiàn)虹鱒腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌群發(fā)生了明顯的變化，可利用殼寡糖作為唯一碳源的菌群有所增加，但多樣性有所降低；此外，試驗結果還表明，殼寡糖能夠提高虹鱒幼魚抗嗜水氣單胞菌感染的能力。

2.2.2 活性多糖

活性多糖分布廣泛，主要包括微生物多糖、海藻多糖、高等植物多糖和高等動物多糖。微生物多糖又分為真菌多糖和細菌多糖。目前應用水產(chǎn)研究的活性多糖主要為微生物多糖和海藻多糖[37]。多糖類物質(zhì)可以有效增加機體的免疫因子數(shù)量和活力。

香菇多糖和黃芪多糖對離體培養(yǎng)鯉免疫細胞有明顯活性作用，對鯉非特異性免疫和特異性免疫均具有促進作用[38]。龐素風[39]通過試驗發(fā)現(xiàn)，在銀鯽飼料中添加濃度為0.5～1.0 g/kg的云芝多糖，可以增強銀鯽的非特異性免疫（白細胞吞噬活性、血清溶菌酶活性、血清SOD活性、補體C3和C4含量），說明云芝多糖在一定程度上可以改善銀鯽的生理機能，提高機體的代謝強度。

2.3 抗菌肽

抗菌肽是由基因編碼在核糖體內(nèi)合成的多肽，其特點主要體現(xiàn)在強陽離子性、熱穩(wěn)定性好、無藥物屏蔽且不影響真核細胞?？咕耐ǔＷ饔糜诩毦谡婧松锏奶烊幻庖叻矫姘l(fā)揮著重要作用[40]。王廣軍等[41]實驗表明，在飼料中添加抗菌蛋白后，南美白對蝦的生長速度、增重率、成活率以及抗病力均有顯著提升。黃滄海等[42]在對羅非魚的研究中發(fā)現(xiàn)，抗菌肽“中膿肽寶”在促進水產(chǎn)動物生長和抗菌能力方面與抗生素“黃霉素”具有相同的效果。

2.4 合生素

合生素是益生素與益生元結合的生物制劑，是一種能夠選擇性促進益生素作用的益生元復合物。合生素可以同時發(fā)揮益生素與益生元的作用，通過促進外源性活菌在動物腸道內(nèi)的增殖，選擇性刺激一種或幾種有益菌生長和繁殖，從而達到促進宿主健康的目的。其作用方式主要體現(xiàn)在促進低聚糖消化、有益菌繁殖、發(fā)揮益生素和益生元的雙重作用[43]。

肖世玖等[44]在團頭魴飼料中添加3種合生素，結果發(fā)現(xiàn)，由低聚木糖和芽孢桿菌配制的合生素顯著提高了團頭魴的生長性能和抗氧化能力。王玲等[45]在探討合生素對羅非魚生長性能的影響時發(fā)現(xiàn)，飼料中添加0.05%～0.10%水平的合生素可以提高羅非魚的增重率，降低飼料成本。

3 微生態(tài)制劑應用中存在的問題及發(fā)展方向

3.1 存在問題

目前，我國的水產(chǎn)用微生態(tài)制劑的研究多數(shù)局限于應用效果方面，缺乏系統(tǒng)性和深層次的研究，因此在應用中出現(xiàn)以下3點問題。

（1）種類少。微生態(tài)制劑可以有效避免抗生素使用中出現(xiàn)的弊端，但基于現(xiàn)階段發(fā)展來看，微生態(tài)制劑菌種種類較少，尤其是在倡導綠色養(yǎng)殖理念的現(xiàn)階段，更需要開發(fā)適宜水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的新菌種。

（2）穩(wěn)定性差。微生態(tài)制劑作為一種活菌制劑，在使用、存儲、運輸?shù)冗^程中，其活性易受到外界因素如水溫、pH、溶解氧等的影響，而有關于如何克服外界環(huán)境影響，保持菌群活性方面尚缺乏深入的研究。

（3）安全性。微生態(tài)制劑在水產(chǎn)上的應用時間較短，在菌種的選擇上，所選菌株是否安全、有無毒副作用、是否會發(fā)生突變、對動物和環(huán)境是否會產(chǎn)生危害，尚缺乏可靠的理論體系。

3.2 發(fā)展方向

微生態(tài)制劑為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的綠色健康可持續(xù)發(fā)展提供了有力保障?；谖⑸鷳B(tài)制劑的現(xiàn)存問題以及現(xiàn)階段的研究熱點和難點，微生態(tài)制劑今后的發(fā)展趨勢主要有以下4點。

（1）開發(fā)專一性、高效性的微生態(tài)制劑，增強作用效果。

（2）通過多學科結合，如利用分子生物學與基因工程，對現(xiàn)有菌株進一步優(yōu)化，在現(xiàn)有菌株特性的基礎上，研制穩(wěn)定性強、易于保存的新菌株。

（3）研制和利用工程菌，通過基因工程技術培育出性能更高的菌株，使其更適宜在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應用，成為水產(chǎn)養(yǎng)殖動物機體內(nèi)某種病原的免疫保護蛋白，從而解決水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的病毒性疾病問題。

（4）現(xiàn)有的微生態(tài)制劑種類尚不能滿足應用需要，要深入研究菌種之間的作用關系，通過利用優(yōu)勢菌群原理，研制出有利于水生動物生長的優(yōu)良制劑。

4 結語

微生態(tài)制劑無毒副作用、無污染、可改善水質(zhì)、可提高水生動物免疫能力并促進水生動物生長，在倡導綠色、科學養(yǎng)殖理念的今天，發(fā)揮著越來越重要的作用。在應用微生態(tài)制劑時要清晰了解使用條件和水產(chǎn)動物自身腸道菌群與環(huán)境之間的實際情況，并合理添加使用。在不斷探究、開發(fā)新生微生態(tài)制劑過程中，不僅要深入研究其作用機理，還要重點研究其功能和穩(wěn)定性，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供強有力的保障。