益生菌在水產養(yǎng)殖中的應用

益生菌在水產養(yǎng)殖中的應用

現(xiàn)在，水生養(yǎng)殖已經成為世界上最迅速的食物供應領域。自20世紀70年代以來，其年平均增長率為8.9%，同時，漁業(yè)和畜牧業(yè)的年平均增長率僅為2.8%和1.2%。世界上40%的水產品來自水產養(yǎng)殖領域,價值千億美金。水產養(yǎng)殖中疾病的感染和傳播是目前限制產業(yè)發(fā)展的一個主要因素,比如由病原菌(弧菌、氣單胞菌等)引發(fā)的疾病具有很高的致死率,造成巨大的經濟損失。為預防和控制魚類疾病,養(yǎng)殖戶大量使用抗生素藥物,致使抗生素對養(yǎng)殖業(yè)以至人類的危害日益凸現(xiàn),如致病菌產生藥物耐藥性、水產品藥物殘留等成為醫(yī)藥和食用安全的重要社會問題。雖然抗生素可治療疾病,但同時亦能破壞或降低動物的免疫功能,使致病菌產生耐藥性,致使動物再次感染后,需要更多的抗生素,從而陷入一種惡性循環(huán)。益生菌作為抗生素的替代品,被廣泛的應用于畜牧養(yǎng)殖、水產養(yǎng)殖、醫(yī)藥等領域,取得了良好的效果。益生菌在動物的胃腸內具有強大的益生功能,能夠抑制有害菌的生長,促進免疫系統(tǒng)的發(fā)育,提供營養(yǎng)成分,強化腸道粘膜屏障等。益生菌是促進人類健康的“多功能食品”,在畜牧業(yè)、漁業(yè)領域亦是預防和治療疾病、促進動物生產性能的“多功能飼料添加劑”。近幾年,益生菌被廣泛用于促進水生動物的生產性能及預防和治療疾病,已成為水產養(yǎng)殖業(yè)的研究和應用焦點。益生菌的推廣應用解決了抗生素及其它藥物的濫用帶來的問題,并通過提高水生動物的生產性能和控制疾病等途徑顯著提高了水產品的產量。本文從益生菌的作用機理、對仔魚的益生作用、選擇與應用要點、安全性和在海水養(yǎng)殖領域的研究和應用進展等5個方面作了綜述,以期為益生菌在水產養(yǎng)殖生產中的應用提供全面的理論知識和應用信息。1益生機1.1腸道微生物指標為了全面的理解益生菌的潛在益生特性,可將消化道作為一個相對獨立的生態(tài)系統(tǒng)。水生動物的消化道是一個開放的系統(tǒng),時刻與外界環(huán)境進行物質交換。相對于水生環(huán)境,消化道內擁有豐富的營養(yǎng)物質,所以更容易滋生細菌。益生菌在預防和控制水生動物傳染性疾病方面擔當著重要角色。益生菌通過在腸道粘膜上粘附、定植、繁殖,與致病菌競爭粘附位點和營養(yǎng)物質,從而達到抑制致病菌的效果。大多益生菌可產生酸性物質,這些物質可以抑制致病菌的生長,使其不能成為消化道內的優(yōu)勢菌落。現(xiàn)在益生菌主要用于抑制有害菌,優(yōu)化菌群結構,使消化道內的微生態(tài)動態(tài)平衡,利于水生動物的健康。1.2在飼料中的應用消化道內的益生菌可產生很多活性物質和營養(yǎng)成分,如酶類、氨基酸和維生素等,這些物質可作為飼料的補充,滿足動物的營養(yǎng)需要。BAIRAGI等從魚的腸道內提取、培養(yǎng)了9種不同的細菌,發(fā)現(xiàn)這些細菌可產生多種消化酶類,這些消化酶可以促進飼料的消化和利用。1.3益生菌的免疫作用益生菌具有調控寄主免疫系統(tǒng)的功能,這是益生菌最重要的益生特性。早期的研究主要集中在提高魚的生產性能及控制疾病方面,現(xiàn)在則轉移到探究益生菌的免疫調節(jié)能力。體外試驗及活體動物試驗,皆發(fā)現(xiàn)益生菌具有免疫調控功能(包括全身免疫和局部免疫),避免發(fā)生嚴重的炎癥反應。益生菌可作用于魚體腸道的單核細胞、吞噬細胞、粒細胞、NK細胞,強化魚體免疫系統(tǒng)的功能。飼喂益生菌可提高魚的紅細胞、粒細胞、巨噬細胞、淋巴細胞、T細胞以及免疫球蛋白的數(shù)量,從而增強免疫能力,提高魚體免疫耐受力。益生菌還能夠提高魚的腸道粘膜溶菌酶、噬菌細胞以及白細胞的活力。此外,益生菌能夠促進魚體免疫器官的生長發(fā)育。所以益生菌可作為免疫激活劑投入使用。1.4益生菌的增強益生菌有抗病毒的作用。在醫(yī)療方面,益生菌能夠治療人的病毒性感冒、輪狀病毒腹瀉甚至艾滋病及其并發(fā)病等;在水產養(yǎng)殖方面,益生菌能夠增強魚體對抗彩虹病毒的能力。益生菌對抗病毒的機制尚不明確,根據(jù)現(xiàn)有的報道有兩種可能的機制:第一,通過特異和非特異機制干擾病毒周期;第二,通過結合腸道細胞表面的病毒受體抑制病毒的粘附。目前在水產養(yǎng)殖領域,有關益生菌治療病毒感染的報道較少,但是隨著養(yǎng)殖技術的進步以及益生菌的開發(fā)利用,益生菌必定會在防治水生動物病毒感染方面擔當重要的角色。1.5益生菌的提取益生菌在水產業(yè)的應用價值要高于陸生動物,因為在水產養(yǎng)殖領域,益生菌除了能夠促進營養(yǎng)物質的消化、吸收以及控制疾病外,還可作為改良水質的添加劑。益生菌可分解水中的有機物質,減少氮、磷含量,調節(jié)氨、亞硝酸鹽以及硫化氫在水中的含量。DALMIN等發(fā)現(xiàn)益生菌可通過優(yōu)化水質、減少水生環(huán)境的致病菌,提高水生動物的成活率和生產性能。2益生菌的作用孵化期的海洋卵黃囊仔魚的腸道是直的,腸道內部呈無菌狀態(tài),腸道上皮纖毛細胞開始成形。在這個時期,魚的嘴部一般是不能張開的,比如金赤鯛(Sparusaurata)、塞內加爾鰨(Soleasenegalensis)、舌齒鱸(Dicentrarchuslabrax)等。在魚類的嘴張開后,腸道成了與外部環(huán)境聯(lián)系的最重要的場所,是致病菌侵入的主要途徑。在這個時期,仔魚的免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育完全,只能依靠先天性免疫系統(tǒng)進行有限的調節(jié)。但是益生菌可進入腸道,形成第一道對抗有害菌入侵的屏障。益生菌可通過競爭營養(yǎng)成分、粘附位點以及改善仔魚的免疫耐受力等為寄主提供有效的保護。很多特定的微生物種系比如乳酸菌可通過產生代謝物質(如乳酸、過氧化氫、二氧化碳、抗菌肽/蛋白、有機酸、氨氣、二乙酰等)抑制致病菌。不僅如此,益生菌和魚類寄主可通過協(xié)同作用,促使形成健康而穩(wěn)定的微生物群系,并合力維持這個微生物群系的動態(tài)平衡,使這個群系能夠發(fā)揮出強大的益生作用。在仔魚早期,腸道內的益生菌可誘導免疫系統(tǒng)的發(fā)育,激活寄主的免疫活力,提高仔魚對微生物的免疫耐受力。早期形成的穩(wěn)定的微生物群系,對仔魚腸道的組織分化和發(fā)育、防治腸道疾病等方面具有十分重要的意義。3選擇和應用程序關鍵3.1細菌特性與腸道相互影響具備益生特性的細菌可用于制備新型、有效、安全的微生態(tài)制劑,但是這些細菌必須具備某些特性,這些特性包括:對寄主沒有任何危害;易被寄主“接納”,通過動物采食進入腸道內,與寄主建立“互利共生”的關系;能夠到達腸道特定的位點,并發(fā)揮有效的益生作用;不具有抗毒基因。3.2益生菌的源地益生菌的選擇是非常重要的,因為不合適的“益生菌”會在動物的腸道內對寄主造成意想不到的損害。作為益生菌,不管源于何地,都必須在動物的腸道內定植,這是首要條件?，F(xiàn)在大部分用于水產養(yǎng)殖中的益生菌,最初是用于陸生動物養(yǎng)殖的。許多商用的益生菌在水產養(yǎng)殖方面的益生效果較差,可能是由于這些益生菌不是源于水生動物或者不適應水生動物的腸道,在腸道內不能維持菌群的規(guī)模所致。從成熟的水生動物的腸道內分離培養(yǎng)的益生菌,用于未成熟的水生動物,益生效果卻極其顯著。這是由于益生菌在其“源地”,可以更好的對抗致病菌,進入動物腸道后可以迅速的成為優(yōu)勢菌群,并長期定居腸道。CARNEVALI等發(fā)現(xiàn)從金赤鯛腸道內提取的乳酸菌可以提高魚苗的成活率。另外寄主腸道細胞不會因為這些“土著細菌”的入住,而發(fā)生不良反應。3.3腸道致病菌的防治生態(tài)因子對于微生物的生長是非常重要的,能夠影響水生動物腸道的菌群結構和飼料的利用率。水的品質、硬度、溶解氧、溫度、pH、滲透壓以及機械性摩擦等皆會影響益生菌在水生動物腸道內的定植、繁殖。另外,魚類致病菌,如嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)、遲緩愛德華菌(Edwardsiellatarda)、副溶血弧菌(Vibrioparahaemolyticus)等皆對生長條件、水生環(huán)境有特殊要求。所以合理設計飼料配方、有效地控制內在生態(tài)因子(pH、水的活性、氧化還原能力、亞硝酸鹽的濃度)和外在生態(tài)因子(溫度、濕度),有助于益生菌發(fā)展成腸道的優(yōu)勢菌群,減少致病菌的感染。所以微生態(tài)制劑的合理運用對于水生動物的生長發(fā)育、疾病控制以及水質的改善等等都有重要的意義。3.4復合菌的制備及其功能益生菌飼料添加劑有單一菌和復合菌。復合菌的益生效果一般要優(yōu)于單一菌。因為復合菌是多種細菌的有機結合,可通過協(xié)同合作發(fā)揮出更強的益生作用。在水產養(yǎng)殖領域,應用最多的益生菌是乳酸菌、枯草桿菌、雙歧桿菌。這些益生菌的益生機理存在差異,分別具有不同的益生特性。益生菌的功能差異,與菌體成分的結構特點及生物活性有關。選擇具有不同特性的益生菌制備復合菌,可以發(fā)揮這些益生菌的協(xié)同作用,具有更好的益生效果。SALINAS等發(fā)現(xiàn),復合菌(枯草桿菌和德式乳桿菌)可增加金赤鯛的腸道粘膜的免疫球蛋白M細胞和AG細胞的數(shù)量,但是單獨使用這兩種菌卻沒有這種效果。但是復合菌并不是幾種細菌的隨意組合。這些益生菌的益生作用必須存在互補,而且最好沒有相同的粘附位點。益生菌的來源以及這些益生菌的親緣關系,皆影響到復合菌的使用效果。Choi等發(fā)現(xiàn)使用同屬于弧菌科的復合菌(Pdp和51M6),與單獨使用這兩種益生菌的效果相同;但是使用屬于不同家族的復合菌(乳酸菌和枯草桿菌),卻能夠發(fā)揮出單一菌無法發(fā)揮出的益生效果。3.5滅活菌能夠調節(jié)金現(xiàn)在的益生菌一般都是活菌制劑,需要生活在腸道而發(fā)揮作用。但是許多益生菌被滅活后仍具有與活菌相似的益生功能。這些滅活后的細菌不僅能夠粘附到動物的腸道細胞上,而且能夠調節(jié)寄主的免疫反應。體內和體外試驗皆發(fā)現(xiàn),滅活菌能夠調節(jié)魚的免疫反應,強化免疫功能,預防各種疾病。滅活菌主要是因為其菌體成分(脂磷壁酸、肽聚糖、莢膜多糖等)在起作用。這些菌體成分可刺激腸道粘膜上皮細胞,強化寄主的免疫功能。PANIGRAHI等則發(fā)現(xiàn)活菌具有比滅活菌更強的益生功能。但也有專家提出,現(xiàn)在使用的許多益生菌并沒有被全面的認識,存有一定的安全隱患,所以推薦使用滅活菌,以避免出現(xiàn)安全問題。3.6益生菌的免疫調控能力益生菌的飼喂量對養(yǎng)殖效果是至關重要的。合理的添加量不僅能促使益生菌在短時間內定植于腸道,而且會使益生菌發(fā)揮出應有的益生作用。體內、體外試驗皆發(fā)現(xiàn),益生菌的免疫調控能力隨著添加量的改變而改變。益生菌的添加水平是根據(jù)益生菌改善生產性能和防治病害的最佳效果而選擇的。在水產養(yǎng)殖領域,益生菌的添加量一般在106~109cfu·g-1,過高或過低均會影響益生菌的益生效果。但是具體的添加水平,需要對具體的魚和益生菌進行試驗研究確定。3.7持續(xù)時間對飼養(yǎng)的影響益生菌的飼喂持續(xù)時間是影響益生菌在腸道發(fā)揮益生作用的又一重要因素。在水產養(yǎng)殖中,益生菌合理的飼喂持續(xù)時間一般在1~10周左右。飼喂的最佳持續(xù)時間與飼養(yǎng)的魚種、選擇的益生菌有關。養(yǎng)殖相同的水生動物,不同的益生菌需要飼喂的持續(xù)時間不同;使用相同的益生菌,不同的水生動物亦需要不同的飼喂持續(xù)時間。飼喂益生菌的時間過長或過短都是不科學的。飼喂時間過長,會造成不必要的浪費;而飼喂時間過短,會導致益生菌在魚的腸道內的數(shù)量過少,而使益生菌不能發(fā)揮出有效的作用。當前益生菌的使用時間普遍偏長,所以需要對益生菌進行詳細的研究,找出需要的最短飼喂持續(xù)時間,以減少成本。3.8益生菌生物膠囊益生菌屬于飼料添加劑,但是在水產養(yǎng)殖領域,國外的學者亦將益生菌稱為“水添加劑”。許多益生菌可作為優(yōu)化水質的“水添加劑”。益生菌的使用方式有多種,比如浸入水中、懸浮于水上以及直接飼喂。直接飼喂益生菌可使益生菌有效的定居在魚的腸道中,所以能夠更好的發(fā)揮其益生作用,而ZHOU等直接將益生菌添加到水中,發(fā)現(xiàn)可改善金赤鯛的生產性能和免疫功能。制備的益生菌生物膠囊,可以懸浮于水上,對提高魚苗的成活率有良好的效果。PICCHIETTI等發(fā)現(xiàn)將輪蟲和鹵蟲作為載體,能夠有效的幫助益生菌進入水生動物的腸道內定植、繁殖。4平基因轉移從病原獲得許多專家對益生菌的安全性提出質疑,他們認為現(xiàn)在使用的益生菌可能擁有編碼致病性、抗抗生素的基因,這些基因可通過水平基因轉移從病原體獲得。雖然現(xiàn)在沒有這方面的報道,但是不能排除這種可能性。所以為排除益生菌的這種安全隱患,需要運用現(xiàn)代分子技術手段進行檢測、分析。另外,乳酸菌是現(xiàn)在最常用的一類益生菌,已被廣泛的應用于水產養(yǎng)殖領域,但是并不是所有的乳酸菌都是益生菌,研究發(fā)現(xiàn)許多病害的發(fā)生與乳酸乳球菌有關,所以益生菌的安全性需要被作為首要的鑒定指標。5關于海洋魚類育種的研究和應用5.1枯草桿菌因子ba碳構各物石斑魚是一類名貴的海水養(yǎng)殖品種,肉質鮮美、營養(yǎng)豐富,市場價值極高。由于石斑魚易受致病菌感染,所以死亡率較高。益生菌被應用于石斑魚的海水養(yǎng)殖,效果極其顯著。SON等發(fā)現(xiàn),乳酸菌(Lactobacillusplantarum)不僅提高點帶石斑魚(Epinepheluscoioides)的生產性能,還能夠強化免疫系統(tǒng),增強對致病菌(鏈球菌)、病毒(彩虹病毒)的耐受能力。枯草桿菌(BacillussubtilisE20)亦有相同的益生作用,可以提高斜帶石斑魚的增重和飼料轉化率,并且隨著添加劑量的增多,效果更加明顯;枯草桿菌能夠提高吞噬細胞的活力、呼吸爆發(fā)活性、頭腎白細胞超氧化物歧化酶的活力、血清溶菌酶的活力、血清補體活性(ACH50)等,從而提高免疫功能,增強對致病菌(鏈球菌)、病毒(彩虹病毒)的抵抗能力。此外,短小芽孢桿菌(Bacilluspumilus)、克勞士芽孢桿菌(Bacillusclausii)、釀酒酵母(SaccharomycescerevisiaeP13)、嗜冷桿菌(Psychrobactersp.)等皆發(fā)現(xiàn)可用于石斑魚的海水養(yǎng)殖。5.2金赤東南角桿菌的使用金赤鯛是歐洲南部的重要養(yǎng)殖魚類,但是過多的傳染性疾病的發(fā)生使得這類魚的養(yǎng)殖產量銳減,造成巨大的經濟損失。近幾年,益生菌作為抗生素的替代品被應用于金赤鯛養(yǎng)殖。CARNEVALI等從金赤鯛的成魚腸道中分離培養(yǎng)了食果糖乳桿菌(Lactobacillusfructivorans),并將其和植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum,非金赤鯛腸道細菌)混合后投喂金赤鯛,發(fā)現(xiàn)仔魚早期植物乳桿菌的數(shù)量維持在較高的水平,但是隨著魚的生長,食果糖乳桿菌逐漸占據(jù)了優(yōu)勢,并且其益生作用要高于植物乳桿菌。飼喂的乳酸菌可顯著降低金赤鯛的皮質醇、熱應激蛋白(Hsp70,70KDa)的表達水平,提高對強酸的耐受能力等。另外,飼喂乳酸菌(Lactobacillusspp.)還可提高金赤鯛的消化酶的活力,從而提高飼料的消化率,并能夠降低魚的死亡率,但是直接將乳酸菌加入池水中卻沒有這些效果?，F(xiàn)在,越來越多的細菌被發(fā)現(xiàn)可用于制備微生態(tài)制劑,促進金赤鯛的健康發(fā)育。益生菌除了能夠提高金赤鯛的成活率、生產性能、抗應激能力,還能夠調節(jié)免疫功能、促進免疫系統(tǒng)的發(fā)育。SALINAS等發(fā)現(xiàn)兩種乳酸菌(Lactobacillusdelbrüeckiissplactis和B.subtilis)皆可提高金赤鯛頭腎白細胞的吞噬能力,強化免疫功能。兩種菌混合使用的效果要比單一菌種更好,這可能是由于兩種菌的益生途徑不同,各自擁有不同的免疫調節(jié)機制。益生菌亦能夠促進金赤鯛的免疫功能的發(fā)育。CHAVES-POZO等發(fā)現(xiàn)益生菌可促進金赤鯛免疫系統(tǒng)的發(fā)育,且隨著養(yǎng)殖時間的延長效果更加顯著;在養(yǎng)殖后期(孵化后99d),金赤鯛的免疫功能顯著高于前期(孵化后28d)。5.3乳酸菌對舌齒蚤的影響CARNEVALI等將從舌齒鱸成魚腸道內提取的乳酸菌(Lactobacillusdelbrüeckiispp.delbrüeckii)飼喂歐洲舌齒鱸幼魚,發(fā)現(xiàn)這種乳酸菌能夠有效地在舌齒鱸腸道內定植,并成為優(yōu)勢菌群,其數(shù)量與對照組比較有顯著性提高;并且試驗組與空白對照相比,舌齒鱸的生產性能、飼料利用率皆有明顯提高。FROUEL等亦發(fā)現(xiàn)乳酸菌可提高舌齒鱸的成活率、生產性能。不僅如此,早期飼喂乳酸菌還能增加T細胞和嗜酸性粒細胞的數(shù)量,而不會破壞腸道粘膜上皮;同時,IL-1β、IL-10、Cox-2、EGF-β亦有所降低,這說明乳酸菌能夠調控歐洲舌齒鱸的免疫系統(tǒng)。5.4新型免疫增強劑大黃魚是我國重要的海水養(yǎng)殖魚類。隨著大黃魚養(yǎng)殖規(guī)模的擴大,大黃魚的病害日益增多。鑒于傳統(tǒng)藥物(抗生素等)的安全隱患,開發(fā)高效安全的新型免疫增強劑成為當務之急。研究者發(fā)現(xiàn),向飼料中添加1.36×107cfu·g-1的枯草桿菌(Bacillussubtilis)可提高大黃魚的增重、飼料轉化率,調節(jié)非特異性免疫反應,減少疾病的發(fā)生。王君娟從大黃魚腸道內分離培養(yǎng)的芽孢桿菌的代謝產物既有較好的抑制病原弧菌的效果及較廣的抗菌譜,又有較好的降解氨氮、殘余餌料(蛋白質和淀粉)的能力,推測其在海水養(yǎng)殖上具有潛在的應用價值。5.5益生菌的使用GATESOUPE等最先將益生菌用于大菱鲆養(yǎng)殖,發(fā)現(xiàn)飼喂乳酸菌后,大菱鲆腸道內乳酸菌的數(shù)量顯著增加;大菱鲆對致病弧菌的抵抗能力有所提高,成活率顯著提高;益生菌的最佳使用劑量在(1~2)×107c