益生菌在水产养殖中的应用

益生菌在水产养殖中的应用

(邱宝生，林炜铁，杨继国，吴军林华南理工大学生物工程系，广东广州510640)

从20世纪40年代起。抗生素作为抗菌药物在医学上得到了广泛的应用。几十年的应用过程中，人们逐渐发现抗生素的在水产养殖中也倍受青睐。在水产养殖中，它破坏了水产动物肠道内的菌群结构，抑制有益微生物，使动物体肉微生态失调，引起一系列的水产养殖疾病。抗生素的滥用造成了致病菌的抗药性增加。药物残留也给人类的身体健康带来了极大威胁。益生菌的发现与应用给人们带来了新的希望！

1.益生菌定义、作用与特点

益生菌又称为益生素、利生菌、活菌剂或微生态制剂。1989 年Fule-llm将益生菌定义为通过维持肠道内微生态平衡而有效影响宿主动物的活微生物。按照用途，益生菌制剂可分为改善水质的水质调节剂、控制病原的微生物控制剂和促生长作用的饵料添加剂三大类。益生菌能够净化水质：对动物具有促生长，增强动物的免疫力和抗病能力等作用。益生菌的应用不会引起养殖动物体内药物残留是益生菌在水产养殖业中代替抗生素的一个重要理由。目前．被批准用作水产动物益生菌的较少，主要有乳酸杆菌，黄链球菌，芽孢杆菌、双岐杆菌和酵母菌等。水产动物益生菌，一股具有以下特点：①对动物和人无委害；2对消化道内的酸和胆汁有较强的耐漫力：③发中能产生抑南物质：④容易培荞增殖，⑤加工成饲料后有较高的存活至：⑥不与病原菌杂交。

2.益生菌的作用机理

益生菌对水产动物的作用机理在某生问题上还存在着一些分歧！就目前的资料看，对益生菌作用机理的探讨主要从以下几个角度进行阐述。

2.1　菌体分泌物

从菌体分泌物来研究益生菌作用机理是目前的热门方向。益生菌进入消化道后‚与原有微生物竞争而释放出特殊的物质‚抑制其他菌株的生长繁殖‚或益生菌在其生长过程中产生的代谢产物对其他菌株有拮抗作用‚从而改变水产动物肠道内的优势菌群‚对动物的生长起促进作用。例如乳酸菌进入消化道后‚在生长过程中会产生许多低分子量物质‚包括乙醇、二氧化碳和双乙酰、过氧化物、乳酸和其他有机酸。乳酸能降低消化道环境的pH‚而抑制病原微生物的生长繁殖。其中许多代谢物具有广谱抗菌活性‚不同的抗菌物质之间又具有增效作用。将乳酸菌和酵母菌混合‚喂食印度白虾‚幼虾的生长率和存活率明显提高‚当添加量在2∙5g／kg 时‚其存活率和生长率最高［1］。

2.2　竞争抑制

竞争抑制是益生菌的主要作用机理‚也是微生态学的主要观点。竞争抑制大致可分为占位竞争和营养竞争。对附着位点的竞争是益生菌进入动物消化道后发挥的第一个作用。益生菌进入肠道后‚首先占据靶上皮细胞‚产生一个对病原微生物生长不利的环境‚并逐步形成肠道内的优势菌群‚进一步阻止有害微生物的定殖。如酵母可以识别肠道粘膜上的特异物质‚而且有较大的疏水表面积‚对于吸附非常有利［1］。酿酒酵母7764通过与大肠杆菌和卷旋菌竞争磷脂受体而起到抗病原作用［3］。在陆生生物中的大量研究证明‚某些益生菌能够阻止有害菌的定殖。在水产动物中‚对益害菌定殖速度的研究多是结合分泌物质的抑菌作用来探讨这个问题。有研究表明‚益生菌分泌物的功能之一就是抑制有害菌的附着能力‚使自身在竞争附着位点时处于有利位置［2］。营养竞争产生在动物生长环境中食物匮乏的时候。有益菌和有害菌同时竞争环境中有限的营养资源［8‚］。在争夺过程中‚有益菌通过对营养物质的更有效利用‚使自身在竞争中取得胜利‚成为消化道内的优势群。有报道称‚当食物中某些必需的营养素缺乏或供给不足时‚会在肠道内产生对该营养素的争夺而导致菌群组成的失调［2］。

2.3　增强水产动物的免疫力

除了益生菌直接抑制有害菌之外‚其对动物消化道的免疫功能的影响也是机理研究中颇令人感兴趣的方向。益生菌是良好的免疫激活剂‚能有效提高干扰素和巨噬细胞的活性‚通过产生非特异性免疫调节因子等激发机体的免疫功能‚增强机体的免疫力。益生菌中含有亚麻酸、多种维生素、矿物质、藻胆蛋白等多种活性物质‚这些物质具有直接激活免疫反应的生物学功能。螺旋藻多糖不但能提高机体非特异性的细胞免疫功能‚而且能促进机体特异性的体液免疫功能。益生菌在陆生动物的应用研究中表明［2］‚陆生动物的免疫指标如巨噬细胞、白细胞、免疫球蛋白、抗体等都与益生菌有关。桂远明等从正常鲤鱼肠道中分离出Jy10 （节杆菌）和Jy13 （乳杆菌）‚制成微生态制剂添加到饲料中‚用该饲料投喂鲢鱼‚其白细胞吞噬率和吞噬指数、巨噬细胞吞噬率和E 玫瑰花环形成率均高于对照组‚感染致病菌后试验组成活率和特异性抗体效价等均明显高于对照组。Rengpipat［10］ 等对加喂了Bacillus SII 的黑虎虾的研究表明‚抗病能力和巨噬细胞的水平都有较大的提高。

3.常见的益生菌种类

3.1　乳酸菌

乳酸菌是一种厌氧或兼性厌氧‚能在pH3.0～4.0条件下生长的无芽孢革兰氏阴性菌。它们通

过降解碳水化合物生成乳酸和其他有机酸‚使肠道环境的pH下降‚而抑制其他微生物杂菌的生长繁殖‚并对动物的抗病免疫机能产生影响。乳酸菌合成的B族维生素和短链脂肪酸‚能中和动物体内的毒性物质‚如抑制胺和氨的合成。迄今为止‚乳酸菌是在益生菌中应用最早‚也是应用最为广泛的菌种‚主要有乳酸杆菌、链球菌、嗜柠檬酸明串球菌等。

3.2　芽孢菌

饲用芽孢菌是需氧芽孢菌中的非致病菌‚以孢子的形式存在于消化道内‚可耐酸、耐碱、耐高温和挤压‚是所有益生菌中稳定性最强的一种。芽孢菌在生长过程中能产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸‚可降低消化道内pH 和氨的浓度‚同时还能产生大量的维生素B和维生素C。枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌能产生活性很高的蛋白酶和淀粉酶‚可促进动物对营养物质的吸收。在使用时芽孢菌多制成该菌休眠状态的活菌制剂‚有时也与乳酸菌一起混合使用。姚健将蜡样芽孢杆菌DM423用于对虾‚用量为1×10－6mg／kg。出苗量比对照组高10％至15％不等‚与乳酸菌混合使用可提高存活率。目前‚在水产养殖也中应用较多的芽孢菌主要有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌等。

3.3　酵母菌

酵母是喜生长在偏酸性环境中的需氧菌‚可以在消化道内大量繁殖。酵母菌在消化道内定殖后‚通过大量繁殖‚来改变动物肠道的内环境‚优化消化道内的菌群结构‚为乳酸菌、纤维素菌等有益菌群提供有利的生长环境‚增进水产动物对营养物质的吸收‚增大采食量。酵母菌含有动物所需的多种维生素、微量元素、烟酸、叶酸、胆碱和丰富的蛋白质‚可增加消化酶活性和非特性免疫系统的活性。此外‚酵母菌的大量生长繁殖使其在与有害菌的生存竞争中成为优势群‚抑制了有害菌的生长。目前‚在水产养殖中应用的酵母主要有隐球菌属、酿酒酵母、面包酵母和假丝酵母等。

3∙4　光合细菌

光合细菌（PSB）是一种能利用光能和水中小分子有机物进行生长繁殖的微生物。PSB 作为水产动物益生菌‚它含有丰富的蛋白质（约含70％）‚而且氨基酸的种类齐全‚还含有物素、B 族维生素、叶酸、辅酶Q、类胡萝卜素等生理活性物质‚对水产动物起促生长作用。PSB 在厌氧光照或好氧黑暗的不同条件下‚能利用水中的小分子有机物‚并迅速分解水中的氨态氮、亚硝酸、H2S 等有毒物质‚能完全分解水中的饵料残渣和粪便‚对水环境起到水质调节的作用［11］。此外‚PSB 还含有抗病毒因子和多种促免疫因子‚可以增强水产动物对水产疾病的抗病能力。对水产养殖来说‚PSB 兼有水质调节、促进生长和增强动物免疫力等作用‚是一种多功能饲料添加剂。

4　益生菌在水产业应用中存在的问题及对策

4.1　理论研究不够

正如本文前面所述‚有关益生菌作用机理的看法还存在不少争议。益生菌进入消化道后与其他菌群的相互作用关系只能用栖生、共生、偏生、竞争等微生态学的观点来概括‚对益生菌在消化道内的定殖与菌群更替方面的描述也略显粗浅［12］。益生菌从定殖消化道到发挥功效的整个过程‚都缺乏深入统一的理论解释。就目前的资料‚关于益生菌的实际应用效果‚尤其是在陆生生物方面的报道较多‚在基础理论‚特别是水产业上的相关报道极少。我国要在益生菌应用方面有所突破‚必须从理论研究上投入更大的精力。

4.2　菌种缺乏

能用在水产养殖业中的益生菌主要有弧菌、假单孢菌、芽孢菌、乳酸菌和酵母菌等。目前‚在实际应用中‚益生菌饲料所含的菌种略显单一‚表现在完全替代抗生素的过程中抗病毒效果不明显‚在污染严重的水质环境中‚促生长效果不理想。此外‚除了稳定性强的芽孢菌外‚其他菌种在益生菌的造粒加工过程中普遍存在失活现象。要解决上述问题‚在菌种的选育上引入基因工程技术‚选育出耐高温的稳定性强的菌株；在产品菌株组成方面‚通过几种不同功能菌种的混合‚复配出多功能的饲料添加剂‚才能真正摆脱菌种结构单一‚应用效果不明显的困境。

4.3　保存技术

活性是益生菌的质量指标。益生菌应用于饲料添加剂必须保证有一定的活力。把变异因素考虑在内‚一般认为‚益生菌的活性指标应该超过3×10⁸个活菌／g 饲料。益生菌在生产加工过程中‚很容易因机械碰撞而失活。研究表明‚酵母菌在70℃造粒活性损失99％以上‚乳酸杆菌在60℃全部死亡。由于基因工程技术在益生菌菌种选育上的应用‚益生菌不断朝着耐酸、耐碱、耐高温的多元化方向发展‚能部分解决机械加工过程中的失活问题。随着饲料加工技术的不断发展‚膨松化、微胶囊化和包埋技术也能有效地解决高温加工、机械操作等因素引起的失活。美国已在益生菌的保存方面成功使用了β－葡聚糖微胶囊化技术。此外‚保存环境对活性也有较大的影响‚尽量选择低温干燥的环境。当温度高于30℃时‚活性损失较严重；保存过程中‚水分应尽可能低。

4.4　展望

虽然益生菌在理论研究和应用上还存在不少问题。但是‚随着现代生物工程的不断发展‚特别是分子生物学实验技术的不断进步‚研究者将会从细胞、基因、微生态等各个方向对益生菌的相关问题进行深入的探讨。应用基因工程技术‚选育出耐酸、耐碱、耐高温的优良菌种‚能有效解决制粒加工过程中的失活；应用分子探针、免疫探针等先进技术对益生菌在动物体内进行定位、定量分析‚探讨益生菌的应用剂量和试用周期‚明晰益生菌对水产动物的作用机理。同时‚益生菌生产加工工艺的研发将随着饲料加工技术的不断发展而进步‚大规模生产高质量的益生菌制剂将指日可待。

参考文献：

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normal flora of 20Japanese Ha

Application of Probiotics in Aquaculture

QIU Bao-sheng‚LIN We-i tie‚YANG J-i guo‚WU Jun-lin（Department of Food and Biological Engineering‚outh China University of Technology‚uangzhou510640China）Key words： probiotics；aquaculture