鱼类消化道菌群的作用与影响因素研究进展 - 水产前沿网

摘要　微生态学在鱼类中的研究较在哺乳动物中的研究深度有较大差距。本文介绍了鱼类消化道菌群对鱼类的营养作用、免疫作用，对病原菌入侵的拮抗作用和自身的致病作用；介绍了水体中的微生物、盐度、水温，鱼类摄食的饵料、药物，鱼类不同的生理状态和发育阶段对鱼类消化道菌群的影响；并认为鱼类早期发育阶段肠道菌群的演替、肠道菌群的免疫机理和利用肠道菌群进行环境监测等是今后鱼类肠道微生态学的重要研究方向。

微生态学是在微观层次上研究宿主体内微生物(细菌) 类群及其相互关系的科学。在人类和其他哺乳动物，微生态学的研究取得了令人振奋的成果。水生动物的微生态学研究主要集中在鱼类消化道菌群的研究，借助人类微生态学的理论和方法，研究水生动物的微生态学，对充实相关理论知识、改善水产养殖环境、提高水产品质量，具有重要的意义。

1 鱼类消化道菌群的作用
肠道菌群的组成是多种多样的，而且每种细菌的数量及分布各不相同。肠道内的细菌根据所起作用分为原籍菌群和外籍菌群，或分为固有菌群和非固有菌群等[1]。当然，这种分类不是绝对的。不同的细菌类群在肠道内的分布及其与寄主鱼的关系是不同的。综合起来，鱼类肠道菌群的作用包括以下几个方面：

1. 1 营养作用
肠道细菌生活于鱼肠道内，需依赖鱼体自身营养或分解鱼类的食物团而赖以生存。同时，细菌以及细菌在代谢过程中合成的维生素及胞外酶产物可以被鱼类利用，在鱼类的营养、消化吸收方面起重要作用[2]。Kashiwada 等用鲤做试验，证明鲤肠内细菌能合成的维生素有维生素B1、尼克酸、泛酸、生物素、维生素B12 等；而且还发现摄食甲壳质的鱼类消化管内有甲壳质分解菌，摄食藻类的鱼消化管内则含有木聚糖分解菌[3]。汤伏生等发现鲤的前肠壁的细菌大部分靠吸收宿主的营养而生存；而中、后肠壁的细菌主要靠吸收食物中的养分而生存[4]；Das等在研究草鱼消化酶时，发现投喂抗生素后草鱼肠道内羧甲基纤维素酶(CMC 酶) 较对照组的活性低，推断是由于产CMC酶的肠道内细菌受抗生素抑制的缘故[5]。朱晓燕等证实健康家鱼肠道细菌中的嗜水气单胞菌的胞外酶对淀粉、蛋白质的消化起促进作用[6]。

1. 2 免疫作用
鱼体肠道内的细菌与宿主鱼之间是相互影响、相互作用的复杂系统，尤其原籍菌群，已成为鱼体不可缺少、不可分割的一部分。那么，宿主对肠道菌群之间有无免疫应答，而肠道菌群又有何反应呢? 鱼类对原籍菌群及外籍菌群的免疫作用是不同的。肠道菌群在鱼类孵化不久后即定植下来，经过最初的演替，一些适应于肠道环境的种类(一般为厌氧菌)在肠道内成为优势种群，定植下来成为原籍菌群。所以寄主的免疫活性细胞并不将它视为“非己”，因此并不引起或仅产生低水平的免疫反应。这可能是原籍菌群与宿主细胞有相同或相似的抗原性，或者由于原籍菌群是在鱼类免疫系统尚未发育完全时(即所谓“免疫禁忌期”) 已定植于肠道内。相反，鱼类对外籍菌群的免疫反应是强烈的。侵入人、动物体内的外籍菌很容易引起宿主产生抗体和致敏的免疫活性细胞。鲤进食生态制品后，免疫力增强，其白细胞吞噬率、白细胞吞噬指数、E玫瑰花环形成率等指标明显高于对照组[7]。
其次，由于失去正常菌群的刺激，无菌动物的细胞免疫和体液免疫水平均下降。无菌动物的脾脏不发达，浆细胞减少，免疫球蛋白处于较低水平。另一方面，动物肠道内分泌型的IgA还能保护原籍菌群，抑制外籍菌，但原因不明。

1. 3 拮抗作用
动物肠道固有菌群中，厌氧菌占90%以上，它们构成动物肠道的屏障之一，对外界细菌有明显的拮抗作用。Sera等曾发现真鲷和梨齿鲷的肠道内的环境非常“恶劣”，如低p H 值、胆汁的存在等，以至于排斥了大多数的外来菌群；并证实海水鱼肠道固有菌群对H+和胃液有特殊的抗性或适应性[8，。另外，原籍菌群在数量上占绝对的优势，且与黏膜上皮的细胞紧密结合，形成生物膜，这种对宿主细胞占位性的保护作用，亦成功地阻止了外籍菌的入侵；同时，由于厌氧菌数量上的多数，在营养争夺上，原籍菌群也占有优势，能充分地生长繁殖，从而限制其它外籍菌的生长与定植。
肠道菌群还可以产生抗生素，有效地抑制其它细菌，这些生物拮抗作用，能起到防止外来菌，尤其是病原菌的侵入，对鱼类健康生长、预防病害，有积极的意义。

1. 4 致病作用
鱼类肠道菌群在正常条件下，细菌之间，细菌与鱼体之间处于动态平衡，从而维持着鱼肠道正常的生理功能。但由于肠内外环境的变化，如水温、气压的变化，病毒感染，鱼用药物的应用等，均可以破坏肠道菌群的平衡，使病原菌或条件致病菌异常增殖，导致鱼病的发生。如草鱼细菌性肠炎病是由于肠道内点状产气单胞菌异常增殖而导致的[10，。肠道内致病性A . hydrophila 也是引起疾病的原因[4]。滨口昌巳等还发现患病金枪鱼的肠道内，不产气的弧菌/ 发光杆菌属的数量增加，且能产生细胞外溶血因子[12]。

2. 1 水体中的微生物
水体中含有大量的细菌，对早期肠道菌群的组成起着决定作用。Sugita 等报道莫桑比克罗非鱼肠道内菌群在孵出后20～60 d 内便已建立，推断这些细菌来自水、水底沉积物或集约化养殖场中其它鱼类的粪便[13]。吉水守、濑良洋等均发现鱼类肠道内的菌群组成较所处的水体中的菌群相对简单，推测是由于大多数细菌在进入肠道后，因不适应肠道内“苛刻”的环境而被淘汰，而仅有有限的种类能定植下来[14，。Sugita 等则认为，天然水体中鱼类的肠道细菌来自周围环境水体、底质或水生植物中的细菌类群[16]。Tanasomwang 等发现牙鲆的仔稚鱼肠道内的优势菌群为Vibrio 和Pseudomonas ，与水体的菌群相仿[17]。大多数研究表明：海、淡水鱼肠道内的优势细菌分别与海水和淡水中的优势细菌相似，分别为Vibrio 和Aeromonas 、Enterobacteriaceae 等，这似乎不能看成简单的巧合[18～，水体中的细菌组成与鱼类肠道内定植的细菌群，尤其是原籍菌群，有着某种必然的联系。此外，在水体中使用微生态制剂，也可影响鱼类肠道菌群的组成[23，。

2. 2 水体的盐度
吉水守等在研究溯河鱼的肠道菌群时，发现细鳞大麻哈鱼和大麻哈鱼的肠道优势菌群为Vibrio、Pseudomonas 和Aeromonas 等，可见到海水鱼及淡水鱼优势菌Vibrio和Aeromonas 的交叉。他们还将尼罗罗非鱼从淡水移入海水中，随着水体的盐度增加，肠道内的Aeromonas 逐渐被Pseudomonas代替；随后，被喜盐性的Vibrio代替而成为肠道菌落中的优势菌群[25 ，。Yoshimizu 等研究了鲑科鱼由淡水入海，再返回淡水的过程中其肠道菌群的变化。结果发现在淡水中的鱼类，其肠道菌群以Aeromonas 和Enterobacteriaceae 为主；而在海水中，则以好盐性的Vibrio 为主。这一结果表明，鲑科鱼类的肠道菌群随鱼体所处的环境盐度的变化而发生变化，以适应新的环境[27]。

2. 3 水温
鱼类是生活在水中的变温动物。环境水温可能直接影响着肠道菌群的数量与组成。山本淳等曾以日本鳗鲡为研究对象，研究了水温激降(降幅为10℃) 后肠道细菌的变化，结果表明，降温处理1～2 d 后，链球菌增加，Aeromonas 减少；但3～4 d后，两者关系发生逆转，后者增加，前者减少[28]。高桥幸则等对鲤进行升温—降温处理2 周后，其肠道内的Aeromonas数量明显增加[29]。

2. 4 饵料
肠道是鱼类消化食物、吸收养分的地方，同时，肠道细菌的大部分营养也是依靠鱼类组织液或分解食物团而获得的，所以饵料的品质对肠道菌群有很大的影响。Margolis 发现未投饵的16 尾棕鮰中，有15尾没有肠道细菌，未投饵的3 尾溪红点鲑也没有，但摄食2 h 后的鱼，就能检测到许多肠道细菌[30]。饭田贵次等发现，刚捞起来的日本鳗鲡幼苗肠道内检测不到细菌，但进食后，肠道及其内容物含有106～107 cfu/g 的细菌，而且细菌群落的组成与食物细菌组成相似，这说明肠道内的细菌就是由食物中来的[31]。滨口等报道，进食能导致鱼类的消化道菌群发生变化，即肠道菌群的相对比例发生变化，且数量是先增加，后减少[12]。Sera等也研究了真鲷和梨齿鲷在进食后的16 h 内，肠道菌群数量增至108 cfu/g 以上[32]。朱晓燕等发现鲤在有食状态下肠道细菌的数量为1×108 ～5×108 cfu/g ，空肠状态下为1×106 cfu/g[6]。陈孝煊还发现草鱼的后肠中细菌的数量显著多于前、中肠，推测可能与食物团的自前而后的运动以及胆汁的分泌因素有关[33]。同时，鱼类摄食不同饵料时对肠道菌群也有一定的影响[34～。

2. 5 药物
水产药物在鱼类的防病治病中起着很重要的作用，尤其以抗生素为最普遍的药物。但是抗生素的大量应用会直接影响鱼类的肠道菌群的组成，从而影响鱼类的正常生理活动。
竹丸严等比较了用交沙霉素，氨苄青霉素(AM) 和噁喹酸(OA) 投喂五条魳3 d后肠道内细菌的变化。结果表明：JM 和AM 对肠道内固有菌群Vibrio 影响不大，但使链球菌数目下降；OA 则使肠道内Vibrio的数量显著减少，但对Streptococcus作用不大，反而成为优势菌群[38]。Sugita等报道了鲤口服土霉素(OTC) 使肠道菌群发生改变[39]。Hansen等将鲱的幼鱼用抗生素(青霉素，penicillin ；链霉素，streptomycin ，SM) 处理后，肠道菌群发生变化，Flavobacterium成为优势菌群，且肠道菌群产生耐药性[40]。Austin等则发现虹鳟口服噁喹酸、土霉素等后，肠道细菌数量增加，但口服红霉素和青霉素后，肠道细菌数量减少[41]。此外，一些学者的研究表明使用氯霉素、土霉素、呋喃唑酮以及中药穿心莲、板兰根、大黄等也影响草鱼肠道细菌的数量和组成，并从微生态学角度探讨了某些药物用于治疗鱼类细菌性疾病的机理[42～。

2. 6 鱼体不同的发育阶段
许多鱼类在不同的发育阶段，其身体构造和生活习性不同。马苏大麻哈鱼和大麻哈鱼的肠道正常菌群在仔鱼后期，卵黄被吸收，消化道活化后便建立了。在囊胚期，主要为Coryneforms 和Pseudomonas 。但在仔鱼后期和鱼种期，为Aeromonas[46]。Sugita等则发现莫桑比克罗非鱼的肠道正常菌群是在其孵化后20～60 d 后建立的，并推测其建立与肠道的结构与功能的发育有关。由此看来，鱼类在生活史早期，肠道菌群也存在着不同菌群的定植演替过程，这与其它动物是一致的[13]。国内尚未见这方面的研究报道。

2. 7 鱼体的生理状态
鱼体处于不同的生理状态，其肠道菌群也呈现不同的结构特征。杉山等发现，轻度自然感染的香鱼肠道内链球菌数量不到102 cfu/g ，而重度感染的鱼则达到108 cfu/g [47]。安室等发现在自然条件下患肠管膨满症的真鲷稚鱼肠道内细菌数量为106 cfu/g ，而同池未发病的鱼则为103 cfu/g ，患病鱼肠道内细菌数量较未发病鱼明显增加[48]。桂远明等报道，患中毒性肝病的鲤肠道菌群失调，病鲤肠道内乳杆菌和双歧杆菌较健康鲤数量少，且形态不整，并已发生自溶现象[49]。蒋长苗等也发现患细菌性肠炎的草鱼肠道内的菌群失调，其中的A . punctata 等的数量较健康草鱼显著增加，而乳杆菌、双歧杆菌减少，且厌氧菌与需氧菌比值显著下降[50]。

3 今后的研究方向
在鱼类肠道内存在有固定的菌群，它们与鱼类的生理活动密切相关，且受到鱼体自身条件及外界环境因子的影响。国内外的许多学者都认识到了这一点，并在这些方面作了卓有成效的工作。但由于鱼类所处环境的复杂性及各种条件的限制，相对于人、畜、禽等高等脊椎动物来讲，迄今为止，对鱼类肠道菌群的研究还是不够深入的。

3. 1 鱼类早期发育过程
在鱼类生活史早期，肠道菌群的定植规律尚不甚明确，如肠道菌群的来源，定植时间，初级、次级演替规律等[51]。这些问题的阐明，对鱼类的健康育苗有很重要的意义。鱼类在发育过程中肠道菌群有明显的演替过程，通过添加某些微生物制剂能提高鱼苗的生长速度，降低饵料系数和提高蛋白质效率[52，。因此今后可以通过控制水体的微生物的组成来提高鱼苗的成活率，或人为地添加某些定植力强的有益菌群，令其在鱼苗肠道内产生一定的定植抗力，从而达到提高鱼体抗病力的目的。

3. 2 微生态学防治鱼类疾病的机理研究
目前防治鱼类疾病的最常见的方法是应用抗菌类药物及免疫预防。应用抗生素存在病原菌抗药性和危害人类健康的问题；而免疫预防存在操作繁琐，效果不稳定的缺点。所以，人们期盼着采用微生态学的方法来防治鱼病。在人类等高等脊椎动物的疾病防治上，已经广泛采用微生态制剂来防治疾病[54，。何明清用从自然界分离的一种无毒、耐酸的需氧菌饲喂草鱼，从而提高了草鱼肠道内厌氧菌定植能力和调节菌群平衡，对细菌肠炎有良好的防治作用[56]。桂远明等用复方“回春生”(人用双歧杆菌制剂) 作为饵料添加剂投喂鲤，发现复方回春生有促进鱼类肠道中包括双歧杆菌在内的革兰氏阳性菌数量增加的趋势，对治疗鲤中毒性肝病和调整肠道菌群具有一定的效果，对其生长也有一定的作用[49]。王斌等用微生态调节剂(J Y10 、J Y31复合制剂) 作为饲料添加剂饲养鲤后，发现鲤肠道内J Y10 ，J Y31制品菌群含量明显增加，大肠菌群量明显减少，定植效果良好[57]。王经邦等报道了仔鳗的肠道微生态调整的研究结果[58 ，。邹向阳、吴垠等也分别报道微生态制剂对中国对虾的健康育苗及提高抗病力都有很好的效果[60，。邵桂元等探讨了蛭弧菌在防治鱼病上的应用[62]。但这些研究均未能深入探讨微生态制剂在防治鱼病中的作用机理，这也限制了微生态制剂的应用。因此，开展这方面的研究也是今后工作的重点之一。

水产前沿网 | 网聚全球水产华人