虾类消化道菌群研究进展

cjlittlepig

摘自《中国海洋大学学报》

摘 要: 虾类消化道内生活着大量的细菌，它们成为虾体内不可或缺的重要组成部分，影响着机体的生长与健康。文章综述虾类消化道菌群的来源、组成以及作用。这些细菌主要来源于水体和食物中，常见的优势菌主要有发光杆菌属、弧菌属、气单胞菌属、假单胞菌属等。消化道菌群既可以为宿主提供营养、辅助消化，又能够拮抗病原、影响宿主的健康。它们的组成与变化既与虾类自身的种类、发育时期以及健康状况等因素有关，也受到包括水环境的盐度、温度、氧气浓度、饵料和药物等因素的影响。

关键词: 虾类； 消化道菌群； 影响因素； 作用

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    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[1]。目前，人类及其它陆生动物的微生态学研究已取得令人振奋的成果。水生动物的肠道内同样寄生着大量的微生物，它们形成了1个微生态系统，影响着机体的生长与健康。由于水环境的特殊性，水生生物消化道内微生物受周围水环境中微生物的影响较大，无法像陆生动物的肠道微生物那样长期定居，并且容易随温度、盐度等外界环境的变化而发生改变[2- 3]。因此，研究水生动物的消化道菌群与宿主及水环境的关系显的尤为重要，本文就虾类这一重要的水生经济种类的消化道菌群研究概况做一综述。

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1 虾类消化道菌群的来源与组成
    人及陆生动物的胚胎发育是在体内进行的，而虾类动物幼体的早期发育则在外界环境中进行。在水环境中，各种微生物可以独立存活，而且可以达到很高的浓度[4]。在消化道中出现的细菌通常是那些从环境或食物中获得并能在消化道中存活和繁殖的。李筠等[5]用无菌水清洗幼体表面，在健康的受精卵和无节幼体内没有检测到细菌，从状幼体开始摄食后，体内才出现细菌，可见对虾体内的细菌主要是由口而入的。尤其是在幼体阶段，虾类是滤食性的，周围的细菌会不断的被吸入体内，进而在体内定植繁衍。杨莺莺等[6]对人工饲料饲养的凡纳滨对虾成虾肠道菌群组成及其水体细菌区系组成进行了研究，发现弧菌属、希瓦氏菌属、芽孢杆菌属等细菌既是对虾肠道菌群的主要组成，同时也是水体菌群的主要组成。Moriarty[7]研究也发现在日本对虾的肠道和海水中具有相同的细菌，这似乎不能看成简单的巧合，水体中的细菌组成与虾类肠道内定植的细菌群( 尤其是常驻菌群) 有着必然的联系。当然，消化道中的细菌组成与水体或者食物中的细菌组成也不是完全一致，因为并非所有的细菌进入消化道后都可以定植、存活。由于不同的细菌对消化道内的环境适应能力不同而且存在种间竞争排斥作用，这导致只有少数细菌得以在一定时间内定植于消化道中，而多数细菌则被淘汰掉。
    虾类消化道菌群的组成受多种因素的影响，不同种类、不同阶段或者不同生长环境的虾类之间既有其共性，也有差异性。Dempsey 等[8]对虾类的肠道菌群进行了研究，分离并鉴定了肠道菌群的好氧菌，发现弧菌属、产碱菌属、气单胞菌属、发光杆菌属和假单胞菌属占优势。Yasuda 等[9]发现日本对虾幼虾中弧菌占优势，而成年虾中假单胞菌占优势。王祥红等[10]对野生健康对虾成虾肠道微生物区系进行了研究，从肠道中分离出47 株菌，他们分别隶属于8 个属，其中弧菌属和发光杆菌属在整个肠道中为优势菌属。宛立等[11]对健康的凡纳滨对虾体内需氧菌群进行研究，共分离到111 株菌，分属于13 个属，其中优势菌为发光杆菌属、弧菌属、气单胞菌属、肠杆菌属、黄单胞菌属。李卓佳等[12]应用Biolog 方法和传统的平板培养法分析比较了施用有益菌和没有施用有益菌的对虾肠道菌群结构，其优势菌分别为弧菌属、发光杆菌属和假单胞菌属、弧菌属。Moss 等[13]分析比较了2种不同水源( 井水和池塘水) 对凡纳滨对虾肠道菌的影响，池塘水组的对虾肠道菌群主要包括弧菌、气单胞菌、假单胞菌和黄杆菌，井水组的肠道菌群丰度低于池塘水组，在整个养殖过程中未出现假单胞菌和黄杆菌。尽管虾类消化道中的优势菌种不尽相同，发光杆菌属、弧菌属、气单胞菌属、假单胞菌属等为虾类消化道中的常见优势菌。

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2 虾类消化道菌群的作用

虾类消化道内的细菌(尤其是常驻菌群) 与宿主之间相互影响相互作用，已成为虾体内不可或缺的重要组成部分。消化道菌群可以促进营养代谢，影响宿主健康。

2. 1 提供营养、辅助消化作用

消化道细菌生活在虾类消化道内，需依赖虾体自身营养或分解虾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分泌的维生素及其它胞外酶产物也可以被虾类利用，在虾类的营养、消化吸收方面起重要的作用。Kimiaki 等[14]研究指出，细菌可以作为虾类幼体的食物来源，提供幼体生长所必需的营养物质，促进动物生长。Hamid 等[15]的研究表明弧菌和肠杆菌产生蛋白酶、淀粉酶，几丁质酶和卵磷脂酶，参与碳水化合物、脂肪和蛋白质等重要营养素的消化。消化道菌群分泌的胞外酶，弥补了内源酶分泌量的不足，这对于消化系统发育尚不完全的幼体来说可能更为重要。此外，消化道菌群分泌的各种活性物质，如一些维生素、必需氨基酸、高度不饱和脂肪酸等，也可以被生物体利用[16-17]。通过投喂一些种类的有益菌，可以有效促进养殖动物的生长和饵料利用。在饲料中添加芽孢杆菌能够促进凡纳滨对虾对饲料的消化吸收，提高饲料中各种营养物质的表观消化率[18]。在无菌环境下生长的卤虫，向水体中添加非致病菌可以显著促进其生长发育[19]。

2. 2 影响宿主健康、拮抗病原菌作用

消化道中的菌群在维持宿主健康方面具有重要的作用，各种细菌共同生存在消化道内，组成了一个处于动态平衡的菌群系统。正常的菌群系统构成的机体防御屏障包括化学屏障和生物屏障二方面。化学屏障是指肠内主要菌群的代谢产物例如乙酸、乳酸、丙酸、过氧化氢及细菌素等活性物质，可阻止或杀灭病原微生物在体内的定植。生物屏障是指定植于粘膜或皮肤上皮细胞之间的正常菌群所形成的生物膜样结构，通过定植保护作用影响过路菌或外来致病菌的定植、占位、生长和繁殖[20]。肠道菌群组成与病害发生具有一定的联系。肠道菌群多样性降低，尤其是哈维氏弧菌、鲨鱼弧菌等成为优势弧菌时，对虾容易爆发疾病[21]。李筠等[5]发现，溶藻胶弧菌总是在虾幼体健康时出现或成为优势，而哈维氏弧菌成为优势时，苗期病害容易发生。有些菌类( 如弧菌、发光杆菌等) 是肠道正常菌群的一员，它们保持一定的数量，对肠道中的碳源代谢利用是有很大的帮助的，但是当某种原因导致其大量繁殖，其群落代谢活动就会受到抑制，从而影响对虾健康[22]。细菌性疾病一直困扰着对虾养殖业的发展，为解决这一问题，需要对健康养殖动物的细菌学知识有更全面的了解，以便能够效仿这种条件，有效地解决生产中出现的问题[23]。近些年来，许多学者对凡纳滨对虾体内的正常菌群进行分析，并试图从中分离一些有益生物[24]。Daniels 等[25]在厄瓜多尔的养殖水体中发现溶藻胶弧菌可抑制凡纳滨对虾的病原菌- 副溶血弧菌，提高幼体的生长和成活率；此菌还可控制溞状综合症的发生，作者认为溶藻胶弧菌比病原菌生长快，可优先占据对虾消化道，阻止病原菌的侵染。Gullian 等[26]从对虾肝胰脏中分离到三株有益菌，它们能够竞争排斥哈维氏弧菌，减少该菌在对虾肝胰脏中的定植，其中一株有益菌还可以提高对虾的免疫能力。

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3 影响虾类消化道菌群的因素

虾类消化道菌群组成与变化既与虾类自身的种类、发育时期以及健康状况等因素有关，也受到包括水环境的盐度、温度、氧气浓度、饵料和药物等因素的影响。虾类消化道菌群的形成、发展、变化受到这些因素的制约，只有适宜的细菌在适宜的条件下进入消化道内才能够增殖[7]。

3. 1 虾类自身影响因素

在虾类消化道中，菌群组成及数量变化随个体的不同发育阶段而异。李筠等[5]研究了育苗期间中国对虾幼体菌群的变化，状幼体1~ 2期最易分离到的为假单胞菌和气单胞菌，没有分离到弧菌。状幼体3期假单胞菌、气单胞菌仍占优势，此时弧菌开始出现，但不占优势；从状幼体3期后至仔虾5~ 6期，弧菌明显占优势。并且发现，溶藻胶弧菌总是出现于状幼体3 期至糠虾3 期，且在此期间成为优势菌，而哈维氏弧菌总是在糠虾3 期~ 仔虾5 期出现，并在此期间取代溶藻胶弧菌而成为优势菌。这与Yasuda 等对日本对虾幼体的研究结果相一致[9]。宛立等[11]对健康养殖的凡纳滨对虾肠道菌群做了调查研究，分别于7月15 日、8 月14 日、9 月22 日取样，结果在7 月15 日取样检测到的细菌种类多于后两次取样，几乎包括了后两次样品中检测到的所有菌属，并且其优势菌属也发生了变化。这可能是因为随着肠道的发育，细菌生长的肠道环境发生变化，许多菌属不适宜肠道环境被淘汰的结果。Oxley 等[27]也认为随着虾类个体的发育，其肠道本身对于细菌区系影响增大，对野生和养殖的墨吉对虾成虾肠道微生物区系分析发现，尽管它们来自差异很大的环境，但是在肠道细菌群落组成上却可以高度相似。

菌群在虾类体内的分布具有一定的差异，并且与健康状况密切相关。健康虾类肠道内细菌数量最高，其次是胃、肝胰腺，细菌数量最少的是肌肉，因此对消化道内菌群区系的研究也多集中在肠道。分析胃、肠内细菌数量高的原因: 一方面可能是虾类胃肠与外界水环境相通，在摄食的过程中细菌容易进入肠胃； 另一方面，胃肠结构利于细菌的定殖，尤其是肠腔内环境相对稳定且营养丰富。肝胰脏是病原菌侵袭的主要器官[28- 29]，因此虾类发病时肝胰脏中的病原菌会大量增殖，表现出病理症状。Eduardo等[30]比较了健康的和爆发发光弧菌疾病的斑节对虾肝胰脏中发光弧菌的数量及其占弧菌总数的比例，爆发疾病的虾中发光弧菌的数量比健康的虾高3~8倍，而且弧菌种类较为单一，发光弧菌约占弧菌总数的90%，而健康的虾中发光弧菌仅占弧菌总数的50%。病原菌在肝胰脏中增殖最终控制整个消化道，取代对宿主有益的正常菌群[8]，致使宿主因消化道微生态失衡而发病[31]。李继秋等[32]对从同一对虾养殖池中采集到的感染白斑综合征病毒(WSSV) 的对虾和未感染WSSV 的对虾肠道微生物区系进行了比较研究，感染WSSV 的对虾肠道菌群数量增加，尤其条件致病菌增多。可见，正常菌群的失衡会引起不同类型的疾病；反之，不同类型的疾病也有可能造成正常菌群的失衡。

3. 2 外界条件影响因素

虾类由于是变温动物，其体内菌群容易随外界温度变化而发生改变[2]。许多研究者研究了温度对虾类体内菌群的影响[33- 34]。尹军霞等[34]研究了水温对凡纳滨对虾肠道菌群的影响，厌氧菌总数、双歧杆菌随水温升高显著增加，好氧菌总数、乳酸杆菌随水温升高变化不显著。随着水温升高，肠道厌氧菌的优势越明显。Scott等[33]报道了温度升高( 28℃以上) 和低溶解氧条件下拟态弧菌和霍乱弧菌会在体内增殖，引起小龙虾发病。不同细菌对温度的喜好性是有差异的，温度的改变会直接影响肠道菌群的数量与组成；同时，温度的变化也会影响水体的其它理化因子以及对虾的生理代谢活动，改变细菌的生活环境，从而间接影响细菌。

细菌对盐度具有一定的适应性，盐度变化必然引起水体菌群的改变，进而影响虾类消化道菌群的组成。许多研究发现弧菌和假单胞菌为海水虾类体内的常见菌，而气单胞菌、邻单胞菌和肠杆菌则为淡水生物体内的常见种[7，。Sugita等[36]报道用海水驯化广盐性的淡水长臂虾时，消化道好氧菌群随盐度变化的情况。当养殖水中添加50%海水时，水体和消化道中优势细菌包括假单胞菌，弧菌-气单胞菌，不动杆菌，拉莫氏菌和肠杆菌；当养殖水中海水达到100%时，肠杆菌成为消化道优势菌，假单胞菌成为水体优势菌；当养殖水重新改为自来水时，对虾消化道内菌群也恢复到原来淡水时的状况。

提及药物对菌群的影响，首先会想到抗生素。抗生素及化学类药物在治疗细菌性疾病方面起着重要的作用，但是由于抗生素的抗菌谱的差异以及耐药菌株的出现，细菌对不同的抗生素的敏感性具有一定的差异。Otta等[37]在印度对斑节对虾幼体的消化道菌群组成以及耐药性进行了调查，结果发现超过90%的细菌对阿莫西林、安西林、头孢氨苄、头孢唑林、氨唑西林、磺胺苯比唑等产生耐药性，而大部分的细菌对四环素、氯霉素、诺氟沙星、环丙沙星等比较敏感。抗生素及化学药物在杀灭病原菌的同时，也会直接破坏正常的菌群组成[38]。而中草药来源于天然植物，成分复杂，具有多种药理效应，经口服进入消化道后，同位于消化道内的菌群接触，影响菌群的状态。研究表明，中药不仅能够杀灭病原菌，而且能够有效地调节患病个体的微生态平衡[39，。

有益菌具有抑制病原菌，提高机体免疫，促进动物生长等多重作用[41]，其在水产养殖中的应用表明人们已经开始定向的调控改善消化道菌群。Jayasree等[42]对患病的斑节对虾体内细菌及其药敏性进行调查研究，发现许多弧菌对多种抗生素产生了耐药性，因此提出在养殖中使用有益菌进行病害防治已刻不容缓。有益菌进入体内后，黏附于消化道粘膜上，成为消化道菌群的一部分，进而影响宿主体内的原有菌群[43]。有益菌的作用方式包括通过竞争黏附位点，分泌抗菌物质，竞争营养因子等[44- 45]。Venkat等[46]在仔虾阶段的饵料中添加乳酸杆菌，可以抑制体内的革兰氏阴性菌。Vijayan等[46]分离到一株具有较强抗菌能力的假单胞菌PS-102，用112株对虾病原菌与其进行抗菌试验，结果表明该菌的无细胞培养液对73%的病原菌具有抑制作用，所分泌的抗菌物质非常稳定，可以耐受蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的分解，而且感染实验表明该株细菌对哺乳动物和对虾均无毒性。

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4 小结
总体来说，人们对虾类消化道菌群的研究尚处于初级阶段，许多研究结果还不够系统完善。今后应进一步做好如下方面的研究：菌群在体内定植、演替的机制；环境因子对菌群组成的影响；外源添加物如有益菌、中草药、寡糖等对菌群的影响；正常菌群与宿主之间的关系及其作用。通过以上几方面的研究，为合理调控消化道菌群提供理论基础，促进宿主虾类的健康生长。

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谢谢分享，学习！

cjlittlepig

apple 发表于 2014-10-22 11:17
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