益生菌在水产养殖中应用现状及发展

嗡嗡

水环境及动物肠道环境调控是水产养殖成败的两个关键环节，微生物在这两个环境中发挥极其重要的功能。在自然水域中，微生物作为分解者将有机大分子降解、矿化，促进水环境的自我修复和物质循环利用。
  从生态学角度考虑，集约化水产养殖水环境本质是一种比较特殊的生态系统：持续、大量的饲料投入在满足高密度放养条件下养殖动物生长需要的同时，由于饲料溶失、消化不完全及大量的动物排泄物造成水体有机物浓度迅速增加，理论上此时需要更多微生物将这部分有机物转化避免水质恶化；但生产上为控制病原菌或条件致病菌过度繁殖保证养殖成功率而频繁使用药物和消毒剂，则导致养殖水体的微生物数量急剧下降，严重消弱了水体的自我修复能力，有机物积累加剧，这种恶性循环最终导致水产动物赖以生存的水环境崩溃，出现当前高收入、高风险、低产出的尴尬局面。
肠道不仅是营养物质消化吸收的场所，也是动物免疫防御的关键部位。有益微生物在调节肠道微生物平衡，保持肠道正常功能方面发挥了极其关键的作用。因此人们认为有益微生物在水产养殖方面，不论是作为环境改良剂调控、改善水质环境，还是作为内服产品维护肠道健康，均有很高的应用价值和广阔的市场前景，同时也存在诸多亟待解决的问题和挑战。

一、 水产益生菌的概念

  水产动物与其周围的水环境不断地进行相互作用，水环境中的细菌对鱼体肠道、皮肤和鳃表面微生物组成的影响，因此Verschure在前人研究基础上提出了水产益生菌的概念：改善与动物相关的或其周围的微生物群落，提高饲料营养价值的利用效率，增强动物抗病力或改善其周围水环境而有益于宿主动物的微生物均属于益生菌。大多的研究者认为益生菌必须是活的微生物，笔者觉得灭活的微生物若能体现有效的对肠道调控功能，也应该属于益生菌的范畴。

二、 益生菌的种类、特点

  当前我国农业部公布的饲料级益生菌菌种可分：芽孢杆菌、乳酸菌、酵母、曲霉、光合细菌5大类35种。水产领域因其特殊性，还包括硝化细菌、硫化氢氧化菌、噬菌蛭弧菌、假单胞菌等改善水质的益生菌产品。各自特点及应用情况如下：
1、 光合细菌
  具有原始光能合成体系的原核微生物统称，伯杰氏细菌鉴定手册将其分为红螺菌科、着色菌科和绿硫菌科三大类。不同种类的光合细菌代谢特点差异较大，如红螺菌科的碳源以有机物为主，可利用低浓度硫化氢，光照厌氧或黑暗需氧生长；着色菌科和绿硫菌科只能以二氧化碳为碳源，专性光能厌氧生长，可有效利用硫化氢。因此在光合细菌的使用上，必须根据不同的类群代谢特点及需氧解决的问题做针对性选择。当前水产领域使用比较广泛的菌种基本属于红螺菌科，通过定期直接泼洒水体，对消除水体中的小分子有毒物质如氨氮、硫化氢，降低有机物浓度有较明显的效果，但光合细菌本身对大分子有机物的分解利用能力有限。此外光合细菌富含生物素，辅酶Q及类胡萝卜素等活性物质，也可拌料内服增强动物免疫功能及生长。
2、 芽孢杆菌
  革兰氏阳性可形成芽孢的一类微生物统称，主要包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、侧跑芽孢杆菌。芽孢杆菌通常具有非常强的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶分泌能力，可迅速降解残饵、粪便等大分子物质，降低有机物累积的同时为其他微生物及藻类提供丰富的营养物质；某些芽孢杆菌在繁殖过程中还可分泌抗菌物质如细菌表面素抑制病原微生物如弧菌、嗜水气单胞菌等的生长；同时这类细菌具有耐酸、耐碱、耐高温和挤压易于生产保存的优点，使其成为目前水产领域应用最广泛的水质改良类益生菌。芽孢杆菌多为好氧菌，分解有机物的同时需要消耗大量的氧气，因此在使用过程中水体需要保持充足的溶解氧以防止养殖动物缺氧死亡。
3、 乳酸菌
  乳酸菌也是迄今为止应用最早，研究最广泛的菌种，主要有乳酸杆菌，链球菌、串球菌等。厌氧或兼性厌氧，繁殖过程中通过降解碳水化合物产生乳酸或其他有机酸，是环境PH降低而抑制其他微生物的繁殖。鉴于乳酸菌不耐高温、生长环境要求高、不易保存的特点，其目前在水产养殖方面收到了一定的限制；但是其在饲料发酵、改善动物肠道健康及免疫功能方面的潜力应受到重视。
4、 酵母菌
  喜欢生长在偏酸性环境中的兼性需氧微生物，可以在消化道大量繁殖。菌体含有动物所需的多种维生素、微量元素、烟酸、叶酸和丰富的蛋白质。酵母壁多糖也是一种非常有效的免疫调节剂，可改善动物的免疫功能，提高其抗病力。常用种包括酿酒酵母，面包酵母，假丝酵母和海洋红酵母。其中海洋红酵母因含丰富的色素使其近年来备受关注。与乳酸菌类似，酵母因为对生长环境有较严格的要求，作为水质改良剂使用有一定的限制，但是作为蛋白源、发酵饲料菌种方面具有较大的应用价值。
5、 硝化细菌
  这是一类能降解氨和亚硝酸盐的专性化能自养型细菌，在水体氮循环中其中非常重要的作用，包括亚硝化细菌属和硝化杆菌属两个生理亚群。前者在好氧条件下将氨氮氧化为亚硝酸盐，后者接着将亚硝酸盐转化为硝酸盐。因此硝化细菌在消除氨氮及硝化盐危害方面具有非常明显的效果。由于属于自养类型的细菌，其繁殖速度非常缓慢，并且需要在好氧条件生长，因此在集约化养殖条件下，难以成为优势菌群，发挥其应有的效果。
三、 水产益生菌的应用现状
益生菌应用于水产养殖，最早可追溯到1986年Kozasa应用芽孢杆菌（Bacillus toyoi）控制日本鳗鲡爱德华氏菌病。疾病的爆发每年给水产养殖造成了巨大的经济损失，列如今年来发生的罗非鱼链球菌病，对虾早期死亡综合征。通常认为病原菌主要通过皮肤、鳃和肠道三个途径感染水产，由此诞生了彻底消毒、杀菌的防治方案，但是大量使用化学消毒剂和抗生素的方法，随着人们对食品安全及细菌耐药性的关注，以及药物本身防治效果的下降，迫使水产研究者开始转变思路，着手从生态平衡的角度制定新的水产健康养殖方案，益生菌的使用即为其一。从各国研究者大量的研究结果分析，益生菌对增强水产动物免疫功能、降低发病率、提高动物消化酶活性、促进营养物质吸收，改善生产性能方面均有明显的效果。此外，益生菌通过改善养殖水环境，间接提升水产养殖效益。

四、 益生菌使用原则

1、 针对性
  使用益生菌要充分考虑其作用的对象及目的。动物的种类不同，对菌种的要求也不同。水产动物中肉食性鱼消化道内优势菌群为肠微球菌、贝内克菌、胞菌、乳酸菌、弧菌等，而草食性鱼消化道内，还有双歧杆菌、嗜酸乳杆菌等。不同菌种其作用和效果有差异，比如以净水为目的就选择芽孢杆菌和光合细菌为主的复合制剂；酵母菌可以助消化，当水产动物受到应激或经过药物治疗就可以选用以它为主的制剂；制粒时必须选择耐高温的芽孢杆菌。
2、 时段性
  益生菌在动物的整个生长过程都不可以使用，但不同的时期其作用效果不尽相同，不同的养殖阶段使用剂量不同：（1）新生动物肠道内基本是无菌的，体内微生态平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力较弱，此外引入益生菌，可较快地进入体内，占据附着点，效果最佳；（2）在动物生长后期，肠道功能开始退化，添加益生菌可以起到补充、完善肠道有益菌群、保证健康的作用；（3）应用抗生素后，抗生素经常会降低胃肠道有益菌的数量，添加益生菌可以帮助尽快恢复这些有益菌的数量；（4）在运输、饲料转变、天气突变和饲养环境恶劣等应激条件下，水产动物肠道微生态平衡遭到破坏，使用益生菌对形成优势种群极为有利。
3、 禁忌性
  在使用抗生素等药物后，肠道菌群失衡，此时应及时引入微生态制剂，通过其独特的益生作用，使紊 乱的肠道菌群平衡得到恢复。但在实际饲料与饲养过程中应尽量避免与抗菌中西药物配合应用。以防由R因子控制的耐药性菌株的泛滥。投放净水剂后，若频繁换水会使细菌随换水而损失，故应减少换水或不换水。

五、益生菌研究方向

1、现有菌株使用方法研究
  益生菌在水产养殖领域使用已经有几十年的历史，但是在如何合理、正确使用方面仍然需要做更细致的探究。例如，内服的益生菌肠道内定植或短暂停留是其发挥作用的前提条件之一，同样作为水质改良益生菌，能在养殖环境中存活也是一个先决条件，如何量化这些指标其实对指导合理选用益生菌、制定益生菌的添加量、添加频率等方面有非常重要的意义；但现实是我们对此研究非常有限。今后若能在这方面做得更精细，将有助于提升现有益生菌的使用效果及推动益生菌行业的发展。
2、潜力菌株的开发
  关于益生菌菌种的帅选标准目前还没有一个统一的标准。笔者认为今后的益生菌菌种开发中对菌株以下两个方面的特性值得关注：其一，优良的宿主肠道粘膜粘附能力，其二，可干扰病原微生物信号传递。动物肠道粘膜表层通常被其常居微生物覆盖，形成一层生物膜屏障，不仅可以刺激肠道上皮的发育保持其完整性，也可有效阻止了病原微生物的入侵。有研究表明，粘附能力强但体外抑菌效果不明显的益生菌也可明显提高宿主对病原菌的抗感染能力，甚至比体外抑菌效果明显的菌株更有效。粘附能力很早就被提及，但是因为缺乏相应的行之有效的评价，实际研究中并没被重视。关于益生菌对病原微生物信号传递通路的干扰，主要是基于“群体感应”的原理：病原菌的毒素分泌、入侵都受到信号分子的调控，而已有的研究表明某些种类的益生菌能通过某中机制干扰这个传递过程而控制疾病发生。与抗生素或其他抗菌物质相比，这类益生菌针对的是信号分子而不是病原菌本身，不容易产生细菌耐药性，属于一种全新的预防病原微生物的模式。这类菌种的开发有助于拓展当前益生菌的范畴。
3、益生菌菌种耐药机制的研究
  研究表明，耐药菌因子不仅可将耐药性转移到同种细胞中，还能转移到不同种、不同属的细胞中。所以，必须对耐药益生菌菌种的耐药机制进行系统的研究。对其潜在危害给予足够的认识，以便使其使用的安全提供依据。
4、 加工工艺
  除芽孢杆菌外，试验条件筛选的高效益生菌种，有可能不能实现真正的商品化，原因在于这些菌株不容易保存或者需要苛刻的保存条件，特别是作为内服的益生菌，还需面临高温制粒的难题，因此开发高效、廉价、无毒副作用的包被材料及工艺，用以包裹耐性较差，但其他特性较好的菌株，也将是今后益生菌开发是重要环节之一。