文/徐紹剛 張黎 楊華蓮 徐曉玲

作者單位：1.北京市水產科學研究所2.北京市水產技術推廣站

北京市鱘魚、鮭鱒魚創(chuàng)新團隊專欄

雖然與人類和哺乳動物腸道微生物的研究有一定的差距，但隨著鮭魚養(yǎng)殖產業(yè)的壯大和微生物學的發(fā)展，鮭魚腸道微生物的研究具有較高的商業(yè)價值和重要的研究意義。腸道微生物參與鮭魚的營養(yǎng)調控和免疫調節(jié)，并發(fā)揮了重要的作用，本文對鮭魚腸道微生物的營養(yǎng)和免疫方面功能及影響腸道微生物變化的因素進行了論述，以期為鮭魚腸道微生物相關研究提供參考。

鮭科魚類（文中簡稱：鮭魚）和其他水生動物與周圍環(huán)境有著緊密的互動關系，有的微生物與鮭魚形成共生關系，有的則使鮭魚致病。與人類和哺乳動物一樣，鮭魚共生關系的腸道微生物在營養(yǎng)供應、代謝平衡和免疫防御中發(fā)揮著重要作用。

魚類起源于6億年前，種類近3萬種，約占現有脊椎動物的一半，魚類為全世界近30億人提供了20%的蛋白質（每年約20kg/人，FAO，2016），鮭魚是重要的經濟性魚類，2016年產量425.6萬噸，鮭魚捕撈量呈現逐年下降趨勢，而鮭魚養(yǎng)殖量逐年增長，2016養(yǎng)殖產量331.9萬噸，占鮭魚總產量的78%（FAO，2016）。鮭魚在水產養(yǎng)殖業(yè)中具有重要地位，同時其養(yǎng)殖過程也會對水環(huán)境的造成影響，因此涉及腸道微生物領域的研究。

鮭魚腸道微生物種類繁多，包括原生動物，真菌、病毒和細菌等，其中細菌是鮭魚腸道的優(yōu)勢微生物群，它們的來源、組成和功能等方面的研究隨科技進步不斷完善。對鮭魚腸道微生物的研究經歷了依賴培養(yǎng)技術（culture-dependent techniques）和非培養(yǎng)技術（culture-independent techniques）。傳統(tǒng)的依賴培養(yǎng)方法靈敏度差，在現有實驗培養(yǎng)技術條件下獲得的微生物種類有限，只能檢出部分類群，某些魚類腸道可培養(yǎng)微生物數量約占微生物總量的0.1%，因此較多采用非培養(yǎng)技術。其方法主要包括：實時定量PCR（quantitative realtime，PCR）方法、指紋印記法（溫度梯度凝膠電泳TTGE和變性梯度凝膠電泳DGGE）和下一代測序技術（Nextgeneration sequencing），應用這些方法對腸道微生物類群進行定量和豐度分析。近年來，下一代測序技術在鮭魚腸道微生物的研究中得到了應用和普及，較其他方法下一代測序技術具有許多優(yōu)點，包括一次獲得數據多、快速、成本低，數據徹底而準確，可以同時檢測優(yōu)勢和低豐度微生物種類等。

大量的研究結果證明多種魚類腸道中存在著豐富的微生物類群，隨著DNA測序技術和生物信息學分析方法的不斷發(fā)展，發(fā)現鮭魚腸道微生物有助于消化，并能影響其營養(yǎng)吸收、生長速度、繁殖效果、種群穩(wěn)定和抗病力等，鮭魚腸道微生物與水產養(yǎng)殖實踐具有高度的相關性，因此，本文對鮭魚腸道微生物的功能和影響因素進行了探究。

一、鮭魚腸道微生物的功能

鮭魚腸道微生物逐漸成為宿主的一部分，由于其維持著正常的腸道功能，包括營養(yǎng)吸收和免疫等生理功能，因此腸道微生物又被稱為“額外的器官”，執(zhí)行許多宿主不能進行的生理和生化功能。

（一）營養(yǎng)功能

腸道微生物影響鮭魚能量攝入，幫助鮭魚獲得營養(yǎng)物質，分解食物產生宿主不能合成的維生素和氨基酸，產生消化酶等，虹鱒腸道微生物具有合成不同的維生素和氨基酸的能力，并可分泌一系列酶，參與宿主對營養(yǎng)物質的消化過程。在對虹鱒末端腸道微生物類群的研究發(fā)現，其具有代謝相關的功能，主要是參與糖、蛋白質和氨基酸代謝，在虹鱒對日糧代謝中起著重要作用。營養(yǎng)物質是鮭魚生長的物質基礎，微生物在腸道內可合成維生素，產生消化酶，具有促進鮭魚消化和生長的作用。

（二）生物屏障和免疫作用

鮭魚腸道微生物的屏障作用，在于其能夠產生抗菌物質，占據腸道粘膜上的位點，形成保護膜并分泌天然的免疫物質，對病原菌形成物理和化學屏障作用，抵御外來的病原菌入侵和定植，部分腸道微生物還可以刺激體液免疫應答反應，幫助宿主抵御病原菌的感染。大西洋鮭魚腸道中的肉食桿菌屬部分類群，可有效抑制嗜水氣單胞菌和殺鮭氣單胞菌，部分肉毒桿菌還可產生抗菌的抑制因子，抵抗病原菌的入侵。研究發(fā)現在飼料中添加益生菌，有益于大西洋鮭仔魚和幼魚腸道粘膜發(fā)育，并促進其先天免疫應答反應，同樣在虹鱒的飼料添加益生菌可提高其抗鰻弧菌能力，腸道微生物也會影響免疫相關基因的表達，包括氧化物酶、C3補體和谷胱甘肽過氧化物等。

二、鮭魚腸道微生物的影響因素

鮭魚腸道中微生物多樣性和組成，受到魚體自身因素和外部環(huán)境因素的共同影響。魚體自身因素包括基因型、發(fā)育階段和腸道結構等，外部環(huán)境因素包括季節(jié)、鹽度、飼料類型和養(yǎng)殖模式等。

（一）魚體自身因素

許多研究表明，鮭魚腸道微生物的組成與水環(huán)境中的微生物組成差異顯著，說明魚體自身因素影響著腸道對微生物的選擇?；蛐涂梢杂绊戸q魚腸道微生物組成，研究發(fā)現在不同環(huán)境和飼料條件下培育的虹鱒，腸道菌群相似性較高，且菌群的種類和組成與水環(huán)境和飼料中的菌群差異顯著，在相同環(huán)境和飼料條件下培育的不同家系的虹鱒，腸道都擁有各自的優(yōu)勢菌群；發(fā)育階段會影響魚類腸道菌群的組成，虹鱒受精卵孵化后，仔魚吸收絨毛膜上的細菌，發(fā)育成腸道微生物，以氣單胞菌科為主，當魚仔魚開始飲水來調節(jié)滲透壓，獲得后續(xù)的定植細菌，并逐漸轉換為腸桿菌科；腸道結構影響腸道微生物組成，人工養(yǎng)殖的大西洋鮭，前腸、中腸和后腸優(yōu)勢種不同，前腸主要是變形菌門的珍珠菌屬、假單胞菌屬、不動桿菌和弧菌屬，中腸由變形菌門發(fā)光菌屬和假單胞菌屬組成，而后腸中弧菌屬和發(fā)光桿菌屬數量更多。

（二）外部環(huán)境因素

魚類生存在水環(huán)境中，從受精卵開始發(fā)育到進食，腸道微生物持續(xù)受到外部環(huán)境的影響，建立相應的微生物類群，微生物類群來源包括水環(huán)境和食物等，因此外部環(huán)境因素會對鮭魚腸道微生物產生影響。

1.季節(jié)變化

有研究指出季節(jié)和溫度的變化會影響魚類腸道微生物組成，優(yōu)勢微生物類群的總豐度隨著季節(jié)發(fā)生變化，并在夏季和秋季達到峰值，溫度達到21℃會導致成年大西洋鮭腸道乳酸菌和不動桿菌屬消失，同時伴隨著弧菌屬的增加，但也發(fā)現，在6月～8月水溫5.5℃～18.8℃時，成年大西洋鮭的腸道微生物類群總體變化不顯著。

2.鹽度

鮭魚是廣鹽性魚類，一些種類具有降海和洄游特性，大西洋鮭幼魚降海前，腸道微生物類群比海水生活時多，有研究認為豐富的腸道微生物類群可有效參與氧化磷酸化和檸檬酸循環(huán)，為幼魚節(jié)約自由能，用于銀化過程中適應滲透壓轉換，銀化前后較穩(wěn)定的微生物類群包括消化鏈球菌屬和漫游球菌屬，在降海過程中，腸道中變形菌門和放線菌門種類下降，同時硬壁菌門和桿菌種類增加。

3.飼料類型

飼料中脂肪和蛋白的含量會影響鮭魚腸道微生物類群的變化，如人工養(yǎng)殖的大西洋鮭幼魚，以低脂飼料培育腸道優(yōu)勢菌群是厚壁菌門，而高脂飼料使厚壁菌門菌群轉化為變形菌門，北極紅點鮭的飼料中添加大豆油和海生動物油替代魚油可提高魚體對病原菌的抵抗能力，某些植物蛋白會影響大西洋鮭腸道微生物組成，進而引起腸道疾病，大西洋鮭攝食豆粕或攝食大豆?jié)饪s蛋白會引起腸道疾病，并伴有腸道微生物數量和多樣性的增加。

4.養(yǎng)殖模式

鮭魚的人工養(yǎng)殖模式下，較高的飼養(yǎng)密度會加速水環(huán)境惡化，導致疾病傳播，因此使用抗生素清除細菌感染，但這會引起病原體的抗藥性和鮭魚腸道微生物多樣性減少，研究發(fā)現野生大西洋鮭的腸道微生物多樣性更高，目前抗生素在水產養(yǎng)殖中的使用越來越嚴格，亟需尋找控制疾病的替代方法，需要評估抗生素對鮭魚人工養(yǎng)殖和野生鮭魚的影響。

5.益生菌和益生元

隨著法律法規(guī)的出臺，水產養(yǎng)殖中限制了化學藥品使用，而益生菌和益生元可能成為抗生素的替代品。益生菌是一類對魚體有益的活性微生物，可改善腸道微生物組成并促進魚體健康，實驗室常用的益生菌包括芽孢桿菌屬、乳球菌屬、希瓦氏菌屬和氣單胞菌屬等，益生菌可作用于腸道粘膜細胞，激活魚體的先天免疫反應，飼料中添加益生菌可促進虹鱒的生長，提高抵抗病原菌能力，改善腸道微生物結構。雖然益生菌會促進魚體健康，但也存在一些問題，在養(yǎng)殖過程中益生菌的使用較為困難，處理和儲存過程中細菌的存活率低，飼料在水中浸溶損失，飼料處理和制備技術有限，都會影響益生菌的使用效率，因此，益生菌的使用方法還需進一步研究。與益生菌相反，益生元并不向腸道引入新的微生物類群，而是通過為微生物提供基質，促進微生物反應效率，可促進腸道吸收較難消化的食物成分，增強宿主免疫應答，提高吸收效率、增加生長和飼料轉化率。但益生元的使用效果也存在較大差異，使用劑量要求較高，并受到使用時間、培養(yǎng)條件、種類和魚齡的影響。

三、小結

近年來，鮭魚腸道微生物的研究較多，隨著下一代測序技術的廣泛應用，可較為全面和深入的研究鮭魚腸道微生物在發(fā)育、銀化及洄游過程中的類群組成和相互作用，而鮭魚腸道微生物受到自身因素和外部環(huán)境的雙重影響，更好的了解其變化規(guī)律，可以更好的推動鮭魚養(yǎng)殖產業(yè)發(fā)展，實現綠色健康養(yǎng)殖。