于道德 陳勝林 郭少菁 樊 英,3 王曉璐,3 宋靜靜 劉洪軍,3*
(1.山東省海洋科學(xué)研究院,青島 266104;2.濱州市海洋發(fā)展研究院,濱州 256603;3.山東省海水養(yǎng)殖病害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266104)
凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)是全世界主要的甲殼類養(yǎng)殖物種之一[1]。近年來(lái),隨著對(duì)蝦的高密度、集約化養(yǎng)殖,種質(zhì)退化、養(yǎng)殖環(huán)境惡化和病害等災(zāi)害造成了不少經(jīng)濟(jì)損失[2-4]。使用激素和抗生素是作為預(yù)防和治療病害的傳統(tǒng)方法,但往往導(dǎo)致了致病微生物的進(jìn)化、藥物殘留以及環(huán)境污染[5-6]。作為抗生素的重要替代物,益生菌具備健康、綠色、安全等特點(diǎn),普遍應(yīng)用于蝦蟹類等水珍品養(yǎng)殖過(guò)程中[7-9]。
迄今為止,許多常見(jiàn)菌株已被用作對(duì)蝦養(yǎng)殖的益生菌,包括枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)、糞腸球菌(Enterococcusfaecalis)和乳酸菌(Lactobacillus)等。其中,枯草芽孢桿菌能夠耐受高溫、高壓、高鹽度、低氧、低水分等不利條件,其生長(zhǎng)繁殖可以分泌大量消化酶類,幫助宿主降解、吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。Chai等[10]研究發(fā)現(xiàn),口服芽孢桿菌PC465可以提高凡納濱對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能和存活率。采用枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌作為飼料添加劑,可顯著提高對(duì)蝦腸道內(nèi)芽孢桿菌的豐度,促進(jìn)對(duì)蝦生長(zhǎng)發(fā)育[11-13]。本試驗(yàn)通過(guò)向飼料中添加不同水平的枯草芽孢桿菌HSP05,以評(píng)估其對(duì)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)性能、抗病力和非特異性免疫力的影響,為該菌株在作為飼料添加劑的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
枯草芽孢桿菌HSP05為實(shí)驗(yàn)室保藏菌株,從健康養(yǎng)殖3年以上的對(duì)蝦養(yǎng)殖池中分離得到。將枯草芽孢桿菌HSP05按1%的比例接種到LB營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中,30 ℃、165 r/min過(guò)夜培養(yǎng)進(jìn)行活化,隨后逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)。3 000 r/min離心20 min,棄掉上清液收集菌體。用適量無(wú)菌生理鹽水調(diào)整菌株濃度,逐級(jí)稀釋添加到飼料制作過(guò)程中。
采用平板菌落計(jì)數(shù)法進(jìn)行菌株數(shù)量統(tǒng)計(jì)。用磷酸鹽緩沖液(PBS)將菌液稀釋,于LB固體平板上進(jìn)行涂布,每個(gè)梯度涂布3個(gè)平板做為平行,挑選合適的稀釋梯度進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)結(jié)果取3個(gè)平行的平均值。
挑選大小一致的1 200尾凡納濱對(duì)蝦蝦苗,體長(zhǎng)(3.0±0.2) cm,隨機(jī)分為4個(gè)組,每組3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)100尾。各組分別投喂枯草芽孢桿菌HSP05添加量為0(對(duì)照組)、105(BS1組)、107(BS2組)、109CFU/g(BS3組)的試驗(yàn)飼料。試驗(yàn)期4周。
以魚(yú)粉、豆粕和玉米粕為主要蛋白質(zhì)源,魚(yú)油和磷脂油為主要脂肪源,小麥面粉為主要糖源,并補(bǔ)充無(wú)機(jī)鹽、維生素等配制出基礎(chǔ)飼料,基礎(chǔ)飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。飼料原料經(jīng)粉碎、80目過(guò)篩、混合均勻后,添加不同體積固定濃度的枯草芽孢桿菌HSP05,配制枯草芽孢桿菌HSP05終濃度分別為105、107、109CFU/g的試驗(yàn)飼料,對(duì)照組添加等體積的生理鹽水。飼料原料全部混合均勻后,噴水制備面團(tuán),用飼料顆粒機(jī)擠壓膨化成型,常溫陰至半干,剪切成1.5 mm×(3~5) mm的顆粒,置陰涼干燥處保存。
表1 基礎(chǔ)飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %
健康的凡納濱對(duì)蝦幼蝦購(gòu)自山東煙臺(tái)海陽(yáng)對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng),在試驗(yàn)前于25~28 ℃和27‰~30‰鹽度的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中暫養(yǎng)2周。暫養(yǎng)期間飼喂基礎(chǔ)飼料。隨后挑選大小一致的蝦苗,體長(zhǎng)(3.0±0.2) cm,隨機(jī)分散到12個(gè)玻璃缸(300 L)中開(kāi)始養(yǎng)殖試驗(yàn)。養(yǎng)殖周期為4周。
養(yǎng)殖期間每天投喂對(duì)蝦4次(06:00、12:00、17:00和22:00),每天清除殘餌和糞便,并記錄攝食量和健康狀況,每周測(cè)定1次體長(zhǎng)、體重。養(yǎng)殖全過(guò)程不間斷充氣,溶解氧含量不低于5 mg/L,氨氮含量不高于0.03 mg/L。每天換水1次,每次換水占總水量的2/3。
使用含有抗凝劑的1 mL無(wú)菌注射器從對(duì)蝦的圍心腔內(nèi)抽取血淋巴。其中抗凝劑與血淋巴的混合體積比為1∶1。隨后將血淋巴離心,用PBS調(diào)整至血細(xì)胞數(shù)量達(dá)到106個(gè)/mL,進(jìn)行吞噬活性和呼吸暴發(fā)試驗(yàn),每組9個(gè)平行。
使用1 mL無(wú)菌注射器從對(duì)蝦的圍心腔內(nèi)抽取血淋巴,4 ℃放置過(guò)夜后,3 500 r/min離心10 min,收集上清液置于液氮中速凍,儲(chǔ)存于-80 ℃,用于免疫相關(guān)酶活性的分析,每組8個(gè)平行。
收集對(duì)蝦肝胰腺置于液氮速凍,并儲(chǔ)存于-80 ℃,用于消化酶和免疫相關(guān)酶活性的分析,每組8個(gè)平行。在酶活性測(cè)定時(shí),將適量對(duì)蝦肝胰腺樣品加入PBS勻漿緩沖液中制成20%的組織勻漿樣品,4 ℃,2 500×g離心10 min,收集上層澄清勻漿液分裝備用。
飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后,進(jìn)行為期1周的副溶血弧菌侵染試驗(yàn)。每個(gè)玻璃缸中留50 L海水和25只凡納濱對(duì)蝦,用濃度為107CFU/mL的副溶血弧菌浸浴。侵染期間不換水,投喂添加菌株的飼料,每12 h統(tǒng)計(jì)一次死亡情況,及時(shí)撈出死蝦和糞便。
1.6.1 生長(zhǎng)性能
在養(yǎng)殖試驗(yàn)過(guò)程中,每周、每缸隨機(jī)選取8尾對(duì)蝦測(cè)定其體長(zhǎng)(body length,BL)、體重(body weight,BW)。試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)各缸對(duì)蝦進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)算存活率(survival rate,SR)、增重率(weight gain rate,WGR)、飽滿度(condition factor,CF)和特定生長(zhǎng)率(specific growth rate,SGR),計(jì)算公式如下:
式中:W0為對(duì)蝦初始體重;Wt為對(duì)蝦終末體重;Lt為對(duì)蝦終末體長(zhǎng);T為養(yǎng)殖試驗(yàn)時(shí)間。
1.6.2 血細(xì)胞免疫反應(yīng)測(cè)定
1.6.2.1 吞噬活性
試驗(yàn)方法在Delaporte等[15]的方法基礎(chǔ)上稍作修改,簡(jiǎn)述如下:用PBS調(diào)整血細(xì)胞濃度為106個(gè)/mL;取4 μL、25%的熒光微球加入400 μL血細(xì)胞中,混合均勻,18 ℃下避光孵育1 h;加入26 μL多聚甲醛終止反應(yīng);4 ℃、800×g離心10 min去除游離的熒光微球;加入400 μL PBS重懸血細(xì)胞,采用流式細(xì)胞儀FL-1通道檢測(cè)分析血細(xì)胞的綠色熒光。采用血細(xì)胞吞噬率,即吞噬微球的血細(xì)胞數(shù)目占血細(xì)胞總數(shù)的百分比來(lái)表征吞噬能力。
1.6.2.2 呼吸爆發(fā)
血細(xì)胞呼吸爆發(fā)產(chǎn)生的活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)可以將二氫羅丹明123(dihydrorhodamine 123,DHR123)氧化為發(fā)熒光的羅丹明123(rhodamine 123,RHO123)[16],經(jīng)流式細(xì)胞儀檢測(cè),比較呼吸爆發(fā)吸收峰偏移程度以比較血細(xì)胞的呼吸爆發(fā)活性。將對(duì)蝦血細(xì)胞數(shù)量調(diào)整為106個(gè)/mL,于25 ℃、黑暗條件下孵育10 min,添加佛波酯(PMA)使其終濃度達(dá)到0.1 μg/mL,繼續(xù)孵育10 min后添加DHR123,使DHR123終濃度為2 μg/mL,繼續(xù)孵育30 min。采用流式細(xì)胞儀FL-1通道檢測(cè)分析呼吸爆發(fā)活性。
1.6.3 酶活性測(cè)定
肝胰腺消化酶[淀粉酶(AMS)、蛋白酶(PR)、脂肪酶(LPS)]、轉(zhuǎn)氨酶[(谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)]、抗氧化相關(guān)酶[超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)]活性和血清免疫相關(guān)酶[酚氧化酶(PO)、溶菌酶(LZM)]活性均采用南京建成生物工程研究所試劑盒測(cè)定。
試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVE),采用LSD方差齊性檢驗(yàn)方法比較各組之間的差異,顯著性水平定義為P<0.05。
如表2所示,各組存活率均在75%以上,各組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。BS1、BS2和BS3組的終末體重和終末體長(zhǎng)顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS1、BS2和BS3組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。各組之間飽滿度無(wú)顯著差異(P>0.05)。BS1、BS2和BS3組的增重率顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS2組的增重率顯著高于BS3組(P<0.05)。BS1、BS2和BS3組的特定生長(zhǎng)率顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS1、BS2和BS3組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。
表2 飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05對(duì)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)性能的影響Table 2 Effects of dietary Bacillus subtilis HSP05 on growth performance of Litopenaeus vannamei
如表3所示,BS1、BS2和BS3組的肝胰腺蛋白酶、淀粉酶活性顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS2和BS3組的肝胰腺蛋白酶、淀粉酶活性顯著高于BS1組(P<0.05)。各組之間肝胰腺脂肪酶活性無(wú)顯著差異(P>0.05)。BS1、BS2和BS3組的肝胰腺谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性均顯著低于對(duì)照組(P<0.05),BS2組的肝胰腺谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性顯著低于BS1組(P<0.05),BS1、BS2和BS3組之間肝胰腺谷草轉(zhuǎn)氨酶活性無(wú)顯著差異(P>0.05)。
表3 飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05對(duì)凡納濱對(duì)蝦肝胰腺消化酶和轉(zhuǎn)氨酶活性的影響Table 3 Effects of dietary Bacillus subtilis HSP05 on activities of digestive enzyme and transaminase in hepatopancreas of Litopenaeus vannamei U/mg prot
如表4所示,BS1、BS2和BS3組的血清酚氧化酶和溶菌酶活性顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS1、BS2和BS3組之間血清酚氧化酶活性無(wú)顯著差異(P>0.05),BS2和BS3組的血清溶菌酶活性顯著高于BS1組(P<0.05)。BS1、BS2和BS3組的肝胰腺過(guò)氧化氫酶活性顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS2和BS3組的肝胰腺過(guò)氧化氫酶活性顯著高于BS1組(P<0.05)。BS2和BS3組的肝胰腺超氧化物歧化酶活性顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS3組的肝胰腺超氧化物歧化酶活性顯著高于BS2組(P<0.05)。
如表5所示,BS1、BS2和BS3組的血細(xì)胞吞噬率顯著高于對(duì)照組(P<0.05),BS2和BS3組的血細(xì)胞吞噬率顯著高于BS1組(P<0.05)。BS1、BS2和BS3組的呼吸爆發(fā)活性顯著低于對(duì)照組(P<0.05),BS2和BS3組的呼吸爆發(fā)活性顯著低于BS1組(P<0.05)。
表4 飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05對(duì)凡納濱對(duì)蝦血清和肝胰腺免疫相關(guān)酶活性的影響Table 4 Effects of dietary Bacillus subtilis HSP05 on serum and hepatopancreas immune related enzyme activities of Litopenaeus vannamei
表5 飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05對(duì)凡納濱對(duì)蝦血細(xì)胞免疫活性的影響Table 5 Effects of dietary Bacillus subtilis HSP05 on blood cell immune activities of Litopenaeus vannamei %
如圖1所示,副溶血弧菌侵染持續(xù)3 d時(shí),對(duì)照組的存活率就已明顯低于BS1、BS2和BS3組;副溶血弧菌侵染持續(xù)7 d時(shí),對(duì)照組的存活率為46.67%,而B(niǎo)S1、BS2和BS3組的存活率均達(dá)到82.67%以上,且BS1、BS2和BS3組之間的差異不明顯。
圖1 飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05對(duì)凡納濱對(duì)蝦抗病力的影響Fig.1 Effects of dietary Bacillus subtilis HSP05 on disease resistance of Litopenaeus vannamei
枯草芽孢桿菌是水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的益生菌株,其豐富的產(chǎn)酶系統(tǒng)可促進(jìn)飼料中大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用,促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的健康生長(zhǎng)。本研究結(jié)果表明,飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05能顯著提高凡納濱對(duì)蝦的終末體長(zhǎng)、終末體重、增重率和特定生長(zhǎng)率。綜合枯草芽孢桿菌HSP05對(duì)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)性能的影響,尤其是增重率方面,發(fā)現(xiàn)107CFU/g是促進(jìn)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)的適宜添加量。這與芽孢桿菌對(duì)刺參(Apostichopusjaponicus)[17-18]、斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeusmonodon)[19-20]及凡納濱對(duì)蝦[21-22]等的研究結(jié)果相似。在本試驗(yàn)中,枯草芽孢桿菌HSP05的促生長(zhǎng)效果與其添加量不呈正相關(guān),109CFU/g枯草芽孢桿菌HSP05組的增重率顯著低于107CFU/g枯草芽孢桿菌HSP05組。這可能是由于過(guò)量的枯草芽孢桿菌抑制了凡納濱對(duì)蝦腸道內(nèi)其他菌群的生長(zhǎng),導(dǎo)致腸道菌群失衡而造成其生長(zhǎng)緩慢,更深層次的原因還有待深入研究。
枯草芽孢桿菌促進(jìn)對(duì)蝦生長(zhǎng)可能與其產(chǎn)酸、抗菌肽、胞外酶等小分子活性物質(zhì)等作用有關(guān)。本研究中,飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05能顯著提高凡納濱對(duì)蝦肝胰腺蛋白酶、淀粉酶活性,這與胡毅等[23]的研究結(jié)果類似,其在凡納濱對(duì)蝦飼料中添加枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌及復(fù)合益生菌,結(jié)果顯示添加益生菌可提高對(duì)蝦腸道消化酶活性,促進(jìn)對(duì)蝦健康生長(zhǎng)。此外,谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶升高往往代表著肝胰腺出現(xiàn)炎癥。本試驗(yàn)中,飼料中添加了枯草芽孢桿菌HSP05顯著降低了凡納濱對(duì)蝦肝胰腺谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性,這與Vega-Carranza等[12]、張健等[24]研究結(jié)果相似,表明枯草芽孢桿菌HSP0有著改善健康、增強(qiáng)免疫的作用。
凡納濱對(duì)蝦免疫能力是細(xì)胞免疫和體液免疫協(xié)同作用的結(jié)果。酚氧化酶原存在于血細(xì)胞內(nèi),極微量微生物多糖可引起血細(xì)胞的胞吐作用,釋放、激活酚氧化酶原系統(tǒng),提高機(jī)體對(duì)病原微生物的抵抗力[25-26]。在本研究中,與對(duì)照組相比,BS1、BS2和BS3組凡納濱對(duì)蝦血清酚氧化酶和溶菌酶活性顯著上升,這是激活酚氧化酶原系統(tǒng)的必然結(jié)果。類似的,謝佳磊等[27]的研究得出,飼料中添加枯草芽孢桿菌(5×109CFU/kg)可以提高克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)血清溶菌酶和酚氧化酶活性。同時(shí),超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶能夠有效清除氧自由基,避免其造成生物體損傷,在提高對(duì)蝦機(jī)體免疫能力、增強(qiáng)對(duì)蝦疾病防御起重要作用。在本試驗(yàn)中,BS1、BS2和BS3組肝胰腺過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性均高于對(duì)照組,肝胰腺過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性分別在枯草芽孢桿菌HSP05添加量為107和109CFU/g時(shí)達(dá)到最大值,表明飼喂枯草芽孢桿菌HSP05可提高兩者活性,這與王苓等[28]以枯草芽孢桿菌飼喂凡納濱對(duì)蝦后所得結(jié)果相似。上述結(jié)果表明飼料中添加適量的枯草芽孢桿菌HSP05可提高凡納濱對(duì)蝦的非特異性免疫力,或可有助于提高其抗病力。
血細(xì)胞免疫反應(yīng)是機(jī)體抵御病原微生物侵襲的重要手段。凡納濱對(duì)蝦血細(xì)胞的吞噬率隨著枯草芽孢桿菌HSP05添加量增加而增加,原因可能是枯草芽孢桿菌HSP05被攝入后,利用表面抗原或其產(chǎn)生的代謝物調(diào)節(jié)對(duì)蝦的免疫防御系統(tǒng),使對(duì)蝦血細(xì)胞吞噬率提高。Rengpipat等[29]研究結(jié)果同樣表明添加芽孢桿菌S11可以激活細(xì)胞免疫防御功能。在吞噬作用期間,呼吸爆發(fā)被用來(lái)殺死病原菌,特別是依賴于ROS,但是它們的過(guò)度產(chǎn)生會(huì)干擾包括脂類、蛋白質(zhì)和核酸在內(nèi)的生物分子,并產(chǎn)生氧化損傷和氧化應(yīng)激[30]。在本研究中,飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05可以抑制血細(xì)胞呼吸爆發(fā)活性,即血細(xì)胞ROS產(chǎn)量被顯著抑制,從而降低過(guò)量的ROS對(duì)機(jī)體的損害。這種對(duì)呼吸爆發(fā)的抑制能力可能與過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性提高有關(guān)。
病害問(wèn)題是造成凡納濱對(duì)蝦養(yǎng)殖成功率低的主要原因,存活率是抗病力的外在直觀體現(xiàn),副溶血弧菌是引起凡納濱對(duì)蝦肝胰腺壞死綜合征的致病菌,致死率較高[31-32]。國(guó)內(nèi)外均有研究顯示,用芽孢桿菌飼喂對(duì)蝦或?qū)ξr幼體,可用于控制病原菌的感染[8,33-34]。本研究結(jié)果與上述結(jié)果類似,飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05提高了凡納濱對(duì)蝦在副溶血弧菌侵染下的存活率,充分發(fā)揮了免疫防御作用,但枯草芽孢桿菌HSP05的添加量對(duì)對(duì)蝦抗病力沒(méi)有明顯影響。這說(shuō)明低濃度下的枯草芽孢桿菌HSP05依舊具有抗感染效果。
飼料中添加枯草芽孢桿菌HSP05可促進(jìn)凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng),增強(qiáng)免疫力,提高抗病力??莶菅挎邨U菌HSP05的添加量為107CFU/g時(shí),凡納濱對(duì)蝦的生長(zhǎng)表現(xiàn)最優(yōu),非特異性免疫得到有效提高。