賈新穎, 徐晨曦,孫偉彬,陳秀玲,肖國娟

(1.河北科技師范學(xué)院,海洋資源與環(huán)境學(xué)院,秦皇島066000;2.秦皇島北戴河新區(qū)水產(chǎn)技術(shù)推廣站 秦皇島 0666003;3.河北省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站 河北 石家莊 050035)

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展,高密度養(yǎng)殖等增加了養(yǎng)殖動物患病風(fēng)險,也影響了水產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率[1-2]。Mcdermott等[3]研究發(fā)現(xiàn),人工養(yǎng)殖水體中病原菌對多種藥物都產(chǎn)生了非特異性抗性基因(Antibiotics resistancegenes,ARGS)。多次引起人和動物的沙門氏菌病的病原菌—鼠傷害沙門氏菌(Salmonellatyphimurium)DT104,經(jīng)流行病學(xué)和分子生物學(xué)等相關(guān)研究證實可能源于遠(yuǎn)東的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域[4]。我國藥監(jiān)機構(gòu)曾公布,用于人體抗菌消炎的喹諾酮類藥物將近一半失效,被稱為抗生素“最后一道防線”的萬古霉素近幾年也出現(xiàn)了耐藥性病原菌,水產(chǎn)養(yǎng)殖也不可避免病原菌耐藥性產(chǎn)生[5]。Penders等[6]在荷蘭南部鯰魚和鰻魚養(yǎng)殖場分離出的大多數(shù)氣單胞菌對氨芐西林和土霉素耐藥性發(fā)生率100%。在已報道檢測出耐藥基因的水產(chǎn)品種類眾多,比如鱉、鯉、鯽、沙丁魚、鯰魚和蝦等,連觀賞魚也檢測出耐藥基因[7]。水產(chǎn)動物的代謝產(chǎn)物及殘餌會加劇患病幾率,養(yǎng)殖人員一般采用換水、減少飼料投喂次數(shù)和投放消毒殺菌類藥物等方法應(yīng)對,但收效甚微[8]。因此,研發(fā)凈化水質(zhì)、提高水產(chǎn)動物生長性能和免疫力的綠色環(huán)保型產(chǎn)品成為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域中熱點。

關(guān)于“微生態(tài)制劑”這個概念,我國最早于1990年微生態(tài)學(xué)會學(xué)術(shù)研討會議提出,是指從動物或者大自然中分離出來,經(jīng)過擴大培養(yǎng)繁殖后,形成含有大量活微生物制劑[9]。微生態(tài)制劑最早在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用是添加到鯉魚飼料,將從鯉腸道分離出來的節(jié)桿菌和干酪乳桿菌添加到鯉魚飼料中,試驗結(jié)果證實添加有益菌不僅生長速度快于對照組,抗病能力也顯著提升[10]。

1 水產(chǎn)中常用微生態(tài)制劑的種類和特點

微生態(tài)制劑一般分為三大類,即益生菌、益生元和合生元,常見劑型為液態(tài)(菌體含量一般≥3×108CFU/mL),還有粉末狀和固體狀等其他劑型。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中常應(yīng)用的益生菌類型為芽孢桿菌類(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌)、光合細(xì)菌類(莢膜紅假單胞菌、沼澤紅假單胞菌)、硝化細(xì)菌類和乳酸菌類(乳酸乳桿菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌)等[11]。這些微生態(tài)制劑的應(yīng)用,為實現(xiàn)綠色可持續(xù)、生態(tài)友好的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)揮了重要作用。

1.1 益生菌制劑

1.1.1 芽孢桿菌類制劑 芽孢桿菌在自然界分布廣泛,在土壤、空氣、水以及動物腸道等都存在,有良好的生物活性,具有抗氧化、耐酸堿和耐高溫等優(yōu)點[12-14]。芽孢桿菌產(chǎn)生孢子能力很強,存活率和存活時間都有優(yōu)勢,在水產(chǎn)上應(yīng)用比較廣泛。芽孢桿菌加入養(yǎng)殖水體后迅速繁殖占據(jù)優(yōu)勢,分泌高活性的胞外酶(蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等),可以降解并吸收水體中殘餌、糞便和其他有毒有機物等,起到凈化水質(zhì)作用;分泌的細(xì)菌素(如枯草芽孢桿菌的枯草桿菌素,地衣芽孢桿菌的桿菌肽和地衣素等),能抑制病原微生物繁殖,降低水產(chǎn)生物患病幾率;提供的多種營養(yǎng)物質(zhì),可以協(xié)助水產(chǎn)動物消化吸收營養(yǎng)物質(zhì),提高飼料轉(zhuǎn)化率,降低餌料系數(shù)[15]。

1.1.3 硝化細(xì)菌類制劑 大部分硝化細(xì)菌類屬于自養(yǎng)型細(xì)菌,分為兩個屬,即亞硝化細(xì)菌屬和硝化細(xì)菌屬,通過利用外界環(huán)境中物質(zhì)氧化所放出的能量合成有機物[18]。在養(yǎng)殖水體溶氧充足的前提下,硝化細(xì)菌通過硝化反應(yīng)分解水中的氨氮和亞硝酸鹽,為浮游生物的生長提供有效氮源,促進(jìn)有益藻類繁殖,為水生動物提供優(yōu)質(zhì)的生長環(huán)境[19]。

1.1.4 乳酸菌類制劑 乳酸菌是指分解碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸一類細(xì)菌的統(tǒng)稱,在酸性條件下依舊能存活得很好,可在水產(chǎn)動物腸道內(nèi)長期定殖生存[20]。乳酸菌的代謝產(chǎn)物可以降低養(yǎng)殖水體pH值,提高亞硝酸鹽還原酶活性,加快分解亞硝酸鹽,降低對水產(chǎn)動物毒害作用。乳酸菌利用碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生乳酸,降低水產(chǎn)動物腸道pH值,增加有益菌群的優(yōu)勢,改善胃腸道功能和維持菌群動態(tài)平衡[21-22]。

1.1.5 復(fù)合型益生菌制劑 復(fù)合微生態(tài)制劑指多種有益菌復(fù)合而成的生物制劑,以EM菌為例,由乳酸菌、光合細(xì)菌和酵母菌等多種有益菌復(fù)合而成。雖單一有益菌可以根據(jù)菌固有功效能針對性解決問題,但是實際應(yīng)用中,需要同時具備凈化水質(zhì)、增加機體抗病性、促生長和改善腸道菌群等多種功能,單一菌群是不可能獨立完成的。

1.2 益生元制劑

益生元為非消化性物質(zhì),包括菊粉、乳果糖、雙歧因子、異麥芽糖和纖維素等,可以作為水產(chǎn)動物腸道有益菌的“營養(yǎng)培養(yǎng)基”,刺激水產(chǎn)動物腸道內(nèi)有益菌繁殖,提高有益菌活性,抑制有害菌繁殖。益生元還可以提高水產(chǎn)動物各種酶的活性,比如脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶等,進(jìn)而提高水產(chǎn)動物對飼料營養(yǎng)物質(zhì)利用率。

1.3 合生元制劑

合生元這個詞,在1995年首次被提出,是指益生菌和益生元結(jié)合使用的生物制劑,并不是簡單的兩種產(chǎn)品疊加使用,而是一個質(zhì)的改變,可以同時發(fā)揮兩者的作用。合生元通過提高活性微生物補充劑在水產(chǎn)動物腸道的存活率和定殖率,對機體產(chǎn)生有益作用。

2 微生態(tài)制劑的作用機制

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中,微生態(tài)制劑被定義為改善宿主微生物區(qū)系,提高飼料利用率和宿主免疫力,改善水環(huán)境質(zhì)量的生物制劑。微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用主要分為兩大類,飼料添加劑與水質(zhì)改良劑,主要作用是改善水質(zhì),維持水生動物腸道菌群平衡,提高飼料轉(zhuǎn)化率和水生動物免疫功能等。

2.1 在飼料添加劑方面

2.1.1 維持水產(chǎn)動物腸道菌群平衡 健康的水產(chǎn)動物腸道菌群以厭氧菌為主,需氧菌僅占1%左右,其種類和數(shù)量處于動態(tài)平衡狀態(tài)。如果水產(chǎn)動物腸道菌群平衡被打破,氧分子濃度增加,就會導(dǎo)致需氧菌增多,不利于厭氧菌生存[23]。微生態(tài)制劑中的好氧益生菌,通過消耗腸道內(nèi)氧氣,降低氧分子濃度,使厭氧菌群重新占據(jù)優(yōu)勢。微生態(tài)制劑生長代謝過程中分泌的乙酸、過氧化氫和其他活性物質(zhì),不僅能抑制病原菌生長繁殖,還能維持水產(chǎn)動物腸道菌群動態(tài)平衡[24]。

2.1.2 提高餌料轉(zhuǎn)化率 微生態(tài)制劑通過分泌或誘導(dǎo)水產(chǎn)養(yǎng)殖動物分泌多種胞外酶,比如淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、纖維素酶等,增強水產(chǎn)動物代謝和增加營養(yǎng)物質(zhì)的可用性[25]。比如地衣芽孢桿菌富含多種營養(yǎng)物質(zhì)和分泌多種胞外酶,可以提高水產(chǎn)動物營養(yǎng)物質(zhì)吸收能力和飼料轉(zhuǎn)化率[26]。

2.1.3 提高水產(chǎn)動物免疫功能 微生態(tài)制劑通過增強B細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活性,刺激機體免疫力,充分調(diào)動機體自身免疫防御機制[27]。比如乳酸菌分泌的抗菌分子,抑制有害菌繁殖,有效降低了水產(chǎn)動物被病原菌侵害幾率。在凡納濱對蝦飼料中添加乳酸菌,能顯著提高對副溶血性弧菌抗病力[28]。復(fù)合微生態(tài)制劑產(chǎn)生的活性因子可以刺激水產(chǎn)動物腸黏膜淋巴組織,增強酶的活性[29]。

2.2 在水質(zhì)調(diào)控方面

2.2.1 分解亞硝酸鹽氮等有害物質(zhì) 在高密度養(yǎng)殖條件下,水體易積攢大量糞便、殘餌和動植物遺體,在腐化細(xì)菌催化下,就會分解產(chǎn)生大量有害物質(zhì)和氣體,比如氨氮、亞硝酸鹽氮、氨氣和硫化氫等物質(zhì),導(dǎo)致水質(zhì)惡化和增加水產(chǎn)動物患病幾率[30]。微生態(tài)制劑添加到養(yǎng)殖水體中可以分解水體中有害物質(zhì),對水體中的有害菌及有害藻類的繁殖有很好抑制作用,達(dá)到凈化水質(zhì)和降低水產(chǎn)動物患病幾率作用[31]。趙留群等[32]在刺參幼參養(yǎng)殖水體分別添加芽孢桿菌、EM菌和海洋紅酵母,研究對水質(zhì)的作用,其中芽孢桿菌和EM菌能分解水體中氨氮及亞硝酸鹽。

2.2.2 提高水體溶解氧含量 當(dāng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的密度超過水體承受范圍,養(yǎng)殖水體一直處于不流動狀態(tài),就會出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象,浮游植物大量繁殖,溶氧量急劇下降,導(dǎo)致水產(chǎn)動物缺氧甚至死亡和水質(zhì)持續(xù)惡化。微生態(tài)制劑通過利用氨氮、亞硝酸鹽氮、硫化物等有害物質(zhì),轉(zhuǎn)化為無毒的硝酸鹽被有益藻類利用,藻類又能產(chǎn)生溶解氧供水產(chǎn)動物利用,就會構(gòu)成良好的水循環(huán)體制,達(dá)到改善水質(zhì)作用[33]。劉英霞等[34]在海水養(yǎng)蝦池添加EM菌,研究對水質(zhì)的影響,結(jié)果顯示不僅可以增加水體溶解氧含量,還能使其在一定時間內(nèi)維持在一個較好的濃度范圍。

3 不同微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1 芽孢桿菌類制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

芽孢桿菌不僅可以提高水產(chǎn)養(yǎng)殖動物生長性能、提高抗氧化酶活性和減輕應(yīng)激反應(yīng),還可以改善養(yǎng)殖水質(zhì)和抑制病原微生物繁殖[35]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的芽孢桿菌為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌等[36-37]。姚海靜[38]研究枯草芽孢桿菌對牙鲆幼魚酶活性、組織結(jié)構(gòu)、腸道菌群結(jié)構(gòu)及免疫基因表達(dá)的影響,結(jié)果證實在牙鲆幼魚飼料添加枯草芽孢桿菌可以提高肝臟相關(guān)酶活力,還可以激活脾臟中免疫基因的上調(diào)表達(dá)。么寶蘭等[39]研究地衣芽孢桿菌對鯽魚免疫能力、抗氧化能力、肝和腸組織結(jié)構(gòu)的影響,試驗結(jié)果表明添加地衣芽孢桿菌不僅可以提高鯽魚抗氧化能力和免疫能力,還可以提高鯽魚腸絨毛高度及肌肉層厚度,改善肝臟組織結(jié)構(gòu)損傷。

3.2 光合細(xì)菌類制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

光合細(xì)菌利用硫化物、氨氮等進(jìn)行光合作用,降解水體中有害物質(zhì),分解小分子有機物質(zhì),起到凈化水質(zhì)作用[40]。在水產(chǎn)上常用的光合細(xì)菌為綠菌、綠曲菌、紅螺菌等。邱宏端等[41]取4株紅螺菌(膠質(zhì)紅假單胞菌H1、球形紅假單胞菌PSB-3、莢膜紅假單胞菌PSB-2和沼澤紅假單胞菌H10等)研究對水產(chǎn)常見病原菌的抑菌能力,結(jié)果表明紅螺菌對20多株病原菌有抑制作用,其中莢膜紅假單胞菌PSB-2抑菌活性最強。姜松等[17]添加光合細(xì)菌于糙海參幼苗培育水體中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗組糙海參幼苗質(zhì)量和成活率顯著高于對照組,糙海參苗消化道的纖維素酶、蛋白酶和淀粉酶活性也得到了顯著提高。

3.3 硝化細(xì)菌類制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

硝化細(xì)菌通過硝化反應(yīng)將養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為無害的硝酸氮,為浮游植物提供氮源,使水體中菌藻平衡,起到凈化水質(zhì)的作用。劉冉等[42]研究硝化細(xì)菌制劑對海參養(yǎng)殖水質(zhì)的凈化作用,結(jié)果表明投入硝化細(xì)菌制劑對養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)有明顯的凈化效果。李長玲等[43]在羅非魚魚苗培育水體中加入硝化細(xì)菌,證實硝化細(xì)菌不僅能凈化水質(zhì)還能增強羅非魚魚苗抗病能力。

3.4 乳酸菌類制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

乳酸菌通過分泌有機酸和細(xì)菌素,降低腸道pH值和提高亞硝酸鹽還原酶活性,起到調(diào)節(jié)腸道菌群和凈化水質(zhì)作用[44]。林艾影等[45]在飼料添加乳酸菌研究對軍曹魚幼魚生長、消化酶和免疫酶活性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在飼料添加乳酸菌顯著提高軍曹魚的非特異性免疫力和生長性能,添加量為3.0×108cfu/g效果最好。郭東[46]從半滑舌鰨腸道分離出三株乳酸菌,研究其對多種水產(chǎn)病害菌抑菌作用以及抗氧化還原能力,試驗結(jié)果顯示對多數(shù)病害菌有較好抑菌效果和能顯著提高飼料抗脂質(zhì)過氧化能力。

3.5 復(fù)合微生制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

4 水產(chǎn)微生態(tài)制劑存在的問題

微生態(tài)制劑在我國水產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛,特別是在研究益生菌之間配伍優(yōu)化以及對水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的生長性能等方面的應(yīng)用受到廣泛重視。但目前微生態(tài)制劑存在諸多不足,比如產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、基礎(chǔ)理論不明確、生產(chǎn)過程和使用方法不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴}。

4.1 產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊

由于微生態(tài)制劑屬于水產(chǎn)非藥品,沒有相關(guān)證書也可以流通使用,市場監(jiān)管寬松,不少廠家為了謀取暴利偷工減料,出現(xiàn)標(biāo)注成分不明確和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。而且微生態(tài)制劑在水產(chǎn)上應(yīng)用時間相對其他領(lǐng)域較短,技術(shù)不是很成熟。

4.2 基礎(chǔ)理論研究有待深入

益生菌發(fā)揮作用的條件、途徑和方法研究不明確;微生態(tài)制劑作用機理缺乏深層次研究;有的研發(fā)培養(yǎng)出的菌株,在體外試驗效果很好,但是應(yīng)用到水產(chǎn)動物身上效果較差;菌株的有限性和穩(wěn)定性缺乏嚴(yán)格檢驗。

4.3 生產(chǎn)過程和使用方法粗放

微生態(tài)制劑易受環(huán)境因素(溫度、pH值、溶解氧等)的影響,活菌的數(shù)目不能被保障。使用微生態(tài)制劑產(chǎn)品的水產(chǎn)養(yǎng)殖從業(yè)者大多文化水平較低,對微生態(tài)制劑了解甚少,不能正確規(guī)范使用。有的甚至將微生態(tài)制劑和消毒劑等一起使用,導(dǎo)致有益菌大量死亡,無法建立優(yōu)勢菌群。

4.4 復(fù)方菌株制劑研究較少

復(fù)方菌株制劑的研究處于初級階段,存在許多待解決的問題,比如混合菌株之間作用機理不清楚,是拮抗作用還是協(xié)同作用有待研究;菌液混合的最佳配比不明確;益生菌和其他藥物或生物制劑的聯(lián)合使用方面研究較少[50]。

5 展望

微生態(tài)制劑在水產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用相對其他領(lǐng)域起步相對較晚,但發(fā)展卻是十分迅速。今后我國微生態(tài)制劑的發(fā)展趨勢主要如下:加強微生態(tài)制劑的基礎(chǔ)研究,搞清楚環(huán)境因素影響作用和有益菌在水產(chǎn)動物腸道定殖機理,提高有益菌的利用率;盡快篩選出高效的微生物制劑;開發(fā)專一、穩(wěn)定性高的微生態(tài)制劑,增強其作用效果,擴大使用范圍;研制抗逆性強、易保存新菌株;加強對復(fù)合型微生態(tài)制劑的研究,將微生態(tài)制劑與其他生物制劑結(jié)合使用等。水產(chǎn)養(yǎng)殖中微生態(tài)制劑的使用雖已被廣泛接受,但是人們對微生態(tài)制劑的安全性依舊存在一些質(zhì)疑,因此有必要加強微生態(tài)制劑安全性評估研究?？傊?微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。