酵母細胞壁中β-葡聚糖在水產養殖中的研究進展

易建華，楊凡，聶琴，戴晉軍，胡駿鵬

（安琪酵母股份有限公司，湖北宜昌443003）

酵母細胞壁中β-葡聚糖在水產養殖中的研究進展

易建華，楊凡，聶琴，戴晉軍，胡駿鵬

（安琪酵母股份有限公司，湖北宜昌443003）

酵母細胞壁中β-葡聚糖已廣泛應用于各種水產飼料，能提高水產動物的免疫力，減少應激反應。本文綜述了酵母細胞壁中β-葡聚糖的作用機理及其在水產動物上應用效果。

酵母細胞壁；β-葡聚糖；水產動物

控制魚病的方法主要有三種，分別為化學藥物療法、疫苗接種和使用免疫增強劑。化學藥物治療雖然是魚病的主要防治方法，但化學試劑和抗生素的大量使用往往導致藥物殘留和耐藥性的產生，污染水環境，并對人類健康造成潛在威脅。疫苗接種是控制魚病的最直接有效的方法，但由于免疫反應的特異性，一種疫苗只能特異性地預防相應的某種疾病，所以實際作用也非常有限。使用免疫增強劑是近幾年新興的增強免疫力的方法，其具有性能多樣、資源豐富、天然、抗藥性不顯著、毒副作用小、可降解等優點。

酵母細胞壁中β-葡聚糖是目前研究和應用最多的免疫增強劑之一，它能提高動物自身免疫力，增強自身對細菌、真菌、病毒及寄生蟲的抵抗力，減少不良應激，提高動物的生產性能。酵母細胞壁在水產動物中的使用具有安全、高效、低毒、無殘留、無耐藥性、低成本等優點，因此對水產養殖業的健康發展具有重大意義。

1　酵母細胞壁中β-葡聚糖的作用及機理

酵母細胞壁中β-葡聚糖是一種具有特殊結構的多糖，通常由10～20個單糖組成，分子量約為6500～7500，大多數為水不溶性或膠質顆粒。酵母細胞壁中β-葡聚糖的單糖之間以β-1，3鍵和β-1，6鍵相連。由于特殊的鍵結方式和分子氫鍵的存在，β-葡聚糖呈螺旋形分子結構，其特殊的構型對動物的免疫系統具有較強的刺激作用。

β-葡聚糖能直接與單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、自然殺傷細胞（NK）的表面特定受體（SR、TLRs、Dectin-1、CR3）結合，并激活巨噬細胞的吞噬作用，釋放特定的細胞因子（IL-1、IL-6、GMCSF、干擾素）以及抗體，這些細胞因子能刺激新的白細胞的形成，從而誘導機體產生一系列的細胞免疫和體液免疫反應，增強機體非特異性免疫力。此外，酵母細胞壁多糖可通過補體系統的替代途徑，激活C3、C4等補體活性，從而使機體產生一系列的炎癥應答或免疫黏附反應。與魚類不同的是，在甲殼類和貝類的血清中存在能與β-葡聚糖結合的受體——β-葡聚糖結合蛋白，二者結合后能促進淋巴顆粒細胞釋放絲氨酸，絲氨酸又可以激活酚氧化酶系統，并將酚氧化酶原（proPO）氧化成酚氧化酶，酚氧化酶能將酚氧化成醌，并最終在體內合成黑色素，醌與黑色素等活性物質均可直接參與甲殼動物和貝類一系列免疫防御反應。

2　β-葡聚糖在水產養殖中的應用

β-葡聚糖在水產養殖中的應用較為廣泛，其中酵母源的β-葡聚糖報道最多。研究表明，來自于酵母細胞壁的β-葡聚糖不僅能提高機體的免疫能力，還能改善水生動物的生長性能。

2.1增強免疫力關于β-葡聚糖的研究報道大部分集中在對其免疫功能的探討。β-葡聚糖提高水生動物的免疫功能主要通過以下幾個途徑實現。

2.1.1提高水生動物溶菌酶活性溶菌酶是一類成抗生性物質的水解酶，主要分布在血清、黏液、巨噬細胞和單核細胞的胞質中。溶菌酶能破壞細菌細胞壁黏肽中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖間的1，4-糖苷鍵，因此能溶解革蘭氏陽性菌，與補體結合后可以溶解部分革蘭氏陰性菌。目前研究表明，β-葡聚糖可提高多數魚類的溶菌酶活性，如南亞野鯪（Misra等，2006）、大黃魚（Ai等，2007）、石斑魚（Bagni等，2005）等，但對部分魚類（Sealey等，2008）的溶菌酶活性影響不大，可能與添加劑量和方式有關（表1）。

表1　β-葡聚糖在水產養殖中的應用劑量及效果

2.1.2激活補體活性補體是一類具有酶活性的球蛋白，C3是補體系統的主要成分，可以通過經典或旁路途徑激活。對南亞野鯪多重注射（間隔2周1次，重復4次）β-葡聚糖的研究發現，在第一次和第二次注射后的補體活性明顯增加，且注射濃度為10 mg/kg時第二次注射補體活性最高（Misra等，2006）。在石斑魚的研究中也發現β-葡聚糖投喂組血清中的補體活性要明顯高于對照組（Bagni等，2005）。

2.1.3激活吞噬細胞的吞噬活性吞噬細胞表面含多個β-葡聚糖受體（SR、TLRs、Dectin-1、CR3）能與β-葡聚糖結合而激活吞噬細胞的吞噬活性。研究表明，β-葡聚糖可以提高吞噬細胞的吞噬率和吞噬指數。用濃度10 mg/kg的β-葡聚糖多重注射南亞野鯪的研究發現，處理組吞噬細胞的吞噬率明顯提高（P＜0.05）（Misra等，2006）。用不同濃度（0、0.09%、0.18%）β-葡聚糖飼喂大黃魚時發現，0.09%處理組的吞噬率要顯著高于對照組（Ai等，2007）。亞洲鯰魚飼喂含β-葡聚糖的飼料時，吞噬細胞的吞噬率和吞噬指數均顯著增加（Kumari和Sahoo，2006）。

2.1.4提高吞噬細胞呼吸爆發活力吞噬細胞呼吸爆發活力是先天性免疫的重要組成部分，過程中產生活性氧O2-能殺死入侵的微生物。研究報道β-葡聚糖能促進南亞野鯪（Misra等，2006）、大黃魚、鯉魚和亞洲鯰魚吞噬細胞O2-的產生。用濃度10 mg/kg的β-葡聚糖多重注射南亞野鯪能顯著提高O2-的產生。不同濃度的β-葡聚糖（0、100、500、1000 μg/尾）腹腔注射鯉魚時，處理組O2-的產生明顯高于對照組，而500和1000 μg/尾的處理組要顯著高于100 μg/尾的劑量（Selvaraj等，2006）。

2.1.5提高抗體水平和抗病能力抗體是體液中特異的免疫因子，是機體受外源性物質刺激后產生的特異性結合蛋白。β-葡聚糖能提高水生動物的抗體水平已在多個研究中得到證實。Misra等（2006）在南亞野鯪的研究發現，注射適量的β-葡聚糖能提高南亞野鯪對愛德華氏菌和嗜水氣單胞菌的抗體效價。飼喂β-葡聚糖的虹鱒在感染壞死病病毒后有較高的成活率，表明β-葡聚糖在一定程度上能提高虹鱒的抗病能力（Sealey等，2008）。

2.1.6提高甲殼動物血清中酚氧化物酶活性研究證實，β-葡聚糖能結合甲殼動物血清中受體——β-葡聚糖結合蛋白，激活酚氧化物酶原。Chang等（2003）的研究發現，攻毒前飼喂斑節對蝦一定量的β-葡聚糖能提高酚氧化物酶的活性，并有助于攻毒后酚氧化物酶的活性的恢復。許國煥等用2 g/kg的β-葡聚糖的飼料飼喂南美白對蝦可以明顯提高酚氧化物酶活性。

2.2改善生長性能研究表明，β-葡聚糖在促進魚類生長、提高飼料轉化率上有一定作用。在紅鯛上的研究發現，飼料中添加一定量的β-葡聚糖能促進紅鯛的生長（Cook等，2003）。同樣的現象在南亞野鯪（Misra等，2006）、大黃魚（Ai等，2007）、花鱸（吳春玉等，2013）、暗紋東方鲀（王永宏，2013）、赤鰭笛鯛（Cook等，2003）、鯉魚（Kühlwein等，2014）、秘魯笛鯛（Navarrete和Tovar-Ramírez，2014）均有發現。在蝦料中添加β-葡聚糖同樣對蝦類的生長也有一定的促進作用。研究發現，飼料中添加β-葡聚糖對南美白對蝦具有促進生長的作用并且能夠降低飼料系數（陳云波等，2002）；日糧中添加β-葡聚糖也能顯著影響凡納濱對蝦的生長和成活率（楊福剛等，2005）。宋理平等（2005）研究表明，在日糧中同時添加維生素C和β-葡聚糖能夠顯著促進中國明對蝦的生長，且高于只添加維生素C的試驗組。但部分研究表明，β-葡聚糖對水生動物的促生長作用不太明顯（Sealey等，2008），且β-葡聚糖促生長的機制尚不明確，可能與劑量和效應時間有關，有待進一步研究。

2.3β-葡聚糖的添加劑量和方式β-葡聚糖作為免疫刺激劑其劑量對水生動物的免疫反應有重要影響。合適的劑量和添加方式能使水生動物達到最佳的免疫效果（Meena等，2013）。將每100 g含0.5 g β-1，3/1，6-葡聚糖的飼料投喂虹鱒1周，然后用耶爾森氏鼠疫桿菌疫苗浸泡免疫，結果發現血清中特異性抗體分泌細胞（ASC）的數量和Ig水平增加，因此β-1，3/1，6-葡聚糖可以增加耶爾森氏鼠疫桿菌疫苗的免疫效力（Siwicki等，2004）。然而，飼喂虹鱒含0.1%β-葡聚糖的飼料4周，經2 h的運輸應激后，處理組的非特異性免疫反應（吞噬作用和氧化自由基的產生）得到提高，并能減緩運輸應激帶來的負面影響，增強對柱狀屈撓桿菌的抵抗力，飼喂含0.1%β-葡聚糖飼料的處理組在運輸應激下的皮質醇和血糖含量均為最低的（Jeney等，1997）。在南亞野鯪上的研究發現，250 mg/kg的β-葡聚糖添加量是最佳的，其免疫參數（白細胞總數、吞噬率、吞噬細胞指數、溶菌酶活性、補體活性和血清殺菌活性）在投喂42 d時上升至最高（Misra等，2006）。

不同添加方式（腹腔注射、浸泡、口服）的效果在不同的魚類是不一樣。在對嗜水氣單胞菌感染鯉魚的研究中發現，腹腔注射不同濃度的β-葡聚糖和脂多糖（LPS）后的相對成活率均為100%，口服方式下高濃度組（1%β-葡聚糖+LPS）有較高的相對成活率，而浸泡對相對成活率無改善作用。但劑量和添加方式對白細胞介素-1β的mRNA表達和補體活性均無顯著影響（Selvaraj等，2006）。面包酵母細胞壁β-葡聚糖也使用上述三種添加方式，按照每尾100、500、1000 μg的濃度飼喂鯉魚，結果發現，每尾腹腔注射500 μg能提高相對成活率，而浸泡和口服方式對相對成活率無影響；處理7 d后三種β-葡聚糖濃度均能增加白細胞、中性粒細胞和單核細胞數量，提高白細胞介素-1β的mRNA表達（Selvaraj等，2005）。被免疫和未被免疫的尼羅羅非魚飼喂不同濃度的β-葡聚糖（0、50、100、200 mg/kg飼料）14周，發現β-葡聚糖免疫與否以及二者組合均對生長和成活率無影響，但是100、200 mg/kg的β-葡聚糖濃度組的飼料轉化率均要低于50 mg/kg β-葡聚糖濃度組（Whittington等，2005）。

3　β-葡聚糖在水產養殖中的應用及研究前景

在水產飼料中適量地添加酵母源的β-葡聚糖可以提高水產動物的機體免疫力，增強水產動物在不良環境下的應激反應，減少疾病的發生率，從而為水產動物的健康養殖提供保障。酵母細胞壁的β-葡聚糖作用機理在不同養殖環境中和水產養殖品種上有所不同，一些深層次的問題還沒有研究清楚，但其應用范圍和效果已得到廣泛證實。β-葡聚糖是酵母細胞壁多糖的主要功能性成分之一，其有效含量與生物學功能與酵母菌種來源、培養條件及酵母細胞壁的加工工藝均密切相關。相信在未來新型免疫增強劑的開發過程中，隨著酵母細胞壁的深加工工藝的不斷改進，酵母源β-葡聚糖將有更深入的研究和更廣闊的應用前景。

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The β-glucan of yeast cell wall was widely used in a variety of aquatic feed，which can improve immunity of aquatic animals，reduce the stress response to a hostile environment.This paper reviewed the mechanism and application of β-glucan of yeast cell wall in aquaculture.

yeast cell wall；β-glucan；aquatic animal

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20161410

S816.7

A

1004-3314（2016）14-0041-04