地衣芽孢桿菌在水產養殖中的應用研究進展

(1.江蘇遠山生物技術有限公司，江蘇 鹽城 224001； 2.鹽城市農業微生物工程中心，江蘇 鹽城 224001)

隨著世界人口的迅速增長和經濟的發展，人類對動物性蛋白質的需求量日益增加，水產養殖業的發展在解決蛋白質資源緊缺方面發揮著重要的作用。但水產養殖業在發展過程中也出現了一些弊端，對產量和效益的追求往往導致放養密度過高，超出了養殖水體的承載能力，從而導致養殖環境惡化、水產動物免疫力降低，引起病害問題日益嚴重。而抗生素、殺蟲劑等傳統防控病害藥物的施用又存在病原生物抗藥性增強和藥物殘留的風險，加之人們對食品安全問題的日益重視，傳統防控病害藥物的使用將會受到嚴格的限制，水產養殖業也將向健康、生態養殖方向發展。

微生態制劑(Microecologics)是依據微生態學理論而制成的含有有益菌的活菌制劑，其功能在于維持宿主的微生態平衡、調整宿主的微生態失調并兼有其他保健功能[1]。微生態制劑因具有安全高效、無殘留的特點，符合水產養殖業的發展趨勢，因此受到人們的普遍關注并逐漸在水產養殖中得到推廣和應用，在防控疾病和水環境改善方面發揮越來越重要的作用。

地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)為革蘭氏陽性兼性厭氧菌，細胞呈桿狀，大小一般為(0.6～0.8) μm×(1.5～3.0) μm，芽孢呈橢圓形或柱狀，中生或偏中生，孢囊不膨大或輕微膨大；在肉質培養基上形成扁平、邊緣不整齊、表面皺褶的白色菌落；最適生長溫度大約為50℃，酶分泌的最適溫度為37℃。地衣芽孢桿菌對外界環境有較強的抵抗力，對高溫、酸性、膽鹽和人工胃液有一定的耐受能力[2]，我國已將其納入《中國飼料添加劑品種目錄(2013)》中，是較具應用潛力的菌種之一。目前，地衣芽孢桿菌已作為微生態制劑在水產養殖業中得到較廣泛的應用，具有促進水產動物生長，提高免疫力和凈化養殖水環境等多種作用。

1 地衣芽孢桿菌的功能及作用機理

1.1 調節腸道微生態平衡

地衣芽孢桿菌可調節水產動物腸道微生態平衡，抑制病原菌的生長，同時促進益生菌的生長和繁殖，防止因腸道菌群失調導致疾病的發生。首先，地衣芽孢桿菌可通過生物奪氧作用機制使腸道內氧氣濃度降低，從而促進腸道內的生理性厭氧菌如雙歧桿菌、乳酸桿菌等菌的生長繁殖，同時抑制需氧病原菌的生長；同時地衣芽孢桿菌在生長代謝過程中能產生多種抗菌物質，如桿菌肽、細菌素、溶菌酶、生物表面活性劑、苯乙酸等[3]，這些抗菌物質對多種病原菌有很強的拮抗作用；其次，地衣芽孢桿菌可分泌多種多糖分解酶，如α-淀粉酶、果膠裂解酶、β-1，3-1，4-葡聚糖酶、纖維素酶等[4]，這些酶可將多糖分解為寡糖，為腸道內的益生菌提供發酵底物，從而促進益生菌的生長和增殖。樊陳等[5]進行體外抗菌試驗，結果顯示，地衣芽孢桿菌產生的抗菌肽LYF12 對大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、副溶血弧菌等病原菌有較強的抑制作用。李明振等[6]從蘇州太湖邊新鮮土壤樣品中分離出地衣芽孢桿菌BB11 菌株，其發酵上清液對具有多重耐藥的致病性大腸桿菌K88、K99、987P 和沙門氏菌C782 均表現出較好的抑殺作用。

1.2 提高機體免疫力

地衣芽孢桿菌已被廣泛應用于激活免疫系統、調節免疫功能和改善機體的健康狀況等方面。地衣芽孢桿菌可調節腸道微生態平衡從而維護腸道生物屏障的完整性，防止潛在病原菌的定植和入侵，提高腸道的免疫防御作用；地衣芽孢桿菌能刺激免疫器官的生長發育，激活淋巴細胞，提高免疫球蛋白和抗體水平，增強細胞免疫和體液免疫功能，提高機體免疫力[7]；此外，地衣芽孢桿菌可通過調節免疫相關酶的分泌和免疫相關基因的表達而調節機體的免疫機能。Li等[8]研究發現，飼料中添加地衣芽孢桿菌可以顯著降低凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)腸道弧菌數量并顯著提高酚氧化酶(PO)和超氧化物歧化酶(SOD)活性，免疫力顯著提高。王稷等[9]研究一株地衣芽孢桿菌對提高泥蚶(Tegillarcagranosa)耐受鎘(Cd2+)脅迫的作用，結果顯示，地衣芽孢桿菌能降低泥蚶組織中Cd 殘留量，提高其存活率，并能有效地促進泥蚶體內SOD和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)酶活性的增加，同時降低三類免疫相關基因金屬硫蛋白(MT)、小熱休克蛋白分子(sHSP)和鐵蛋白(ferritin)在mRNA 水平上的表達。數據表明該地衣芽孢桿菌可通過調節泥蚶的免疫系統，起到降低Cd2+對泥蚶毒害的作用。

1.3 促進營養物質的消化吸收

地衣芽孢桿菌以內生孢子的形式進入動物腸道后，在腸道上部能迅速復活并分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等多種酶類[10-11]，這些酶將宿主自身難以消化的飼料成分分解為可供宿主吸收利用的小分子物質，促進營養物質的消化吸收；地衣芽孢桿菌產生的植酸酶可使植酸磷降解成肌醇和磷酸，從而提高飼料中磷的利用率，降低糞便中磷的排出量并可降低植酸鹽的抗營養作用[12]；地衣芽孢桿菌在代謝過程中還可合成多種維生素，如B 族維生素、維生素K 和葉酸等，改善腸道消化功能，進而促進機體對各種營養成分的消化和吸收；地衣芽孢桿菌在生長過程中能產生乙酸、丙酸和丁酸等揮發性脂肪酸，這些酸類能降低動物腸道pH值，酸化飼料，提高飼料消化吸收率[13]。在異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)日糧中添加地衣芽孢桿菌可顯著提高磷表觀消化率及食糜植酸酶活性，餌料系數顯著降低，魚體生長加快[14]。

1.4 凈化養殖水環境

在集約化養殖過程中，養殖環境的自身污染主要來源于人工飼料、有機肥料、養殖生物的排泄物和生物尸體殘骸等。這些物質的大量蓄積使得養殖水體中有機物、氨氮和亞硝酸鹽氮等污染物的濃度增加，導致水質惡化和病原生物大量滋生。水產動物在這些污染物的脅迫下長期處于應激狀態將導致其免疫力下降，病害頻發且治療難度較大。可見，水環境污染問題已成為我國水產養殖業所面臨的最為嚴重的挑戰之一。地衣芽孢桿菌因具有生長繁殖速度快、環境適應性強且分離培養較為容易等優點，在水產養殖水質凈化方面的應用日益廣泛。首先，地衣芽孢桿菌豐富的酶系可將水體中的有機物分解為無機鹽，為浮游植物提供營養物質，促進浮游植物繁殖，而浮游植物的光合作用，又為水產動物的呼吸、有機物的分解提供氧氣，從而形成一個良性的生態循環[15-16]；其次，地衣芽孢桿菌可抑制病原微生物的生長[17]，減少水環境中病原微生物的含量；此外，內服地衣芽孢桿菌可促進營養物質的消化吸收，從而減少糞便中氮的排放，間接改善水質。

2 地衣芽孢桿菌在水產養殖中的應用

2.1 作為飼料添加劑使用

地衣芽孢桿菌添加到水產動物飼料中可隨養殖動物攝食進入消化道而發揮益生作用，具有調節腸道微生態平衡，提高免疫力并促進生長的作用。劉波等[18]用含有地衣芽孢桿菌的飼料飼喂異育銀鯽，結果表明地衣芽孢桿菌顯著提高了魚體增重率和干物質、粗蛋白及磷表觀消化率，并降低了餌料系數，還顯著提高了食糜蛋白酶和淀粉酶活性及腸道組織蛋白酶活性，促進了魚體生長。Kumar等[19]在平均體重為4.0 g的羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)幼體飼料中添加地衣芽孢桿菌投喂60 d 后，蝦體生長性能顯著高于對照組；腸道細菌總數和芽孢桿菌數量顯著增加而致病菌氣單胞菌和假單胞菌數量顯著降低；免疫指標顯著增加；溶藻弧菌攻毒后的死亡率顯著降低，表明地衣芽孢桿菌可調節羅氏沼蝦的腸道菌群，提高免疫力并促進其生長。郝向舉等[20]用來源于中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)腸道的地衣芽孢桿菌ESB3 活菌飼喂中華絨螯蟹，結果表明，地衣芽孢桿菌ESB3可顯著提高蟹體增重率并明顯提高中華絨螯蟹對嗜水氣單胞菌的抵抗力。

地衣芽孢桿菌的飼喂效果與養殖動物種類、養殖動物的生長階段、腸道環境和養殖水體環境有關，因此，在不同養殖動物的飼養試驗中得到的地衣芽孢桿菌的最適需求量存在很大的差異(表1)。在實際應用中，應根據養殖動物種類、規格大小、生長階段以及環境因素等差異，確定制劑的用量。

表1 水產養殖動物對飼料中地衣芽孢桿菌的適宜需求量

2.2 投放到養殖水體中

曹煜成等[33]向養殖水體中投放地衣芽孢桿菌De株可使養殖黃鰭鯛(Sparuslatus)的成活率、體長增長率和體重增重率分別提高18.2%、21.0%和312%；水體中弧菌數量在養殖后期較對照組降低61.76%，底泥中的總異養細菌數量在養殖中后期較對照組提高38.61%，整個養殖期間水體及底泥中的芽孢桿菌數量分別較對照組提高15.34%和26.37%。沈文英等[34]向三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)飼養水體中投放一定量的地衣芽孢桿菌可提高三角帆蚌消化酶、免疫指標和抗氧化指標活性并顯著促進蚌體的生長。以上研究結果表明，水體中添加地衣芽孢桿菌可調節水體微生物菌群結構，提高免疫力并促進養殖動物生長。

在生產中，向養殖水體中施用地衣芽孢桿菌需綜合考慮水產動物種類、氣候條件、水環境條件等多種因素，需分析具體情況后確定用法用量(表2)，其中，三角帆蚌和泥蚶是濾食性貝類，可大量濾食投放到水體中的益生菌，這可能是投放量比魚蝦類養殖水體大得多的原因之一。

表2 水產養殖水體中地衣芽孢桿菌的用法用量

3 存在問題和展望

地衣芽孢桿菌是繼枯草芽孢桿菌之后又一在水產養殖業中得到廣泛應用的芽孢桿菌，但是在生產實踐過程中仍存在一些問題：1)水產養殖中使用的地衣芽孢桿菌大多來自某些陸生動物，并不是從水產動物或其生活環境中篩選出來，其功能的發揮受到水產動物自身消化道特點和水環境特點的限制；2)在實際應用中，往往沒有充分考慮水質條件是否適宜地衣芽孢桿菌的生存和繁殖，造成使用效果無法達到預期；3)地衣芽孢桿菌與其他菌株之間的配伍問題仍然沒有十分明確；4)地衣芽孢桿菌在保存和使用過程中存在活菌數下降較快，易受雜菌污染等問題。

當前，微生態制劑的研究和應用仍然處于初級階段，在實際應用中還存在一些問題。應該加強基礎研究，弄清楚地衣芽孢桿菌對水產養殖動物腸道和水體原籍菌群的影響；地衣芽孢桿菌的加工工藝和保存條件需進一步優化以確保制劑能夠長期高效保存；根據水環境特點和水產動物品種、規格的差異確定不同的用法用量，減少盲目使用；尋找與其具有協同作用的菌株，做出復合微生態制劑，將微生物的作用最大化，這也是未來的發展趨勢。總之，隨著對地衣芽孢桿菌研究的深入，地衣芽孢桿菌的開發和利用將更加科學合理，并可促進水產養殖業的健康發展。

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