淡水魚類腸道微生物菌群研究進展

馬阿敏，李 娜,2,3*，覃虹焱，王子悅，姚 曲

（1.湖南文理學院 生命與環境科學學院，湖南 常德 415000；2.動物學湖南省高校重點實驗室，湖南 常德 415000；3.水產高效健康生產湖南省協同創新中心，湖南 常德 415000）

腸道的生物屏障是一個含有豐富共生微生物菌群的微生態系統，菌群平衡狀態關系著生物機體的健康，可以促進生物消化吸收營養物質、防御病原微生物入侵和調節生物機體正常的免疫防御機能。魚類是脊椎動物的一個類群，也是種類最多的一類，約占脊椎動物總數的48.1%[1]。與陸生脊椎動物相比，魚類生活在水中，腸道微生物組成更加復雜，這與其生活的水體環境緊密相關。

1 淡水魚類

淡水魚類是指棲息于江河、湖沼、水庫等淡水水域的魚類。世界上已知淡水魚約8 600種，我國有1 050種，淡水養殖在中國養殖業中占據越來越重要的地位，產量居世界第一。淡水魚分軟體魚類、軟骨硬鱗魚類、硬骨魚類、真骨魚類等4類。我國淡水魚多為草食性和雜食性，僅少量為肉食性，養殖量最大的是草魚、鯉魚、鯽魚和鳙魚[2]。

2 淡水魚類腸道微生物菌群特征

淡水魚腸道內存在大量微生物菌群，優勢菌多為細菌，每種細菌的數量及分布各不相同，分為路過的菌群和定植的菌群兩類。與恒溫動物相比，魚類腸道菌群數量偏低，多數淡水魚腸道微生物菌群主要以氣單胞菌屬、假單胞菌屬和擬桿菌門為主，其次是桿菌屬、腸桿菌科、不動桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、微球菌和梭桿菌屬，還有一些乳酸菌[3]。研究報道不同食性淡水魚類腸道微生物菌群組成存在差異（見表1）。

表1 常見淡水魚類腸道微生物菌群組成

3 淡水魚類腸道微生物菌群功能

魚類腸道微生物菌群是一個多樣的群落[15]，是實現魚體正常生理功能不可缺少的部分，與宿主的營養、消化、免疫及抵御病原微生物侵襲等方面的能力相關[16]。魚體與菌群之間形成共生關系，彼此依賴，相互制約。淡水魚類腸道微生物菌群功能包括以下3個方面。

3.1 提高對營養物質的吸收與利用

健康的淡水魚類腸道微生物菌群能分泌產生各種酶，包括纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、淀粉酶等，它們是消化酶的重要來源，對淡水魚類吸收利用營養物質至關重要。魚類腸道微生物菌群還可以合成某些維生素，如鯉魚腸道內細菌能合成VB12、VB1、生物素、泛酸等，攝食藻類的魚消化道內存在木聚糖分解菌，攝食甲殼質的魚類消化道內存在甲殼質分解菌。Smith[17]等研究發現魚類腸道中厭氧菌群所分泌的揮發性脂肪酸有助于增加魚類對營養物質的吸收利用。吳杰奇[18]等采用微生物傳統選擇培養法和比色法測定草魚、鯽魚、鰱魚和鳙魚腸道的微生物酶活性，發現草魚腸道內纖維素酶和淀粉酶活性最高，鯽魚腸道內蛋白酶和脂肪酶活性高，鰱魚和鳙魚腸道酶活性均低于草魚和鯽魚。

3.2 屏蔽病原微生物入侵

種類眾多的腸道微生物菌群形成一道天然免疫屏障，抑制病原微生物的定居和增殖，使魚體免受病害侵襲。芮浩鵬[19]研究發現魚類的體表和消化道黏膜內都有抑制病原微生物定居和增殖的共生菌叢。另外一些細菌可以抑制多種病原菌，如在鮭魚腸道中比較常見的肉桿菌屬細菌能抑制嗜水氣單胞菌、殺鮭氣單胞菌和米氏鏈球菌。Sugita[20]等對304株分離自淡水魚類腸道的細菌進行抗菌實驗，發現2.7%的腸道菌能抑制不同病原體，3.2%的腸道菌能抑制氣單胞菌。

3.3 促進建立機體免疫

腸道免疫系統既能為機體提供免疫防御，又具有免疫調節功能。棲息在魚腸道內的大量正常菌群與宿主共同維持內穩態平衡，加強對機體的免疫保護[21]。Rawls[22]等發現某些存在于斑馬魚腸道中的微生物菌群能產生刺激腸道上皮細胞增殖及斑馬魚自身免疫系統應答的功能物質。李莉[23]發現草魚腸道優勢菌的變化可能與白細胞吞噬活性增強有關。

4 益生菌在淡水魚類養殖中的作用

益生菌是指通過改善宿主腸道微生態平衡而對宿主發揮有益作用的活菌制劑，我國在20世紀80年代對應用于水產養殖業中的益生菌開始研究[24]，通過添加的方式調節養殖魚類的腸道微生物組成與活力，既可以提高水產動物的存活率及其對飼料的利用率，又可以改善水體環境質量，具有安全環保的特點。益生菌在水產養殖中根據施用方式的不同分為兩類，即微生態飼料添加劑和微生態調節劑。微生態飼料添加劑以活菌的形式添加在飼料中，用來飼養水產動物，但此類應用效果較好的產品較少；微生態調節劑在我國水產養殖行業中得到了廣泛應用和認可，常用的菌種包括乳酸菌、酵母菌、光合細菌、芽孢桿菌、硝化細菌和反硝化細菌等。

4.1 促進魚類生長發育

作為微生物水產益生菌能產生促進消化的營養物質，有助于提高魚體對飼料的轉化率，促進生長。Wu[25]等發現枯草芽孢桿菌能促進飼料的利用率，增加消化道內芽孢桿菌的數量。水產益生菌本身也可以為宿主提供營養物質，如維生素、礦物質和酶類等。作為魚類腸道的益生菌，乳酸菌在魚類養殖過程中發揮著重要作用[26]，一方面能合成魚類生長所需的維生素；另一方面能產生消化酶類及生長因子，促進魚類消化，提升魚類產品質量。

4.2 增強魚類抗病力

在養殖過程中應科學合理的施用益生菌來增強魚類抗病力。目前報道的大多數益生菌能分泌有機酸、細菌素及抗生素類物質，抑制或殺死周圍其他有害菌群，阻止病原微生物侵入，從而達到抗病作用[27]。單曉楓[28]等發現在糞腸球菌MLS-7株無細胞發酵液中放入嗜水氣單胞菌，培養24 h后活的嗜水氣單胞菌幾乎無法被檢測出來，推斷可能是MLS-7株所分泌出來的抑菌物質在起作用。劉克琳[29]等在鯉魚配合飼料中添加濃度0.1%的芽孢桿菌，發現試驗組鯉魚免疫器官和淋巴細胞比對照組成熟更早、細胞數量增多、產生更多抗體。

4.3 改善養殖水體環境

養魚就是養水，調節好養殖水體的水質能為養殖的魚類提供更安全的生存環境。水產養殖過程中使用的益生菌既能使水體中多余的餌料產生降解反應，分解養殖水體環境中的糞便和有毒物質，又能對水體中多余的有機物和氨氮進行吸收，以達到改善水質的目的。實際應用中往往采用混合菌劑形式，在草魚養殖水體中富集與氮磷循環相關的多種細菌能有效促進磷和氮轉化[30]。目前用于水產養殖中調節水質的EM菌劑是由80多種微生物復合而成，以光合細菌、放線菌、酵母菌和乳酸菌為主[31]。光合菌適應性強，能忍耐高濃度有機廢水，其代謝活動能凈化水體中的亞硝酸銨，減少水中物質的需氧量，生成硝酸鹽和磷酸鹽，使水體中的有機質得到控制，達到改善養殖水體環境質量的目的，是水產養殖行業中使用較多的菌種之一。

4.4 篩選水產益生菌

隨著淡水養殖業的高效健康發展，關于水產益生菌的研發報道逐漸增多。雖然有一些水產益生菌產品上市，但實際應用效果并不理想。普遍認為從宿主自身腸道或宿主生存的水體環境中分離篩選的益生菌優于從不同生境分離的益生菌。當前對水產益生菌的篩選主要采用選擇性培養或體外拮抗試驗、定植與黏附性試驗、應用性試驗等方法[32]。大多數研究都是將拮抗試驗作為水產益生菌篩選的第一步，這樣就能高效篩選出對有害菌有抑制作用的益生菌。水產益生菌能否有效在養殖生物腸道內定植下來，被認為是篩選益生菌的重要標準。目前應用較多的益生菌包括酵母屬、乳球菌屬、乳酸桿菌屬、梭狀桿菌屬、氣單胞菌屬、希瓦氏菌屬、明串珠菌屬、芽孢桿菌、肉桿菌[33]。

5 益生菌在水產行業應用中存在的問題

當前益生菌在水產養殖應用中還存在問題。首先，任何一種微生物只有在能滿足其營養需求和繁殖條件的基礎上才能存活下來。如果水體的質量不能滿足微生態制劑中菌體繁殖和生存的條件，那么再多的益生菌撒入水體也毫無用處。其次，如果水體質量條件能夠滿足益生菌的需求，這些益生菌就可能大量繁殖而替代水體中原籍菌群，對魚體內原籍菌和水體環境質量等產生影響。第三，水產養殖中適用的益生菌種類不豐富，益生菌在改善水體質量和促進魚類發育方面的作用不明顯等。

6 展望

隨著我國水產養殖業的快速發展，在養殖中不合理地使用抗生素對人體的健康會帶來安全隱患，因此健康安全的生態養殖方法極為重要。為解決養殖中抗生素濫用的問題，有關人員需采取針對性措施，通過篩選魚體本身腸道有益微生物菌群的方法，為健康高效的水產生態養殖提供新思路。近年來，由于各種宏組學技術的應用，對魚類腸道微生物菌群功能的研究越來越深入，一些新的有益微生物菌群也相繼被發現。因此，更加深入地了解魚類腸道微生物的組成與作用機理，可以更好地對其管理調控，從而對魚類的健康養殖起到積極作用。