乳酸菌對魚類生長影響研究進展

李瑞，王勁松，高夢祥

（1.長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025；2.荊楚理工學院生物工程學院，湖北 荊門 448000）

為了滿足人們對水產品需求的增加，水產養殖業必須從粗放型向半集約型和集約型轉變[2]，提高增長率[1]，新型養殖系統不可避免地會伴隨一些新的問題，如疾病的爆發以及水環境的惡化，大量用抗生素或化學療法來抑制疾病。抗生素不僅殺死致病菌，還能殺死胃腸道系統中的有益微生物群，導致病原菌產生耐藥性和藥物殘留及環境危害等[3]。許多國家禁用抗生素后，開發動物抗生素生長促進劑替代品一直是全球動物營養領域的關注焦點[4,5]。

乳酸菌是一類能從發酵性碳水化合物中產生大量乳酸的革蘭氏陽性細菌的統稱，對宿主具有多種有益作用，如可增強魚類機體免疫力，幫助腸道消化、抵御病原菌，改善水質，促進生長和繁殖，具有極大的抗生素替代品潛力[6]，近年來受到魚類養殖業的特別關注。目前在自然界已發現的這類菌至少有23 個屬，包括乳桿菌屬Lactobacillus、肉食桿菌屬Carnobacterium、鏈球菌屬Streptococcus、腸球菌屬Enterococcus、乳球菌屬Lactococcus、明串珠菌屬Leuconostoc、片球菌屬Pediococcus、氣球菌屬Aerococcus、奇異菌Atopobium、漫游球菌屬Vagococcus、利斯特氏菌屬Listeria、芽孢乳桿菌屬Sporolactobacillus、芽孢桿菌屬Bacillus 中的少數種、環絲菌屬Brochothix、丹毒絲菌屬Erysipelothrix、孿生菌屬Gemella、糖球菌屬Saccharococcus、四聯球菌屬Tetragenococcus、酒球菌屬Oenococcus、乳球形菌屬Lactosphaera、營養缺陷菌屬Abiotrophia、魏斯氏菌屬Weisella 和雙歧桿菌屬Bifidobacterium。其中乳桿菌屬和雙歧桿菌屬與機體的保健密切相關；治療和預防人和動物的某些腸道疾病也與這兩個菌屬中的許多菌有關[9]。在水產養殖中，乳酸菌的這種益生作用尤為重要，了解乳酸菌對魚類生長的影響十分必要[10,11]。乳酸菌被認為是安全的添加劑，添加乳酸菌促進魚類的健康具有廣闊的應用前景[12,13]。但關于乳酸菌促魚類生長機理的研究甚少，大部分研究集中在魚類的免疫調節中。本文主要介紹乳酸菌在改善魚類腸道結構、促進機體代謝及生長、凈化水質等作用，重點闡述促魚類生長的作用機理。

1 乳酸菌對魚類生長的影響

1.1 改善魚類腸道結構

乳酸菌能加強腸上皮結構[14,15]。Falcinelli 等[16]研究表明，添加鼠李糖乳桿菌Lactobacillus rhamnosus 會增加斑馬魚Brachydanio rerio var 腸道微絨毛和腸上皮細胞長度，減少腸上皮中脂質滴的大小，還提高了厚壁菌門序列的豐度，減少了放線菌的豐度。腸道微生物組誘導參與膽固醇和甘油三酸酯代謝的基因（fit2、agpat4、dgat2、mgll、hnf4α、scap 和cck），降低了體內總膽固醇和甘油三酸酯含量，增加脂肪酸水平，使斑馬魚生長加快。大量研究表明，乳酸菌能與魚類病原菌產生競爭性粘附，分泌拮抗化合物抑制病原菌的生長[17]。

1.2 增強魚類的免疫調節

乳酸菌增強魚類免疫調節主要是通過抑制病原體的生長及作為免疫刺激劑[18]，通過顯著提高細胞和體液免疫反應，如腎巨噬細胞吞噬活性、過氧化物酶和溶菌酶活性以及總蛋白水平。Balcazar 等[19]的研究也說明了這一點，在第二周結束時與對照組比較，所有乳酸菌處理組的頭部、腎臟中白細胞的吞噬活性和血清中的替代補體活性均顯著提高。另一項研究也表明，添加乳酸菌不同程度地激活了大菱鲆Scophthalmus maximus 白細胞呼吸爆發活性和吞噬作用[20]。在喂食短小芽孢桿菌Bacillus pumilus Meyer and Gottheil 和克勞氏芽孢桿菌Bacillus clausii 的石斑魚Epinephelus spp.中觀察到，血清IgM 水平、血清溶菌酶活性和吞噬活性顯著提高[21]。Giri 等[22]研究發現，枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis、銅綠假單胞菌Pseudomonas aeruginosa 和植物乳桿菌Lactobacillus plantarum 組合飼料組顯著提高了巨噬細胞的血清溶菌酶活性和替代補體途徑（ACP）活性、吞噬作用和呼吸爆發活性，處理組魚血清IgM水平顯著高于對照組，顯著提高嗜水氣單胞菌Aeromonas hydrophila 攻擊后的存活率。這些乳酸菌補充劑可以影響魚類的免疫應答效果，如調節超氧化物歧化酶（SOD）和溶菌酶的表達、免疫球蛋白（IG）的分泌、補體的激活，以及改善呼吸爆發活性（RBA）、吞噬活性和細胞因子譜。Wang 等[23]向飼料中添加糞腸球菌Enterococcus faecalis，使尼羅羅非魚Oreochromis niloticus 補體組分的含量、過氧化物酶（MPO）活性和血液吞噬細胞的呼吸爆發活性提高。

1.3 促進魚類新陳代謝與生長

將乳酸菌添加到飼料后，乳酸菌迅速進入魚類的腸道定植、繁殖及代謝，產生維生素、氨基酸、營養物質、促生長因子、生長激素等代謝產物，促進魚類的生長及增重[24,25]。乳酸菌還會有效提高多種消化酶活性。如Cuneyt 等[26]的報告顯示，商業乳桿菌屬可使金頭鯛Sparus aurata 的胰腺和腸道酶的比活顯著提高；魚存活率比對照組高出13%～105%，比增長率高2%～9%。Enferadi 等[27]發現：益生菌組與對照組虹鱒ncorhynchus mykiss 的腸道形態無明顯差異，植物乳桿菌添加量較低組中酸性蛋白酶活性較高，堿性蛋白酶活性和胰蛋白酶活性更高。乳桿菌也可最大程度地產淀粉酶[28]。高活性淀粉酶、堿性蛋白酶、胰蛋白酶更有利于水解腸道中多種蛋白質，促進機體生長[29]。

1.4 凈化水質，維持水環境穩定

養殖密度較高的水產養殖水體沉積很多排泄物、餌料、動植物殘體等，水體滋生有害菌，產生有害物質。乳酸菌自身代謝產生大量有機酸，如乙酸、乳酸、丙酸、丁酸等抑制養殖魚類病原體，降解水體中的氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫等有害物質[30]，乳酸菌使氨氮和亞硝酸鹽部分轉化為硝酸鹽，降低氨氮（NH3-N）和亞硝酸鹽氮（NO2-N）水平（濃度為105cfu·mL-1）[31]，去除水中的金屬離子與黃曲霉毒素B1，以達到凈化水質，維持水環境穩定的目的[32]。據報道，鼠李糖乳桿菌GG（ATCC 53103）和鼠李糖乳桿菌LC-705（DSM 7061）可以有效從溶液中去除黃曲霉毒素B1；溫度（4～37℃）和pH（2～10）的變化對黃曲霉毒素B1 的釋放量沒有明顯影響[33]。

2 乳酸菌促魚類生長機理研究進展

許多研究均已表明，膳食補充乳酸菌積極改變了魚類的胃腸道微生物群，使魚體的生長增強，脂質代謝改善，免疫反應增強，腸道的生理狀態更佳，飼料利用效率更高等[34]。這對水產養殖非常必要[35]。

2.1 改善營養吸收

補充乳酸菌的主要目的是通過改善營養吸收來提高魚類生長指數、健康狀況和對病原體的抵抗力。生長的提高可能是飲食營養同化作用的結果。微生物群落產生的代謝底物如維生素[36]或消化酶[37]的可用性增加。也有研究指出：乳酸菌在水產養殖生物中的主要作用方式和有益作用之一是補充消化酶，提高生長和飼料效率，抑制腸道疾病和改善腸道功能來增強宿主的營養[38]。它們在消化系統中產生不同的酶，如淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶和堿性磷酸酶，或刺激宿主的消化系統產生這些酶[39]。乳酸菌還可增強腸道上皮的結構，提供更大的吸收表面積改善營養吸收[40,41]。Yamashita 等[42]研究表明，向飼料中添加植物乳桿菌增加了尼羅羅非魚腸道中乳酸菌的含量，減少弧菌科的數量，顯著提高了增重率、比生長速率和飼料利用效率。牙鲆[43]Paralichthys olivaceus、露斯塔野鯪Labeo rohita[44]和虹鱒Oncorhynchus mykiss[45]等也有類似發現。

值得注意的是，乳酸菌對不同魚類的生長性能具有積極作用，還有一些報告卻表明，乳酸菌作為生長促進劑沒有明顯的變化，如地衣芽孢桿菌Bacillus licheniformis 和枯草芽孢桿菌對虹鱒[46]、斑點叉尾Ictalurus punctatus[47]和羅非魚[48]的生長速率沒有顯著促進作用。究其原因，可能是魚的種類、乳酸菌種類、乳酸菌的菌齡、添加劑量等條件使結果產生重大差異[49]。不同添加方式、劑量及施喂周期也影響乳酸菌菌株與宿主的相互作用[49]。因此，必須進一步優化乳酸菌的添加方式、施喂劑量和施喂周期。

2.2 調節食欲內分泌

迄今為止，關于益生菌對魚類食欲內分泌調節的信息很少[50]。胃腸道是主要的內分泌器官，它產生和釋放各種信使，以旁分泌或內分泌的方式發揮作用，協調消化和調節代謝動態平衡。這些激素特別在饑餓、食物攝取、飽腹感和能量平衡中發揮作用[51,52]。在哺乳動物和硬骨魚類中，補充乳酸菌使胃腸道中相關的微生物發生變化，調節食欲控制相關基因的表達。神經肽Y（NPY）被認為是魚類中最強的促食欲分子，作用于Y1 受體加速結腸的轉運，增強食欲[53]。它的表達受腸道微生物區系變化的影響[54]。魚類腸道的糖苷水解酶酶譜有限，但添加乳酸菌會使腸道微生物區系合成大量這些酶，將不可消化的碳水化合物發酵成短鏈脂肪酸[55]。這些短鏈脂肪酸通過GPR41 作用于表達酪酪肽（PYY）的L 細胞[56]，促進PYY 分泌并作用于Y2 受體，可以達到抑制結腸轉運的目的[57]，產生飽腹感，降低饑餓和能量攝入。另有研究報道，鼠李糖乳桿菌通過上調瘦素來降低斑馬魚的食欲[50]。瘦素通過上調厭食信號，如黑素皮質素受體4（MC4R）和下調促食欲信號如神經肽Y（NPY）和大麻素受體1（CB1）來減少食物攝入量[58,59]。敲除MC4R 直接促進脂質攝取和甘油三酯合成，導致肥胖。CB1 也是一種食欲信號，負責攝食和體質量增加[60]。CB1 受體刺激造脂轉錄因子SREBP-1C，增加斑馬魚的肝臟脂質積累，并增加從頭合成的脂肪酸[61]。Falcinelli 等[62]也有類似報道，食物中鼠李糖乳桿菌使致癌基因的轉錄減少，致厭食基因的上調以及涉及膽固醇和甘油三酸酯（TAG）代謝基因的轉錄減少，膽固醇和甘油三酸酯的含量降低，同時還降低了HFD-P 中的NESFATIN-1 肽，減弱了以HFD-P 和MFD-P 喂養的斑馬魚體質量增加。但有趣的是，Giorgia 等[63]研究報道，鼠李糖乳桿菌可以促進尼羅羅非魚增食信號，如神經肽Y（NPY）和促生長激素釋放肽（GHRELIN）的上調和瘦素的減少，從而增強食欲。

2.3 刺激生長和發育基因

魚的增生和肥大性肌肉生長受幾種遺傳因素控制，例如生長激素（GH）、胰島素樣生長因子（IGFs）和肌生長抑制素（MSTN）[64]。這些激素發出的信號會影響肌肉纖維的合成代謝和分解代謝過程之間的平衡；當蛋白質合成勝過降解時，就會生長[65]。GH 誘導肌細胞增殖和肌肉增生及肥大來刺激魚的肌肉生長[66]。在肌肉中，IGF 直接刺激肌肉細胞增殖、分化和肥大，抑制肌肉萎縮。魚的生長與肌肉的生長呈正相關，主要受GH/IGF 系統調節[67,68]。Qin 等[69]研究也發現，干酪乳桿菌BL23 處理的斑馬魚中，生長調節基因igf1、igf2、igfbp2a、igfbp2b 和igfals 被上調。通過RT-qPCR 在干酪乳桿菌BL23 處理組中觀察到igf1 mRNA 擁有更高水平的轉錄。在飼料中補充鼠李糖乳桿菌，小丑魚Amphiprioninae的體質量增加，涉及生長和發育的因子（IGFI 和IGFII、MSTN、過氧化物酶體增殖物激活的受體α和β、維生素D 受體α 和視黃酸受體γ）的基因表達顯著增加[70]。

3 乳酸菌在魚類養殖中的應用

在高密度集約化養殖中，魚類極易感染病原體而死亡，大量使用抗生素造成菌株的耐藥性以及藥物殘留等問題，因此人們極力尋求能夠替代抗生素的產品。微生態制劑具有生態環保、成本低、適應性廣等優點，得到大力開發（表1）。由表1 可知，近年的研究主要集中在乳酸菌對魚類生長性能、存活率、魚腸道消化酶活性、抗病性和免疫活性等方面。

續表1

4 總結

腸道微生物區系在調節宿主代謝中起關鍵作用，影響宿主新陳代謝和食物攝入。添加乳酸菌改善腸道微生物區系，使代謝產物與宿主發生積極生理作用。本文介紹了乳酸菌添加對魚類生長中各方面的影響，有助于更好地理解乳酸菌對腸道微生物區系、代謝物產生以及與能量代謝和食欲的作用，深入揭示了乳酸菌促魚類生長的作用機理。