丁酸梭菌在水產養殖中的研究及應用進展

徐亞飛

（江西九信藥業有限公司，江西 上饒 333100）

丁酸梭菌（Clostridium butyricum），又稱酪酸菌，是一種革蘭陽性菌，能夠形成內生芽孢、嚴格厭氧、可產生丁酸等短鏈脂肪酸（SCFA）的益生菌[1]。由日本千葉醫科大學宮入近治博士在1933 年首先發現并報告。此菌常存在于土壤、酸奶、動物和人體的腸道等厭氧環境中。丁酸梭菌具有調節腸道微生態平衡、促進腸道上皮組織的再生和修復的作用，并具有耐高溫和耐低pH 值的特性[2-3]。目前，丁酸梭菌制劑已被用于人類和畜禽腸道疾病的預防與治療[4-7]。近幾年，丁酸梭菌在水產養殖中的研究與應用逐漸展開，功能與效果得到了廣泛驗證，已成為水產養殖生產中不可或缺的益生菌之一，在預防水產動物腸道疾病、提高養殖效益等方面，發揮了越來越重要的作用。現簡述丁酸梭菌在水產養殖中的研究與應用現狀，指出存在的問題，并提出建議。

1 丁酸梭菌的主要生物學功能

1.1 維持消化道微生態平衡

丁酸梭菌可促進消化道內有益菌的增殖，并抑制病原菌或腐敗菌的異常增殖，維持消化道微生態平衡，調理腸道菌群，減少腸道毒素的積累。陳秋紅等[8]研究表明，丁酸梭菌CB-7 對腸道致病菌大腸桿菌、志賀氏菌和沙門氏菌，具有較強的抑制作用，同時可顯著促進腸道有益菌嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌的增殖；宋增福等[9]研究表明，丁酸梭菌可有效抑制魚類腸道病原菌遲緩愛德華氏菌、鰻弧菌和嗜水氣單胞菌的生長，其抑菌效果要明顯優于硫酸鏈霉素；宋增福等[10]研究表明，丁酸梭菌可黏附到鯽的腸道上皮細胞，有效抑制致病性鰻弧菌對腸道上皮細胞的黏附，且對鯽腸道上皮細胞沒有損傷。

1.2 改善腸道上皮組織的健康狀況

丁酸梭菌在腸道內可代謝產生丁酸。丁酸是腸道上皮組織細胞再生和修復的主要能量來源，具有修復腸道黏膜并降低腸黏膜通透性的功能[11]。Ling等[12]研究表明，丁酸梭菌對抗生素導致的腸道黏膜損傷、絨毛破壞及上皮細胞腫脹脫落具有明顯的修復效果。凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）飼喂含有丁酸梭菌的飼料后，其腸道上皮細胞層的厚度顯著增加，上皮細胞之間的連接更加緊密，微絨毛整齊排列，沒有觀察到壞死或損傷的腸道細胞[13]。

1.3 提高機體免疫力

丁酸梭菌可提高水產動物的機體免疫力和抗病力。將丁酸梭菌添加到美國紅魚（Sciaenops ocellatus）的飼料中，可以提高美國紅魚血清和體表黏液中溶菌酶的活性，同時增強酸性磷酸酶（ACP）和酚氧化酶（PO）的活性，增加血漿中的免疫球蛋白M（IgM）濃度和血清中補體C3 的水平，還可顯著提高吞噬細胞呼吸暴發活性，提高美國紅魚的免疫力[14]。Sakai等[15]研究表明，飼喂丁酸梭菌后，虹鱒（Oncorhynchus mykiss）吞噬細胞的吞噬作用顯著增強，白細胞超氧陰離子量顯著增加，對弧菌病的抵抗力顯著增強，表明丁酸梭菌可通過活化白細胞來增強虹鱒的免疫力。

1.4 促進營養物質的消化吸收

飼喂丁酸梭菌，可增加水產動物腸絨毛和腸道上皮細胞微絨毛的高度，使腸道吸收表面積增加，促進腸道對營養物質的吸收[16]；丁酸梭菌可產生纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶和糖苷酶等多種促進機體消化的酶類[17]，同時可代謝產生多種維生素，直接為機體提供營養物質。因此，丁酸梭菌可促進機體對營養物質的消化和吸收，促進其生長。Nakajima 等[18]研究表明，丁酸梭菌能夠在動物腸道中產生裂解酶和果膠甲基化酶，這2 種酶可以內切和外切果膠，最終將果膠降解為揮發性脂肪酸（甲酸、乙酸和丁酸），從而增加機體對脂肪酸的吸收利用。Howie等[19]研究發現，丁酸梭菌能夠合成煙酸、泛酸、葉酸、維生素B1、核黃素和吡哆醇等多種維生素，這些維生素，是動物機體營養物質代謝和生理功能調節過程中不可缺少的一類物質，具有重要的營養作用。

2 丁酸梭菌在水產養殖中的研究與應用

2.1 在蝦類養殖中

在蝦類飼料中添加丁酸梭菌，可改善蝦腸道健康狀況，增強蝦消化道的消化能力，提高機體的免疫力和抗應激能力，促進蝦類生長。Duan 等[13]在凡納濱對蝦的配合飼料中添加丁酸梭菌，結果表明，丁酸梭菌可增加凡納濱對蝦腸道短鏈脂肪酸含量和蝦體粗蛋白含量，調節腸道消化能力，并增強氨脅迫條件下的腸道免疫機能，促進凡納濱對蝦生長；劉夢等[20]研究表明，丁酸梭菌可提高凡納濱對蝦血清非特異性免疫水平并促進其生長；袁海林等[21]研究表明，飼料中添加丁酸梭菌制劑，可通過抑制腸道內潛在病原菌豐度，提高腸道短鏈脂肪酸的含量，改善營養物質的利用，從而提高凡納濱對蝦的生長性能。楊鏗等[22]研究表明，飼喂丁酸梭菌，可顯著提升凡納濱對蝦生長性能，增加腸道上皮細胞高度，改善腸道菌群結構，促進腸道有益菌生長，抑制有害菌的繁殖。李維康等[23]研究發現，飼料中添加丁酸梭菌，可顯著提高凡納濱對蝦抗氧化能力、腸道消化能力和非特異性免疫力。丁酸梭菌可調節日本囊對蝦（Marsupenaeus japonicus）腸道消化和代謝能力，增加腸道上皮細胞層的厚度和腸道SCFA 含量，促進日本囊對蝦生長，降低飼料系數，增加蝦體粗蛋白含量，并增強其在高溫應激條件下的腸道抗氧化能力[24-25]。丁酸梭菌可增加斑節對蝦（Penaeus monodon）腸道消化酶活性，促進其生長，并增強在亞硝酸鹽脅迫下斑節對蝦的抗氧化能力和存活率[26]。Sumon 等[27]研究表明，飼喂含有丁酸梭菌飼料的羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii），其胃腸道中蛋白酶和淀粉酶含量提升，機體免疫力加強，同時養殖過程中常見致病菌哈維氏弧菌的生長受到抑制。吳偉等[28]研究發現，飼料中添加丁酸梭菌，可顯著提高日本沼蝦（Macrobrachium nipponense）在亞硝酸鹽脅迫下的生長率，以及肌肉組織中超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）的活性，表明丁酸梭菌不僅可以促進日本沼蝦的生長，而且還能增加日本沼蝦對亞硝酸鹽污染脅迫的耐受和抵抗能力。范晨薇[29]研究表明，飼喂丁酸梭菌可促進克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）腸道絨毛發育，提高腸道有益菌豐度，降低有害菌豐度，提高腸道消化吸收能力，并增強其抗氧化和免疫功能。

2.2 在魚類養殖中

丁酸梭菌可調節魚類腸道微生態平衡，抑制致病菌的生長，促進其腸道發育，改善腸道功能，提高魚體免疫力，減少腸道疾病的發生。飼喂含丁酸梭菌C2 菌株的飼料，可促進（Miichthy miiuy）后腸雙歧桿菌數量的增長，抑制大腸桿菌的生長；鞏固假單胞菌優勢菌群的地位，降低不動桿菌屬、短桿菌屬和腸產氣桿菌屬細菌的比例[30]。顯然，飼喂丁酸梭菌可抑制腸道致病菌生長，從而預防腸道疾病。在的另一項研究中，飼喂丁酸梭菌后，的血清酚氧化酶（PO）活力和酸性磷酸酶（ACP）活力顯著提高，血清與體表黏液中的溶菌酶活性、IgM 含量均顯著增高，魚體生長速度加快，故丁酸梭菌可提高的體液免疫應答水平，并改善其生長性能[31]。黃靈[32]在珍珠龍膽石斑魚（Epinephelus fuscoguttatus♀×Epinephelus lanceolatus♂）幼魚基礎飼料中添加丁酸梭菌，結果表明，可提高珍珠龍膽石斑魚的生長性能和非特異性免疫能力，并降低哈維氏弧菌攻毒后珍珠龍膽石斑魚的累積死亡率。何瑞鵬等[33]研究表明，飼料中添加丁酸梭菌或其發酵液（包含丁酸梭菌及其代謝產物），對珍珠龍膽石斑魚生長、消化酶活性和非特異性免疫酶活性均具有促進作用。Gao 等[34]研究表明，飼料中添加丁酸梭菌，可增加銀鯧（Pampus argenteus）腸道蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性，提高血清溶菌酶和SOD 活性及IgM 含量，從而提高銀鯧非特異性免疫功能，促進魚體生長。劉勝高[35]研究表明，飼料中添加丁酸梭菌，可促進翹嘴鲌（Culter alburnus）生長。將丁酸梭菌添加到鯽基礎飼料中，可以促進鯽對蛋白質的消化吸收，提高鯽質量增加率，降低發病率并減少鯽糞便中氨氮的含量[36]。丁酸梭菌可促進日本鰻鱺腸道發育，增加腸道肌層厚度和黏膜褶皺高度及數量，增加腸道杯狀細胞數量，顯著改善腸道結構與功能[37]。丁酸梭菌能顯著增加卵形鯧鲹（Trachinotus ovatus）幼魚的腸道菌群多樣性，調節腸道優勢菌門和菌屬，從而促進其腸道健康[38]。樊英等[39]研究表明，丁酸梭菌可促進虹鱒生長，有效調控肝功能相關指標，對肝臟起到保護作用，同時，丁酸梭菌可抑制腸道中有害微生物生長，改善腸道菌群結構，維護腸道健康。丁酸梭菌可促進吉富羅非魚（Oreochromis niloticus, GIFT）幼魚生長，改善血清生化指標并增強抗氧化能力[40]。飼料中添加丁酸梭菌，可促進黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）生長，增強其免疫力和抗氧化能力[41]。李洪琴[42]對羅非魚（Oreochromis niloticus）的研究表明，丁酸梭菌對常見致病菌無乳鏈球菌、遲緩愛德華氏菌、嗜水氣單胞菌具有一定的抑制作用，有較好的“替抗”前景。此外，飼料中添加適量丁酸梭菌，可改善黃顙魚腸道微生物的結構與組成，調節腸道免疫相關基因表達，增強體液免疫和腸道免疫功能，提高生長性能和疾病抵抗力。在對觀賞魚七彩神仙魚（Symphysodon haraldi）的研究[43]表明，飼喂適量的丁酸梭菌，可改善魚體腸道組織形態，增強消化吸收能力和抗氧化能力，提高腸道中短鏈脂肪酸并調節腸道菌群平衡，從而維護腸道健康。

2.3 在其他養殖動物中

丁酸梭菌在其他養殖動物中的研究與應用報道較少。麥曉勇等[44]在牛蛙料飼中添加丁酸梭菌，結果表明，丁酸梭菌可促進牛蛙生長并改善腸道結構與功能。投喂丁酸梭菌后，牛蛙腸道壁更厚，腸絨毛數量更多，腸道有益菌占總菌群的比例更高，肝臟的顏色更加紅潤，表明投喂丁酸梭菌可提高牛蛙的健康度。劉飛等[45]在日本醫蛭的基礎飼料中添加丁酸梭菌，結果表明，丁酸梭菌可提高日本醫蛭養殖成活率并增加養殖產量，且丁酸梭菌與糞腸球菌聯合使用效果優于單獨使用丁酸梭菌。

3 丁酸梭菌在水產動物飼料中適宜添加量

飼料中丁酸梭菌的適宜添加量，在不同養殖動物飼養試驗的研究中差異較大，甚至在同一養殖動物的飼養試驗中也存在一定的差異（表1）。

表1 水產養殖動物飼料中丁酸梭菌的適宜添加量

眾多養殖試驗結果表明，丁酸梭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、養殖水體環境、丁酸梭菌的拌料方式及投飼率等因素有關。因此，在實際養殖生產中，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。綜合丁酸梭菌的使用成本、拌料方式、投喂方式、投喂過程中的溶失率等的差異，在實際應用時推薦添加量以106~107cfu/g 為宜，然后根據實際飼喂效果適量調整添加量。

4 存在問題

目前，丁酸梭菌已廣泛應用在水產養殖生產中，是水產養殖的必備菌之一。丁酸梭菌在生產和使用過程中存在的主要問題包括：（1）不同廠家的丁酸梭菌的菌株來源和發酵水平相差較大，產品質量良莠不齊；（2）丁酸梭菌的穩定性介于乳酸菌和芽孢桿菌之間，如何延長丁酸梭菌在水中的保存時間還有待于進一步研究；（3）對丁酸梭菌在水產動物體內代謝過程的研究較少，代謝機制還不夠明確；（4）丁酸梭菌與其他菌株協同作用還有待進一步研究。

5 建議

（1）選擇具有生物安全性的優良菌株，并選擇具有良好發酵能力的企業生產的產品，以保證丁酸梭菌的作用效果；

（2）利用微生物基因組學和代謝組學的方法，探究丁酸梭菌在水產動物體內的代謝過程，為丁酸梭菌的合理應用提供理論依據；

（3）針對水產養殖動物消化道特點，尋找與其具有協同作用的菌株，研制出水產養殖用復合微生態制劑；

（4）通過制劑化技術，篩選菌體保護劑并優化保存條件，有利于丁酸梭菌被水產動物吸收，從而使丁酸梭菌產品的生產和應用更加科學合理，促進水產養殖業的健康發展。