水產養殖微生物研究進展

湯金偉 黃沖 李肖凡 王榮月 劉娟

摘要? 近年來水產養殖業不斷發展，但是水產養殖的集約化也影響了周邊水質。在水產養殖中，養殖動物的健康受到微生物的影響，進而影響養殖業的經濟效益。綜述了養殖環境微生物的作用、養殖環境微生物研究方法、養殖水體微生物的影響因素以及養殖水體水質調節方法，旨在為水產養殖環境微生物的研究以及調節提供參考和依據。

關鍵詞? 水產養殖；水生環境；微生物；研究方法；影響因素

中圖分類號? S917.1? 文獻標識碼? A? 文章編號? 0517-6611（2024）09-0008-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.09.003

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Progress in Aquaculture Microorganisms

TANG Jin-wei，HUANG Chong，LI Xiao-fan et al

（College of Fisheries and Life Sciences，Dalian Ocean University，Dalian，Liaoning 116023 ）

Abstract? In recent years，the aquaculture industry has been developing continuously，but the intensification of aquaculture has also affected the surrounding water quality.In aquaculture，the health of farmed animals is affected by microorganisms，which in turn affects the economic benefits of the farming industry.The role of microorganisms in the aquaculture environment，the research methods of the microorganisms in the aquaculture environment，the influencing factors of the microorganisms in the aquaculture water body and the adjustment methods of the water quality in the aquaculture water body were reviewed，aiming to provide reference and basis for the research and regulation of the aquaculture environment microorganisms.

Key words? Aquaculture;Aquatic environment;Microbes;Research methods;Influencing factors

基金項目? 遼寧省教育廳高等學校基本科研面上項目（JYTMS20230487）。

作者簡介? 湯金偉（1997—），男，河北唐山人，碩士研究生，研究方向：養殖環境生態學。*通信作者，博士，從事水產養殖動物免疫增強劑的效果及作用機理研究。

收稿日期? 2023-06-18；修回日期? 2023-10-25

微生物作為生態系統中分布范圍最廣、生物多樣性最豐富的生命形式在生態系統中具有重要的作用，微生物既是生態環境中的主要生產者，也是生態環境中的最終分解者，微生物作為生態環境的重要組成部分，在能量流動和物質循環中發揮著非常重要的作用［1-2］。微生物在農業、食品、醫療、環境等方面都有應用，在農業方面，微生物有機肥是植物生長的最佳肥料，能夠使農產品品質更加優良，并且相較于傳統化學肥料不會引起化學污染［3］。在食品方面，微生物在食品發酵過程中發揮著重要作用，不同的原料、不同的發酵工藝都會導致發酵食品中的微生物群落結構的變化［4］。在醫療方面，微生物益生菌能夠調節口腔的微生物群落結構，改善口腔的環境，保持牙齒健康［5］。 在環境方面，微生物絮凝劑作為新型生物制劑對污水的處理具有高效、綠色、易分解和無二次污染等特點［6］。

養殖環境中的微生物具有多種功能，參與養殖活動的各個方面，微生物對水產養殖環境、養殖物種的健康和生長等方面都有顯著的影響［7］。研究養殖水體的微生物群落對于實際的養殖生產生活有著極為重要的作用，能夠更好地為實際生產中調節水質、提供良好的養殖環境、保持水體微生物群落的動態平衡提供參考。

因此，該研究從養殖水體的微生物群落的研究方法、影響養殖水體微生物群落的因素以及養殖水體微生物群落的調節方式等方面介紹了養殖環境微生物群落的研究進展。

1? 養殖環境微生物群落作用

1.1? 反映水體生態特征

隨著養殖密度的增大，養殖水體更容易受到養殖活動的影響，目前的集約化水產養殖存在許多不利于環境的做法，比如養殖飼料的過度投喂、養殖密度過大、養殖過程中漁藥的濫用等做法，這些做法導致了水體有機質的增加、水體富營養化和漁藥藥效的下降［8］。細菌是水域生態系統的重要組成部分，細菌群落結構對環境變化十分敏感，其群落結構受到水質指標的影響［9］。菌群的群落結構會逐漸適應環境變化，不同的水質參數和營養特點對應不同的細菌群落結構，當水體中的營養元素高時，水體中對應降解污染物能力和營養元素相關的菌群豐度提高［10-11］。在養殖水體中，許多細菌群落受到水體中營養鹽的影響，因此，部分微生物群落豐度可以作為指示養殖水體營養水平的指標［12-13］。

1.2? 指示養殖動物的健康

在水產養殖生態系統中，水體中的微生物受到水質指標的影響，當水質惡化時，水體中的微生物對水質的變化進行響應，微生物群落結構逐漸轉變，致病菌豐度增加，益生菌豐度降低，大大增加水生動物患病的概率，影響水生動物的健康［14］。

在養殖生態系統中，不同生態環境水體中微生物群落結構存在顯著的差別，與正常水體相比，發病水體的微生物群落結構有明顯的差異，因此特定的微生物可以用來指示水產生態系統中養殖動物的健康以及衡量養殖水體水質。水體中的芽孢桿菌（Bacillales）、纖維菌（Fibrobacterales）、伯克霍爾德菌（Burkholderiales）、黃桿菌（Flavobacteriales）等細菌可以作為養殖動物健康出現問題的指示菌［15］。在發病蝦池中紅桿菌科 （Rhodobacteraceae）、γ-變形菌綱 （γ-Proteobacteria） 及其交替單胞菌科 （Alteromonadaceae）的豐度高于正常池的豐度，并且相對于正常池水來說，發病池水的細菌多樣性顯著低于正常池水［16］。

2? 養殖環境微生物群落研究方法

2.1? 微生物平板培養法

微生物平板培養法是最早的、最傳統的用來統計微生物群落結構以及微生物多樣性的方法，微生物平板培養法通過培養基培養微生物群落，觀察微生物群落的數量和外觀形態等特點，觀察微生物的多樣性變化，并且該方法被認為是檢測特殊微生物群落變化非常有效的方法［17-18］。袁翠霖［19］利用微生物平板培養法研究羅非魚養殖過程中細菌數量的變化特征，結果表明，羅非魚養殖過程中水體的細菌數量波動較底泥中的大，而且水體中的細菌受抑菌藥物的作用較底泥中的細菌大。周霜艷［20］利用平板培養法結合熒光定量PCR技術研究了海洋浴場微生物群落多樣性和季節性變化，可培養細菌多樣性表明海洋浴場的細菌在門和綱水平上結構差異不顯著。

雖然傳統的微生物平板培養法能夠直觀地觀察到細菌的形態特征，但是也存在其自身的局限性，目前環境中可以培養的微生物的數量僅占環境微生物總數的0.1%～1.0%，因此傳統的微生物平板培養法不能夠客觀反映水體環境中微生物群落結構的真實信息［21］。

2.2? Biolog微平板法

Biolog微平板法是1989年由美國的BIOLOG公司開發成功的，Biolog微平板法是用來研究微生物代謝功能多樣性的方法［22］。Biolog微平板技術具有靈敏度高、測定簡便、檢測速度快等優點，Biolog微平板法的技術原理為微生物在利用碳源時會產生自由電子，而自由電子會與指示劑發生反應，根據平板中各孔吸光度值的變化反映微生物對不同碳源的利用差別，從而判定不同微生物群落的代謝功能的差異［23］。楊霄［24］利用Biolog微平板法探明水庫水體細菌群落在經過水體分層后對有機污染物的降解能力顯著降低。鄭瑤瑤［25］利用Biolog-Eco法等方法對不同的草魚混養系統中水體和底泥細菌的代謝變化進行了研究，結果表明，不同養殖模式環境中細菌群落對碳源的利用存在差異，并且不同養殖模式環境中的細菌群落的多樣性也存在差異。

目前，對微生物群落功能多樣性的研究主要應用的是Biolog微平板技術，然而Biolog微平板技術只能表明微生物群落對碳源的利用特性，在實驗過程中培養條件的變化、樣品的處理等影響因素都會導致微生物對碳源利用能力的變化，進而影響實驗的準確性［21］。

2.3? 分子生物學技術

2.3.1? 核酸分子雜交技術。

核酸分子雜交技術的技術原理是基于核酸分子的堿基進行互補配對的原則，利用熒光標記或者放射性標記等標記核酸探針，采用特異性的核酸探針與待測的樣品核酸分子進行雜交，能夠得到特定微生物的空間信息和數量豐度等情況，因此該方法具有特異性和靈敏性的特點，但是該技術只能用于已知核酸序列的特定微生物的測定［26］。

2.3.2? RFLP和T-RFLP技術。

限制性片段長度多態性分析技術（RFLP）和末端限制性片段長度多態性分析（T-RFLP）2種方法類似，均為將酶切過后的DNA片段進行電泳，得到酶切圖譜，進行測序，從而了解微生物包含的信息。T-RFLP技術和RFLP技術相比僅是在引物末端進行熒光標記或是放射性標記，根據末端片段的標記種類、數量和長度等信息進行分析進而得到微生物多樣性的有關信息［27-28］。

崔丙健等［29］利用T-RFLP技術結合熒光定量PCR技術對異育銀鯽養殖環境的細菌群落變化特征和典型病原微生物豐度進行了檢測，發現沉積物的細菌群落結構組成相較于水體樣品中的微生物群落結構相對復雜，并且在檢測過程中沉積物的細菌群落結構動態變化幅度也高于水體，對水體和沉積物中的優勢T-RFs片段進行比對發現，所屬菌群主要是變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、放線菌門（Actinobacteria）和擬桿菌門（Bacteroidetes）。

2.3.3? DGGE和TGGE技術。

變性梯度凝膠電泳（DGGE）和溫度梯度凝膠電泳（TGGE）的基本原理大致相同，由于DNA片段中堿基構成的不同，片段在凝膠中的移動速率也不同，所以這2項技術可以將長度相同DNA片段分離開，從而直接反應DNA片段的多態性。這2項技術由于檢測速度快和高重復性等特點在微生物群落檢測和多樣性分析中應用廣泛［18，30］。

王亭芳［31］利用PCR-DGGE技術研究了南美白對蝦養殖水體中微生物的動態變化，結果表明同一月份的不同樣品間微生物豐度會有差異，而不同采樣時間的樣品中微生物的種類數會有整體性的變化，對整個養殖周期進行統計，結果顯示排水溝的優勢物種波動最大，草池的波動最小。王琦［32］利用PCR-DGGE技術對3個不同養殖模式的對蝦養殖池塘的沉積物微生物群落結構進行調查分析，結果顯示不同的養殖模式沉積物中存在部分相同的微生物群落結構，也存在各自特異性的微生物群落結構，并且隨著時間的變化微生物群落結構和豐度也在變化。

2.3.4? 實時熒光定量PCR技術。

基于PCR技術的基礎在PCR的反應體系中加入熒光基團就是實時熒光定量PCR技術，對反應的產物進行熒光監測就能夠進行定量分析，因此實時熒光定量PCR技術對于研究水產養殖環境微生物群落具有非常重要的意義［33］。

黃薇等［34］利用高通量測序技術結合實時熒光定量技術對鱘鰉魚的網箱養殖環境微生物群落結構及潛在病原菌進行了分析，結果表明不同品種的鱘鰉魚在同一水域和相同的管理條件下微生物群落結構高度相似，優勢菌門為變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、浮霉菌門（Planctomycetes）、放線菌門（Actinobacteria）和疣微菌門（Verrucomicrobia），并且在鱘鰉魚養殖水體中發現了7個潛在致病菌，其中豐度最高的為嗜水氣單胞菌（Aeromonas hydrophila）。

2.3.5? 16S rDNA序列分析技術。

16S rDNA序列分析技術是通過提取環境中微生物樣本的16S rDNA基因片段，對基因片段進行克隆、測序、探針雜交等步驟獲取基因序列信息，根據序列信息和已知基因庫進行比對，從而得到準確的微生物物種信息，確定其在進化樹中的位置。16S rDNA技術具有準確度高、鑒定到種的優勢，但是其步驟也相對煩瑣［30，35］。

2.4? 高通量測序

高通量測序技術是21世紀新興的一項具有里程碑意義的測序技術，目前為止測序技術已發展到第三代，高通量測序技術能夠一次對多達幾萬甚至幾十萬條DNA分子序列進行測定，并且利用計算機進行整合得到完整的DNA序列信息，高通量測序技術客觀地展示了微生物的群落結構、多樣性及進化關系，使研究步驟得以簡化，研究周期得以縮短，并且能夠獲得更高的研究數據，但是其也具有儀器昂貴、數據海量難以分析的缺點［36-38］。

王瑞寧等［39］對曬塘前后微生物群落結構變化進行分析，發現曬塘之后以變形菌門（Proteobacteria）為主，曬塘顯著改變了養殖池塘的微生物群落結構，曬塘之后變形菌門 （Proteobacteria）、硝化螺旋菌門（Nitrospirae）、擬桿菌門（Bacteroidetes）等有益菌群增加，藍菌門（Cyanobacteria）等有害菌群減少。王磊等［40］利用高通量測序技術對東星斑潰爛病的主要致病菌和微生物群落結構進行測序，結果表明發病東星斑的微生物群落結構多樣性明顯降低，發病東星斑和正常東星斑的優勢菌群組成有明顯的差異。

3? 水產養殖微生物群落變化的影響因素

3.1? 養殖物種

水生動物本身所攜帶的微生物是存在差異的，并且相同物種的不同品種在養殖過程中微生物群落結構以及微生物豐度都存在較大差異［41］。而不同的物種在養殖過程中，由于自身所攜帶的微生物的不同、本身攝食習性的不同等因素，在很大程度上會影響養殖水體與沉積物微生物群落結構與豐度。由于養殖物種本身的遺傳基因可以對微生物進行選擇并且能夠調節宿主本身微生物群落的結構，讓養殖物種對本身微生物群系具有選擇性，進而影響養殖水體中的微生物群落結構與豐度，因此，物種本身的遺傳基因是影響生態系統微生物群系的因素之一［42］。不同的養殖物種所攜帶的微生物不同，微生物會與養殖環境相作用達到新的平衡，進而改變微生物群落結構。

Tang等［12］利用高通量測序技術分析了混養不同物種的養殖水體微生物群落結構，結果表明不同物種混養模式水體中的微生物群落結構不相同，鰱鳙的混養對水體的微生物群落結構有顯著的影響，而三角帆蚌對微生物群落結構影響較小。Zeng等［43］對單一養殖蝦或魚和魚蝦混合養殖的3種養殖模式的沉積物微生物群落結構進行了分析，研究結果表明3種養殖模式微生物群落結構存在顯著差異，其中混合養殖模式的微生物多樣性高于集約魚養殖模式，但是低于集約蝦養殖模式。

3.2? 養殖條件

在水產養殖中不同的養殖模式對應不同的養殖環境、養殖物種以及換水投喂方式等，因此不同養殖模式微生物群落結構之間存在顯著差異，不同的換水方式等因素也會影響細菌群落結構及豐度［44-45］。在水產養殖中相同的養殖物種和養殖模式也會由于不同的地理條件導致養殖水體環境的微生物群落結構的不同［46］。在養殖環境中不同的水質因子會導致養殖環境中微生物群落結構的變化，其中溫度、鹽度、pH、化學需氧量、溶解氧、總氮、氨氮、總磷、硫化物等環境因子與微生物群落結構顯著相關［46-50］。

4? 水質調節方式

養殖水體是水產動物賴以生存的環境，水質因子對養殖動物的健康以及水體中微生物群落結構和豐度都有顯著的影響，因此對水體水質環境進行改良，能夠顯著改善水體中的微生物群落結構，保障養殖動物的生理健康。

4.1? 傳統換水調節

水產養殖中傳統的換水調節是目前的實際生產中能夠快速、有效調節水質的方式［51］。在實際的生產生活中，由于養殖密度的增大以及養殖飼料的過量投喂導致養殖水體中亞硝酸鹽增加、有害物質含量增多，為了保持水體的水質以及理化環境的穩定，通常進行不同頻率的換水，對養殖環境進行換水不僅能夠調節水體的理化環境，而且能夠為養殖環境帶來餌料以及帶走沉積的廢物和有害物質［52-53］。

4.2? 微生態制劑調節

微生物在生態系統中發揮著重要作用，水體中微生物的作用多種多樣，在水生生態系統中微生物群落在碳硫循環中發揮著重要作用，不僅如此，微生物中的益生菌在改善養殖水體環境、吸收降解水體中的有害物質、凈化水體方面也有重要作用［54］。

微生態制劑是從環境中篩選出益生菌，經過培養、繁殖后制作而成，其中含有大量益生菌，相對于抗生素來說是一種綠色的替代品［55-56］。微生態制劑的作用原理是通過分解轉化水體中的有害物質，抑制水體中產生有害物質的有害菌的繁殖。微生態制劑在水產養殖中主要分為酵母菌制劑、芽孢桿菌制劑、乳酸菌制劑、EM菌制劑、硝化細菌制劑和光合細菌制劑［57］。微生態制劑不僅在調節養殖水體水質、清除水體中的有害物質方面發揮著重要作用，而且在提高養殖的水產動物免疫力、促進生長、防治病害等方面也發揮著重要作用［57-60］。

4.3? 水生動植物調節

除了傳統的換水調節與添加微生態制劑調節水質外，一些水生動植物也經常被用來調節水產養殖環境中的水質情況。水生植物具有吸收水體中過量的氮磷的作用，水生植物經過吸收、富集、過濾、沉淀過量氮磷等作用達到凈化水質的目的，而水體中高濃度的氮含量與微生物的繁殖相關，水生植物通過吸收水體中過量的氮磷，抑制水體的富營養化，進而調節水質［61-62］。水生植物在調節水體水質過程中，可以提高水體中的溶解氧、保持較低的無機氮以及無機磷，從而保持水質［63］。水生動物也可以起到凈化水質的作用，水生動物凈化養殖水體的水質主要通過混養不同的養殖動物，混養不同的養殖動物通過攝取殘餌、過濾水體中的浮游微生物、有機碎屑等物質來避免沉積物的堆積和水體水質的惡化，有效降低水體的富營養化程度［64-67］。

5? 展望

隨著全球人口的不斷增長以及生活品質的提升，人們對于食物的需求量以及品質要求不斷增加，水產品作為優質的蛋白質來源以及其鮮美的味道越來越受到重視，而我國作為世界第一的水產養殖大國，隨著需求的逐漸增加，水產養殖量不斷增大并且逐漸向集約化發展，伴隨著水產養殖規模的增大和集約化的發展，水產養殖產生的污水與廢水量也不斷增加，排放后對水體環境造成嚴重的破壞。雖然我國水產養殖業體量巨大，但是目前對水產養殖業的環境管理體系還不健全，我國水產養殖業在制度建設、法律法規、環境監管及養殖模式等方面還存在一定的不足。針對這一現狀，應該建立完善的法律法規，依據法律法規建立對應的管理部門，規范水產養殖過程中水質的調節及污水廢水的處理和排放，大力發展綠色、先進、高效的養殖模式，提高養殖的經濟效益，減少養殖污水廢水的產生，減小環境壓力。

水產養殖水質調節微生態制劑的使用本質上為養殖生態系統引入大量的益生菌，從而改善水體的微生物群落結構，水生動植物的調節本質上為吸收水體中過量的營養物質以及攝食藻類，防止水質惡化，基于此，應該將目光集中到影響微生物群落結構的因素上去，水質是影響微生物群落結構的重要因素。針對這一因素，可大力發展綠色生態制劑、環保型養殖飼料和高效科學的養殖模式，將我國的水產養殖業打造成綠色無污染、科學高效的產業，從而帶來生態與經濟效益的雙贏。

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