益生菌在水產養殖中應用現狀及發展

嗡嗡

水環境及動物腸道環境調控是水產養殖成敗的兩個關鍵環節，微生物在這兩個環境中發揮極其重要的功能。在自然水域中，微生物作為分解者將有機大分子降解、礦化，促進水環境的自我修復和物質循環利用。
  從生態學角度考慮，集約化水產養殖水環境本質是一種比較特殊的生態系統：持續、大量的飼料投入在滿足高密度放養條件下養殖動物生長需要的同時，由于飼料溶失、消化不完全及大量的動物排泄物造成水體有機物濃度迅速增加，理論上此時需要更多微生物將這部分有機物轉化避免水質惡化；但生產上為控制病原菌或條件致病菌過度繁殖保證養殖成功率而頻繁使用藥物和消毒劑，則導致養殖水體的微生物數量急劇下降，嚴重消弱了水體的自我修復能力，有機物積累加劇，這種惡性循環最終導致水產動物賴以生存的水環境崩潰，出現當前高收入、高風險、低產出的尷尬局面。
腸道不僅是營養物質消化吸收的場所，也是動物免疫防御的關鍵部位。有益微生物在調節腸道微生物平衡，保持腸道正常功能方面發揮了極其關鍵的作用。因此人們認為有益微生物在水產養殖方面，不論是作為環境改良劑調控、改善水質環境，還是作為內服產品維護腸道健康，均有很高的應用價值和廣闊的市場前景，同時也存在諸多亟待解決的問題和挑戰。

一、 水產益生菌的概念

  水產動物與其周圍的水環境不斷地進行相互作用，水環境中的細菌對魚體腸道、皮膚和鰓表面微生物組成的影響，因此Verschure在前人研究基礎上提出了水產益生菌的概念：改善與動物相關的或其周圍的微生物群落，提高飼料營養價值的利用效率，增強動物抗病力或改善其周圍水環境而有益于宿主動物的微生物均屬于益生菌。大多的研究者認為益生菌必須是活的微生物，筆者覺得滅活的微生物若能體現有效的對腸道調控功能，也應該屬于益生菌的范疇。

二、 益生菌的種類、特點

  當前我國農業部公布的飼料級益生菌菌種可分：芽孢桿菌、乳酸菌、酵母、曲霉、光合細菌5大類35種。水產領域因其特殊性，還包括硝化細菌、硫化氫氧化菌、噬菌蛭弧菌、假單胞菌等改善水質的益生菌產品。各自特點及應用情況如下：
1、 光合細菌
  具有原始光能合成體系的原核微生物統稱，伯杰氏細菌鑒定手冊將其分為紅螺菌科、著色菌科和綠硫菌科三大類。不同種類的光合細菌代謝特點差異較大，如紅螺菌科的碳源以有機物為主，可利用低濃度硫化氫，光照厭氧或黑暗需氧生長；著色菌科和綠硫菌科只能以二氧化碳為碳源，專性光能厭氧生長，可有效利用硫化氫。因此在光合細菌的使用上，必須根據不同的類群代謝特點及需氧解決的問題做針對性選擇。當前水產領域使用比較廣泛的菌種基本屬于紅螺菌科，通過定期直接潑灑水體，對消除水體中的小分子有毒物質如氨氮、硫化氫，降低有機物濃度有較明顯的效果，但光合細菌本身對大分子有機物的分解利用能力有限。此外光合細菌富含生物素，輔酶Q及類胡蘿卜素等活性物質，也可拌料內服增強動物免疫功能及生長。
2、 芽孢桿菌
  革蘭氏陽性可形成芽孢的一類微生物統稱，主要包括地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、側跑芽孢桿菌。芽孢桿菌通常具有非常強的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶分泌能力，可迅速降解殘餌、糞便等大分子物質，降低有機物累積的同時為其他微生物及藻類提供豐富的營養物質；某些芽孢桿菌在繁殖過程中還可分泌抗菌物質如細菌表面素抑制病原微生物如弧菌、嗜水氣單胞菌等的生長；同時這類細菌具有耐酸、耐堿、耐高溫和擠壓易于生產保存的優點，使其成為目前水產領域應用最廣泛的水質改良類益生菌。芽孢桿菌多為好氧菌，分解有機物的同時需要消耗大量的氧氣，因此在使用過程中水體需要保持充足的溶解氧以防止養殖動物缺氧死亡。
3、 乳酸菌
  乳酸菌也是迄今為止應用最早，研究最廣泛的菌種，主要有乳酸桿菌，鏈球菌、串球菌等。厭氧或兼性厭氧，繁殖過程中通過降解碳水化合物產生乳酸或其他有機酸，是環境PH降低而抑制其他微生物的繁殖。鑒于乳酸菌不耐高溫、生長環境要求高、不易保存的特點，其目前在水產養殖方面收到了一定的限制；但是其在飼料發酵、改善動物腸道健康及免疫功能方面的潛力應受到重視。
4、 酵母菌
  喜歡生長在偏酸性環境中的兼性需氧微生物，可以在消化道大量繁殖。菌體含有動物所需的多種維生素、微量元素、煙酸、葉酸和豐富的蛋白質。酵母壁多糖也是一種非常有效的免疫調節劑，可改善動物的免疫功能，提高其抗病力。常用種包括釀酒酵母，面包酵母，假絲酵母和海洋紅酵母。其中海洋紅酵母因含豐富的色素使其近年來備受關注。與乳酸菌類似，酵母因為對生長環境有較嚴格的要求，作為水質改良劑使用有一定的限制，但是作為蛋白源、發酵飼料菌種方面具有較大的應用價值。
5、 硝化細菌
  這是一類能降解氨和亞硝酸鹽的專性化能自養型細菌，在水體氮循環中其中非常重要的作用，包括亞硝化細菌屬和硝化桿菌屬兩個生理亞群。前者在好氧條件下將氨氮氧化為亞硝酸鹽，后者接著將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。因此硝化細菌在消除氨氮及硝化鹽危害方面具有非常明顯的效果。由于屬于自養類型的細菌，其繁殖速度非常緩慢，并且需要在好氧條件生長，因此在集約化養殖條件下，難以成為優勢菌群，發揮其應有的效果。
三、 水產益生菌的應用現狀
益生菌應用于水產養殖，最早可追溯到1986年Kozasa應用芽孢桿菌（Bacillus toyoi）控制日本鰻鱺愛德華氏菌病。疾病的爆發每年給水產養殖造成了巨大的經濟損失，列如今年來發生的羅非魚鏈球菌病，對蝦早期死亡綜合征。通常認為病原菌主要通過皮膚、鰓和腸道三個途徑感染水產，由此誕生了徹底消毒、殺菌的防治方案，但是大量使用化學消毒劑和抗生素的方法，隨著人們對食品安全及細菌耐藥性的關注，以及藥物本身防治效果的下降，迫使水產研究者開始轉變思路，著手從生態平衡的角度制定新的水產健康養殖方案，益生菌的使用即為其一。從各國研究者大量的研究結果分析，益生菌對增強水產動物免疫功能、降低發病率、提高動物消化酶活性、促進營養物質吸收，改善生產性能方面均有明顯的效果。此外，益生菌通過改善養殖水環境，間接提升水產養殖效益。

四、 益生菌使用原則

1、 針對性
  使用益生菌要充分考慮其作用的對象及目的。動物的種類不同，對菌種的要求也不同。水產動物中肉食性魚消化道內優勢菌群為腸微球菌、貝內克菌、胞菌、乳酸菌、弧菌等，而草食性魚消化道內，還有雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌等。不同菌種其作用和效果有差異，比如以凈水為目的就選擇芽孢桿菌和光合細菌為主的復合制劑；酵母菌可以助消化，當水產動物受到應激或經過藥物治療就可以選用以它為主的制劑；制粒時必須選擇耐高溫的芽孢桿菌。
2、 時段性
  益生菌在動物的整個生長過程都不可以使用，但不同的時期其作用效果不盡相同，不同的養殖階段使用劑量不同：（1）新生動物腸道內基本是無菌的，體內微生態平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力較弱，此外引入益生菌，可較快地進入體內，占據附著點，效果最佳；（2）在動物生長后期，腸道功能開始退化，添加益生菌可以起到補充、完善腸道有益菌群、保證健康的作用；（3）應用抗生素后，抗生素經常會降低胃腸道有益菌的數量，添加益生菌可以幫助盡快恢復這些有益菌的數量；（4）在運輸、飼料轉變、天氣突變和飼養環境惡劣等應激條件下，水產動物腸道微生態平衡遭到破壞，使用益生菌對形成優勢種群極為有利。
3、 禁忌性
  在使用抗生素等藥物后，腸道菌群失衡，此時應及時引入微生態制劑，通過其獨特的益生作用，使紊 亂的腸道菌群平衡得到恢復。但在實際飼料與飼養過程中應盡量避免與抗菌中西藥物配合應用。以防由R因子控制的耐藥性菌株的泛濫。投放凈水劑后，若頻繁換水會使細菌隨換水而損失，故應減少換水或不換水。

五、益生菌研究方向

1、現有菌株使用方法研究
  益生菌在水產養殖領域使用已經有幾十年的歷史，但是在如何合理、正確使用方面仍然需要做更細致的探究。例如，內服的益生菌腸道內定植或短暫停留是其發揮作用的前提條件之一，同樣作為水質改良益生菌，能在養殖環境中存活也是一個先決條件，如何量化這些指標其實對指導合理選用益生菌、制定益生菌的添加量、添加頻率等方面有非常重要的意義；但現實是我們對此研究非常有限。今后若能在這方面做得更精細，將有助于提升現有益生菌的使用效果及推動益生菌行業的發展。
2、潛力菌株的開發
  關于益生菌菌種的帥選標準目前還沒有一個統一的標準。筆者認為今后的益生菌菌種開發中對菌株以下兩個方面的特性值得關注：其一，優良的宿主腸道粘膜粘附能力，其二，可干擾病原微生物信號傳遞。動物腸道粘膜表層通常被其常居微生物覆蓋，形成一層生物膜屏障，不僅可以刺激腸道上皮的發育保持其完整性，也可有效阻止了病原微生物的入侵。有研究表明，粘附能力強但體外抑菌效果不明顯的益生菌也可明顯提高宿主對病原菌的抗感染能力，甚至比體外抑菌效果明顯的菌株更有效。粘附能力很早就被提及，但是因為缺乏相應的行之有效的評價，實際研究中并沒被重視。關于益生菌對病原微生物信號傳遞通路的干擾，主要是基于“群體感應”的原理：病原菌的毒素分泌、入侵都受到信號分子的調控，而已有的研究表明某些種類的益生菌能通過某中機制干擾這個傳遞過程而控制疾病發生。與抗生素或其他抗菌物質相比，這類益生菌針對的是信號分子而不是病原菌本身，不容易產生細菌耐藥性，屬于一種全新的預防病原微生物的模式。這類菌種的開發有助于拓展當前益生菌的范疇。
3、益生菌菌種耐藥機制的研究
  研究表明，耐藥菌因子不僅可將耐藥性轉移到同種細胞中，還能轉移到不同種、不同屬的細胞中。所以，必須對耐藥益生菌菌種的耐藥機制進行系統的研究。對其潛在危害給予足夠的認識，以便使其使用的安全提供依據。
4、 加工工藝
  除芽孢桿菌外，試驗條件篩選的高效益生菌種，有可能不能實現真正的商品化，原因在于這些菌株不容易保存或者需要苛刻的保存條件，特別是作為內服的益生菌，還需面臨高溫制粒的難題，因此開發高效、廉價、無毒副作用的包被材料及工藝，用以包裹耐性較差，但其他特性較好的菌株，也將是今后益生菌開發是重要環節之一。