地衣芽孢桿菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展

隨著世界人口的迅速增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)動(dòng)物性蛋白質(zhì)的需求量日益增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展在解決蛋白質(zhì)資源緊缺方面發(fā)揮著重要的作用。但水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在發(fā)展過(guò)程中也出現(xiàn)了一些弊端，對(duì)產(chǎn)量和效益的追求往往導(dǎo)致放養(yǎng)密度過(guò)高，超出了養(yǎng)殖水體的承載能力，從而導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境惡化、水產(chǎn)動(dòng)物免疫力降低，引起病害問(wèn)題日益嚴(yán)重。而抗生素、殺蟲(chóng)劑等傳統(tǒng)防控病害藥物的施用又存在病原生物抗藥性增強(qiáng)和藥物殘留的風(fēng)險(xiǎn)，加之人們對(duì)食品安全問(wèn)題的日益重視，傳統(tǒng)防控病害藥物的使用將會(huì)受到嚴(yán)格的限制，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)也將向健康、生態(tài)養(yǎng)殖方向發(fā)展。

微生態(tài)制劑(Microecologics)是依據(jù)微生態(tài)學(xué)理論而制成的含有有益菌的活菌制劑，其功能在于維持宿主的微生態(tài)平衡、調(diào)整宿主的微生態(tài)失調(diào)并兼有其他保健功能[1]。微生態(tài)制劑因具有安全高效、無(wú)殘留的特點(diǎn)，符合水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，因此受到人們的普遍關(guān)注并逐漸在水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到推廣和應(yīng)用，在防控疾病和水環(huán)境改善方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)為革蘭氏陽(yáng)性兼性厭氧菌，細(xì)胞呈桿狀，大小一般為(0.6～0.8) μm×(1.5～3.0) μm，芽孢呈橢圓形或柱狀，中生或偏中生，孢囊不膨大或輕微膨大；在肉質(zhì)培養(yǎng)基上形成扁平、邊緣不整齊、表面皺褶的白色菌落；最適生長(zhǎng)溫度大約為50℃，酶分泌的最適溫度為37℃。地衣芽孢桿菌對(duì)外界環(huán)境有較強(qiáng)的抵抗力，對(duì)高溫、酸性、膽鹽和人工胃液有一定的耐受能力[2]，我國(guó)已將其納入《中國(guó)飼料添加劑品種目錄(2013)》中，是較具應(yīng)用潛力的菌種之一。目前，地衣芽孢桿菌已作為微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中得到較廣泛的應(yīng)用，具有促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)，提高免疫力和凈化養(yǎng)殖水環(huán)境等多種作用。

1 地衣芽孢桿菌的功能及作用機(jī)理

1.1 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

地衣芽孢桿菌可調(diào)節(jié)水產(chǎn)動(dòng)物腸道微生態(tài)平衡，抑制病原菌的生長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)益生菌的生長(zhǎng)和繁殖，防止因腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致疾病的發(fā)生。首先，地衣芽孢桿菌可通過(guò)生物奪氧作用機(jī)制使腸道內(nèi)氧氣濃度降低，從而促進(jìn)腸道內(nèi)的生理性厭氧菌如雙歧桿菌、乳酸桿菌等菌的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)抑制需氧病原菌的生長(zhǎng)；同時(shí)地衣芽孢桿菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中能產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)，如桿菌肽、細(xì)菌素、溶菌酶、生物表面活性劑、苯乙酸等[3]，這些抗菌物質(zhì)對(duì)多種病原菌有很強(qiáng)的拮抗作用；其次，地衣芽孢桿菌可分泌多種多糖分解酶，如α-淀粉酶、果膠裂解酶、β-1，3-1，4-葡聚糖酶、纖維素酶等[4]，這些酶可將多糖分解為寡糖，為腸道內(nèi)的益生菌提供發(fā)酵底物，從而促進(jìn)益生菌的生長(zhǎng)和增殖。樊陳等[5]進(jìn)行體外抗菌試驗(yàn)，結(jié)果顯示，地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌肽LYF12 對(duì)大腸桿菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、副溶血弧菌等病原菌有較強(qiáng)的抑制作用。李明振等[6]從蘇州太湖邊新鮮土壤樣品中分離出地衣芽孢桿菌BB11 菌株，其發(fā)酵上清液對(duì)具有多重耐藥的致病性大腸桿菌K88、K99、987P 和沙門(mén)氏菌C782 均表現(xiàn)出較好的抑殺作用。

1.2 提高機(jī)體免疫力

地衣芽孢桿菌已被廣泛應(yīng)用于激活免疫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)免疫功能和改善機(jī)體的健康狀況等方面。地衣芽孢桿菌可調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡從而維護(hù)腸道生物屏障的完整性，防止?jié)撛诓≡亩ㄖ埠腿肭?，提高腸道的免疫防御作用；地衣芽孢桿菌能刺激免疫器官的生長(zhǎng)發(fā)育，激活淋巴細(xì)胞，提高免疫球蛋白和抗體水平，增強(qiáng)細(xì)胞免疫和體液免疫功能，提高機(jī)體免疫力[7]；此外，地衣芽孢桿菌可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫相關(guān)酶的分泌和免疫相關(guān)基因的表達(dá)而調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫機(jī)能。Li等[8]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加地衣芽孢桿菌可以顯著降低凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)腸道弧菌數(shù)量并顯著提高酚氧化酶(PO)和超氧化物歧化酶(SOD)活性，免疫力顯著提高。王稷等[9]研究一株地衣芽孢桿菌對(duì)提高泥蚶(Tegillarcagranosa)耐受鎘(Cd2+)脅迫的作用，結(jié)果顯示，地衣芽孢桿菌能降低泥蚶組織中Cd 殘留量，提高其存活率，并能有效地促進(jìn)泥蚶體內(nèi)SOD和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)酶活性的增加，同時(shí)降低三類免疫相關(guān)基因金屬硫蛋白(MT)、小熱休克蛋白分子(sHSP)和鐵蛋白(ferritin)在mRNA 水平上的表達(dá)。數(shù)據(jù)表明該地衣芽孢桿菌可通過(guò)調(diào)節(jié)泥蚶的免疫系統(tǒng)，起到降低Cd2+對(duì)泥蚶毒害的作用。

1.3 促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收

地衣芽孢桿菌以內(nèi)生孢子的形式進(jìn)入動(dòng)物腸道后，在腸道上部能迅速?gòu)?fù)活并分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等多種酶類[10-11]，這些酶將宿主自身難以消化的飼料成分分解為可供宿主吸收利用的小分子物質(zhì)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收；地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的植酸酶可使植酸磷降解成肌醇和磷酸，從而提高飼料中磷的利用率，降低糞便中磷的排出量并可降低植酸鹽的抗?fàn)I養(yǎng)作用[12]；地衣芽孢桿菌在代謝過(guò)程中還可合成多種維生素，如B 族維生素、維生素K 和葉酸等，改善腸道消化功能，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)體對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)成分的消化和吸收；地衣芽孢桿菌在生長(zhǎng)過(guò)程中能產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，這些酸類能降低動(dòng)物腸道pH值，酸化飼料，提高飼料消化吸收率[13]。在異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)日糧中添加地衣芽孢桿菌可顯著提高磷表觀消化率及食糜植酸酶活性，餌料系數(shù)顯著降低，魚(yú)體生長(zhǎng)加快[14]。

1.4 凈化養(yǎng)殖水環(huán)境

在集約化養(yǎng)殖過(guò)程中，養(yǎng)殖環(huán)境的自身污染主要來(lái)源于人工飼料、有機(jī)肥料、養(yǎng)殖生物的排泄物和生物尸體殘骸等。這些物質(zhì)的大量蓄積使得養(yǎng)殖水體中有機(jī)物、氨氮和亞硝酸鹽氮等污染物的濃度增加，導(dǎo)致水質(zhì)惡化和病原生物大量滋生。水產(chǎn)動(dòng)物在這些污染物的脅迫下長(zhǎng)期處于應(yīng)激狀態(tài)將導(dǎo)致其免疫力下降，病害頻發(fā)且治療難度較大?？梢?jiàn)，水環(huán)境污染問(wèn)題已成為我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)所面臨的最為嚴(yán)重的挑戰(zhàn)之一。地衣芽孢桿菌因具有生長(zhǎng)繁殖速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)且分離培養(yǎng)較為容易等優(yōu)點(diǎn)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)凈化方面的應(yīng)用日益廣泛。首先，地衣芽孢桿菌豐富的酶系可將水體中的有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)鹽，為浮游植物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)浮游植物繁殖，而浮游植物的光合作用，又為水產(chǎn)動(dòng)物的呼吸、有機(jī)物的分解提供氧氣，從而形成一個(gè)良性的生態(tài)循環(huán)[15-16]；其次，地衣芽孢桿菌可抑制病原微生物的生長(zhǎng)[17]，減少水環(huán)境中病原微生物的含量；此外，內(nèi)服地衣芽孢桿菌可促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而減少糞便中氮的排放，間接改善水質(zhì)。

2 地衣芽孢桿菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

2.1 作為飼料添加劑使用

地衣芽孢桿菌添加到水產(chǎn)動(dòng)物飼料中可隨養(yǎng)殖動(dòng)物攝食進(jìn)入消化道而發(fā)揮益生作用，具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，提高免疫力并促進(jìn)生長(zhǎng)的作用。劉波等[18]用含有地衣芽孢桿菌的飼料飼喂異育銀鯽，結(jié)果表明地衣芽孢桿菌顯著提高了魚(yú)體增重率和干物質(zhì)、粗蛋白及磷表觀消化率，并降低了餌料系數(shù)，還顯著提高了食糜蛋白酶和淀粉酶活性及腸道組織蛋白酶活性，促進(jìn)了魚(yú)體生長(zhǎng)。Kumar等[19]在平均體重為4.0 g的羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)幼體飼料中添加地衣芽孢桿菌投喂60 d 后，蝦體生長(zhǎng)性能顯著高于對(duì)照組；腸道細(xì)菌總數(shù)和芽孢桿菌數(shù)量顯著增加而致病菌氣單胞菌和假單胞菌數(shù)量顯著降低；免疫指標(biāo)顯著增加；溶藻弧菌攻毒后的死亡率顯著降低，表明地衣芽孢桿菌可調(diào)節(jié)羅氏沼蝦的腸道菌群，提高免疫力并促進(jìn)其生長(zhǎng)。郝向舉等[20]用來(lái)源于中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)腸道的地衣芽孢桿菌ESB3 活菌飼喂中華絨螯蟹，結(jié)果表明，地衣芽孢桿菌ESB3可顯著提高蟹體增重率并明顯提高中華絨螯蟹對(duì)嗜水氣單胞菌的抵抗力。

地衣芽孢桿菌的飼喂效果與養(yǎng)殖動(dòng)物種類、養(yǎng)殖動(dòng)物的生長(zhǎng)階段、腸道環(huán)境和養(yǎng)殖水體環(huán)境有關(guān)，因此，在不同養(yǎng)殖動(dòng)物的飼養(yǎng)試驗(yàn)中得到的地衣芽孢桿菌的最適需求量存在很大的差異(表1)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖動(dòng)物種類、規(guī)格大小、生長(zhǎng)階段以及環(huán)境因素等差異，確定制劑的用量。

表1 水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)飼料中地衣芽孢桿菌的適宜需求量

2.2 投放到養(yǎng)殖水體中

曹煜成等[33]向養(yǎng)殖水體中投放地衣芽孢桿菌De株可使養(yǎng)殖黃鰭鯛(Sparuslatus)的成活率、體長(zhǎng)增長(zhǎng)率和體重增重率分別提高18.2%、21.0%和312%；水體中弧菌數(shù)量在養(yǎng)殖后期較對(duì)照組降低61.76%，底泥中的總異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量在養(yǎng)殖中后期較對(duì)照組提高38.61%，整個(gè)養(yǎng)殖期間水體及底泥中的芽孢桿菌數(shù)量分別較對(duì)照組提高15.34%和26.37%。沈文英等[34]向三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)飼養(yǎng)水體中投放一定量的地衣芽孢桿菌可提高三角帆蚌消化酶、免疫指標(biāo)和抗氧化指標(biāo)活性并顯著促進(jìn)蚌體的生長(zhǎng)。以上研究結(jié)果表明，水體中添加地衣芽孢桿菌可調(diào)節(jié)水體微生物菌群結(jié)構(gòu)，提高免疫力并促進(jìn)養(yǎng)殖動(dòng)物生長(zhǎng)。

在生產(chǎn)中，向養(yǎng)殖水體中施用地衣芽孢桿菌需綜合考慮水產(chǎn)動(dòng)物種類、氣候條件、水環(huán)境條件等多種因素，需分析具體情況后確定用法用量(表2)，其中，三角帆蚌和泥蚶是濾食性貝類，可大量濾食投放到水體中的益生菌，這可能是投放量比魚(yú)蝦類養(yǎng)殖水體大得多的原因之一。

表2 水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中地衣芽孢桿菌的用法用量

3 存在問(wèn)題和展望

地衣芽孢桿菌是繼枯草芽孢桿菌之后又一在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的芽孢桿菌，但是在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題：1)水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用的地衣芽孢桿菌大多來(lái)自某些陸生動(dòng)物，并不是從水產(chǎn)動(dòng)物或其生活環(huán)境中篩選出來(lái)，其功能的發(fā)揮受到水產(chǎn)動(dòng)物自身消化道特點(diǎn)和水環(huán)境特點(diǎn)的限制；2)在實(shí)際應(yīng)用中，往往沒(méi)有充分考慮水質(zhì)條件是否適宜地衣芽孢桿菌的生存和繁殖，造成使用效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期；3)地衣芽孢桿菌與其他菌株之間的配伍問(wèn)題仍然沒(méi)有十分明確；4)地衣芽孢桿菌在保存和使用過(guò)程中存在活菌數(shù)下降較快，易受雜菌污染等問(wèn)題。

當(dāng)前，微生態(tài)制劑的研究和應(yīng)用仍然處于初級(jí)階段，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，弄清楚地衣芽孢桿菌對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物腸道和水體原籍菌群的影響；地衣芽孢桿菌的加工工藝和保存條件需進(jìn)一步優(yōu)化以確保制劑能夠長(zhǎng)期高效保存；根據(jù)水環(huán)境特點(diǎn)和水產(chǎn)動(dòng)物品種、規(guī)格的差異確定不同的用法用量，減少盲目使用；尋找與其具有協(xié)同作用的菌株，做出復(fù)合微生態(tài)制劑，將微生物的作用最大化，這也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)?？傊S著對(duì)地衣芽孢桿菌研究的深入，地衣芽孢桿菌的開(kāi)發(fā)和利用將更加科學(xué)合理，并可促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。