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乳酸菌在水产养殖中的应用及其应用于海参养殖的可行性

  作者:大连海洋大学农业部海洋水产增养殖学重点开放实验室   张艳婷  任同军


  辽宁省农业科学院大连生物技术研究所  孙永欣


  [摘要] 本文综述了近年来乳酸菌对不同水产动物生长促进和免疫力诱导的作用机制的研究,并探讨了乳酸菌应用于海参养殖的可行性。


  [关键词] 乳酸菌;水产动物;刺参;可行性


  乳酸菌(lactic acid bacteria)是一群形态、代谢性能和生理学特征不完全相同的革兰氏阳性菌的统称。目前乳酸菌在细胞分类学上至少有23 个属,随着细菌分类研究的不断深入,乳酸菌的范围也不断扩大。目前其中应用最广的为乳酸杆菌和双歧杆菌。


  1 乳酸菌在水产养殖中的应用


  1.1 净化水质,改善生态环境


  乳酸菌与芽孢杆菌、光合细菌、反硝化菌等有益菌混合使用,可以促进养殖水体饵料生物大量繁殖、生长,并且可分解残饵、粪便及水中有机质,改良水体环境,抑制水体中有害菌的繁殖生长,调节菌藻平衡。


  1.2 提高免疫力


  乳酸菌对水生动物免疫功能的影响研究较多。在饲料或水体中添加乳酸菌活菌或灭活菌都可以提高水生动物的细胞免疫和体液免疫功能。乳酸菌对水生动物免疫反应影响见表1。


  1.2.1 细胞吞噬活性


  细胞吞噬作用在机体的抗菌防御中起着非常重要的作用, 能够在抗体产生之前激活早期炎症反应。饲料中添加乳酸菌组,(包括沙克乳酸杆菌,乳酸球菌, 明串珠球菌可以激活宿主吞噬细胞并提高细胞吞噬活性,研究同时表明,乳酸菌无论是活菌还是灭活菌都能在水产养殖生产中提高鱼类的细胞吞噬活力。


  Pirarat 等研究表明,投喂鼠李糖乳酸杆菌(1010CFU/g)可以显著提高罗非鱼的细胞吞噬活性。但是乳酸菌不能提高大菱鲆头肾吞噬细胞的吞噬活性。


  1.2.2 呼吸爆发活力


  呼吸爆发活力是鱼类先天免疫防御中的一个重要指标。乳酸菌与枯草芽孢杆菌均可以使鱼类的呼吸爆发活力提高。并且高温灭菌的德式乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌、乳酸球菌在体外环境下仍然可以提高金头鲷头肾白细胞的呼吸爆发活力。



  注:(1)+为升高,-为下降;(2)枯草芽孢杆菌,嗜酸性乳酸杆菌,沙克乳酸杆菌,乳酸球菌,明串珠菌, 格式乳酸球菌, 鼠李糖乳酸杆菌, 肠球菌, 德式乳酸杆菌, 植物乳酸杆菌,丁酸梭菌酿酒酵母。


  1.2.3 溶菌酶活性


  溶菌酶是鱼类先天免疫系统中的一种重要的杀菌酶, 是鱼类对抗传染性病原体的不可缺少的工具。鼠李糖乳酸杆菌、乳酸球菌、明串珠球菌可使褐鳟血清溶菌酶水平升高。


  此外,Taoka 等研究表明,乳酸菌还可以提高罗非鱼鱼皮肤黏膜溶菌酶的水平,并且加入水中比口服效果更显著。但也有报道称在虹鳟饲料中添加乳酸菌并不能提高溶菌酶水平。


  1.2.4 过氧化物酶


  过氧化物酶是一类能利用氧化自由基生成次氯酸从而杀死病原菌的重要酶类。Salinas 等研究发现,用含德式乳酸杆菌的饵料投喂金头鲷3 周,能使血清过氧化物酶活性升高, 但头肾白细胞吞噬活性未见升高。Salinas 等研究表明,饲料中添加乳酸菌并不能影响金头鲷血清蛋白酶活性。


  1.2.5 补体活性


  在硬骨鱼类中, 补体系统在免疫系统中起着关键作用,具有趋化、调理、吞噬和调节等作用。补体参与机体非特异性免疫的主要作用机制是通过裂解直接杀死病原菌。研究表明,乳酸菌直接投喂或加入水中均可以提高鱼类自然补体的活性。


  1.2.6 细胞因子


  细胞因子是由免疫细胞产生的蛋白质调节因子,有利于细胞的生长分化,加强机体防御机制。乳酸菌可以调节细胞因子在宿主中的表达。Panigrahi 等研究发现,鼠李糖乳酸杆菌、肠球菌和枯草芽孢杆菌可以诱导虹鳟脾脏和头肾的促炎症细胞因子,如白细胞介素-1(IL-1)、转化生长因子β(TGF-β)的产生。Picchietti 等研究表明,在舌齿鲈(体内环氧化酶-2(COX-2)的合成随着IL-1 和TGF-β 含量的减少而降低。COX-2 可以促进肠道创伤愈合,但长期慢性的表达可导致炎症性疾病的发生。因此,COX-2 表达的平衡对于维持体内的生态平衡非常重要的,而且COX-2 基因表达的调节是一些益生菌抗炎症反应的关键作用机制。


  1.3 促进生长


  乳酸菌能分泌乳酸,产生多种消化酶,有助于鱼类消化吸收,促进生长。Byun 等从鲆鱼分离筛选出一菌株DS-12,其表现出强的抗菌活性,能抑制多种鱼体病原菌(如鳗弧菌、嗜水气单胞菌等)的生长,饲喂试验显示,饲喂含有DS-12 菌株的试验组,鱼的平均增重比对照组快,表明乳酸菌既有抑菌又能促生长的双重机能。Suzer 等报道,在黑鲷的仔鱼发育阶段使用乳酸菌,可以提高仔鱼的生长性能和消化酶活性, 添加到仔鱼的活饵料以及添加到活饵料和水体中, 效果达显著水平。Ha 和Shunsuke研究表明,饲料中添加热灭活的植物乳酸杆菌(1g/kg)可提高对虾的存活率(87.50 %)、体增重率(785 %)、特定生长率(7.28 %)。王国霞等试验表明,10 %的乳酸菌添加组对虾的成活率、增重率、特定生长率分别较空白组提高2.53 %、7.13 %、4.23 %,饵料系数较空白组降低8.38 %,表明添加乳酸菌可以一定程度地提高对虾幼虾的生长性能和消化酶活性。


  1.4 对致病菌的抑制作用


  乳酸菌能有效调整水产动物肠道的菌群平衡,通过营养竞争、附着位点竞争或分泌抗生素细菌素等毒素杀死或抑制病原微生物,增强抗感染能力,调节机体肠黏膜的免疫活性, 提高动物遭受病害侵袭时的存活率。Gatesoupe研究表明,乳酸菌可以提高大菱鲆抵抗致病性弧菌的能力。陈营等体外试验发现,从健康牙鲆肠道中分离得到的多种乳酸菌,对弧菌均有抑制作用。杨莺莺等研究表明,乳酸杆菌及其代谢物质(如乳酸菌肽、细菌素、乳酸、过氧化氢、乙酸)对弧菌具有协同抑制作用。周海平等为探明乳酸杆菌LH 对水产养殖病害的生物防治功能,采用试管稀释法和平板抑菌圈检测法,探讨了乳酸杆菌代谢产物对沙蚕弧菌、哈维氏弧菌、溶藻弧菌、副溶血弧菌、漂浮弧菌的抑制能力,结果表明,乳酸杆菌LH 对病原弧菌具有良好的抑制作用。杨勇研究证明,乳酸菌代谢产物对鳗弧菌的生长具有非常显著的抑制作用, 该代谢产物对鳗弧菌的抑制效率在90 %以上。窦晓明等研究表明,3 株乳酸菌(命名为A-1,A-2,A-3)胞外产物对副溶血弧菌有较强的抑制作用。


  2 乳酸菌的作用机理


  目前可将乳酸菌促进动物生长和免疫作用机制分为两种:一是直接作用,即菌体本身及其活性代谢物对有害物质的黏附或者降解; 二是间接作用, 即乳酸菌通过调节肠道菌群及其代谢酶活性,调节机体免疫活性及机体部分酶活性等方式起到间接益生作用。


  2.1 提供营养物质,直接促进生长


  乳酸菌能产生B 族维生素,包括叶酸、生物素、维生素B6和维生素K 等, 能够直接为宿主提供必需的营养物质,促进动物生长。此外,乳酸菌的酸性代谢产物能加强肠道蠕动, 有利于养分的消化吸收。


  2.2 产生抗菌物质


  在乳酸菌的生长代谢过程中能产生有机酸、过氧化氢等抗菌物质来达到抑制致病菌和外源病原菌生长的目的。


  2.3 调节肠道微生态平衡


  乳酸菌能防止病原菌在肠上皮细胞表面附着、定植并入侵肠道细胞,这种机制被称为“黏附抗性”。乳酸菌在肠道内,可通过竞争致病菌的吸附位点抑制有害病原微生物生长,来调节水生动物肠道微生态平衡和免疫反应。


  2.4 对免疫系统的影响


  Ouwehand 等给出了摄入益生素对免疫系统刺激作用的可能途径:抗原性物质通过淋巴结集中的连滤泡上皮,进入淋巴组织。通过途径有两种:一是微生物代谢产物或碎片作为小分子抗原直接通过普通上皮细胞或者透过上皮细胞间的紧密连接缝隙;二是微生物细胞本身由微褶细胞(M-Cell)通过胞饮作用传送给位于M-Cell 包囊中的巨嗜细胞等。抗原进入淋巴组织后,或由抗原提呈细胞处理后或直接交给淋巴细胞,产生相应的免疫应答。


  3 乳酸菌应用于刺参养殖研究初探


  目前,乳酸菌作为益生菌在鱼虾等水产养殖中得到成功应用,但由于刺参摄食方式特殊性,还鲜见其应用于刺参养殖中的报道。刺参已成为我国北方最大的海水养殖种类。然而,频繁发生的刺参病害问题给刺参养殖业造成了巨大的经济损失。由于乳酸菌具有耐酸抗盐性,刺参育苗以及养殖的温度范围分别在2l ~ 27 ℃和5 ~ 28 ℃,养殖水体的pH 为7.5 ~ 8.6,盐度为27 ‰ ~ 35 ‰,而乳酸菌在pH 6.5 ~ 8.5,40 ℃以下可以生长。可见,海参育苗养殖的上述基本条件完全满足乳酸菌正常生长和繁殖的需要。另外,乳酸菌是厌氧菌,在缺氧条件下也能生长和发挥作用,只要在海参体内得以成功生长和繁殖,其将可抑制致病菌的生长。研究证实,海参“腐皮综合症”等皮肤病是由弧菌引起的,乳酸菌可以抑制病原性弧菌的生长。张涛等研究表明,添加从健康仿刺参肠道内筛选获得的乳酸菌L-2、芽孢杆菌K-3 和芽孢杆菌J-9 可以提高仿刺参消化酶的活性,尤其是蛋白酶和淀粉酶的活性,并且对提高刺参免疫功能有积极作用。袁成玉等研究表明,益生菌制剂可以提高幼刺参的消化酶活性和成活率,并能促进生长,影响肠道蛋白酶和淀粉酶活性。王亚敏认为,芽孢杆菌能够提高刺参的生长率及存活率,并能一定程度提高体腔液中磷酸酶的活力。虽然乳酸菌可以提高刺参消化酶活性和免疫力,但由于刺参养殖以池塘或围堰养殖为主,乳酸菌可能在水体中溶失,而且养殖不规范,无固定营养配方以及乳酸菌自身特点,尚不能实现规模化使用。因此,将刺参养殖科学化,规范化,并筛选出在刺参生长温度下能够发挥作用的菌株,才能使乳酸菌在海参、鲍鱼等舔舐性和刮食性水产动物养殖中得到更广泛应用。


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