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水产谈微孢子虫色变,但其真实面目有几人了解?

  目前很多水产从业者对水生微孢子虫的认识仍十分不足,笔者于此对微孢子虫基础生物学的最新研究进展做一介绍,并对我国新发的水产养殖经济动物微孢子虫病提出防控建议,以供参考。



  微孢子虫成熟孢子模式图(仿Weiss L M,1999)。Ex:外孢壁;En 内孢壁;AD:锚状盘;M:极丝柄状部;PI层状极体;VPI 泡状极体;PT 极管;Sp 孢质;Nu 孢核;Pm:质膜;PV 后泡


  掌握引起病害发生的病原的基础生物学是有效防控水产动物病害的重要前提之一。近年来,受到广泛关注的对虾生长缓慢症、中华绒螯蟹“水瘪子病”、梭子蟹“牙膏病”及石斑鱼标粗过程中频发的“瘦身病”均发现与一类微小的寄生虫,即微孢子虫有关。但由于我国对水生微孢子虫及其病害研究开展得较少,水产从业者对这类病原的认识显得十分不足,有些报道有误导从业者之嫌,甚至最近有报道把这一类寄生虫与人畜共患的顶复门隐孢子虫归为一类,因此,笔者认为十分有必要系统介绍微孢子虫的基础生物学以加深业者对其认识,基于对其分布、生活史、传播规律等的研究成果,并借鉴防控陆生人畜与经济昆虫微孢子虫病的措施来探讨防控水生微孢子虫病的可行方案。



  不同种鱼类微孢子虫孢子光镜图示(引自Dykova I, 2006)


  一、微孢子虫基础生物学


  长时间以来,业界将粘孢子虫、微孢子虫及球虫统统归入原生动物的孢子虫纲,这也是迄今有些水产从业者依然将这几类成孢子的寄生虫称为孢子虫的原因。但科学工作者长期的研究发现,这三类寄生虫实为进化距离非常遥远的不同类群,粘孢子虫已被证实起源于自由生活的刺胞动物(包括海葵、水螅及珊瑚等),而微孢子虫被确定为一类早期分化的真菌类生物,并从动物界移入植物界。事实上,微孢子虫是一类泛在的、成孢子、真核、细胞内(少数核内)专性寄生虫,寄生对象可覆盖从无脊椎动物(包括原生动物、节肢动物、软体动物、刺胞动物、线虫、轮虫、棘头虫、环节动物、扁形动物等)到脊椎动物(包括鱼、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳动物及人等)的几乎所有动物类群,迄今已报道的寄生对象已达200余属、1500余种,但由于研究的不足,微孢子虫多样性被严重低估了,事实上微孢子虫的种数可能与现存动物的种数相近甚至超过。自1857年发现第一例微孢子虫以来,即横扫欧洲蚕丝业的家蚕微粒子虫,这一大类群的一些种已成为养蚕业、养蜂业、水产业、模式动物(斑马鱼、秀丽线虫)及人畜共患病的重要病原生物,学界对其开展了大量的研究工作,尤其是在上世纪八十年代发现微孢子虫感染引起的急性腹泻是导致免疫缺陷患者(艾滋病与器官移植患者)的重要致死因子,迄今已报道了8属17种微孢子虫可感染人,如毕氏肠微孢子虫(Enterocytozoon bieneusi)。当然也有一些微孢子虫也是控制有害昆虫(如蝗虫)的高效生物制剂。


  微孢子虫孢子个体很小,长1.0-10.0μm,宽0.5-4.5μm,孢子前端复杂的挤出装置(包括锚状盘、极体及极管三部分)与孢子后端的后泡是微孢子虫最显著的结构特征(图1,2),一般光镜观察,目镜需要40倍以上甚至油镜,另,使用与几丁质特异性结合的染料如Uvitex 2B染色涂片或组织切片,在荧光显微镜下可清晰观察到(如图3)。某些感染鱼、虾、蟹的微孢子虫可形成肉眼可见的如孢囊的异瘤体(xenoma)。微孢子虫生活史主要包括宿主体内、体外两阶段,体内自环境中的成熟孢子遇到适宜宿主、射出极丝锚定宿主细胞后、感染性胞质从中空管状的极管中射入宿主细胞内开始裂殖生殖、孢子生殖,这一过程通常在数秒内即可完成。由于适应寄生生活,微孢子虫形态及基因组结构与功能发生了高度退化,微孢子虫的种类鉴定通常采用电镜超微结构与分子特征相结合的方式进行。在已公布的16个微孢子虫全基因组中,最小的微孢子虫基因组仅为2.3M,甚至小于大多数细菌基因组。不同类群微孢子虫生活史有显著的差异,包括鱼类等脊椎动物寄生微孢子虫通常经口直接感染以完成世代繁衍;而大多数无脊椎动物宿主(包括虾、蟹、昆虫等)生活史一般较为复杂,需要经历一个或数个中间宿主完成繁衍。另外,由于微孢子虫(尤其是水生无脊椎动物寄生微孢子虫)无严格的宿主特异性,某些种存在随食物链传递而常发生变更宿主的现象。微孢子虫的寄生对宿主的危害因种而已,如致死、免疫抑制、宿主雌性化、改变宿主行为等,从而对宿主个体及群落水平产生不良效应。



  Uvitex 2B染色的石斑鱼肠道微孢子虫涂片与肠道切片效果


  二、我国水生动物微孢子虫及其病害简况


  我国微孢子虫研究主要集中于陆生宿主(主要包括经济昆虫如家蚕、柞蚕、蜜蜂与农业害虫如蝗虫等)及人畜共患微孢子虫(尤其是毕氏肠炎微孢子虫)。对水生微孢子虫的研究仅限于少数鱼类及经济水生十足目的病原生物,而欧美、日本、加拿大等国开展了大量的水生经济动物寄生微孢子虫病的感染机制、流行病学、诊断方法及包括药物与物理手段的防控策略研究。


  2000年以前,陈启鎏先生对四大家鱼、斑鳢、乌鳢,何筱洁、华鼎可先生等对大眼鲷、麦穗鱼、长毛对虾、鳗鲡等寄生微孢子虫及其病害进行了初步形态、病理及流行病学研究。此后,随着水产养殖实践中微孢子虫病的频发,先后开展了石斑鱼腹腔格留虫病(病原Glugea epinephelus)、真鲷格留虫病(图4,病原Gluega pagri)、梭子蟹微孢子虫病(病原Microsporidium sp.)及脊尾白虾微孢子虫病(Ameson sp.)、对虾肠胞虫病(Enterocytozoon hepatopenaei)及中华绒螯蟹肝胰腺坏死症即“水瘪子病”发生相关微孢子虫(绒螯蟹肝胞虫Hepatospora eriocheir)等的病原鉴定、病理及流行病学等相关工作。



  感染微孢子虫未定种的真鲷(Pagrus major),示腹腔大量异瘤体与光镜下新鲜孢子的形态(×400)


  三、防控建议


  鉴于水体中微孢子虫的丰富多样性,可侵染水产经济动物几乎所有器官及微孢子虫孢子壳的高度耐药性,笔者提出如下建议:


  1、减少感染源


  尽管微孢子虫种类繁多,但大多数为机会性感染源,针对不同养殖动物的主要暴发微孢子虫病害病原进行严格检验检疫(PCR、LAMP及定量PCR均是有效的手段),以尽量减少病原随种苗与鲜活饵料生物(我们已在石斑鱼开口饵料卤虫中检测高阳性率石斑鱼肠道微孢子虫)进入养殖水体。进水的处理可采用砂滤、臭氧或紫外等物理方法杜绝可能携带感染源的浮游动物进入养殖水体,从而降低养殖水体中感染性微孢子虫的丰度,减少病害的发生率与感染强度。所有养殖用工具有必要通过高温干燥或高溶度含氯消毒剂或NaOH进行处理以减少病原污染水体。尽量减少地表径流及鸟类粪便进入养殖水体。


  2、提高宿主抗性


  寄生虫是健康生态系统中的一部分,自然界大多生物体内都存在大量的寄生生物(细菌、病毒、寄生虫),少量的寄生并不会引起寄主病害的发生,相反某些寄生生物还对宿主保持健康有重要作用,如近年来收到高度关注的肠道微生物。自然水体中含有丰富的微孢子虫多样性,我们实验室已在多种饵料无脊椎动物如枝角类、桡足类及底栖寡毛类(水蚯蚓等)检出多种微孢子虫,如寄生于真剑水蚤脂肪体的Gurleya sp.。完全清除养殖水体中的微孢子虫是不现实的。一旦发生感染,免疫力强的宿主往往可以控制体内的病原数量且具备尽快将病原驱除出体外的能力,从而达到相对稳定的病原-宿主相互作用而平稳度过一个养殖周期。常用的免疫增强剂如β葡聚糖、左旋咪唑及一些中药都被报道可使宿主提高对微孢子虫的抵抗力。当然,健康的养殖管理也非常重要的,总之,应该采取措施减少应激、平衡营养及营造健康水环境,以此降低微孢子虫病损失。


  3、药物防控


  包括烟曲霉素、托曲丽珠、烟曲霉素类似物(TNP-470)、阿苯达唑、呋喃西林、地巴唑、莫能菌素、硝唑克酰胺、虱螨脲等口服化学药物都被用于不同鱼类微孢子虫病的治疗和控制中,但效果因种而异,且停药后有复发风险。最近,有报道建立了体外细胞微孢子虫培养系统并发现纳米金颗粒可有效体外灭活一种鱼微孢子虫,为今后开发控制微孢子虫提供了新思路。但笔者认为,由于微孢子虫成熟孢子对各种环境与药物具有高度耐受力,宿主药物开发应侧重于体内前孢子及早期发育阶段,结合准确的分子诊断方法,精准用药。类似其它原生动物,微孢子虫也需要经历裂殖生殖过程,从传统中药提取有效成分阻断其向成熟孢子发育可能也是一种有效的研制微孢子虫病防控的途径。



  寄生于武汉东湖采集的真剑水蚤脂肪体的Gurleya sp.


  四、结语


  对于新近频发的水生经济动物微孢子虫病,需要科研工作者加强对其基础生物学,尤其是感染与流行机制的研究,也需要一线生产者加强对微孢子虫病的正确认识,在当前无有效的防控药物情况下,根据生活史特点制定合适的防控措施,才能减少因此造成的经济与环境损失。


  来源:水产前沿(微信号:fishfirst)


  作者:中国科学院水生生物研究所章晋勇、中国水产科学院南海水产研究所徐力文、江苏农牧科技职业学院袁圣


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