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水产动物益生菌对肠道菌群的影响

水产动物益生菌对肠道菌群的影响

摘要:随着水产动物肠道微生态学的发展,人们已逐步意识到益生菌对水产动物肠道发挥的重要作用,益生菌可通过调节肠道菌群平衡、改善肠道菌群组成等提高水产动物的免疫功能。本文综述了水产动物益生菌及其对肠道菌群的影响。

关键词:水产动物;益生菌;肠道菌群

1水产动物益生菌

1.1常见水产动物益生菌种类

目前,常见的水产动物益生菌种类仍较少,主要集中于乳酸菌(Lacticacidbacteria)、芽孢杆菌(Bacillus)及其酵母菌(Yeasts)等[5-7],应用于水产动物的光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌及蛭弧菌等[8-12]益生菌也有少量研究。这些水产动物益生菌均能在一定程度上改善肠道菌群的组成、调节肠道菌群平衡并吸收养殖水体中的有机物质或降解有毒物质,从而达到净化水体环境、提高水质的效果。

1.2水产动物益生菌作用机制

水产动物益生菌的主要作用机制包括免疫作用[13-14]、抑菌作用[15]、营养作用[16]、酶作用[17-19]及降解作用等,其中,免疫作用、抑菌作用、营养作用及酶作用与畜禽动物益生菌的作用机制类似,但降解作用有着显著不同[20]。水产动物益生菌通过加快有机物分解速率,释放游离氨基酸和葡萄糖为微生物提供营养,并促进浮游动物生长,同时自身大量繁殖形成优势菌进而提高水产动物的免疫功能[21]。此外,水产动物益生菌还能够直接吸收养殖水体中的有机物或在一定程度上降解有毒物质,显著减少淤泥形成,正向调节水质[19]。

2水产动物肠道菌群的形成与组成

2.1水产动物肠道菌群的形成

一般认为,刚孵出的水产幼苗肠道内并没有相关菌株定植,当它与水接触后,水环境中的微生物会优先吸附在肠道内,逐渐形成肠道菌群。Sugita等[22]在1985年最早报道了罗非鱼(Oreochromismossambicus)幼鱼孵出后的20~60d便建立好肠道菌群,并推断这些微生物可能来自水体、水底沉积物或其他鱼类的粪便。Gatesoupe等[23]也有类似报道,表明细菌可通过水产动物口腔进入肠道内,甚至在水产动物第1次开始摄食时部分菌株就可以成为肠道内的优势菌。由于大部分水产动物通过鳃进行呼吸,通过口腔摄取食物,所摄食的饵料以及水体环境中接触到的细菌进入机体内部,适应一段时间后定植于肠道内,进而影响水产动物肠道菌群的形成。

2.2水产动物肠道菌群的组成

水产动物肠道菌群分为正常菌群和过路菌群2类[24]。正常菌群由固有细菌组成,有规律地定植于鱼体肠道内,在正常情况下对鱼体表现不致病,对水产动物机体有益无害且为必需,益生菌则为正常菌群之一。不同海水、淡水水产动物肠道菌群由不同种细菌组成,并且所含细菌数量也并不固定,细菌种类及数量会随养殖时间、食物组成、主要食性、饥饱食状态及生活环境等发生变化。经大量研究表明[25-33],海水水产动物的肠道细菌种类主要为芽孢杆菌属、弧菌属及肠杆菌属,肠道细菌数量稍多一些,为106~108CFU/g,而淡水水产动物的肠道细菌种类则以乳杆菌属(Lactobacillus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)及气单胞菌属(Aeromonas)为主,肠道细菌数量基本为105~107CFU/g。

3益生菌对水产动物肠道菌群的影响

近些年来,在水产养殖上研究较多的益生菌为乳酸菌及芽孢杆菌,这类益生菌具有改善肠道菌群组成、调节水产动物肠道微生态平衡等作用,集中体现在服用益生菌后水产动物肠道中的有益菌增多,致病菌减少;同时,也有大量文献均通过研究益生菌对水产动物非特异性免疫指标的变化,如溶菌酶(LZM)、超氧化物歧化酶(SOD)、酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)、一氧化氮合酶(NOS)等,以探究水产动物益生菌对其机体免疫力的影响。

3.1乳酸菌对水产动物肠道菌群的影响

水产动物乳酸菌主要包括嗜酸乳杆菌(Lactobacillusacidophilus)、粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)及鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus)等。尹军霞等[34]研究表明,乳杆菌、双歧杆菌均为鲫肠道的正常菌群,将益生菌制剂投喂给鲫后,肠道内好氧菌数量极显著减少,而乳杆菌数量呈极显著增加,结果表明乳杆菌能定植于鲫肠道从而有效改善鲫肠道菌群组成。同样嗜酸乳杆菌也在一定程度上抑制吉富罗非鱼(GIFT,Oreochromisniloticus)肠道内的大肠杆菌(Escherichiacoli)生长,且能通过提高SOD、ACP及AKP等非特异性免疫指标来增强机体免疫力[35-36]。周晓波等[37]在饲料中添加粪肠球菌投喂给罗非鱼后,其试验结果与投喂嗜酸乳杆菌结果相似,罗非鱼肠道内乳酸菌显著增加,同时大肠杆菌数量减少,说明饲料中添加乳酸菌可以促进肠道有益菌的生长,抑制有害菌的生长,调节肠道菌群平衡,进而改善肠道微环境。Pirarat等[38]将鼠李糖乳杆菌作为添加剂拌饲投喂给尼罗罗非鱼(Oreochromisniloticus),发现其肠道绒毛高度、上皮内的淋巴细胞数目显著增加,肠道益生菌数量显著增加,能在一定程度上加强肠道的免疫功能[39]。Nikoskelainen等[40]研究发现,105CFU/g饲料水平的鼠李糖乳杆菌(ATCC53103)可有效调节虹鳟肠道菌群平衡,使肠道内乳杆菌、双歧杆菌等益生菌数量增加,同时有效抑制部分水产病原菌。

3.2芽孢杆菌对水产动物肠道菌群的影响

除乳酸菌外,芽孢杆菌也是水产动物常用的益生菌。李桂英等[41-42]先后于2011年和2013年将添加坚强芽孢杆菌(Bacillusfirmus)等的饲料投喂给凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei),结果表明饲料中添加益生菌可提高凡纳滨对虾肠道消化酶活性并正向调节肠道菌群数量,使肠道内优势菌群及细菌总数均呈升高趋势,同时提高血清中SOD、ACP、AKP及NOS等非特异性免疫指标。周慧慧等[43]从仿刺参(Apostichopusjaponicus)肠道内分离出益生菌并鉴定为芽孢杆菌和粪肠球菌,发现肠道内弧菌数量相对减少,而益生菌数量增加;仿刺参血清中LZM、SOD及ACP等免疫酶指标上升,表明益生菌可抑制病原菌的生长并能在水产动物体内定植,进而增强机体免疫力。孙盛明等[44]在饲料中添加枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)投喂给团头鲂幼鱼,发现其生长性能、抗氧化能力均有所提高,肠道菌群结构多样性显著降低,其肠道菌群结构发生明显改变。刘波等[45]将地衣芽孢杆菌(Bacilluslincheniformis)饲喂给异育银鲫后,发现芽孢杆菌和乳杆菌等益生菌数量明显增加,大肠杆菌、沙门氏菌(Salmonella)等致病菌不再黏附、定植,有效维持肠道微生态平衡。唐杨等[46]也有相似结论,在饲料中补充蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)后饲喂给凡纳滨对虾可改变对虾肠道菌群组成,降低肠道内弧菌数量。

3.3复合型益生菌对水产动物肠道菌群的影响

近年来,复合型益生菌的应用日益增多,与添加单一益生菌相比,在饲料中添加复合益生菌对降低肠道细菌数量、调节水产动物肠道菌群平衡、改善肠道菌群组成等具有更好的促进作用。何伟聪等[47]研究发现,持续投喂枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌复合型益生菌能够显著改善军曹鱼(Rachycentroncanadum)的肠道菌群组成及数量,枯草芽孢杆菌属好氧菌,在进入肠道后会消耗大量氧气,有利于厌氧性的嗜酸乳杆菌在肠道内生长繁殖,二者在增殖过程中互相协同,维持了肠道微生物的动态平衡。胡毅等[48]以凡纳滨对虾为研究对象,对其投喂添加单一芽孢杆菌及复合芽孢杆菌的饲料,发现复合型益生菌对凡纳滨对虾的肠道菌群组成的改善效果更好,饲料中添加益生菌能显著降低肠道中的弧菌数量,从而维持肠道微生态平衡;潘雷等[49]将添加单一益生菌和复合益生菌的饲料投喂给大菱鲆后也得出类似结论。Bogut等[50]发现,投喂嗜酸乳杆菌、粪肠球菌及干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)制成的复合型乳酸菌饲料后,鲤的生长加快,饲料转化率提高。沈涛等[31]在饲料中添加复合芽孢杆菌能显著改善草鱼的肠道菌群组成,使有益菌数量增加,有害菌减少。赵倩等[51]发现产朊假丝酵母(Candidautilis)、枯草芽孢杆菌、鼠李糖乳杆菌发酵中药制剂能显著影响鲤的肠道菌群结构,鼠李糖乳杆菌中药发酵制剂参与的肠道菌群最丰富。孟霄鹏等[52]将类芽孢杆菌和双歧杆菌组成复合型饲料投喂给凡纳滨对虾,发现凡纳滨对虾肠道菌群中以变形菌门(Proteobacteria)为主,益生菌可明显改变对虾肠道的菌群组成,降低弧菌总数,进而提高抗病力。

4小结与展望

益生菌无毒害、无副作用,不会导致药物残留且不会污染养殖水体,在促进水产动物生长速率的基础上,还能增强其抗病害能力,是绿色水产养殖业中最具潜力的微生态制剂。水产益生菌具有良好的发展前景,也是当下国内外学者的研究热点之一,但益生菌应用于水产养殖业中的报道较少,仅局限于营养、生长、免疫等方面,对肠道菌群的研究也仅停留在益生菌所发挥的表层作用,对其系统性研究鲜有报道。大量文献表明,水产动物益生菌可在一定程度上改善水产动物肠道菌群结构,同时能加强机体免疫力,但水产益生菌的优良品种较少,免疫方式局限,益生机制尚未明确。此外,许多问题仍然未得到解答,如在水产养殖中使用益生菌是否会影响有机物与无机物之间的转换,是否会与摄取的食物存在营养上的有害竞争?这些问题仍然需要不断去探索。

作者:孔由 田佳鑫 陈秀梅 牛小天 单晓枫 王桂芹 单位:吉林农业大学动物科学技术学院