微生态制剂在对虾养殖中的研究与应用综述

2015-01-15夏磊唐夏张洪玉

江苏农业科学 2014年11期

夏磊+唐夏+张洪玉

摘要：综述了国内外微生态制剂对对虾外部水环境及内部环境的调节作用，包括提高水体溶氧量，降低水体铵态氮、硝酸盐、亚硝酸盐含量及抑制水体中有害微生物的繁殖，生物夺氧、分泌、竞争作用及刺激免疫系统的调节作用与应用现状，提出了今后微生态制剂在对虾养殖中的发展方向。

关键词：微生态制剂；对虾养殖；作用机理；应用现状

中图分类号：S968.22文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）11-0259-03

近年来，随着对虾养殖密度不断加大，水质不断恶化，以及对虾种质资源退化，细菌性、病毒性疾病始终困扰着对虾养殖业的健康发展。科技人员和产业界人士投入了很大精力对对虾病的病原、病理、传播途径及其防治方法进行研究，但效果不是很理想。如1992年暴发的白斑综合征病毒（whitespotsyndromevirus，WSSV），至今仍未有有效解决办法。

对虾疾病的暴发不是单一因素造成，是养殖环境破坏及虾体抗病力减弱共同作用的结果。微生态制剂具有既能改善养殖环境又能提高虾体抗病力的独特优势，被认为是对虾养殖中最有应用前景的生物制品。微生态制剂按其作用方式主要分为外泼和内服2种，分别起着调节对虾外部水环境及其自身内部环境的作用。笔者对微生态制剂调节对虾外部水环境及内部环境的作用机理及其应用进行了概述，以期为对虾微生态制剂的进一步研究与应用奠定基础。

1微生态制剂对对虾外部水环境的调节作用

我国的生产性对虾人工养殖系统是为实现经济目的而建立起来的人工开放型生态系统，其营养结构简单，自净能力较差，物质循环见图1、图2。

在前期的虾池生态系统中，虾个体小，投喂饵料少，产生的代谢产物不多，虾池中的溶解氧比较充足，虾池的微生态环境处于相对稳定的良性循环状态（图1）[1]。

随着养殖生产的实施，首先大量的残饵、排泄物等有机物逐日增多并沉积池底（图2），在养殖水体的下层或底层，浮游微藻的光合作用微弱，水体中少量的溶解氧很快就被代谢产物的氧化分解所消耗，好氧微生物的活动受到抑制[2]。其次厌氧性或兼性厌氧性微生物大幅度生长而成优势菌群，厌氧消化取代了氧化分解，但是厌氧消化降解有机物慢且不彻底，易产生氨气、有机酸、胺类、硫化氢、低级脂肪酸、甲烷等对对虾有毒的中间产物，进而引起对虾发病[1]。高密度的养殖动物以及污染的生态环境为各种病源微生物、病毒的生长提供了生态条件[3]，严重破坏了虾池的生态平衡。

对虾养殖过程中产生的残饵、粪便等如果不能及时降解累积，很容易引发虾池微生态的恶性循环，而微生态制剂能够直接或间接的分解和利用这些有机物质，提高水体溶解氧，减少养殖水体中铵态氮、亚硝酸盐等有害物质的含量，抑制有害病原菌的孳生，其作用机制如下。

1.1提高水体溶氧量

虾池水体中的溶解氧含量是对虾赖以生存的重要条件，微生态制剂主要通过以下2个方面来提高水体溶解氧含量：（1）分解有机物质，降低氧气消耗。应用最广泛的微生态制剂主要是光合细菌、芽孢杆菌。光合细菌是光能异氧菌，细胞内含有类似于植物叶绿体的细菌叶绿素，能以光为能源在厌氧条件下以水中鱼虾残饵及排泄物为碳源进行不产氧的光合作用，合成大量菌体，增氧机制是通过同化水中有机物减少有机耗氧来实现的[4]。付保荣等研究表明，在养殖池水中泼洒光合细菌，可明显增加水体中溶解氧含量[5]。高存川等研究表明，芽孢杆菌能迅速降解养殖水体中的有机物，包括残余饵料、水产动物的排泄物、死亡生物残体及池底淤泥，能有效改良水质，营造良好的养殖生态环境[6]。（2）微生态制剂能够将沉积池底的大量有机物通过氧化、氨化、硝化、反硝化、硫化、固氮等作用迅速分解为CO2、硝酸盐、磷酸盐等营养盐，为单细胞藻类的生长繁殖提供营养，单细胞藻类通过光合作用产生大量溶解氧。黄永春研究了复合微生态制剂对养虾水体水质的影响，结果表明，水体中溶解氧提高了11.0%[7]。

1.2降低水体铵态氮、硝酸盐及亚硝酸盐含量

虾池中的氮循环大致为含氮有机物（残饵、粪便等）→铵态氮→亚硝酸盐→硝酸盐→藻类。在虾池中人工投饵输入的氮占总输入氮的90%左右，仅19%转化为虾体内的氮[8]，过高的铵态氮、亚硝酸盐、硝态氮对养殖动物具有很强的毒性，不仅会对对虾产生直接毒害，而且能够诱发多种疾病，影响对虾的生长。目前，在降低水体铵态氮、硝酸盐及亚硝酸盐含量方面应用较多的微生态制剂主要有光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌3大类。

谢凤行等研究表明，光合细菌的固氮作用将水体中的游离氮气固定在自身体内，使生态系中的氮含量增加，这对氮限制的水体更有意义[9]；马述法等在对虾养殖池中按0.75g/m2光合细菌与沙均匀搅拌后投放，结果试验池的NH4+-N比对照池平均下降0.08mg/L[10]。

丁雷等发现，芽孢杆菌不能起到分解水体中小分子有机物同化铵态氮的作用，但有明显降低水体中硝酸盐、亚硝酸盐的作用[11]；王彦波等也发现芽孢杆菌能大大降低水中亚硝酸盐的含量，在试验过程中，亚硝酸盐含量从0.28mg/L下降至0.14mg/L，下降幅度达50%；对照组亚硝酸含量从0.26mg/L增至0.56mg/L，增幅为115.38%[12]。

硝化细菌能够克服光合细菌对亚硝酸盐转化低率较低和芽孢杆菌对铵态氮转化低的不足，它是一类化能自养型细菌，有亚硝酸细菌和硝酸细菌两类生理亚群组成，亚硝酸细菌完成NH+4-N到NO-2-N的转化；而硝酸细菌完成NO-2-N到NO-3-N的转化，从而使对水生动物有毒的铵态氮和亚硝酸盐转化为对水生动物无毒的硝酸盐[4]。邢华等在对虾池中施用纯化的硝化细菌制剂发现在未换水的情况下，亚硝酸盐含量下降98%，对虾生长良好[13]；韩士群在对虾池中投加硝化细菌后水体氨氮浓度仅为对照池的40%。

1.3抑制水体中有害菌群与有害微生物的繁殖endprint

有些微生态制剂可通过分泌一些抑菌物质，或产生许多抑制病原体生长的代谢产物来降解环境中致病菌和有害微生物产生的毒性物质。Moriarty将由多株芽孢杆菌组成的复合菌剂投放到虾养殖池塘后，发现池塘底沉积物中发光弧菌的数量显著降低，水体中其他致病菌和有害微生物的数量也降低到最低程度[14]。付保荣等研究表明，光合细菌对水体中致病菌和有害藻类有明显的抑制作用[5]。Bachère研究发现，在凡纳滨对虾幼体养殖中，枯草芽孢杆菌可以控制致死率高达100%的哈维弧菌[15]。

2微生态制剂对对虾内部环境的调节作用

对虾内环境主要是指对虾肠道环境。对虾肠道中存在着各种微生物，它们作为一个整体影响着机体的生理、生化和免疫反应[16]。

健康对虾肠道内的微生物菌群，在定性、定量和定位等方面都保持着平衡状态，但这种平衡状态一旦失调，对虾便会出现生产力下降和表现疾病症状。大量研究和生产实践证实，微生态制剂对对虾内环境生态平衡起着重要的调节作用[17]。调节作用主要通过如下方式实现。

2.1生物夺氧

所谓“生物夺氧”就是为了给厌氧菌的生长繁殖创造一个无氧的环境。正常情况下，对虾肠道内优势菌群为厌氧菌，而需氧菌和兼性厌氧菌只占1%左右[18]。如果专性厌氧菌减少，失去优势菌群地位，虾体肠道微生态平衡就会失调。当微生态制剂以孢子状态进入消化道后，迅速增殖，消耗肠内氧气，使肠道内氧气浓度下降，造成不利于致病性好氧菌生长的环境，有助于厌氧微生物的生长，恢复正常的菌群平衡，达到防病治病和促进生长的目的。

2.2分泌作用

Burbank等研究认为，大部分益生菌通过分泌一种特异性的复合物来抑制或杀灭有害菌种[19-20]。Leweus等研究发现，乳酸菌分泌的抑菌物质的有效成分是过氧化氢、有机酸及其所分泌的乳酸，这些分泌物可以通过渗透作用进入致病菌细胞内，到达抗菌效果[21]。余焕玲等研究发现，乳酸菌能够产生某些有机酸类，降低肠道内pH值，抑制病原菌的生长，维持肠道微生物的平衡[22]。

某些益生菌还可以分泌消化酶和营养物质，增强宿主的营养物质代谢，促进宿主生长，提高抗病力。某些益生菌本身就含有丰富的蛋白质，能够为宿主细胞提供营养物质。像乳酸菌等益生菌本身就能够利用蛋白质、糖类和脂肪等物质，通过分解作用产生一系列营养物质供宿主使用。Gullian等研究发现在饲料中添加微生物可以促进对虾生长[23]。

2.3占位竞争与营养竞争

根据“生物生存竞争规律”和“菌群互制原理”，生物要生存与繁殖，就必须抢占有限的生存空间与有限的食物，进而抑制其他物种的扩张。占位竞争通常指有益菌与致病菌争夺肠道内的黏附位点。致病菌通过与肠壁上皮细胞特异性的受体识别和结合达到黏附的目的，而有益菌细胞表面的大分子能有效阻断和抑制病原菌与肠上皮细胞受体的结合[24-25]。Yan等的研究虽然没有直接验证竞争性抑制，但是证实了附着在海藻上的芽孢杆菌中抗生素的产生与芽孢杆菌生物膜的形成有关[26]。也有研究发现肠道内出现益生菌后，可以有效抑制病原菌的附着[27]。也有研究证明，益生菌的分泌物的功能之一就是抑制有害生物的附着。

研究表明，在饲料中添加有益活菌制剂后，有益菌可以通过与病原菌争夺营养物质方式抑制病原菌的数量。Gram等研究发现，Fe离子对细菌的生长是至关重要的，在动物体内Fe离子的含量十分有限，铁载体是微生物吸收铁离子重要的载体，有益菌通过产生铁载体对病原菌产生抑制作用[28]。

2.4刺激虾体免疫系统

对虾属低等的无脊椎动物，免疫系统比较原始，缺乏真正意义上的T淋巴细胞、B淋巴细胞和抗体，免疫反应属于非特异性免疫。目前，用微生态制剂提高对虾免疫力的研究尚处于探索阶段，还有许多问题需要开展深入细致的研究，已有研究结果及对虾血淋巴中的相关酶学的分析可初步推断，对虾摄食微生态制剂后，可通过启动相关的免疫级联反应，一方面触发细胞免疫系统，包括血细胞的吞噬、包掩和凝集等免疫反应；另一方面诱发体液免疫系统，包括血淋巴或体液中酶（如溶菌酶、酚氧化酶、超氧化物歧化酶等）、免疫因子（如凝集素、溶血素等）以及调节因子（如酚氧化酶原激活系统等）的防御功能[29]，进而防止病毒病的发生[30]，增强机体免疫力和抗病性[31]。Rengpipat等对芽孢杆菌S11的研究发现，芽孢杆菌S11提高对虾免疫功能的方式是通过激活斑节对虾体液和细胞免疫系统来实现的[32]。Ninawe等研究报道，芽孢杆菌进入对虾肠道后利用表面抗原或代谢物不断刺激对虾的免疫防御系统，同时通过与有害细菌争夺营养和附着位点，保护机体免受病原菌的侵染，来增强机体的非特异性免疫力[33-35]。李桂英等研究表明，益生菌对凡纳滨对虾超氧化物歧化酶、磷酸酶、溶菌酶和一氧化氮合酶活性都有不同程度的提高，除溶菌酶外其他酶活性个别组较对照组均达差异显著水平[36]。

3微生态制剂在对虾养殖业中的应用现状与展望

目前，对微生态制剂的开发和研究，国外已进入高潮，并且已形成强大的产业，每年收入相当可观。我国对微生态制剂的研究与应用相对缓慢，但微生态制剂作为水质改良剂在我国对虾养殖中已得到广泛应用，在消除养殖水体有机污染、降解水体铵态氮和亚硝态氮等方面取得了良好的效果，形成了“水产养殖-生物修复”的绿色健康养殖新模式，但是作为对虾饲料添加剂的效果并不理想，主要是目前市面上的微生态制剂大多源于陆生动物，对虾专用的微生态制剂非常少，微生态制剂的选择非常重要，不合适的微生态制剂会在动物的肠道内对寄主造成意想不到的损害。

尽管国内学者在微生态制剂防治虾病方面进行了有益的探索，但是相对于发达国家还有很大的差距，缺乏微生态制剂筛选安全性方面的统一标准，微生态制剂防治虾病的应用效果还不够理想，很多问题亟待解决。endprint

（1）目前已确定在我国适宜作对虾专用的微生态制剂或针对对虾某个生长阶段、某些疾病的专用微生态制剂的菌种种类太少，尚需要开发新的菌种，或利用现有的分子生物学等方法改造现有的菌种，使之具有新的特性。

（2）关于微生态制剂作用机理的研究进展缓慢，对于对虾肠道正常菌群的组成和相互关系研究不够清楚。

（3）微生态制剂的制作、加工工艺手段落后、单一，对微生态制剂生产后处理阶段手段匮乏，很难保证微生态制剂在与饲料混合的过程中不被其他有害菌污染，无法保证微生态制剂的安全稳定性。

（4）对饲用微生态制剂的作用机制尚不十分清楚，无统一定论；多菌种配比、机械化生产工艺和参数控制自动化等方面仍不完善；添加剂量、质量浓度与微生态平衡缺乏理论依据参数。

尽管微生态制剂存在各种不确定的因素，在对虾养殖业中的效用还不明显，但其本身所具有的无毒无害、无药残等优点还是勿庸置疑，以微生态制剂直接杀灭或抑制病原，是虾病防治方法研究的重要方向。随着现代生物工程、冷冻、保藏技术的发展，微生态制剂作为一种免疫增强剂必将广泛使用到甲壳动物上，微生态制剂可望成为解决虾病的重要途径之一。

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