地衣芽孢杆菌在水产养殖中的应用研究进展

(1.江苏远山生物技术有限公司，江苏 盐城 224001； 2.盐城市农业微生物工程中心，江苏 盐城 224001)

随着世界人口的迅速增长和经济的发展，人类对动物性蛋白质的需求量日益增加，水产养殖业的发展在解决蛋白质资源紧缺方面发挥着重要的作用。但水产养殖业在发展过程中也出现了一些弊端，对产量和效益的追求往往导致放养密度过高，超出了养殖水体的承载能力，从而导致养殖环境恶化、水产动物免疫力降低，引起病害问题日益严重。而抗生素、杀虫剂等传统防控病害药物的施用又存在病原生物抗药性增强和药物残留的风险，加之人们对食品安全问题的日益重视，传统防控病害药物的使用将会受到严格的限制，水产养殖业也将向健康、生态养殖方向发展。

微生态制剂(Microecologics)是依据微生态学理论而制成的含有有益菌的活菌制剂，其功能在于维持宿主的微生态平衡、调整宿主的微生态失调并兼有其他保健功能[1]。微生态制剂因具有安全高效、无残留的特点，符合水产养殖业的发展趋势，因此受到人们的普遍关注并逐渐在水产养殖中得到推广和应用，在防控疾病和水环境改善方面发挥越来越重要的作用。

地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)为革兰氏阳性兼性厌氧菌，细胞呈杆状，大小一般为(0.6～0.8) μm×(1.5～3.0) μm，芽孢呈椭圆形或柱状，中生或偏中生，孢囊不膨大或轻微膨大；在肉质培养基上形成扁平、边缘不整齐、表面皱褶的白色菌落；最适生长温度大约为50℃，酶分泌的最适温度为37℃。地衣芽孢杆菌对外界环境有较强的抵抗力，对高温、酸性、胆盐和人工胃液有一定的耐受能力[2]，我国已将其纳入《中国饲料添加剂品种目录(2013)》中，是较具应用潜力的菌种之一。目前，地衣芽孢杆菌已作为微生态制剂在水产养殖业中得到较广泛的应用，具有促进水产动物生长，提高免疫力和净化养殖水环境等多种作用。

1 地衣芽孢杆菌的功能及作用机理

1.1 调节肠道微生态平衡

地衣芽孢杆菌可调节水产动物肠道微生态平衡，抑制病原菌的生长，同时促进益生菌的生长和繁殖，防止因肠道菌群失调导致疾病的发生。首先，地衣芽孢杆菌可通过生物夺氧作用机制使肠道内氧气浓度降低，从而促进肠道内的生理性厌氧菌如双歧杆菌、乳酸杆菌等菌的生长繁殖，同时抑制需氧病原菌的生长；同时地衣芽孢杆菌在生长代谢过程中能产生多种抗菌物质，如杆菌肽、细菌素、溶菌酶、生物表面活性剂、苯乙酸等[3]，这些抗菌物质对多种病原菌有很强的拮抗作用；其次，地衣芽孢杆菌可分泌多种多糖分解酶，如α-淀粉酶、果胶裂解酶、β-1，3-1，4-葡聚糖酶、纤维素酶等[4]，这些酶可将多糖分解为寡糖，为肠道内的益生菌提供发酵底物，从而促进益生菌的生长和增殖。樊陈等[5]进行体外抗菌试验，结果显示，地衣芽孢杆菌产生的抗菌肽LYF12 对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、副溶血弧菌等病原菌有较强的抑制作用。李明振等[6]从苏州太湖边新鲜土壤样品中分离出地衣芽孢杆菌BB11 菌株，其发酵上清液对具有多重耐药的致病性大肠杆菌K88、K99、987P 和沙门氏菌C782 均表现出较好的抑杀作用。

1.2 提高机体免疫力

地衣芽孢杆菌已被广泛应用于激活免疫系统、调节免疫功能和改善机体的健康状况等方面。地衣芽孢杆菌可调节肠道微生态平衡从而维护肠道生物屏障的完整性，防止潜在病原菌的定植和入侵，提高肠道的免疫防御作用；地衣芽孢杆菌能刺激免疫器官的生长发育，激活淋巴细胞，提高免疫球蛋白和抗体水平，增强细胞免疫和体液免疫功能，提高机体免疫力[7]；此外，地衣芽孢杆菌可通过调节免疫相关酶的分泌和免疫相关基因的表达而调节机体的免疫机能。Li等[8]研究发现，饲料中添加地衣芽孢杆菌可以显著降低凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)肠道弧菌数量并显著提高酚氧化酶(PO)和超氧化物歧化酶(SOD)活性，免疫力显著提高。王稷等[9]研究一株地衣芽孢杆菌对提高泥蚶(Tegillarcagranosa)耐受镉(Cd2+)胁迫的作用，结果显示，地衣芽孢杆菌能降低泥蚶组织中Cd 残留量，提高其存活率，并能有效地促进泥蚶体内SOD和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)酶活性的增加，同时降低三类免疫相关基因金属硫蛋白(MT)、小热休克蛋白分子(sHSP)和铁蛋白(ferritin)在mRNA 水平上的表达。数据表明该地衣芽孢杆菌可通过调节泥蚶的免疫系统，起到降低Cd2+对泥蚶毒害的作用。

1.3 促进营养物质的消化吸收

地衣芽孢杆菌以内生孢子的形式进入动物肠道后，在肠道上部能迅速复活并分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等多种酶类[10-11]，这些酶将宿主自身难以消化的饲料成分分解为可供宿主吸收利用的小分子物质，促进营养物质的消化吸收；地衣芽孢杆菌产生的植酸酶可使植酸磷降解成肌醇和磷酸，从而提高饲料中磷的利用率，降低粪便中磷的排出量并可降低植酸盐的抗营养作用[12]；地衣芽孢杆菌在代谢过程中还可合成多种维生素，如B 族维生素、维生素K 和叶酸等，改善肠道消化功能，进而促进机体对各种营养成分的消化和吸收；地衣芽孢杆菌在生长过程中能产生乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸，这些酸类能降低动物肠道pH值，酸化饲料，提高饲料消化吸收率[13]。在异育银鲫(Carassiusauratusgibelio)日粮中添加地衣芽孢杆菌可显著提高磷表观消化率及食糜植酸酶活性，饵料系数显著降低，鱼体生长加快[14]。

1.4 净化养殖水环境

在集约化养殖过程中，养殖环境的自身污染主要来源于人工饲料、有机肥料、养殖生物的排泄物和生物尸体残骸等。这些物质的大量蓄积使得养殖水体中有机物、氨氮和亚硝酸盐氮等污染物的浓度增加，导致水质恶化和病原生物大量滋生。水产动物在这些污染物的胁迫下长期处于应激状态将导致其免疫力下降，病害频发且治疗难度较大。可见，水环境污染问题已成为我国水产养殖业所面临的最为严重的挑战之一。地衣芽孢杆菌因具有生长繁殖速度快、环境适应性强且分离培养较为容易等优点，在水产养殖水质净化方面的应用日益广泛。首先，地衣芽孢杆菌丰富的酶系可将水体中的有机物分解为无机盐，为浮游植物提供营养物质，促进浮游植物繁殖，而浮游植物的光合作用，又为水产动物的呼吸、有机物的分解提供氧气，从而形成一个良性的生态循环[15-16]；其次，地衣芽孢杆菌可抑制病原微生物的生长[17]，减少水环境中病原微生物的含量；此外，内服地衣芽孢杆菌可促进营养物质的消化吸收，从而减少粪便中氮的排放，间接改善水质。

2 地衣芽孢杆菌在水产养殖中的应用

2.1 作为饲料添加剂使用

地衣芽孢杆菌添加到水产动物饲料中可随养殖动物摄食进入消化道而发挥益生作用，具有调节肠道微生态平衡，提高免疫力并促进生长的作用。刘波等[18]用含有地衣芽孢杆菌的饲料饲喂异育银鲫，结果表明地衣芽孢杆菌显著提高了鱼体增重率和干物质、粗蛋白及磷表观消化率，并降低了饵料系数，还显著提高了食糜蛋白酶和淀粉酶活性及肠道组织蛋白酶活性，促进了鱼体生长。Kumar等[19]在平均体重为4.0 g的罗氏沼虾(Macrobrachiumrosenbergii)幼体饲料中添加地衣芽孢杆菌投喂60 d 后，虾体生长性能显著高于对照组；肠道细菌总数和芽孢杆菌数量显著增加而致病菌气单胞菌和假单胞菌数量显著降低；免疫指标显著增加；溶藻弧菌攻毒后的死亡率显著降低，表明地衣芽孢杆菌可调节罗氏沼虾的肠道菌群，提高免疫力并促进其生长。郝向举等[20]用来源于中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)肠道的地衣芽孢杆菌ESB3 活菌饲喂中华绒螯蟹，结果表明，地衣芽孢杆菌ESB3可显著提高蟹体增重率并明显提高中华绒螯蟹对嗜水气单胞菌的抵抗力。

地衣芽孢杆菌的饲喂效果与养殖动物种类、养殖动物的生长阶段、肠道环境和养殖水体环境有关，因此，在不同养殖动物的饲养试验中得到的地衣芽孢杆菌的最适需求量存在很大的差异(表1)。在实际应用中，应根据养殖动物种类、规格大小、生长阶段以及环境因素等差异，确定制剂的用量。

表1 水产养殖动物对饲料中地衣芽孢杆菌的适宜需求量

2.2 投放到养殖水体中

曹煜成等[33]向养殖水体中投放地衣芽孢杆菌De株可使养殖黄鳍鲷(Sparuslatus)的成活率、体长增长率和体重增重率分别提高18.2%、21.0%和312%；水体中弧菌数量在养殖后期较对照组降低61.76%，底泥中的总异养细菌数量在养殖中后期较对照组提高38.61%，整个养殖期间水体及底泥中的芽孢杆菌数量分别较对照组提高15.34%和26.37%。沈文英等[34]向三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)饲养水体中投放一定量的地衣芽孢杆菌可提高三角帆蚌消化酶、免疫指标和抗氧化指标活性并显著促进蚌体的生长。以上研究结果表明，水体中添加地衣芽孢杆菌可调节水体微生物菌群结构，提高免疫力并促进养殖动物生长。

在生产中，向养殖水体中施用地衣芽孢杆菌需综合考虑水产动物种类、气候条件、水环境条件等多种因素，需分析具体情况后确定用法用量(表2)，其中，三角帆蚌和泥蚶是滤食性贝类，可大量滤食投放到水体中的益生菌，这可能是投放量比鱼虾类养殖水体大得多的原因之一。

表2 水产养殖水体中地衣芽孢杆菌的用法用量

3 存在问题和展望

地衣芽孢杆菌是继枯草芽孢杆菌之后又一在水产养殖业中得到广泛应用的芽孢杆菌，但是在生产实践过程中仍存在一些问题：1)水产养殖中使用的地衣芽孢杆菌大多来自某些陆生动物，并不是从水产动物或其生活环境中筛选出来，其功能的发挥受到水产动物自身消化道特点和水环境特点的限制；2)在实际应用中，往往没有充分考虑水质条件是否适宜地衣芽孢杆菌的生存和繁殖，造成使用效果无法达到预期；3)地衣芽孢杆菌与其他菌株之间的配伍问题仍然没有十分明确；4)地衣芽孢杆菌在保存和使用过程中存在活菌数下降较快，易受杂菌污染等问题。

当前，微生态制剂的研究和应用仍然处于初级阶段，在实际应用中还存在一些问题。应该加强基础研究，弄清楚地衣芽孢杆菌对水产养殖动物肠道和水体原籍菌群的影响；地衣芽孢杆菌的加工工艺和保存条件需进一步优化以确保制剂能够长期高效保存；根据水环境特点和水产动物品种、规格的差异确定不同的用法用量，减少盲目使用；寻找与其具有协同作用的菌株，做出复合微生态制剂，将微生物的作用最大化，这也是未来的发展趋势。总之，随着对地衣芽孢杆菌研究的深入，地衣芽孢杆菌的开发和利用将更加科学合理，并可促进水产养殖业的健康发展。

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