渔用微生态制剂现状分析与发展建议

杨移斌，余琳雪，张洪玉，宋怿3,，艾晓辉*

(1. 中国水产科学研究院长江水产研究所； 2. 湖北省水产品质量安全技术工程研究中心: 武汉 430223；3. 农业部水产品质量安全控制重点实验室； 4. 中国水产科学研究院: 北京100141)

1908年在巴斯德研究所工作的俄国微生物学家、诺贝尔生理医学奖获得者埃黎耶·埃黎赫·梅契尼可夫首先提出了使用细菌代谢物治疗症状的观点，并研究了乳酸杆菌(Lactobacillus)抑制大肠杆菌(Escherichiacoli)生长的作用[1]。

微生态学(Microecology)是1977年德国学者Voeker Rusch首先提出，它是一门关于正常微生物群体的结构、功能及其与宿主相互依赖和相互制约关系的科学[2]。1990年，中国微生态学会学术研讨会正式提出了“微生态制剂”这一科学术语，其定义是“根据微生态学原理而制成的含有大量有益菌的活菌制剂，含有其代谢产物或添加有益的生长促进因子，具有维持动、植物体和人类及其内、外环境的微生态平衡，提高他们健康水平和保护环境的功能”[3]。随着微生态学的研究发展，微生态制剂在临床上也受到了广泛应用。而随着传染病的大爆发，使得研究方向转向抗生素的发展，直到20世纪60、70年代人们逐渐发现抗生素的广泛使用带来了耐药性、环境污染、药物残留、人体健康危害等负面作用，而微生态制剂一般被认为具有无毒害作用、无污染、无残留及成本低等优点而再度受到了人们的青睐。

20世纪80年代中国就开始了渔用微生态制剂的使用，在渔业生产中最早使用的微生态制剂是光合细菌，其主要功能是调节水质和增强水产动物的免疫力。虽然渔业微生态剂使用量需求不断扩大，但因国内对其的关注和研究起步较晚，目前国内渔业微生态制剂产业发展总体状况并不清晰，其实际市场规模、产值及对渔业的影响尚不明确，为此2017年中国水产科学研究院及全国水产技术推广总站在全国分别开展了微生态制剂使用情况及其风险调查。本文即是在前期调查分析基础上对渔用微生态制剂使用情况的分析，以期充分掌握渔业微生态制剂市场现状，为进一步规范、监管市场提供参考。

1 中国渔用微生态制剂使用现状

20世纪80年代末美国食品药品监督局(FDA)规定允许饲喂的微生物有41种。中国农业部饲料添加剂品种目录2013第2045号公告批准可以在水产养殖动物上使用的微生物菌种有30种[4](表1)。

表1 国内批准使用微生物种类Tab.1 Domestic approval use of microbial species

目前中国水产行业微生态制剂产品繁多，但主要分为两大类:一大类是水质微生态改良剂，主要功能是通过微生物对养殖水体进行净化及底部改善；另一大类是内服制剂，主要通过注射、浸浴生物体或添加至饲料等方式使得微生物进入水产养殖动物体内，以改良水产动物体内微生物菌群[5]。据估计，本世纪初中国生产的动物用微生态制剂产品达32 000～35 000 t，生产的厂家达400多家，而到2012年微生态制剂产品年产量约为14.5万t，年复合增长率19%，微生态制剂的市场规模在37～38亿元左右。其中渔业是微生态制剂使用量最大的产业，2012年渔业微生态消费量占比约为37%[6]。渔业微生态制剂的使用主要有3种方式：第一是作为水体改良剂，直接将微生态制剂泼洒入养殖水体，改善养殖水体环境，此方式是渔业生产中微生态制剂使用的普遍做法；第二是在渔业生产过程中将微生态制剂与饵料均匀混合，通过投喂的方式进入水产动物体内，从而发挥渔业微生态制剂的功效；第三是直接使用微生态制剂注射或者浸浴水产动物，在短时间内刺激动物免疫系统产生反应，发挥渔业微生态制剂功效[7]。

2 渔用微生态制剂主要功能

2.1 净化水质，改善养殖水环境

水体是水产动物赖以生存的环境，水质的好坏直接影响到水产动物能否健康生长。在人工养殖的水域中，水产品的养殖密度通常远大于自然环境中，高密度的养殖必然会引起排泄物、残饵及其他有毒有害物质的大量积累，导致水质恶化，危害生存环境[8]。目前养殖水环境通常使用微生态制剂进行净化，已报道的具有净化水质的细菌主要是光合细菌、硝化细菌、反硝化细菌和芽孢杆菌等[9]。卢显芝等[10]研究表明芽孢杆菌具有解磷能力，可以将水体中的可溶性磷转化为有效态磷，增加生物可利用度，从而促进渔业生产力增长；光合细菌和枯草芽孢杆菌对养殖水体中的氨氮有明显去除作用[11]；刘树彬等[12]研究了枯草芽孢杆菌HAINUP40对养殖废水的处理，结果表明可以有效去除废水中的亚硝酸盐；毛涛等[13]研究发现固定化枯草芽孢杆菌可以起到良好的调节水质作用，有效时间长，成本低。

2.2 抑菌杀菌，增强水产动物免疫力

渔用微生态制剂中部分种类(如芽孢等)是良好的免疫激活剂，可以高效地提高干扰素及巨噬细胞的活力，通过产生的非特异性免疫调节因子促进鱼体免疫功能，增强鱼体免疫力[14]。前人研究发现，在饲料中添加微生态制剂能提高水产动物的生长性能、免疫功能，增强抗病力[15-18]。研究显示，枯草芽孢杆菌能显著影响三疣梭子蟹免疫相关酶活力，提高其存活率[19]。研究者发现枯草芽孢杆菌添加6×10-6g/m3效果最好，能显著增强刺参(Stichopusjaponicus)非特异性免疫[20]。刘观斌等[21]发现使用枯草芽孢杆菌可以改善水质，提高罗非鱼机体的免疫力、抗氧化能力，进而提高罗非鱼抗无乳链球菌病的能力。蛭弧菌是一类专性捕食革兰氏阴性菌的寄生细菌，因其具有噬菌特性，常用作行使杀菌功能的“活抗生素”[22]，目前多应用于渔业养殖对象弧菌等细菌性病害的预防[23]，但治疗效果欠佳。

2.3 改善肠道微生态环境，促生长

许多渔用微生态制剂通过投喂进入渔业养殖对象肠道中，可以提高水产动物消化酶活性，优化养殖对象体内微生态结构[24]，为机体的生长发育提供丰富的营养物质及必要因子，因此可以促进养殖对象的生长。董春光[25]研究证实芽孢杆菌可以改变刺参肠道菌群组成，从而影响刺参生长情况；史东杰等[26]采用在饲料中添加不同剂量的微生态制剂干粉的方法，发现在饲料中添加微生态制剂对锦鲤有促生长作用，可增强肠道消化酶活性，降低饵料系数；沈斌乾等[27]研究结果证实，添加枯草芽孢杆菌能促进鱼体的生长，降低饲料系数，而对鱼体的组成和营养成分无影响；朱芝秀等[28]研究发现复合微生态制剂对鱼促进肠绒毛发育，促进肠绒毛长度及宽度的生长，以及可以抑制肠道内嗜水气单胞菌生长；孙盛明等[29]发现饲料中添加2×107CFU/g 的枯草芽孢杆菌，能够提高团头鲂幼鱼的生长性能、抗氧化能力，并改变肠道菌群结构。

3 渔用微生态制剂作用机理

3.1 竞争性抑制病原菌

黏附是抑菌型益生菌筛选的重要依据，鱼类通过皮肤、鳃、胃肠等途径感染病原菌，病原菌能否致病首先取决于它定植在这些组织的能力[30]。而有些微生态制剂也可以与黏膜细胞黏附，从而竞争性地抑制病原菌对宿主细胞的黏附作用，通过竞争性抑制作用来抑制病原菌的生长。如荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)F19/3是凭借争夺营养内的游离铁离子达到竞争性抑制杀鲑气单胞菌(Aeromonassalmonicida)，实现抑制病原繁殖，从而降低养殖鲑过程中杀鲑气单胞菌感染的机率[31]。Verschuere等[32]报道了具有含铁细胞的益生菌，通过与依赖于含铁细胞的病原菌竞争铁离子，抑制后者的存活。

竞争性抑制机制还表现在微生态制剂进入机体后会分泌一些抑菌物质，抑制有害微生物的生长繁殖，使得益生菌在生长繁殖过程中占有优势。如乳酸菌可通过分泌细菌素、过氧化氢、有机酸等物质抑制病原菌的生长，或分泌一些小肽物质促进小肠黏膜素的分泌，阻止病原菌与小肠上皮细胞的吸附[33]。再如枯草芽孢杆菌能分泌多种抗菌肽，抑制水体中的致病微生物，降低病原微生物数量；枯草芽孢杆菌还能刺激动物的免疫细胞，提高其免疫力，并且能合成维生素、烟酸等多种B 族维生素，提高动物体内干扰素和巨噬细胞的活性，从而抵制致病菌的感染，从而提高养殖动物免疫[34]。

3.2 提高消化酶的活性

微生态制剂还可通过提高消化酶的活性促进饲料的消化吸收，提高饲料的转化率，促进生长发育。如芽孢杆菌可以增强鱼类消化酶活性，提高鱼体对饲料的使用效率，同时提高摄入营养物质的转化率[35]。姜松等[36]将不同的微生态制剂应用到海参的养殖中，发现添加适量微生态制剂可显著提高蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶的活性，有助于饲料等的消化、分解及吸收，促进海参幼体的生长。黑鲷幼鱼饲料中添加枯草芽孢杆菌能显著提高其增重率、特定生长率，提高消化酶活性和抗氧化功能，最适添加量为2 kg/g[37]。饲料中添加枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌或二者的混合物(1∶1,m/m)均能够促进军曹鱼幼鱼的生长，提高免疫酶和消化酶活性，持续投喂效果优于非持续投喂，以持续投喂2 种益生菌混合物的效果最佳[38]。

3.3 促进水产动物免疫

饲料及其添加剂中存在的部分微生态制剂是较好的免疫激活剂，可以通过促进免疫器官的发育和提高免疫细胞的数量等作用机制，达到增强免疫功能的作用。隋大鹏[39]将微生态制剂定期加入到南美白对虾(Penaeusvannamei)养殖水体中，研究表明，微生态制剂可以通过增加血细胞数量及改善其组成，促进类淋巴器官的发育，增强南美白对虾非特异性免疫力，提高其抗病力。刘克琳和何明清[40]在鲤的饲料中添加芽孢杆菌，研究发现鲤摄食益生菌后其免疫器官胸腺、脾脏等成熟快，B淋巴细胞和T淋巴细胞均增多，能够明显增强免疫功能。

3.4 降低亚硝酸盐等有害物质

4 渔用微生态制剂存在的问题

近年来，渔用微生态制剂在代替抗生素使用上取得了良好的效果，但也要注意合理使用，防止其带来的一些副作用。

4.1 渔用微生态制剂产品良莠不齐

中国微生态制剂的研究时间尚短，存在着诸多的问题，其中产品质量是最重要的，可以说质量是微生态制剂的生命。渔用微生态制剂在产品质量方面存在着以下4个问题：一是菌种的筛选。产品在制备的过程中需选取优良的菌种，防止菌种的退化所带来的质量问题，现在所研发的菌种种类有限，要继续开发新的菌种，扩大菌种的选择范围；二是生产工艺不严格。若菌种在发酵或培养过程中未达到生产要求，或者在包装制剂的过程中受到污染，都会给产品的质量带来影响；三是活菌的数量或活力不够。微生态制剂是通过活菌的一系列生理活动来调节微生态平衡的，如果活菌的数量或者活力不够，就无法达到应有的效果；四是稳定性不好。制剂的稳定性直接关系着其治疗效果，其制备工艺和储存条件等因素都会影响制剂的稳定性。于莲等[43]曾提出中国微生态制剂质量的4个关键应该是：选育优良菌种、提高活菌含量、延长保质期和添加有益菌的生长促进剂。这同样适用于渔用微生态制剂，在以后的生产过程中，要从这4个方面来提高产品的质量安全，生产高效、绿色、安全的渔用微生态制剂。

4.2 渔用微生态制剂存在安全风险

无论是有益菌还是有害菌，在生物体内都维持着一个平衡的状态，一旦超过一定的数量，机体功能下降时，可能会产生不良的后果[44]，如果一味地使用某一种渔用微生态制剂，不但不能产生效果，反而可能导致单一活菌在体内大量繁殖，造成微生态的紊乱，导致微生态平衡失调[45]。因此，不能仅依靠某种单一的渔用微生态制剂实现毕其功于一役，而是需要将各种活菌渔用微生态制剂产品和多种措施进行交替使用，才能发挥更好的效果。

另外渔业用微生态制剂作为一类生物制品，在发酵生产、运输及使用中，跨越了较大的地理、时空差异，有可能会引起生物入侵危害，值得慎重考虑[46]。

渔用微生态制剂产品质量不仅良莠不齐[47]，制剂不稳定，鉴别方法更是无一而终，相关标准缺乏。

渔用微生态制剂在发酵过程中会产生一系列代谢产物，目前多关注于其主要代谢产物的特性等，而有些次级代谢产物成分及其特性并不明确。部分微生态制剂的代谢产物中有抑菌效果的部分是否与抗生素有相同或相似的抑菌机理。使用类似微生态制剂是否也会引发耐药性等问题。渔业微生态制剂的使用导致的代谢产物残留等对水产品质量是否有影响等。

4.3 渔用微生态制剂存在的其他问题

目前，中国渔用微生态制剂存在诸多的不足之处：一是渔用微生态制剂基础性研究缺乏。在渔用微生态制剂菌种的生物学特性与功能，菌种的功能机制，菌种使用过程中的配伍、保存和运输，菌种发酵或培养的方法、条件以及使用后对环境的影响等方面缺乏系统性和深层次的研究和有效的检验方法。渔用微生态制剂在养殖环境以及鱼体中的消除或者转化规律尚不明确。渔业微生态制剂研究刚刚起步，专业人员缺乏，没有形成完整的研究体系；二是许多渔用微生态制剂生产工艺过于粗放，缺乏严格的质量控制措施。目前准许使用的渔用微生态制剂在国内尚无相关的生产标准和检测标准，导致制剂在生产、包装、储存和运输等过程中的质量安全无法得到保障，从而使其的作用效果无法得到保证；三是渔用微生态制剂市场管理制度不健全，市场管理不规范，渔用微生态制剂不属于兽药，属“三不管地带”，形成了监管真空，故给了一些生产厂家为了自身的利益而忽略了产品的质量及安全问题的机会。

5 发展建议

5.1 加强渔用微生态制剂的基础研究

加强渔用微生态制剂基础性理论研究对于研发新型微生态制剂、复合微生态制剂等有重要意义。一方面可以提高渔用微生态制剂的质量标准，保证产品的质量，确保其使用效果，给水产养殖带来更大的经济效益；另一方面，也可以为加强对渔用微生态制剂的管理及风险管控标准提供基础资料，提高管理机构的准确掌握市场动态的能力，从而可以有效地规范市场，真正做到监督管理、管控可能引发的风险。因此，完善标准体系可促进渔用微生态制剂产业的健康可持续发展，为水产品质量安全保驾护航。另外，基础研究还能为渔用微生态制剂标准体系的建立提供数据支持，确保标准体系的科学性、实用性以及完善性。

5.2 建立渔用微生态制剂标准体系

随着渔用微生态制剂的不断发展，建设渔用微生态制剂标准体系势在必行。渔用微生态制剂标准已经开始研究，但因其基础研究缺失严重，难以给标准内容提供足够的支持数据，使其标准一直处于难产状态。而缺乏渔业微生态制剂标准，难以形成有效的风险评估标准及其控制技术手段，又使得渔业微生态制剂在大量使用中风险问题日益突出，因此，建立渔业微生态制剂标准体系迫在眉睫。

建立渔用微生态制剂标准体系，标准体系将主要覆盖3个方面：一是以渔用微生态制剂的基础性理论研究为铺垫，建立菌种的选择和培育方法标准，确保给制剂的生产提供良好的原料；二是建立渔用商品微生态制剂质量评价标准体系，对不同微生态制剂种类进行质量评价，对微生态制剂实际功能进行对应分析，加强对渔用微生态制剂的质量控制与检测，使得低质量、假冒伪劣产品等无处遁形，规范渔用微生态制剂的行业发展，同时引导厂家生产绿色、安全及高效的渔用微生态制剂，为水产品质量安全保驾护航；三是制定渔用微生态制剂管理及风险管控等方面标准，完善相关的规章制度，强化管理机构的标准意识，使得微生态制剂在风险可控的范围内良性发展，从源头上重视标准操作，从而起到一个自上而下实施标准的作用，使得标准化能在操作的每个环节得到细致的落实，使得市场规范化、风险可控化及管理常态化。

6 结语

通过对渔用微生态制剂的产业现状分析，提出了建立渔用微生态制剂标准体系的必要性。标准体系的建立有助于推动渔用微生态制剂产业的健康发展，确保渔业微生态制剂质量可靠、市场规范、风险可控，并促进进一步研发出更多高效与安全的新型渔用微生态制剂，为水产养殖用药提供更多的选择，减少疾病的发生，保障水产品的质量安全。