淡水鱼类肠道微生物菌群研究进展

马阿敏，李 娜,2,3*，覃虹焱，王子悦，姚 曲

（1.湖南文理学院 生命与环境科学学院，湖南 常德 415000；2.动物学湖南省高校重点实验室，湖南 常德 415000；3.水产高效健康生产湖南省协同创新中心，湖南 常德 415000）

肠道的生物屏障是一个含有丰富共生微生物菌群的微生态系统，菌群平衡状态关系着生物机体的健康，可以促进生物消化吸收营养物质、防御病原微生物入侵和调节生物机体正常的免疫防御机能。鱼类是脊椎动物的一个类群，也是种类最多的一类，约占脊椎动物总数的48.1%[1]。与陆生脊椎动物相比，鱼类生活在水中，肠道微生物组成更加复杂，这与其生活的水体环境紧密相关。

1 淡水鱼类

淡水鱼类是指栖息于江河、湖沼、水库等淡水水域的鱼类。世界上已知淡水鱼约8 600种，我国有1 050种，淡水养殖在中国养殖业中占据越来越重要的地位，产量居世界第一。淡水鱼分软体鱼类、软骨硬鳞鱼类、硬骨鱼类、真骨鱼类等4类。我国淡水鱼多为草食性和杂食性，仅少量为肉食性，养殖量最大的是草鱼、鲤鱼、鲫鱼和鳙鱼[2]。

2 淡水鱼类肠道微生物菌群特征

淡水鱼肠道内存在大量微生物菌群，优势菌多为细菌，每种细菌的数量及分布各不相同，分为路过的菌群和定植的菌群两类。与恒温动物相比，鱼类肠道菌群数量偏低，多数淡水鱼肠道微生物菌群主要以气单胞菌属、假单胞菌属和拟杆菌门为主，其次是杆菌属、肠杆菌科、不动杆菌属、梭状芽孢杆菌属、微球菌和梭杆菌属，还有一些乳酸菌[3]。研究报道不同食性淡水鱼类肠道微生物菌群组成存在差异（见表1）。

表1 常见淡水鱼类肠道微生物菌群组成

3 淡水鱼类肠道微生物菌群功能

鱼类肠道微生物菌群是一个多样的群落[15]，是实现鱼体正常生理功能不可缺少的部分，与宿主的营养、消化、免疫及抵御病原微生物侵袭等方面的能力相关[16]。鱼体与菌群之间形成共生关系，彼此依赖，相互制约。淡水鱼类肠道微生物菌群功能包括以下3个方面。

3.1 提高对营养物质的吸收与利用

健康的淡水鱼类肠道微生物菌群能分泌产生各种酶，包括纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、淀粉酶等，它们是消化酶的重要来源，对淡水鱼类吸收利用营养物质至关重要。鱼类肠道微生物菌群还可以合成某些维生素，如鲤鱼肠道内细菌能合成VB12、VB1、生物素、泛酸等，摄食藻类的鱼消化道内存在木聚糖分解菌，摄食甲壳质的鱼类消化道内存在甲壳质分解菌。Smith[17]等研究发现鱼类肠道中厌氧菌群所分泌的挥发性脂肪酸有助于增加鱼类对营养物质的吸收利用。吴杰奇[18]等采用微生物传统选择培养法和比色法测定草鱼、鲫鱼、鲢鱼和鳙鱼肠道的微生物酶活性，发现草鱼肠道内纤维素酶和淀粉酶活性最高，鲫鱼肠道内蛋白酶和脂肪酶活性高，鲢鱼和鳙鱼肠道酶活性均低于草鱼和鲫鱼。

3.2 屏蔽病原微生物入侵

种类众多的肠道微生物菌群形成一道天然免疫屏障，抑制病原微生物的定居和增殖，使鱼体免受病害侵袭。芮浩鹏[19]研究发现鱼类的体表和消化道黏膜内都有抑制病原微生物定居和增殖的共生菌丛。另外一些细菌可以抑制多种病原菌，如在鲑鱼肠道中比较常见的肉杆菌属细菌能抑制嗜水气单胞菌、杀鲑气单胞菌和米氏链球菌。Sugita[20]等对304株分离自淡水鱼类肠道的细菌进行抗菌实验，发现2.7%的肠道菌能抑制不同病原体，3.2%的肠道菌能抑制气单胞菌。

3.3 促进建立机体免疫

肠道免疫系统既能为机体提供免疫防御，又具有免疫调节功能。栖息在鱼肠道内的大量正常菌群与宿主共同维持内稳态平衡，加强对机体的免疫保护[21]。Rawls[22]等发现某些存在于斑马鱼肠道中的微生物菌群能产生刺激肠道上皮细胞增殖及斑马鱼自身免疫系统应答的功能物质。李莉[23]发现草鱼肠道优势菌的变化可能与白细胞吞噬活性增强有关。

4 益生菌在淡水鱼类养殖中的作用

益生菌是指通过改善宿主肠道微生态平衡而对宿主发挥有益作用的活菌制剂，我国在20世纪80年代对应用于水产养殖业中的益生菌开始研究[24]，通过添加的方式调节养殖鱼类的肠道微生物组成与活力，既可以提高水产动物的存活率及其对饲料的利用率，又可以改善水体环境质量，具有安全环保的特点。益生菌在水产养殖中根据施用方式的不同分为两类，即微生态饲料添加剂和微生态调节剂。微生态饲料添加剂以活菌的形式添加在饲料中，用来饲养水产动物，但此类应用效果较好的产品较少；微生态调节剂在我国水产养殖行业中得到了广泛应用和认可，常用的菌种包括乳酸菌、酵母菌、光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌和反硝化细菌等。

4.1 促进鱼类生长发育

作为微生物水产益生菌能产生促进消化的营养物质，有助于提高鱼体对饲料的转化率，促进生长。Wu[25]等发现枯草芽孢杆菌能促进饲料的利用率，增加消化道内芽孢杆菌的数量。水产益生菌本身也可以为宿主提供营养物质，如维生素、矿物质和酶类等。作为鱼类肠道的益生菌，乳酸菌在鱼类养殖过程中发挥着重要作用[26]，一方面能合成鱼类生长所需的维生素；另一方面能产生消化酶类及生长因子，促进鱼类消化，提升鱼类产品质量。

4.2 增强鱼类抗病力

在养殖过程中应科学合理的施用益生菌来增强鱼类抗病力。目前报道的大多数益生菌能分泌有机酸、细菌素及抗生素类物质，抑制或杀死周围其他有害菌群，阻止病原微生物侵入，从而达到抗病作用[27]。单晓枫[28]等发现在粪肠球菌MLS-7株无细胞发酵液中放入嗜水气单胞菌，培养24 h后活的嗜水气单胞菌几乎无法被检测出来，推断可能是MLS-7株所分泌出来的抑菌物质在起作用。刘克琳[29]等在鲤鱼配合饲料中添加浓度0.1%的芽孢杆菌，发现试验组鲤鱼免疫器官和淋巴细胞比对照组成熟更早、细胞数量增多、产生更多抗体。

4.3 改善养殖水体环境

养鱼就是养水，调节好养殖水体的水质能为养殖的鱼类提供更安全的生存环境。水产养殖过程中使用的益生菌既能使水体中多余的饵料产生降解反应，分解养殖水体环境中的粪便和有毒物质，又能对水体中多余的有机物和氨氮进行吸收，以达到改善水质的目的。实际应用中往往采用混合菌剂形式，在草鱼养殖水体中富集与氮磷循环相关的多种细菌能有效促进磷和氮转化[30]。目前用于水产养殖中调节水质的EM菌剂是由80多种微生物复合而成，以光合细菌、放线菌、酵母菌和乳酸菌为主[31]。光合菌适应性强，能忍耐高浓度有机废水，其代谢活动能净化水体中的亚硝酸铵，减少水中物质的需氧量，生成硝酸盐和磷酸盐，使水体中的有机质得到控制，达到改善养殖水体环境质量的目的，是水产养殖行业中使用较多的菌种之一。

4.4 筛选水产益生菌

随着淡水养殖业的高效健康发展，关于水产益生菌的研发报道逐渐增多。虽然有一些水产益生菌产品上市，但实际应用效果并不理想。普遍认为从宿主自身肠道或宿主生存的水体环境中分离筛选的益生菌优于从不同生境分离的益生菌。当前对水产益生菌的筛选主要采用选择性培养或体外拮抗试验、定植与黏附性试验、应用性试验等方法[32]。大多数研究都是将拮抗试验作为水产益生菌筛选的第一步，这样就能高效筛选出对有害菌有抑制作用的益生菌。水产益生菌能否有效在养殖生物肠道内定植下来，被认为是筛选益生菌的重要标准。目前应用较多的益生菌包括酵母属、乳球菌属、乳酸杆菌属、梭状杆菌属、气单胞菌属、希瓦氏菌属、明串珠菌属、芽孢杆菌、肉杆菌[33]。

5 益生菌在水产行业应用中存在的问题

当前益生菌在水产养殖应用中还存在问题。首先，任何一种微生物只有在能满足其营养需求和繁殖条件的基础上才能存活下来。如果水体的质量不能满足微生态制剂中菌体繁殖和生存的条件，那么再多的益生菌撒入水体也毫无用处。其次，如果水体质量条件能够满足益生菌的需求，这些益生菌就可能大量繁殖而替代水体中原籍菌群，对鱼体内原籍菌和水体环境质量等产生影响。第三，水产养殖中适用的益生菌种类不丰富，益生菌在改善水体质量和促进鱼类发育方面的作用不明显等。

6 展望

随着我国水产养殖业的快速发展，在养殖中不合理地使用抗生素对人体的健康会带来安全隐患，因此健康安全的生态养殖方法极为重要。为解决养殖中抗生素滥用的问题，有关人员需采取针对性措施，通过筛选鱼体本身肠道有益微生物菌群的方法，为健康高效的水产生态养殖提供新思路。近年来，由于各种宏组学技术的应用，对鱼类肠道微生物菌群功能的研究越来越深入，一些新的有益微生物菌群也相继被发现。因此，更加深入地了解鱼类肠道微生物的组成与作用机理，可以更好地对其管理调控，从而对鱼类的健康养殖起到积极作用。