天然活性多糖在水产动物养殖中的应用

韩梦瑶，王晓梅，王占旗，叶金云，张忠山

（湖州师范学院生命科学学院，中国水产科学研究院水生动物繁育与营养重点实验室，浙江省水生生物资源养护与开发技术研究重点实验室，水生动物繁育与营养国家地方联合工程实验室，浙江 湖州 313000）

活性多糖是由醛基和羰基通过糖苷键连接而成的高分子聚合物，广泛存在于动、植物、真菌和微生物体中。根据组成单糖的类别，可将多糖分为均聚多糖、杂多糖和糖缀合物三大类；根据多糖的来源，多糖又可分为植物多糖、动物多糖和真菌多糖[1]。天然植物多糖是构成植物体的四大基本物质之一，是维持和保证生物体生命活动正常运转的重要生物大分子基本物，由多种相同或者不同的单糖以α-或者β-糖苷键组成[2]。真菌多糖是从真菌子实体、菌丝体及其发酵液中分离出的代谢产物，是一类螺旋状立体构型的天然高分子多聚物[3]。活性多糖广泛存在于生物体中，具有免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、降血脂等[4]生理活性，在食品科学、医学和水产等领域具有很大的应用前景。近几年我国水产养殖业发展迅速，养殖面积不断扩大，但随之而来的水体富营养化和药物的不合理使用，都对水产养殖业产生不利的影响。大量研究发现，将活性多糖添加到饲料中可以促进鱼、虾、蟹等生长，提高免疫力等。

1 天燃活性多糖对鱼类养殖的影响

1.1 生长

不同活性多糖对鱼类生长的作用不同。谭连杰等[5,6]研究了两种植物多糖对卵形鲳鲹Trachinotus ovatus 生长性能及生化指标的影响，发现当归多糖和枸杞多糖对卵形鲳鲹幼鱼促生长的作用不显著。向枭等[7]研究发现，饲料中添加黄芪多糖组的增重率、特定生长率和饲料蛋白效率显著高于未添加黄芪多糖组（P＜0.05），饲料系数降低。当黄芪多糖添加水平为0.04%时，对齐口裂腹鱼Schizothorax prenanti 有明显的促生长作用。

海藻多糖是海洋天然活性多糖，主要包括褐藻中的藻酸、褐藻糖胶、硫酸多糖、红藻中的琼胶、卡拉胶，具有抗氧化、抗肿瘤、抗病毒和增强免疫力的作用[8]。林建斌等[9,10]发现，在基础饲料中添加海带多糖能明显促进大黄鱼Larimichthys crocea 和珍珠龙胆石斑鱼Epinephelus fuscoguttatus♀×E.lanceolatus♂的生长，但是其促进生长性能的效果并不随着多糖添加水平的增加而增强。李文武等[11]报道，在基础饲料中添加不同水平的海带多糖饲养斜带石斑鱼Epinephelus coioides 48 d，促进了斜带石斑鱼的生长，提高了饲料利用率等，但其功效并不随多糖添加量增加而更明显，多糖的最适添加量为0.5%。

胶体和纤维素类多糖是一类调控脂肪的重要碳水化合物。冯姣等[12]和夏晓杰等[13]证实在日粮中添加不同剂量的氧化魔芋葡甘露聚糖，能改善齐口裂腹鱼生长状况，提高蛋白质效率，降低肌肉及肝胰脏组织中粗脂肪含量，调节血脂水平。β-葡聚糖明显促进了花鲈Lateolabrax japonicus[14]和虹鳟Oncorhynchus mykiss[15]的生长，但对江黄颡鱼Pelteobagrus vachelli[16]和黄颡鱼P.fulvidraco 幼鱼[17]的生长性能没有显著影响（P＞0.05）。β-葡聚糖对水产动物生长性能的影响还需进一步探索。

1.2 免疫

植物多糖能够激活免疫系统而发挥免疫调节作用[18]，包括对非特异性免疫、特异性免疫、黏膜免疫及红细胞免疫等[19]，可作为饲料免疫增强剂。非特异性免疫又被称为天然免疫或固有免疫，是生物体在长期进化和发育过程中逐渐形成的一种天然防卫机制，例如组织屏障作用、吞噬细胞对病原体的吞噬作用等[19]。溶菌酶是一种水解酶，构成鱼类的非特异性免疫系统，作用位点在细菌细胞壁粘多糖的β-1,4 糖苷键，也能有效破坏真菌、寄生虫以及病毒的结构[20]。王庆奎等[21]给点带石斑鱼Epinephelus coioides 喂食含3 000 mg·kg-1当归多糖的饲料，显著提高了其血液白细胞吞噬能力、溶菌酶活力，头肾白细胞呼吸爆发活力等，使其非特异性免疫力增强。吴璇等[22]指出：连续投喂含1 200 mg·kg-1灵芝多糖的饲料时，黄颡鱼非特异性免疫力显著提高。香菇多糖通过激活免疫细胞，促使其成熟、分化和增殖，从而抵抗多种细菌、病毒和寄生虫的入侵，维持机体平衡，达到增强机体自身免疫作用的目的[23]。香菇多糖[24]、黄芪多糖[25]和枸杞多糖[26]都能提高黄颡鱼头肾巨噬细胞的氧呼吸爆发活性和氮呼吸爆发活性，提高黄颡鱼外周血白细胞的增殖能力和体内免疫细胞的活性及免疫力。

1.3 抗氧化

多糖具有提高机体抗氧化酶的活性，增强清除自由基，减缓脂质过氧化的功能[27]。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）[28]与过氧化物酶（POD）三者共同组成机体的抗氧化酶系，清除体内的活性氧物质，维持机体内环境的稳定[29]。刘波等[30]将水提醇沉法提取的当归多糖按0 mg·kg-1、2 000 mg·kg-1、4 000 mg·kg-1、6 000 mg·kg-1和8 000 mg·kg-1添加到饲料中，喂食42 d，研究了当归多糖对点带石斑鱼抗氧化酶活力及相关基因表达的影响。结果表明，连续喂食6 000 mg·kg-1当归多糖42 d 能显著提高肝胰脏CuZn-SOD、Mn-SOD、CAT 酶活力和CuZn-SOD、Mn-SOD、CAT 基因表达量，提高点带石斑鱼抗氧化能力。香菇多糖[31]、黄芪多糖[32]和β-葡聚糖[33]可以提高黄颡鱼机体的SOD、CAT 活力，降低丙二醛（MDA）的含量，增进机体的抗氧化功能。用植物多糖浸泡或投喂金丝鱼Tanichthrs altbonubes 后，可以显著地提高鱼体内抗氧化酶SOD与CAT 的活力[34,35]。王永红等[36]研究报道5 mg·kg-1的β-葡聚糖可通过提高大黄鱼机体内抗氧化酶活性来缓解低氧胁迫诱导的氧化损伤。

1.4 抗病

多糖可作为水产养殖免疫增强剂用以增强鱼类自身免疫系统的功能，提高其自身的抗病能力而达到预防疾病的目的[37]。霍永等[38]用添加不同水平黄芪多糖的饲料分组饲养孔雀鱼Poecilia reticulata，从患有烂尾病的鱼体中分离培养病原菌，用分离出的病原菌对健康孔雀鱼进行攻毒试验。结果得出，饲料黄芪多糖含量在0.04%～0.08%时对鱼的抗病能力都有所加强。孙金辉等[31]用含香菇多糖的饲料饲喂8 周后，用迟钝爱德华氏菌Edwardsiella tarda 进行攻毒试验，发现香菇多糖提高了黄颡鱼的免疫保护率；当添加量为1 500 mg·kg-1时，达到最大免疫保护率。任胜杰等[39]用维氏气单胞菌Aeromonas veronii 对鲫Carassius auratus 攻毒，发现黄芪多糖和当归多糖添加量在1%时能抑制维氏气单胞菌攻毒引起的细胞凋亡。纪利芹等[40]发现：添加β-葡聚糖能显著提高感染杀鲑气单胞菌Aeromonas salmonicida 的虹鳟的存活率，有效减弱细菌感染引起的机体应激反应，其中0.2%剂量的保护效果最好，减弱应激过程的效果最明显（P＜0.05）。

嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila 能引起多种养殖鱼类发生细菌性败血症[41]。陈冰等[33]发现，β-葡聚糖可以提高黄颡鱼抗嗜水气单胞菌感染能力，降低累计死亡率。但李永娟等[17]却发现β-葡聚糖对降低黄颡鱼感染嗜水气单胞菌后的累计死亡率没有显著影响。β-葡聚糖对水产动物的抗病力的研究还需进一步深入。

2 多糖对对虾养殖的影响

2.1 生长

多糖在虾上的应用与鱼类相似。黄芪多糖可促进细胞中的核酸、蛋白质及多肽的合成[42]，以及胃液的分泌，调节养分的吸收代谢，促进虾生长[43]。洪徐鹏等[42]研究发现：在基础饲料中添加0.40%～0.80%黄芪多糖时，对克氏原螯虾Procambarus clarkii 的生长具有明显的促进作用。盛鹏程等[44]用添加银耳菌丝体多糖和酵母细胞壁多糖的饲料投喂青虾（日本沼虾Macrobranchium nipponense），当添加0.15%银耳菌丝体多糖和0.02%酵母细胞壁多糖时，青虾生长最好，且随着饲料中多糖添加量的增加，生长更好。海藻多糖[46]和桦褐孔菌多糖[47]喂食凡纳滨对虾Litopenaeus vannamei[45]后，对虾的增重率（WGR）和特殊增长率（SGR）显著升高，饲料系数（FCR）显著降低。谭崇桂等[48]在基础饲料中分别添加0.2%β-葡聚糖和0.05%黄芪多糖，结果表明添加前者的凡纳滨对虾WGR 升高，FCR 降低，而添加后者的对凡纳滨对虾增重率无显著影响。而刘群芳等[49]发现：添加β-葡聚糖反而使凡纳滨对虾的WGR 降低，存活率升高。多糖对虾的生长作用还需进一步探索。

2.2 免疫

多糖同样能激活虾类的免疫系统，发挥免疫功能[50]。虾蟹类免疫系统较鱼类低等，且以非特异性免疫为主[42]。酸性磷酸酶（ACP）是动物巨噬细胞内溶酶体的标志酶，是溶酶体的重要组成部分。碱性磷酸酶（AKP）是生物体内的重要免疫调节酶，直接参与磷酸基团的转移和机体蛋白质合成，也是溶酶体酶的重要组成部分[51]。酚氧化酶原（proPO）激活系统在虾体中以非活性状态存在于血细胞中，具有识别异物和防御功能[52]。当pPO 被激活时生成酚氧化酶（PO），在氧分子存在下，PO 将酚类氧化成邻苯醌或对一苯醌，醌类可抑制微生物的感染，形成机体的自我保护[52]。

盛鹏程等[44]以银耳菌丝体多糖和酵母细胞壁多糖作为免疫增强剂添加到基础饲料中，投喂青虾，发现随着饲料中添加量的增加，ACP 和AKP 的活力也随之增加，但各组青虾肝胰脏中SOD 活力均被抑制，应该与免疫增强剂的含量有关，过高或过低都可能起到抑制作用。雷爱莹等[53]将蜈蚣藻多糖作为药饵投喂凡纳滨对虾，发现多糖对血蓝蛋白、酚氧化酶原、热休克蛋白3 个免疫基因的表达量有明显影响，且多糖添加量与基因的表达量呈正比例关系，说明蜈蚣藻多糖可作为免疫增强剂提高凡纳滨对虾一些免疫相关基因的表达，增强其抗病能力。其他一些多糖如海藻多糖[46]、松籽壳多糖[54]、桦褐孔菌多糖[47]、小球藻多糖[55]和植物多糖[56-58]，都可显著提高凡纳滨对虾血清中LSZ、ACP、AKP、PO 活性，增强非特异性免疫。

2.3 抗氧化

在生物体内起抗氧化作用的主要是SOD 和CAT 这两种抗氧化酶[59]。MDA 具有很强的生物毒性，对机体造成伤害[60]。红景天提取物含有丰富的植物多糖，可清除体内活性氧自由基，避免过氧化作用对机体细胞的损伤[61]。王芸等[62]研究了红景天提取物对凡纳滨对虾抗氧化系统及抵抗低盐度胁迫的影响。结果表明，红景天提取物能够降低胁迫初期凡纳滨对虾抗氧化指标的剧烈改变，明显提高胁迫后期机体的抗氧化系统功能，具有成为抗应激饲料添加剂的潜力。松籽壳多糖[54]、桦褐孔菌多糖[47]、黄芪多糖[63]可显著提高凡纳滨对虾血清中SOD、CAT 活力及其抗超氧阴离子自由基产生的能力，降低MDA 含量，提高凡纳滨对虾的抗氧化能力，清除机体内的活性氧自由基，阻止脂质过氧化反应，保护机体不被氧化破坏。Liu 等[56]发现，与对照组相比，饲喂人参多糖84 d 后，南美白对虾的鳃和肝胰腺中SOD、CAT、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物酶的mRNA 表达明显升高，MDA 含量下降，表明人参多糖具有抗氧化能力。

2.4 抗病

活性多糖作为免疫增强剂，能有效提高虾类本身的抗病能力。王芳等[64]用病毒侵染凡纳滨对虾，发现对虾肝脏和心脏组织中SOD 和PO 同工酶表型发生了明显变化，说明SOD 和PO 这两种免疫因子可以提高凡纳滨对虾的免疫力，提高对虾抗病毒感染能力。Ge 等[46]发现添加海藻多糖降低了用副溶血性弧菌Vibrio parahemolyticus 悬浮液攻毒的凡纳滨对虾的死亡率。洪徐鹏等[65]为研究基础饲料中添加不同浓度的黄芪多糖对克氏原螯虾抗白斑综合征病毒（white spot syndrome virus,WSSV）的效果，进行攻毒试验，发现添加0.8%的黄芪多糖可提高26.67%的存活率，提高了抗WSSV 感染的效果。Cantelli 等[66]发现从红海藻中提取的硫酸多糖，通过提高凝集能力和PO 活性，帮助凡纳滨对虾抵抗WSSV。

3 多糖对蟹养殖的影响

3.1 生长

不同结构和剂量的活性多糖对蟹生长的作用不同。吴韬等[67]将果胶和木聚糖按12%的比例添加到饲料中，饲养中华绒螯蟹Eriocheir sinensis13 周，发现各组蟹的SGR、体成分和消化酶活性差异不显著（P＞0.05），说明果胶和木聚糖对蟹生长的作用不明显；而后又探讨其影响机制，发现可能与多糖的粘性有关而与其溶解性无关[68]。Ren 等[69]指出，木聚糖是棉籽粕中主要的非淀粉多糖，将棉籽粕添加到中华绒螯蟹的饲料中，各组间的生长性能、血清生化指标、消化代谢酶活性等无差异（P＞0.05）。

3.2 免疫

蟹类的免疫系统与虾类相似。血细胞总数（THC）在一定程度上了体现机体抵抗病原体入侵的能力；不同类型的血细胞数量（DHC）则能较好地反映不同血细胞在抵抗不同病原体的防御反应中的积极作用。因此，测定THC、DHC、血细胞的吞噬百分率（PP）、吞噬指数（PI）和呼吸爆发（RB）活性能较好地评价多糖对中华绒螯蟹细胞免疫功能的影响[70]。黄芪多糖[71]、竹笋多糖[72,73]和低聚壳聚糖[74]可以使中华绒螯蟹的肝胰腺中ACP、AKP、LSZ、PO、THC 和PP 活性显著增强，提高其非特异性免疫力。文英等[75]用大黄多糖刺激拟穴青蟹Scylla paramamosain 后，其过氧化氢酶、过氧化物还原酶等基因表达水平显著上升，说明其可能提高拟穴青蟹的免疫相关基因。脂多糖为革兰氏阴性细菌细胞壁外膜的主要成分，具有一定的免疫活性[76]。杨季芳等[77]从2 株南极海洋寡营养细菌中提取脂多糖，分不同处理组免疫注射三疣梭子蟹Portunus trituberculatus，发现提取的脂多糖均能显著提高梭子蟹血清中的抗菌活力、LSZ 和PO 活力等指标（P＜0.05），表明脂多糖能使梭子蟹非特异性免疫增强。周妍英等[78]用8.0 μg·mL-1脂多糖刺激河南华溪蟹Sinopotamon henanense 后，发现溪蟹的THC 和LSZ 活力的变化表现出时间-剂量效应，而在镉暴露后再注射脂多糖，溪蟹血清中LSZ 活力无显著变化，而ACP活力显著高于镉单独作用组，说明脂多糖对河南华溪蟹免疫系统具有良好的刺激作用。

3.3 抗氧化

活性多糖可以显著提高蟹血清和肝胰脏中SOD 和CAT 的活性，促进蟹的抗氧化性。Fu 等[71]在中华绒螯蟹基础饲料中添加黄芪多糖，发现其肝胰腺中SOD 和CAT 活性均高于血清，说明中华绒螯蟹的抗氧化系统得到提升，保护某些生物膜免受损害，最佳添加剂量为1 200 mg·kg-1。王玉芬等[79]研究发现：投喂2 g·kg-1饲料的竹笋多糖，使中华绒螯蟹血清中SOD 活性及肝胰腺总抗氧化能力提升。杨季芳等[77]也发现用脂多糖注射三疣梭子蟹后，蟹血清中SOD 和CAT 活性显著上升。

3.4 抗病

感染WSSV 后，蟹反应迟钝、行动缓慢、步足无力、食欲减退等，解剖病蟹可以看到肝胰腺已经由黄色变为淡黄色甚至灰白色，鳃排列无序，呈浅棕色，几天内就大量死亡[80]。孙婷等[80]研究发现，人工感染WSSV 会导致中华绒螯蟹肝胰腺免疫酶活性的改变及形态结构的损伤，影响其正常生理功能，而人工注射免疫多糖后，其免疫水平和抗病力提高。嗜水气单胞菌攻毒试验结果表明，随着黄芪多糖剂量的增加，中华绒螯蟹死亡率逐渐降低[71]。

4 多糖对参养殖的影响

4.1 生长

在基础饲料中添加活性多糖能显著提高刺参Apostichopus japonicus 的生长率[81]。白阳等[82]在基础饲料中添加1%不同分子量的壳聚糖，进行为期56 d 的养殖实验，结果不同分子量的壳聚糖对刺参均有促生长作用，且低分子量壳聚糖能显著提高刺参的SGR（P＜0.05）。樊英等[83,84]用不同剂型的黄芪多糖投喂刺参，发现黄芪多糖微胶囊添加组的刺参SGR 更高，添加量与生长率成正比例递增关系，并未出现高剂量抑制生长的现象；5%添加量组刺参SGR 最高。Fan 等[85]用黄芪和茯苓多糖微胶囊制剂饲喂刺参4 周后发现：微胶囊制剂能显著提高刺参的SGR（P＜0.05）。由此可以看出，黄芪和茯苓多糖具有促进刺参生长的作用。但Song 等[86]研究发现：添加黄芪多糖后海参WGR、SGR 和内脏壁比与对照组之间没有显著性差异，表明膳食中添加的黄芪多糖对海参生长性能影响不大。

4.2 免疫

刘洪展等[87]利用从南极冰海水中分离得到的南极细菌产生的胞外多糖，采用注射不同浓度的胞外多糖溶液的方式处理刺参，发现细菌多糖明显增强了体腔液ACP 和LSZ 活力，对刺参产生一定的免疫保护作用，最适添加量为2 mg·mL-1。Song 等[86]研究发现：膳食黄芪多糖补充剂可能通过NF-κB信号通路影响海参的非特异性免疫反应和肠道微生物区系。Fan 等[85]发现，黄芪和茯苓多糖在刺参体中可以起到益生菌的作用，增强LSZ、AKP 的活性和补体C3 含量，刺激细胞因子改善免疫功能，提高糖耐量。樊英等[84]发现，微胶囊剂型黄芪多糖的添加剂量、添加时间对刺参非特异性免疫具有一定的影响，添加3%黄芪多糖时，免疫效果最佳。

茯苓多糖能激活刺参体内氧化酶和水解酶系统，改善和提高其非特异性免疫，可作为饲料免疫增强剂[88]。王淑娴等[88]向刺参体内注射茯苓多糖后测定其免疫因子，结果发现刺参体腔液中AKP、LSZ、SOD 活性和补体C3 含量都提高，证实茯苓多糖可提高刺参免疫力。仿刺参依赖的是非特异性免疫，主要靠自身的防御机能来抵抗病原体的袭击,如吞噬作用、LSZ、AKP、SOD 活性及补体等非特异性免疫因子功能[89]。仿刺参体腔中注射相同体积（500 μL）的无菌黄芪多糖溶液，体腔液中LSZ、SOD、AKP 活性及补体C3 的含量增加[89]，表明黄芪多糖具有增强仿刺参免疫的功能。

4.3 抗氧化

机体内抗氧化酶SOD、CAT 等活性高低反映了抗氧化能力，当受到病原体攻击或处于逆境条件时会降低机体的抗氧化能力[84]。刘洪展等[87]用南极细菌产生的胞外多糖注射刺参，发现体腔液中CAT、SOD 活性升高，降低了MDA 含量，以保护细胞免受氧自由基诱导的氧化损伤。Fan 等[85]将黄芪多糖和茯苓多糖注射到刺参中，结果表明，黄芪多糖和茯苓多糖能显著提高海参体腔液中SOD 的活性，增强抗氧化能力，这可能与黄酮类化合物和皂苷在膜中消除氧自由基的作用有关[89]。

4.4 抗病

活性多糖添加量对海参的抗病力有一定影响。刺参养殖中，经常出现由灿烂弧菌Vibrio splendidus引起的腐皮综合征，严重危害养殖业[84]。樊英等[84]在基础饲料中添加微胶囊型黄芪多糖连续投喂刺参，后用灿烂弧菌对刺参进行攻毒试验，结果表明实验组累计死亡率显著低于对照组（P＜0.05），证明黄芪多糖可提高刺参抗病力，对养殖刺参产生有益的影响。Fan 等[85]研究发现：口服黄芪和茯苓混合微胶囊制剂的刺参，在受到灿烂弧菌的刺激后，死亡率降低。刘洪展等[87]通过注射感染的方式进行攻毒试验，病原菌来自患皮肤溃烂、嘴部肿胀的刺参体内病原菌，给刺参注射4 mg·mL-1的南极冰海水细菌胞外多糖，可以降低死亡率。

5 展望

长期以来，水产养殖中一些抗生素药物的残留，导致水生动物产生了耐药性。而活性多糖如黄芪多糖、海藻多糖、葡聚糖等具有促进水产动物生长，增强机体免疫力、提高抗氧化能力和降低动物的发病率等功能，无耐药性和无药物残留等，在水产动物养殖中可以替代抗生素。但多糖因为结构各异，功能不同，对水产动物的作用会产生差异。黄芪多糖对水产动物生长和免疫作用与其添加水平之间并不成直线关系，添加时间与免疫效果之间存在一定的相关性。黄芪多糖属于水溶性物质，口服会有所损失，可采取注射或浸泡等方法，还可探索新剂型，如微胶囊制剂。β-葡聚糖添加剂量、饲料配方、投喂频率和方式的差异，以及水产动物生长阶段的不同，结果不同，试验时，要综合考虑各个方面的因素。植物多糖对水产动物各组织器官的影响也不同，促进作用具有不同程度的差异，甚至出现抑制现象。随着多糖的制备方法和药理性等研究不断深入，以及对其剂量、投喂方法的探索，作为免疫添加剂在水产动物饲料中有广阔的应用前景。