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微生态调节剂在水产养殖中的应用
发布时间:2008-12-29
 
动物肠道中栖息着大量微生物,它们保持共生或拮抗关系,维持着机体微生态平衡,当这种平衡被破坏时,就会出现菌群失调,即肠道正常菌群的种类、数量和比例发生异常变化,偏离正常的生理组合,转变为病理性组合状态。菌群失调将会引起许多相关疾病,临床上以腹泻为最明显症状。抗生素是预防动物肠道传染病,防止动物感染病菌的有效药物,但长时间应用,由于其抗菌谱广,在杀死病菌的同时也杀死有益菌群,破坏了肠道微生态平衡,是引起菌群失调的主要诱发因素,而且抗生素耐药性及其在畜禽产品中残留等问题,降低了畜禽产品在国际市场的竞争能力。微生态调节剂是指在微生态学理论指导下,可调整微生态失调,保持微生态平衡,提高宿主健康水平或增进益生菌及其代谢产物和生长促进物质的制剂,有抗生素样作用。本文就近年来微生态调节剂的研究状况及在水产养殖中的应用作一综述。

1.0 微生态调节剂

    微生态调节剂包括益生菌、益生元、合生素。
1.1 益生菌
    益生菌(probiotics)首先于1965年使用,又称为益生素、促生素、生菌素、促菌素、活菌素,是指含活菌或含菌体组分及代谢产物死菌的生物制品,经口或其他方式投入,可在粘膜表面处改善微生物区系的屏障功能或刺激特异与非特异性免疫。作为益生菌的菌株应具有生长速度快,对胃肠道环境中低 pH 值、胆汁中所含的胆盐、肠道内容物分解产生的苯酚等抑制因素具有抵抗力,而且能产生抗菌物质等能力。益生菌的作用机理有以下几种学说:优势菌群学说,菌群屏障学说,微生物夺氧学说,微生物菌群竞争排斥学说等。
    目前,国内外对益生菌的研究多为来源于乳品、植物、肉品、健康人体或动物肠道及其代谢物中的乳酸菌、芽孢杆菌、链球菌等。常见的有双歧杆菌(Bigidobacterium)、瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantanm)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、短乳杆菌(Lactobacillus brevis)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)、粪链球菌(Streptococcus faecalis)、嗜酸链球菌(Streptococcus thermophilus)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)等。目前在动物生产中应用最广泛的是乳酸杆菌和芽孢杆菌。
乳酸杆菌是动物肠道中优势菌群之一,它对生物体具有有益作用。乳酸菌制剂是应用历史最早,种类最多,效果最好的益生菌。乳酸菌制剂的特点:是多种动物消化道主要共生菌,形成正常菌群;在微需氧或厌氧条件下产生乳酸;能耐酸性,不耐热,65~75℃下死亡;产生一种特殊抗生素,有效抑制大肠杆菌、沙门氏菌的生长。
芽孢杆菌在动物肠道微生物群落中存在数量较少,但芽孢杆菌在动物生产中的作用确较大。目前生产中应用的芽孢杆菌主要有地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌。与乳酸菌相比,芽孢杆菌具有许多的优点:芽孢杆菌在成熟期以孢子的状态存在,对胃酸及胆盐有较强的耐受性;热稳定性较高;具有较强的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多种有效酶的活性;能产生多种营养物质,特别是B族维生素的含量更高。
1.2 益生元
    G.R.Gibson等在1995年提出益生元(prebiotics)。益生元应具备以下条件:在前段消化道不能被水解,也不能被吸收;能选择性地刺激肠内有益菌(双歧杆菌等)生长繁殖并激活其代谢功能;能促进肠内健康优势菌群的构成并提高其数量;能增强宿主机体健康。
    益生元包括低聚糖、微藻及天然植物等。低聚糖类如低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等;微藻类如螺旋藻、节旋藻等。还有一些天然植物,包括蔬菜、中草药、野生植物等。低聚糖类益生元大多具有良好水溶性,粘度低,不结合矿物质,口感清爽,甜度低,且酸稳定性、热稳性和储存稳定性均较好,无不良风味。微藻类益生元分布于土壤、沼泽、淡水、温泉以及在一些极端环境中,含有丰富的优质蛋白、微量元素和矿物质、酶和天然色素及大量不饱和脂肪酸,胆固醇含量很低、不含饱和脂肪酸,且消化率可高达93%。
1.3 合生素
    合生素(synbiotics)是指益生菌与益生元合并使用的制剂,具有双重作用,既可发挥益生菌的生理性细菌活性,又可选择地增加这种菌的数量使益生作用更持久。所以近年来合生素越来越受到人们的关注,是一种很有潜力的微生态调节剂。

2.0水产养殖中的应用

2.1 益生菌
    益生菌作为水产饲料添加剂,具有以下3个基本特征:体外实验中能拮抗病原菌或快速降解有机质;能在水产养殖动物肠道、养殖水体中存活;能提高养殖动物对病原菌的抵抗力,促进生长。其种类主要有:1、光合细菌(PSB)。2、芽孢杆菌,其中包括蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌。3、酵母菌:包括啤酒酵母和石油酵母。4、乳酸菌:包括嗜酸乳酸菌、双歧杆菌等。
2.1.1 益生菌在水产养殖中的应用
    益生菌在水产养殖中能够改善水产动物体内的微生态平衡。Westerdahl(1994)发现益生菌同致病菌竞争在鱼体内消化道的黏附位点。Gldberg(1997)用致病性强的弧菌菌株浸染用产乳酸菌喂养的大西洋鳕鱼苗,鱼苗的抗病性增强,并发现在三周后存活下来的鳕鱼肠道微生物群中产乳酸菌占优势。王红宁等(1994)研究发现,饲料中添加光合细菌可显著降低鲤鱼肠道中大肠杆菌数量而双歧杆菌、拟杆菌等有益菌增多,使肠内微生物结构处于平衡状态。
益生菌具有刺激机体免疫系统发育的作用。孙舰军等(1999)把光合细菌拌入饵料投喂中国对虾22天后发现虾体PO、SOD、溶菌和抗菌活力分别比对照组高102.2%、22%、53.4% 和14.0%,血细胞数高出67%。黄永春等(1997)用微生态制剂EM 饲喂建鲤,研究其血液指标及耗氧率指标,发现红细胞及血红蛋白含量均高于对照组,且耗氧率下降。桂远明等(1994)用节杆菌和乳酸菌制成的生态制品饲料添加剂能增强鲤鱼的巨噬细胞吞噬率,抗体效价也明显提高。刘克琳等(2000)用地衣芽孢杆菌制成的微生物添加剂能使鲤鱼的免疫器官胸腺、脾脏生长发育和成熟加快,免疫器官内T、B淋巴细胞成熟也加快,同时数量增多;而Irianto和Austin(2002)发现益生菌可以提高虹鳟红细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和白细胞数量,但在血清和黏液中未检测到抗杀鲑气单胞菌抗体,由此认为益生菌刺激细胞免疫而非体液免疫;Rengpipat等(2000)对加喂了益生菌株Bacillus S11的斑节对虾的研究表明,益生菌可以明显提高虾的吞噬细胞的吞噬水平,也提高酚氧化酶与抗菌物质的活性。
    益生菌还有拮抗致病微生物,降解有机废物,从而减少疾病发生,促进水产动物的生长,改善养殖生态环境的作用。Kozasa等(1986)首次将益生菌应用于水产养殖,用从土壤中分离的芽胞杆菌(Bacillus toyoi)经培养后处理日本鳗鲡,降低了由爱德华氏菌引起的死亡。Austin等(1995)用分离的溶藻胶弧菌注射或浸浴鲑鱼时,可抵抗致病性杀鲑气单胞菌、鳗弧菌和病毒鱼弧菌等的感染,而且该菌在鲑鱼的消化道能存活21天以上。在对虾养殖中,石军等(2002)将芽胞杆菌、光合细菌、蛭弧菌等制成的混合菌制剂,按1mg/kg饵料的用量投喂给养殖对虾,每7天1次,共计投喂3次。结果表明,试验池对虾的病毒病发病时间较对照组延迟10天,产量提高40%。张庆等(1999)在试验中每隔25天向罗非鱼养殖水体中添加以芽胞杆菌为主的微生物复合菌剂,发现微生物复合菌剂能明显改善水质条件,有效降低氨氮与亚硝酸盐,营造良好的水色,促进罗非鱼的生长。吴垠等(1996)从健康中国明对虾肠道中分离筛选出无毒、无害菌群制成微生物添加剂添加于中国对虾饲料中,结果表明,实验组中国对虾病毒感染后成活率明显提高,死亡高峰时间延迟,饲料中添加益生菌能改善各器官的功能,延缓或减轻病毒的侵蚀;王彦波等(2003)在对虾池中分别加入光合细菌、芽胞杆菌以及不同的微生态制剂,待其生长繁殖后测定氨氮、亚硝酸盐、COD值和pH值,发现制剂对虾池水质具有明显的改善作用。
    潘康成等报道(1997)在基础饲料中添加1%的芽孢杆菌制剂,对鲤鱼的生长有明显的促进作用,且能显著提高鲤鱼肠道消化酶的活性;刘小刚等(2002)在饲料中添加0.2%的芽孢杆菌,异育银鲫肝胰脏的蛋白酶、淀粉酶活性分别比对照组提高85.4% 和129.5%。证明一些益生菌具有提高水生动物体内消化酶活性的作用。
2.2益生元
    益生元多为非消化性食物成分,目前最具开发前景的益生元是功能性低聚糖 类益生元。功能性低聚糖是由2~10个单糖通过糖苷键连接形成的低度聚合糖。主要包括甘露寡糖(MOS)、低聚果糖(FOS)、大豆低聚糖 (SOS)、异麦芽寡糖(IOS)、低聚乳果糖 (LDL)、寡乳糖(GOS)、低聚焦糖 (STOC)和寡木糖(XOS)等;
2.2.1 益生元在水产养殖中的应用
    益生元在水产养殖中能选择性促进有益菌的生长与繁殖,提高宿主生产性能。张红梅等(2003)报道,在基础饲料中添加0.05%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%甘露寡聚糖,饲喂鲤鱼45d,分析其生长性能和肠道菌群,发现添加 0.3%甘露寡聚糖组饵料系数达到最小,肠道中的有害菌也显著减少,而有益菌有所上升。Yoshida等(1995)研究表明,在非洲鲶饲料中添加0.1%甘露寡糖,并同时接种水生单孢菌,12、24h后分别查血清、脾中的细菌数,发现细菌数量明显减少。
能有效地降低病原菌的抵抗力;苏纯阳等(2002)据报道,在鲑鱼中添加适量的甘露寡糖,饲喂5周后遭遇疾病袭击,发现幼鱼死亡率比对照组降低28%。
调节动物机体免疫系统,提高宿主免疫力。石宝明等(2000)在饵料中加入 MOS可增鳟鱼苗的强免疫力,鳟鱼苗在体重1~7克受冷水病原菌侵袭后死亡率高达27%,而饵料中加入0.7%的MOS后可使该阶段的死亡率下降到1%。
符广才等(2004)报道,在4个试验组饲料中分别添加0.05%的低聚果糖(A)、低聚异麦芽糖(B)、大豆低聚糖(C)、低聚木糖(D),对照组(E)中不添加低聚糖。试验期30d,试验组和对照组比较,试验组比对照组的体增重分别提高 10.32%、17.81%、17.19%和24.69%,说明在南美白对虾饲料中添加低聚糖可提高南美白对虾的生长速度,添加低聚异麦芽糖(B)和低聚木糖(D)的效果好于添加低聚果糖(A)和大豆低聚糖(C)的效果。4个试验组的存活率均为98%以上,比对照组有所提高。
2.3 合生素
    合生素是益生菌与益生元的有机结合,是以动物生态学理论和“三流运转”学说为依据生产出来的绿色环保型微生态调节剂。合生素在水产养殖中有以下几个作用特点:(1)调控水产动物肠道微生物平衡,增值有益菌,抑制有害菌,能有效的预防水产动物肠炎、烂鳃等疾病;(2)降低水产动物血液及粪便中氨、生物胺、吲哚等有害物质的产生,并可分解养殖池中的有毒有害物质,起到净化水质作用;(3)刺激水产动物免疫器官的发育,增强机体免疫力和抗应激能力;(4)具有较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性,促进饲料中营养素降解,提高饲料利用率,从而促进水生动物生长。张建东等(2004)通过在鲤鱼饲料中添加0.05%合生素(爱保生801)的试验表明,合生素能显著提高鲤鱼日增重(p<0.01),比对照组和抗生素组分别提高9.4%和16.8%,饵料系数分别比对照组和抗生素组降低5.6%和8.5%(p<0.01)。合生素(爱保生801)是通过定向选育的枯草芽孢杆菌与植物提取物经过深层次发酵而得,充分发挥了益生菌的生理活性和益生元促生长的双重作用,最大限度发挥益生菌和益生元的相似作用。

3.0 结束语

    微生态调节剂是在抗生素大量使用造成细菌耐药性和动物产品药物残留等诸多问题,全世界人们高度关注食品安全的情况下产生的一类绿色、安全、环保型饲料添加剂。合生素作为微生态调节剂的第三代产品,具有益生菌和益生元的双重作用。通过畜禽水产动物试验证明,合生素具有提高动物免疫力、促进动物生长、降低动物死亡率等多种作用,起到替代抗生素的作用。
作者:宋青龙 潘宝海 孙冬岩 文章来源:国家饲料工程技术研究中心 
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