魚類生活的環(huán)境和魚類消化道中存在著大量的微生物，在魚類生長發(fā)育過程中，魚類消化道逐漸形成了一個由好氧菌、兼性厭氧菌和絕對厭氧菌組成的動態(tài)正常菌群。正常情況下，魚類消化道的各種微生物生長良好，占主導(dǎo)優(yōu)勢的有益微生物菌群能使消化道處于健康環(huán)境中，從而保證魚類消化道的正常消化和吸收。同時，有益微生物菌群定植于腸內(nèi)壁黏膜，形成非特異性的生物保護屏障，抑制病原菌對腸壁的定植，維持腸道正常的微生態(tài)平衡。但當(dāng)出現(xiàn)餌料或環(huán)境變更等應(yīng)激狀態(tài)時，這種理想的微生物區(qū)系平衡會受到?jīng)_擊，宿主的正常防御系統(tǒng)被破壞，某些條件致病菌會轉(zhuǎn)移、定植并侵襲魚體的其它組織器官，導(dǎo)致細菌性疾病的暴發(fā)[1]。因此，如何利用益生素、化學(xué)益生素等調(diào)控魚類消化道微生物的組成，保持魚類消化道微生物區(qū)系平衡，維持動物健康正成為國際上的研究熱點。
1魚類消化道微生物的組成和分布
魚卵孵化前表面附著有大量的細菌，但剛孵化魚的胃腸道通常是無菌的。孵化后的仔魚在卵黃囊消耗以前就會開始飲水，水中的細菌得以進入仔魚的消化道。稍大一點的仔魚還會攝食附著有大量細菌的懸浮顆粒和卵黃碎片。因此，養(yǎng)殖水體、懸浮顆粒和卵黃碎片的細菌成為仔魚消化道微生物區(qū)系的最初來源。但是，魚類胃腸道環(huán)境不同于水體環(huán)境，僅那些能適應(yīng)魚類胃腸道環(huán)境和宿主的免疫系統(tǒng)的微生物能夠定植于胃腸道。研究表明，仔魚期形成了最初的不穩(wěn)定的微生物區(qū)系，隨后此微生物區(qū)系逐漸成熟，幼魚期形成比較穩(wěn)定的微生物區(qū)系。例如，羅非魚（Tilapia mossambica）在孵化后20~60 d內(nèi)建立起比較成熟的微生物區(qū)系[2]。仔稚魚免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育完成，它們更多的是依賴非特異性防御機制，其中，胃腸道粘膜上附著的正常菌群可能是仔稚魚對抗致病菌入侵的第一道屏障。然而，由于傳統(tǒng)方法的嚴重制約，特別是消化道微生物區(qū)系復(fù)雜多樣且需厭氧環(huán)境，目前有關(guān)仔稚魚消化道微生物的研究較少，仔稚魚胃腸道粘膜上附著的菌群種類、功能和變化尚不清楚。令人欣喜的是，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，DGGE、TGGE等DNA指紋技術(shù)有望用于魚類消化道微生物區(qū)系的研究，從而加深人們對魚類消化道微生物菌群分布和功能的了解[3]。
有關(guān)幼魚和成魚消化道微生物區(qū)系組成研究較多，報道結(jié)果也不盡相同。但通常情況下，淡水魚消化道中常見的微生物主要有氣單胞菌(Aeromonas)、假單胞菌(Pseudomonas)、鄰單胞菌(Plesiomonas)、腸桿菌(Enterobacter)等，而海水魚消化道中最常見的是弧菌(Vibrio)、假單胞菌、不動桿菌(Acinetobacter) 等[3]。成魚的消化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)育完成，消化道微生物區(qū)系變得相對穩(wěn)定。但是，當(dāng)出現(xiàn)病原菌侵襲、餌料或環(huán)境變更等應(yīng)激狀態(tài)時，這種理想的微生物區(qū)系平衡會受到?jīng)_擊，宿主的正常防御系統(tǒng)被破壞。Lodemel等[4]報道，正常情況下北極嘉魚(Salvelinus alpinus L.)腸道微絨毛上附著有大量的細菌，而人工感染殺鮭氣單胞菌(Aeromonas salmonicida ssp. Salmonicida)后，附著于腸道的細菌數(shù)量下降了100倍，提示感染致病菌后北極嘉魚腸道正常菌群數(shù)量急劇下降。隨后，Ringo等[5]研究了殺鮭氣單胞菌攻毒對北極嘉魚腸道微生物的影響。結(jié)果表明，攻毒后北極嘉魚腸道微生物區(qū)系發(fā)生了一些變化，而肉桿菌(Carnobacterium) 則持續(xù)存在于后腸，且能阻止致病菌在腸道的定植，作者由此推斷肉桿菌是北極嘉魚腸道的固有菌群，是北極嘉魚對抗致病菌定植的天然菌群屏障的重要組成部分。此外，Olsen等[6]研究了急性應(yīng)激（養(yǎng)殖水面下降到5－10cm，用長桿追逐魚15min）和饑餓應(yīng)激對虹鱒(Oncorhynchus mykiss)消化道微生物區(qū)系的影響。電鏡結(jié)果表明，附著于后腸的微生物種類和數(shù)量均顯著下降，而糞中的微生物數(shù)量則上升，提示急性應(yīng)激可能會導(dǎo)致腸道粘膜的大量脫落。但是，也有研究表明，急性應(yīng)激和饑餓應(yīng)激11天對大西洋鮭(Salmo salar L.)腸道細菌總數(shù)和棲魚肉桿菌（Carnobacterium piscicola）沒有影響[7]。
隨著人們對魚類消化道微生物結(jié)構(gòu)和功能認識的深入，一些學(xué)者還對魚類各段消化道微生物的分布進行了研究，但報道的結(jié)果不一。多數(shù)研究表明，從前到后魚類各段消化道附著的微生物數(shù)量呈逐漸上升趨勢，這個結(jié)果相繼在大西洋鮭(Salmo salar)、鯡（Seriola quinqueradiata）、都花舌鰨（Solea solea）和北極嘉魚(Salvelinus alpinus
L.)消化道微生物的研究中得到證實[1，8]。與之相反，Austin等[9]報道，虹鱒各段消化道細菌數(shù)量呈逐漸下降的趨勢。而Ringo等[10]的研究發(fā)現(xiàn)北極嘉魚附著于小腸和大腸的細菌數(shù)量非常恒定。但是，目前有關(guān)有益菌（如某些乳酸菌）和致病菌（如某些弧菌）在魚類各段消化道分布的報道很少。這也制約了乳酸菌等有益菌作為益生素在魚類養(yǎng)殖過程中的應(yīng)用，因為如果所用益生菌在魚類消化道的定植位點與致病菌的定植位點不一致，則難以發(fā)揮其益生效果[3]。因此，魚類消化道重有益菌和致病菌的分布尚須今后深入研究。
2 魚類消化道微生物的調(diào)控
魚類消化道正常菌群的建立對于消化系統(tǒng)的正常發(fā)育具有重要的作用，而且正常菌群的建立能夠作為生物屏障阻止致病菌的入侵，同時提高魚類的免疫力。因此，加強魚消化道微生物菌群分布和功能的研究，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出綠色高效的益生素和化學(xué)益生素等調(diào)控魚消化道微生物菌群，保持消化道微生物區(qū)的穩(wěn)定，有望提高魚類的抗病力和生產(chǎn)性能。
2.1益生素
益生素（Probiotics）“是一類通過促進腸道微生物平衡對宿主動物產(chǎn)生有益影響的活的微生物飼料添加劑”[11]，最早應(yīng)用于陸生動物。此后的研究表明益生素在水產(chǎn)養(yǎng)殖中亦具有一定的應(yīng)用效果。但是，水生生物由于與水環(huán)境密切相關(guān)，許多情況下有益微生物，如光合細菌可直接添加于養(yǎng)殖水體，通過拮抗病原菌、降解多余有機質(zhì)等對養(yǎng)殖動物產(chǎn)生有益的影響。因此Gram等 [12]將益生素的含義擴展為“一類通過改善微生物平衡來促進寄主健康的活的微生物飼料添加劑”。研究表明，芽孢桿菌（Bacillus）、乳酸菌（lactic acid bacteria）、假單胞菌(Pseudomonas)和弧菌(Vibrio)均可作為水產(chǎn)動物益生素調(diào)控消化道微生物的組成，而目前研究得最多的是芽孢桿菌和乳酸菌[3]。
芽孢桿菌(Bacillus)是一類革蘭氏陽性菌，在腸道或貯藏過程中都以內(nèi)生孢子的形式存在，因此其抗逆性很強。芽孢桿菌進入腸道后，在腸道上部迅速復(fù)活，消耗大量的氧，有利于腸道固有菌群繁殖，同時有效抑制病原菌生長，維持腸道微生態(tài)平衡，促進動物的健康生長。目前，在水產(chǎn)養(yǎng)殖也中應(yīng)用較多的芽孢菌主要有枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）和蠟樣芽孢桿菌（Bacilis Cereus）等。Kozasa[13]用1株從土壤中分離的東洋芽孢桿菌(Bacillus toyoi)處理日本鰻鱺(Anguilla japonica)，降低了由愛德華氏菌(Edwardsiella)引起的鰻鱺死亡。華雪銘等報道，基礎(chǔ)日糧中添加0.1％的由三種芽孢桿菌，枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和嗜熱球狀芽孢桿菌混合而成的益生菌，可以明顯提高暗紋東方鲀（Takifugu obscurus）幼魚的生長速度[ 14 ]。華雪銘等[15]在異育銀鯽 (Carassiusauratus gibelio)飼料中添加不同濃度的芽孢桿菌，結(jié)果表明芽孢桿菌可以極顯著地提高異育銀鯽對嗜水氣單胞菌（Aeromonas hydrophila）的抵抗能力，添加量為0.2%的實驗組異育銀鯽的相對增重率比對照組增加33%?？傊挎邨U菌能提高魚類的存活率，促進動物生長，但是有關(guān)芽孢桿菌對魚類腸道菌群調(diào)控的研究較少。劉波等研究表明，基礎(chǔ)日糧中添加0.02%的地衣芽孢桿菌后，異育銀鯽增重率顯著提高，其腸道食糜中芽孢桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量大大增加，大腸桿菌的數(shù)量則顯著降低[16]。胡東興報道，從鯉魚(Cyprinus Carpio)體內(nèi)分離的地衣芽孢桿菌對氣單孢菌有生物拮抗作用[17]。因此，有關(guān)芽孢桿菌對魚類腸道菌群調(diào)控尚須今后深入研究。
(Gadus morhua)仔魚腸道的優(yōu)勢菌，仔魚的抗病力有一定的提高。王福強等[19]報道，投喂含有1.2×109cfu/g乳桿菌的飼料5 d后，牙鲆(Paralichthys olivaceus)消化道定植的乳酸菌超過106cfu/g，同時弧菌數(shù)量明顯下降，提示乳桿菌能有效抑制弧菌的生長。Campos等[20]報道，多株乳酸菌均通過產(chǎn)生細菌素抑制病原菌的生長。同時，乳酸菌在代謝過程中產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機酸，可降低消化道pH值。因為多數(shù)致病菌難以在低pH值環(huán)境中生長良好，因此乳酸菌造成的這種低pH值環(huán)境能抑制病原菌的生長和繁殖。此外，大量研究顯示，乳酸菌是良好的免疫激活劑，添加于餌料中能有效刺激機體的免疫系統(tǒng)，增強魚類的抗病力[3]。
假單胞菌(Pseudomona)為革蘭氏陰性直或略彎曲的桿菌，不產(chǎn)生芽孢。作為魚類消化道的正常菌群，某些假單胞菌具有作為益生菌的潛力[21，22]。早期研究表明，熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)能產(chǎn)生抑菌物質(zhì)抑制魚類病原菌的生長[23，24]。Gram等[12]研究表明，熒光假單胞菌AH2能體外抑制鰻弧菌(Vibrio anguillarum)的生長，體內(nèi)試驗亦得到一致結(jié)果，即熒光假單胞菌能降低人工感染鰻弧菌虹鱒的死亡率：感染鰻弧菌7 d后試驗組虹鱒的死亡率僅為25％，而對照組的死亡率高達47％。Spanggaard等[25]從虹鱒體表、腮和腸道分離到45株能抑制致病性鰻弧菌生長的細菌，其中28株屬于假單胞菌。作者選擇了其中9株（7株假單胞菌和2株肉桿菌）進行動物試驗，結(jié)果表明6株假單胞菌能提高人工感染鰻弧菌虹鱒的存活率。然而gram等[26]研究表明，假單胞菌雖然能體外抑制殺鮭氣單胞菌(Aeromonas salmonicida)，但對于人工感染殺鮭氣單胞菌的大西洋鮭則沒有保護作用。因此，假單胞菌對魚類的保護作用及對消化道微生物的調(diào)控還有待深入研究。
弧菌通常菌體較小，彎曲成弧狀或逗號狀，廣泛存在于海水及淡水中，亦可見于動物和人的消化道。雖然許多弧菌對于魚類具有一定的致病作用，但少數(shù)研究表明某些弧菌也具有一定的益生作用。Austin等[27]報道，溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)能有效降低殺鮭氣單胞菌和兩株致病性弧菌對大西洋鮭(Salmo salar)的致病作用，以該菌作為益生菌時，大西洋鮭的存活率顯著提高。Iranto等[28]報道，分離自虹鱒消化道的河流弧菌（Vibrio fluvialis）作為飼料添加劑時，人工感染殺鮭氣單胞菌虹鱒的存活率明顯提高。同一試驗中，飼喂河流弧菌虹鱒的血清和粘膜的殺鮭氣單胞菌抗體沒有明顯提高，而紅細胞、吞噬細胞、淋巴細胞、白細胞數(shù)量增加，溶菌酶活性增強。但是，迄今尚未見弧菌對魚類消化道微生物調(diào)控的報道。
2.2化學(xué)益生素
化學(xué)益生素一詞譯于“Prebiotics”，也稱前生素、益生元等，是一類非消化性食物成分，到達后腸后可選擇性地刺激動物腸道有益菌的增殖，抑制潛在有害菌的增殖的作用[29]?；瘜W(xué)益生素必須具備以下三個條件：第一，在消化道前段不會被降解和吸收；第二，作為一種或幾種腸道細菌特異性的底物，選擇性地促進相應(yīng)細菌的增殖；第三，能夠改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進宿主健康。目前研究和應(yīng)用較多的化學(xué)益生素主要為寡糖和非淀粉多糖。陸生動物研究結(jié)果表明，許多寡糖進入小腸后，不能被病原菌如大腸桿菌和沙門氏菌利用，只能被有益菌如乳酸桿菌和雙歧桿菌等分解利用，從而促進有益菌大量繁殖。同時，有益菌大量繁殖使腸道pH 值下降，這樣一方面直接抑制病原菌的生長，另一方面使腸道氧化還原電勢降低，具有調(diào)節(jié)腸道正常蠕動的作用，間接阻止病原菌在腸道中的定植[30]。Mahious等[31]研究了菊糖和果寡糖作為化學(xué)益生素對大菱鲆（Scophthatmus maximus）生產(chǎn)性能及消化道微生物的影響。結(jié)果表明，果寡糖能顯著提高大菱鲆的生長速度。此外，飼喂果寡糖的大菱鲆腸道中分離到大量芽孢桿菌，而其它飼料組則沒有分離到芽孢桿菌，提示果寡糖能選擇性的促進芽孢桿菌等有益菌的增殖。國內(nèi)張紅梅等[32]研究了甘露寡聚糖對生長期鯉魚的生長及腸道菌群的影響。結(jié)果表明，餌料中添加甘露寡聚糖45 d后，鯉魚腸道大腸桿菌的數(shù)量顯著降低，而乳酸桿菌和雙歧桿菌(Bifidobacterium)數(shù)量略有上升，且以添加0.3％的甘露寡聚糖試驗組結(jié)果最為明顯。作者由此得出結(jié)論：餌料中添加0.3％甘露寡聚糖可使鯉魚養(yǎng)殖達到最好的生產(chǎn)性能，也最有利于腸道菌群的優(yōu)化。
大量研究表明，非淀粉多糖能提高魚類的免疫功能[33，34]，但有關(guān)非淀粉多糖對魚類消化道細菌菌群的調(diào)控研究很少。Ringo等[35]利用梯度稀釋平板技術(shù)和電鏡技術(shù)相結(jié)合研究了糊精和菊糖對大西洋鮭魚后腸微生物的影響。結(jié)果表明，飼喂糊精的鮭魚腸道微生物主要為葡萄球菌（Staphylococcus）、假單胞菌、微球菌（Micrococcus）等，而飼喂菊糖的鮭魚后腸道細菌數(shù)量較低，但肉桿菌、葡萄球菌、鏈球菌（Streptococcus）等革蘭氏陽性菌成為優(yōu)勢菌群，提示菊糖對大西洋鮭腸道菌群具有較好的調(diào)控作用。國內(nèi)蔡雪峰等[36]發(fā)現(xiàn)殼聚糖對虹鱒幼魚腸道菌群也有相似的影響，即飼喂殼聚糖后虹鱒幼魚腸道革蘭氏陽性菌的數(shù)量上升，而假單胞菌等革蘭氏陰性菌數(shù)量下降。最近，遲淑艷等[37]研究表明，奧尼羅非魚（Oreochromis aureus
♂×Oreochromis niloticus♀）飼料種添加1.0％～1.5％ β-葡聚糖，可以明顯改善其生長性能和抗嗜水氣單胞菌感染的能力。
總之，化學(xué)益生素作為飼料添加劑能調(diào)節(jié)魚類消化道微生物組成，提高魚類的抗病力和生產(chǎn)性能，但化學(xué)益生素對魚類消化道細菌菌群的調(diào)控機制尚有待進一步研究。
2.3 中草藥
中草藥來源于天然植物，成分眾多，除含有具有直接醫(yī)療價值的有效成分外，還含有蛋白質(zhì)、多糖、脂類、微量元素、維生素等營養(yǎng)成分，這使中草藥尤其復(fù)方中藥具有多種藥理效應(yīng)。大量研究表明，中藥能夠明顯改變腸道細菌組成及數(shù)量，使有益菌類增加，并抑制條件致病菌的生長，從而有效地調(diào)節(jié)病魚胃腸道的微生態(tài)平衡。羅琳等[38]報道，穿心蓮對草魚（Ctenopharyngodon idellus）腸道細菌的種類，尤其是優(yōu)勢菌群的種類沒有明顯影響，但１％和２％的穿心蓮可降低草魚腸道內(nèi)氣單胞菌的數(shù)量。劉紅柏等[39]將5 種常用中草藥黃芩、板蘭根、黃芪、茯苓及魚腥草作為飼料添加劑飼喂鯉魚，均使鯉魚腸內(nèi)細菌數(shù)增加，并對組成產(chǎn)生影響，試驗組出現(xiàn)了對照組所沒有的芽孢桿菌屬及棒桿菌屬（Corynebacterium）細菌，并且使優(yōu)勢菌群的組成發(fā)生了改變，不動細菌屬明顯增加，芽孢桿菌屬所占的比率也在10%以上，而氣單胞菌屬、鄰單胞菌屬、假單胞菌屬、弧菌屬及腸桿菌科細菌數(shù)量則明顯下降。但是，由于中草藥成分非常復(fù)雜，其對魚類消化道微生物的調(diào)控機理尚不清楚，有待今后進一步研究。
3 展望
雖然“魚類消化道微生物分布及其調(diào)控”的研究正成為當(dāng)前國際上的一個前沿研究領(lǐng)域。但是長期以來，由于傳統(tǒng)方法的嚴重制約，特別是消化道微生物區(qū)系復(fù)雜多樣且需厭氧環(huán)境，有關(guān)魚類消化道微生物區(qū)系及其調(diào)控的研究還很薄弱。這也間接導(dǎo)致了生產(chǎn)中益生素和化學(xué)益生素的使用效果不穩(wěn)定，限制了其在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用。因此，加強魚類消化道微生物組成和結(jié)構(gòu)的研究，指導(dǎo)高效綠色的益生素、化學(xué)益生素和中草藥的開發(fā)和使用，促進我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的同時，還將有助于從根本上解決我國水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中抗生素和其它化學(xué)藥物的長期大量使用所帶來的負面效應(yīng)，具有重要而深遠的意義。 | 
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發(fā)表于 2008-8-8 15:12:19
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