芽孢杆菌研究进展及其在水产养殖中的应用

芽孢杆菌研究进展及其在水产养殖中的应用

摘要 该文主要介绍芽孢杆菌的常用种类、生物学功能及其在水产养殖中的应用，以为芽孢杆菌的利用提供参考。

关键词 芽孢杆茵；生物学功能}应用；水产养殖

随着社会经济的不断发展，人们对水产养殖产品的需求越来越大，水产养殖逐步向工业化、规模化养殖的方向发展。高密度的养殖模式、抗生素的滥用、喹乙醇等禁用添加剂的非法使用也对水产养殖业健康发展造成了严重的危害。残留毒素、污染生态环境、威胁人体健康等负面影响成为整个行业健康发展的瓶颈。近年来，微生态制剂在畜牧兽医、人类健康等方面的推广应用，大量实验和生产实践证实微生态制剂的应用疗效，其在水产行业中的应用也越来越受人们的重视。微生态制剂具有绿色、环保等优点，在养殖中微生态制剂可以用来解决水产养殖污染和病害的问题。自然界广泛分布着芽孢杆菌，能产生多种酶，是动植物微生态系统优势种群之一，在水产养殖中发挥着重要的作用。

1 芽孢杆菌使用种类

生物制剂的研发和使用过程中最重要的问题是确保其使用的安全性。美国食品药品管理局(FDA)在1989年发布的允许使用的菌株有43种，芽孢杆菌包括枯草芽孢杆菌(B.subtilis)、短小芽孢杆菌(B.pumilus)、缓慢芽孢杆菌(B.lentus)、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)和凝结芽孢杆菌(B.coagulans)。2008年，我国农业部公布的《饲料添加剂品种目录》中，允许直接投喂动物的微生物添加剂有15种，其中芽孢杆菌有地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌2种。随着国内外研究的深入，允许使用的芽孢杆菌种类越来越多，相继研发出了生物学特性更加优异的新菌种，如环状芽孢杆菌(B.circulans)、蜡样芽孢杆菌(B.cereus)、芽孢乳杆菌(Lactobacillus

sporogens)、纳豆芽孢杆菌(B.natto)、坚强芽孢杆菌(B.firmus)、巨大芽孢杆菌(B.megeterium)、丁酸梭菌(Clostridium butyricum)和东洋芽孢杆菌(B.toyoi)等，这些新菌株的发现壮大了芽孢杆菌添加剂的数量，为养殖行业的健康稳定发展提供了技术支持。

2 芽孢杆菌生物学功能

2.1 促进动物营养物质的消化吸收

芽孢杆菌产生多种酶类，是该类制剂能够促进动物生长的一个重要原因。据Pranter et al研究，芽孢杆菌能有效促进肠道发育，增加肠黏膜的厚度、肠绒毛的高度及细胞密度，该研究成果解释了芽孢杆菌类微生物添加剂促进动物生长、提高饲料利用率和日增重的原因。柏建玲等…对地衣芽孢杆菌的产酶能力进行研究，结果表明，地衣芽孢杆菌能产生淀粉酶、蛋白酶及植酸酶。Muroga et al研究表明，在蜡样芽孢杆菌作用下，仔猪空肠中的脂肪酶活性大大提高，空肠食糜中细菌产生牛磺胆酸解聚酶的活性降低。曹煜成等报道，对黄鳍鲷(sparus latus)

养殖中定期泼洒地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)，结果表明用地衣芽孢杆菌饲养黄鳍鲷的成活率、体长增长率和体质量增长率提高18.2％、21.0％和31.2％。温俊等将枯草芽孢杆菌添加到牙鲆饲料中，结果能显著提高牙鲆肠道的脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶活力，降低饲料系数等。付天玺等研究凝结芽孢杆菌对奥尼罗非鱼生长的影响，将其添加在饲料中，结果显示胃蛋白酶活性提高30.59％，消化吸收率提高10.68％，蛋白质表观消化率提高4.71％，增重率提高10.76％，饵料系数降低9.2％。

2.2 调节动物消化道的微生态平衡

正常健康的动物消化道内存在大量的各种微生物群落，这些菌群保持着良好的生态平衡，共同维持着宿主健康的生长。如果这些菌群失去了生态平衡，轻则造成消化道机能紊乱，抑制宿主健康生长发育，严重时可危及生命。日粮中添加微生态制剂，动物消化道内正常有益菌群得到有效补充，使得有益菌在数量上占据优势，并占据了动物肠壁上的靶细胞，能够形成有益生物保护防线。这些有益菌群在增殖过程中能够产生大量的生物酶类，通过拮抗作用抑制有害微生物的生长繁殖，从而维持肠道菌群的生态平衡，进而防止病害的发生。刘文斌等用地衣芽孢杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌、乳酸菌混合培养发现，地衣芽孢杆菌对大肠杆菌具有抑制生长作用，而对双歧杆菌、乳酸菌有促进和共生作用。宋增福等研究表明，丁酸梭菌、鳗弧菌共同孵育培养黏附上皮细胞时，丁酸梭菌显著抑制鳗弧菌黏附细胞能力，其黏附率降低7.03％。Urdaei et al报道，凝结芽孢杆菌在生长过程中产生的酶等抑菌物质对金黄色葡萄球菌、艰难梭菌、链球菌等有良好的抑制作用。

2.3 增强动物免疫能力与抗病能力

能够促进动物免疫能力是微生态制剂的作用机能理论之一。芽孢杆菌能增强动物机体免疫功能的原理，一部分学者认为与其代谢产物、细菌形态结构有关。大量研究表明，芽孢杆菌具有提高动物机体免疫能力的作用。芽孢杆菌使动物肠道内相关的淋巴组织处于免疫准备状态。动物免疫器官发育速度加快，免疫系统成熟时间提前，T淋巴细胞及B淋巴细胞的数量增多。部分芽孢杆菌，例如凝结芽孢乳杆菌等能促进宿主消化道粘膜免疫的发生。潘康成等研究指出，口服芽孢杆菌后，免疫促进作用的机理是作用于肠道集合淋巴结的抗原结合位点或者通过调整动物的微生物群，特别是双歧杆菌菌群间接地发挥免疫赋活作用，进而提高宿主的防御功能，达到增强抵抗力、降低饲料系数的作用。周国勤等研究表明，饲料日粮中添加纳豆芽孢杆菌及其发酵产物，能够显著促进试验鱼血液中的NBT阳性细胞数量增加和溶菌酶活力上升，增强鱼的非特异性免疫能力。季奎文等研究表明，凝结芽孢杆菌能提高宿主腹腔内巨噬细胞吞噬活性，加强吞噬细胞能力，增强动物NK细胞活性，促进动物免疫器官的发育等功能。

3 芽孢杆菌在水产养殖业中的应用

3.1 芽孢杆菌在水产饲料中的应用

芽孢杆菌作为水产养殖用添加剂，一些研究证明其能够促进养殖品种加速生长。降低饲料系数，维持肠道微生态平衡，增强动物机体免疫力，提高抗病能力和减少污染等。许国焕等研究认为，在日粮中添加枯草芽孢杆菌与凝结芽孢杆菌，奥尼罗非鱼体重分别提高12.27％和8.56％；饲料系数分别降低10.92％和8.18％。枯草芽孢杆菌使饲料、蛋白质表观消化率提高分别10.54％、4.18％；凝结芽孢杆菌使饲料、蛋白质表观消化率分别提高10.07％、3.63％。枯草芽孢杆菌与凝结芽孢杆菌使奥尼罗非鱼具有良好的吸收和消化能力，生长发育速度较快。於叶兵等[坷研究指出，在斑节对虾饲料中添加不同剂量的地衣芽孢杆菌，结果能够显著提高饲料中干物质、氨基酸、粗蛋白及磷的表观消化率，尹文林等在饲料中添加枯草芽孢杆菌B115，结果显著提高了宿主肠道内消化酶的活性，并且能增加肠道中有益菌群(如双歧杆菌和乳杆菌)的数量，但是对气单胞菌、肠球菌和肠杆菌的量没有显著影响。Kumar研究表明，饲料中添加1.5×107个芽孢杆菌，能显著提高鲤鱼巨噬细胞呼吸暴发能力和抗嗜水气单胞菌的能力，增强鲤鱼非特异性免疫能力。Sid et al给虹鳟鱼口服一定量的丁酸梭菌，可显著增强虹鳟鱼对弧菌病的抵抗能力。

3.2 芽孢杆菌对养殖水体环境的作用

与湖泊、河流等自然水体相比较，人工养殖池塘是人为控制的生态系统，其中的各种理化性质及生物因子关系十分复杂脆弱，随着养殖的进行，水体环境容易受到各方面因素的影响。人工养殖池塘中的微生物是其生态系统的重要组成部分，水体中的微生物种类及含量容易受到外部环境的影响。在养殖过程中，添加外源的有益微生物，能够比较容易地改变水体中的微生物种类及数量。通过人工调控，优化养殖水体环境的微生物组成及数量，促进分解池塘养殖过程中产生的有机污染物如残余饲料及排泄废物，抑制病原微生物的生长繁殖。许多水产养殖专家对芽孢杆菌在水产养殖中的应用进行了探索研究，结果显示芽孢杆菌具有良好的脱氮去磷活性，在养殖水体中使用芽孢杆菌能有效降低水体中化学需氧量(COD)、NO2-N、NO3--N、NH4+-N及PO4-P的浓度，改善养殖水体质量。曹煜成等(2010)研究表明地衣芽孢杆菌De株可有效降低对虾粪便释放出来的NO3-N、COD的含量。杨艳等研究显示巨大芽孢杆菌能够有效降低养殖水体中NO2-N的浓度，但是对H3-N则无降解效果。王彦波等研究认为，在鲫(Carassius

auratus)养殖过程中，使用枯草芽孢杆菌，可使水体中NO2-N浓度降低50％以上，而水体中的NH3-N提高13％。水产养殖中水质的污染很大部分来自于残余饵料，其中最主要的是蛋白质和淀粉的残留。谢航等研究表明地衣芽孢杆菌在适宜的水体生态条件下对饲料残饵中的蛋白质与淀粉降解率为60％左右。

4 存在问题及发展趋势

目前使用的芽孢杆菌并不是养殖品种本身具有的，而是外源添加的，使用这些菌种后，其在体内定植、迅速扩增是芽孢杆菌在动物体内发挥作用的必要条件，但关于这方面的研究较少。芽孢杆菌在不同动物体内的增殖规律是否相同、在不同的生理环境下产生的酶类是否一致也未有研究报道。芽孢杆菌对宿主的内分泌系统的影响目前尚不清楚。已有的文献报道芽孢杆菌在畜禽和水产养殖中应用时，都以活菌的形式或者芽孢形态添加饲喂，但其生产过程中制剂中存有大量死

菌和代谢废物。这些对宿主动物机体的影响有待进一步研究确定。虽然许多科学研究证实芽孢杆菌的使用有利于提高养殖动物的免疫能力，提升养殖生产的综合效益，但不同种类的微生物所使用的环境不同，使用时要充分考虑具体环境。在水产养殖生产中，使用芽孢杆菌制剂等微生态制剂时，要充分考虑水体环境中其他相关因子的影响，如水体消毒、口服抗生素等。从不同角度、生产流程、实际情况等因素考虑，科学运用微生态调控技术，建立有效方案，达到减少水产养殖动物疾病发生、保障水产品质量安全、降低水产养殖对环境的污染的目的，保证水产养殖可持续发展。

芽孢杆菌防治动物病害、促进生长有很多成功的例子，目前主要手段是利用芽孢纯品或粗制品。对芽孢杆菌产生的多种抗菌物质如脂肽类、肽类、磷脂类、类噬菌体颗粒、细菌素等的分离纯化应用较少。分离纯化利用这类抗菌物质，特别是颉颃蛋白类物质一直是有关科研的主要研究课题之一。地衣芽孢杆菌是当前研究的热点，尤其将其与分子生物学技术相结合。目前已经克隆了一些酶基因，如地衣芽孢杆菌中耐高温a一淀粉酶基因、角蛋白酶基因kerB等，研究有待进一步深入。目前已有高产蛋白酶的地衣芽孢杆菌工程菌报道，稳定性较差制约了其应用，有待进一步研究完善。地衣芽孢杆菌其他基因的克隆研究就更少了，克隆产抗菌蛋白基因，将其应用于抗病育种，可能是水产养殖乃至整个大农业防治病害的另一条有效的途径。