從「腸」計議!一文讀懂水產動物腸道菌群與免疫的關係

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一、魚類腸道結構特點一般來說，魚類的比較短且結構簡單；腸道裡面的消化酶種類和活性與其他的動物腸道酶類比較也相對弱一些；食物在腸道裡面停留的時間也比畜禽要短。消化道和腸道的比例值小，對於陸生動物而言，豬的腸道是體長的14倍；雞是10倍；牛是25倍，牛是食草的，所以它的腸道是特別長的；羊是27倍。那麼水產中的像鰱魚的腸道應該算是最長的，它是體長的6倍草魚的是3倍。像肉食性的魚類，腸道實際上很短，只佔了體長的50%左右；除了少量的肉食性魚類有胃以外，絕大多數的鯉科魚類是沒有胃的，它的腸道不僅要起到腸道本身的作用，還要起到胃的作用，所以它既有消化又有吸收的雙重功能，因此腸道對水產動物的生長和健康是有很重要的影響。二、腸道內物質1、腸液腸道裡面除了腸的結構以外，還有一些液體的物質。這些液體的物質一是杯狀細胞分泌的一些酶，就是剛才我說的那些肽類的（氨肽酶、腸肽酶）、核苷的（鹼性和酸性核苷酶及多核苷酸酶）、脂類的（脂肪酶、卵磷脂酶）、糖類的一些消化酶（澱粉酶、麥芽糖酶、異麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶、海藻糖酶和地衣多糖酶等），所有這些就能夠對食物進行消化。酶的活性跟魚的食性是密切相關的，比如說雜食類的鯉魚，它的腸內的澱粉酶活性就比肉食性的鱒魚、鱈魚和鰈魚要高。因為它的食物來源裡面，本身澱粉含量高，它又是雜食性的，那麼它的澱粉含量就比光吃肉的魚要高，所以它的澱粉酶活性自然要比這些肉食性的魚要高一些；取食浮游生物和植物碎屑的羅非魚腸液有很強的地衣多糖酶活性。這些就是大概的酶的活性，是和它的食性密切相關的。2、腸道的細菌腸道細菌一般是依附在粘膜層及黏液當中，就是它分泌的黏液裡面。腸道菌主要是由厭氧菌、兼性厭氧菌和好氧菌三大類組成。和腸壁貼著的是厭氧菌，因為它接觸不到空氣，在腸道裡面，所以它是專性厭氧的，是腸道的優勢菌，它和動物是一個共生的關係。比如說乳酸菌和雙歧桿菌這些，它就是和腸壁緊貼著的，它具有營養和免疫調節的作用。由厭氧菌和腸壁組成的生物膜，形成了一個屏障，可以抑制病原菌在腸道定植，對維護腸道的正常起到了一個很好的平衡作用。除了和腸壁緊貼的厭氧菌以外，中間的這一層是兼性厭氧的，就是說它可以是厭氧的也可以是好氧的，這一層一般是由條件制約的，因為它本身在腸道裡面是一直存在的，但是如果魚體，比如說因為應激或者水環境不好、溫度變化使它產生了一些應激以後，它可能就會變成一種致病菌，就是說在條件合適的時候，這些菌就會儘可能多地增殖，最終變成了一個致病菌，有可能會導致腸炎等等一些疾病，比如說大腸桿菌和腸球菌這些就是這種所謂的條件致病菌。那麼在平衡的時候，腸道在健康狀況下的時候它是無害的，一旦魚體有什麼不適的話，它就有可能變成致病菌。最外層的就是好氧菌，一般都是過路菌，有可能是因為飼料，剛才王老師也講了，比如說一些小雜魚帶來的一些過路菌。那麼這些量對整個腸道菌群來說是比較少的，它一般是流動在腸腔中，隨著食物從前到後。還有一些通過鰓的過濾以後，把水裡面的一些菌也帶到了腸道裡面，因為它本身和外界是相通的。腸道菌群的數量，正常的優勢菌是厭氧菌，佔了總菌群的99%以上，那麼好氧菌和兼性厭氧菌只佔百分之零點幾。所以我們在使用微生態製劑也好，或者別的什麼措施，目標實際上是為了保持優勢菌的穩定，所以在使用藥品的時候目標是比較明確的。不同魚類之間, 腸壁的好氧菌總數差別很大而厭氧菌總數差別不大。比如說鰱魚的腸壁的好氧菌的總數，是鯉魚腸壁好氧菌總數的37倍，不同的魚因為環境不同，所以可能導致好氧菌的變化是很大的。但是厭氧菌的總數，各種魚之間的差別是不大的。比如說最多的烏鱧和最小的鯿之間差別不到2倍的樣子。跟大家強調一下，乳酸菌和雙歧桿菌是水產動物最常見的優勢菌，所以保持水產動物腸道乳酸菌和雙岐桿菌的優勢地位，與水產動物的營養和免疫有著不可分割的關係。三、腸道內菌群的作用1、屏障作用腸道黏膜和厭氧菌兩個聯合起來，形成了一個生物膜，這個生物膜能起到了一個生物屏障的作用。一是可以阻止並排斥病原體的定植。另外可以產生一些胞外物質來抵禦外來菌的入侵，這些胞外物質有的有抗菌作用，有的是酶、抗生素等等，這就是腸道菌群屏障的作用。2、營養功能腸道菌群還有一些營養功能，它能夠分泌一些酶，比如說纖維素酶、澱粉酶、脂肪酶，幫助菌群來消化食物。另外一個它還有合成的作用，就合成一些維生素，比如說雙歧桿菌，能合成維生素B；大腸桿菌能合成維生素K；鏈球菌能合成維C，這樣能補充魚體本身這些物質的不足，也是很好的維生素的來源。第三個能夠合成一些短鏈脂肪酸，這些脂肪酸能夠給腸道提供能量，比如說促進它的蠕動，保持腸道有好的pH值的環境，有利於食物的進一步消化吸收，這就是它的營養功能。3、免疫調節功能微生物的菌群對腸道有一個正面和反面的調節作用。當在腸道菌群缺乏的時候，腸道的免疫系統是發育不良的，那麼這個腸道形態容易被破壞掉。在實驗室條件下發現，用腸炎沙門菌感染小鼠，在無菌的實驗條件下，只需要十個活菌，就可以在5-8天內，讓老鼠死掉。而在正常環境下生長的小鼠，需要一百萬個活菌才能致死，所以這個量實際上是無菌環境的十萬倍。很乾凈的環境下，生物的抗病力是很弱的，一旦有一點外來的病原的入侵，機體就有可能導致死亡。就是說無菌環境下的小鼠是毫無抵抗能力的。因為本身環境當中菌的含量不止十個，這個就是腸道菌群免疫調節作用。腸道菌群的這些作用也是因為它進化過程中需要作出這樣的一些反應，這是長期進化的結果，所以它機體的免疫功能和營養的需求都有著比較密切的關係。我們前面講了這麼多，就是為了說明腸道菌群的正常及體內微生態環境的平衡對營養、免疫和魚體的健康都是很有作用的。四、影響水產動物腸道健康的因素1、飼料原料首先就是一些活餌，比如說野雜魚，它本身就帶有一些病菌，那麼你長期投喂這些野雜魚，它可能會導致疾病的發生。另外一個就是飼料原料本身，大家現在都知道，魚粉是很貴的，所以現在很多飼料裡面植物蛋白占的比例越來越大，那麼對於肉食性的魚來說，如果讓它長期吃一些高含量的植物蛋白的這些飼料的話，它的腸道環境是不利於對這些飼料的吸收，所以就有一些反應。比如說草魚，草魚在人工飼養之前它一直是吃草的，草是一個粗纖維很高的飼料原料，現在改吃以豆粕為主的人工配合飼料以後，豆粕里會有一些諸如胰蛋白抑制因子之類的抗營養因子，會抑制小腸裡面蛋白酶的活性，這樣有可能會降低腸道對蛋白的吸收。另一方面有研究表明，長期大量投喂以豆粕為主的飼料，會導致草魚腸壁變薄，然後腸絨毛減少，因為腸壁本身有一個屏障的作用，那麼它變薄以後，其抵抗力會減弱，一些條件致病菌，就會變得有條件生長起來，容易造成腸炎等疾病的發生。另外有實驗研究表明，比如說肉食性魚類鱸魚，給它投喂不同的飼料原料，其腸道會有一定的變化。比如說投餵魚粉、蝦糠、乳清粉，還有米糠為主的飼料時，其腸道會比較完整、比較整齊的，另外消化能力也比較強，從組織切片看，杯狀細胞是完整、完好的。但是如果喂血粉、羽毛粉或者是雙低菜粕等原料，它們會對鱸魚的腸道結構和腸細胞結構就會造成不同程度的破壞，導致一些血管破裂、結締組織增生等，這就是因為飼料原料本身造成魚的腸道結構的被破壞。2、病害a.病毒病，這些病害本身有一些會針對腸道進行一些侵害，比如說這個是虹鱒的傳染性胰臟壞死病病毒，造成了腸細胞和腸絨毛脫落，然後就是腸細胞變大變圓，這樣的話它的整個功能就會受到影響，就導致酶的分泌、細菌的附著等等都會發生變化，從而導致它的消化吸收功能受到很大的影響。b.細菌病，以細菌性的腸炎為例，可以看到患病魚腸道的腸黏膜跟我們前面正常情況下相比，出現了壞死、脫落，還有大量的炎性細胞會出現，這樣的話它本身的消化功能就嚴重地被破壞了。這個結構圖大家可以看出，這個組織切片跟前面正常的差得很遠，在這種狀態下，它絕對不可能有一個正常的功能，所以這就是由於細菌感染導致疾病的發生，導致它的消化功能極為的減退。c.寄生蟲，這裡以孢子蟲為例（圖14），它在腸道里會長成白色的大個的結節，整個腸道會充滿了這個東西以後，也就吃不進去什麼東西了，這個就是寄生蟲引起的3、毒素另外就是各種各樣的原因產生的毒素，比如說大豆凝集素，它會破壞魚的腸道上皮的完整性，有些原料裡面本身具有毒性的。另外還有黴菌毒素，黴菌毒素實際上很常見，比如花生粕、玉米粕等這類植物性蛋白飼料原料中可能會含有黴菌毒素，或者是由於飼料保存的不合理，或者說保存的時間比較長，導致了發霉變質，霉變的飼料也會導致腸道上皮細胞的破壞，屏障功能會減弱，抗生素細胞的滲透性增強，這樣就會導致一些病原體能夠乘虛而入，最後導致有一些炎症或者疾病的發生。所以說發霉變質的飼料是絕對不能再餵給魚的，可能有的人想著我為了節約成本、降低一點成本，我就摻著就餵了，實際上從長遠來說，對魚體的健康來說是很不利的。五、如何改善水產動物腸道健康針對腸道的重要性，有很多科研工作者、企業想到了很多的辦法，怎麼樣來維持腸道的健康。下面簡單講一下，現在咱們針對腸道所做的一些研究和藥物。1、抗生素抗生素用了很多年，因為它的機理實際上是比較直觀，也是直接的。a.直接調控的作用，因為抗生素是針對某一些菌有直接的殺滅作用，所以抗生素一是可以降低腸道微生物的總數，如果用一些廣譜抗生素的話，就可以把腸道的微生物的總數降下來，把有害還是有益的菌都消滅了，這樣的話可以保持一個比較單純的腸道環境，有利於營養物質的吸收。另外一個就是對腸道病原微生物進行競爭性排斥，減少有害微生物在腸道的增殖和糞便中的排泄，這也是一個直接的作用。b.間接調控作用，減少腸道維持需要，因為腸道裡面有了菌以後，本身會消耗腸道本身的一部分能量來維持它自己的營養，維持自己的數量。所以你如果把腸道數量降低以後，可以減少腸道的維持費用，第二就是可以降低免疫應答的亞臨床疾病的發生，第三就是減少抑制生長的這些病原微生物的代謝產物的產生，就是如果病原生物少了，本身的代謝產物有毒有害的一些產物在減少，這個是抗生素的一個間接作用。c.抗生素長期使用的副作用，比如說腸道菌群產生了耐藥性、有一些藥物的殘留，另外因為現在的抗生素越來越廣譜，所以他們會殺死腸道里一些有益微生物，從而減弱了動物的免疫機能，導致免疫抑制疾病。如果長期用，像剛才說的在無菌的環境下，它可能一點抵抗力都沒有了，所以也是很不利的。另外一個它超量使用以後，可能會導致中毒，而且如果混著用抗生素的話，本身會有拮抗作用，可能都沒有起到作用，反而毒性有所增強等等。還有抗生素和其他添加劑之間還會有一些不良反應，比如說要加微生態製劑，如果用了抗生素的話，肯定會互相影響作用。另外抗生素隨糞便排出體外會對環境造成污染。2、微生態製劑微生態製劑就是在微生態學理論指導下，調整微生態失調，保持微生態平衡，提高宿主健康水平的正常菌群及其代謝產物和選擇性促進宿主正常菌群生長的物質製劑總稱。它包括三部分，一個是直接的益生菌，就是對魚體有益的微生物；另外一個是能夠促進和刺激這些有益菌生長的一些物質，這叫益生元，如果把兩者結合起來，就同時把它們做成一個合劑就叫合生元。2.1 益生菌益生菌的作用機理：a.分泌一些物質來抑制病原的生長（比如乳酸菌）；b.和病原菌爭奪營養或附著位點，這樣的話益生菌把這個位置佔了，病原菌就長不起來了（如溶藻膠弧菌、乳酸菌）；c.就是防止有毒物質胺和氨的積累(作為飼料添加劑，芽孢桿菌、鏈球菌、乳酸桿菌)；d.刺激免疫系統，提高魚體免疫力（作為飼料添加劑，有益芽孢桿菌、光合細菌、重組酵母菌、乳酸菌）；f.消除污染物，凈化環境（這個主要針對水體，比如說光合細菌、硝化細菌、枯草桿菌、芽孢桿菌等等，可以吃也可以潑在水裡的）。根據不同的作用機理，有不同的微生態製劑，可以根據自己的需要來選擇。益生菌的種類目前也比較多，包括芽孢桿菌、光合細菌、硝化細菌還有反硝化細菌這些，還有乳酸菌、酵母菌，還有放線菌，另外就是硫化菌，像這些主要是用在水裡面的，給水生生物植物提供一些元素。另外就是EM菌，就是合劑，根據你的需要將多種有益菌混合在一起的。現在目前來說如果在飼料裡面用得最多的還是芽孢桿菌。使用益生菌的隱患：a.它的作用不太穩定，因為不同的水體可能適合不同的微生物生長，可能在這裡使用這種微生態製劑好象效果很好，可能換一個地方效果又不是那麼好，所以在微生態製劑的使用上，我們聽到最多的評價就是效果不穩定，有好的，也有說不好的；b.有可能會破壞水域里本身的微生態的平衡；c. 微生態製劑利用率低，因此會比該用的量用得多，可能會導致它過度地濫用，這種過度地濫用可能會進一步地破壞水裡面微生態的平衡，這個就是使用益生菌的憂患。現在就是說能不能讓魚體本身含有的一些益生菌，讓它自己在合適的環境里、合適的機體里進行益生菌繁殖多一些，這樣就沒有外來入侵的這種概念，所以就有了益生元。2.2 益生元益生元就是能夠刺激腸道里本身的有益菌生長繁殖，但是又不會被魚體消化掉的一些物質。益生元的作用機理是它進入體內以後首先是不會被消化吸收利用，但是能夠被一些細菌所利用，然後可以改變腸道的微生物群。通過腸道微生物的改變，可以降低腸道的pH值，產生一些有益的酸，起到通便、減少氨氮的排放，減少腸道腐敗菌的產生等等一系列的作用。益生元的種類大概分為幾種：a.功能性的寡糖，不能被動物體消化吸收，但卻是雙歧桿菌等腸道有益菌增殖所需的，由2－10個單糖通過糖苷鍵連接形成直鏈或支鏈的一類糖，目前研究得比較多的是寡糖；b.微藻：比如螺旋藻、節旋藻等，這些藻類本身就是很好的蛋白，另外也有調節體內環境，促進有益菌生長的作用；c.天然的中草藥或其提取物，比如說黃芪多糖等，它可以提高免疫力，在體內能夠直接殺滅或者間接地扶持正常的菌群生長；中草藥的優勢是可以避免因為使用抗生素而產生的藥物殘留。2.3 合生元目前合生元就是相當於微生態製劑中的一個高端產品，因為你要找到合適的菌和合適的促進這個菌生長的東西，還要把它們倆放在一起後，能夠有互相促進的作用，這樣的話從機理上來說好像很簡單，但是在實際當中你要篩選出這麼合適的東西，實際上是很難的，所以合生元是微生態製劑的一個比較高端的產品。2.4 微生態製劑的使用原則a.降低外界因子的不良影響：水溫、pH（芽孢桿菌）、溶氧、光照（光合細菌）、有機物含量、抗生素的使用等；b.儘早、長期使用：在體內微生態平衡未完全建立的幼體期使用效果更佳。隨有益菌由高到低的生長周期變化特點要定期補投以維持生態平衡；c.注重有益菌的數量和活力，保存期不宜過長。3. 酶製劑酶製劑的作用一個是促進飼料中養分的消化利用，減少腸道中微生物或利用底物的數量，從而維持腸道健康，促進動物生產；第二是通過降解產物的選擇性來促進有益菌的增殖，從而降低這些有害菌的生長，提高機體的免疫機能，促進動物生長等；另外它可以把一些大分子的多糖分解為寡糖以後，從而維持腸道微生態平衡。因為寡糖本身是益生元，可以促進腸道中微生物有益菌的生長，所以它的作用實際上也是不可替代的，它可以源源不斷地讓機體產生合適的益生元，然後促進益生菌的生長。酶製劑的作用途徑也有很多種，可以降低食物的黏度，消除一些酶對內源性消化酶的抑制作用，另外就是減少腸道有害微生物的數量，有一些直接或者間接的作用。另外就是分解產生的寡糖能提高機體的免疫力。還可以消除飼料原料的抗營養因子，補充內源性消化酶的不足。目前酶製劑主要是水解酶比較多，能分解各種飼料裡面酶的營養。酶製劑在水產中的使用比在陸生動物上使用多了兩個障礙，一個是它的pH值。因為好多水產動物是沒有胃的，所以腸道的pH值偏中性一些，但是很多酶是在酸性環境下有很好的作用，所以在水產中使用活性會降低。另外是加工因素，因為豬雞飼料一般都是把原料粉碎混勻就可以直接投餵了，但是水產必須是做成顆粒狀，那麼制粒時的溫度會很高，尤其做膨化料，膨化料的溫度在121度還有幾秒鐘，因為酶本身是蛋白質，超過六七十度可能就要變性，所以這可能是酶製劑的一個薄弱環境，可能很多沒有到魚肚子里它已經就沒有活性的了。解決方案：① 開展一些技術攻關，比如說基因重組、開發一些耐高溫的或者適合不同pH值的酶製劑，水產中用得比較多的，比如說中性酶植酸酶，但是這個再耐高溫也到不了一百多度，所以說在這個方向對水產上來說來是任重道遠，還有很長的路要走。② 添加一些保護劑，提高酶的耐熱能力。這個包括把酶用一些東西包裹起來，或者添加一些物質，提高它的抗熱的能力。③ 開發多種的添加工藝和添加方法:a.耐高溫的微包技術，就是用一些膜把它包起來，讓它能夠耐更高的溫度。b.後噴塗工藝，就是通過後噴塗工藝，把飼料做出來以後，再將酶製劑噴上，或者在餵魚之前噴，還有是一些通過真空的噴塗技術把酶吸到飼料顆粒裡面去，這樣可以起到保護的作用；c.就是預處理原料，有針對性地把原料處理了，讓酶把裡面的抗營養物質分解掉，然後再把處理過的原料拿來做成飼料，這個酶就不參與到加工過程中；d.就是用一些益生菌，產生一些酶的益生菌來替代酶。4、酸化劑酸化劑主要是可以降低腸道裡面的酸度，能促進酶的活性。其次就是pH值降低以後，有一些可能適合以前那些pH值有害菌就不生長了，所以能夠起到直接降低有病原體數量的作用，如富馬酸、檸檬酸、蘋果酸和乳酸等。另一類就是通過破壞病原體的細胞膜，有些酸可以直接殺滅菌的作用，例如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、山梨酸等。目前用的主要是以有機酸為主。那麼有機酸作用的機理很多，與腸道健康有關的是調控腸道裡面的微生物種群的平衡，使環境適合乳酸桿菌等一些有益菌的生長，從而達到保護腸道的目的。我們做過相關實驗結果表明，沒有使用丁酸鈉的小腸絨毛變短變少，而且不夠完整。投餵了丁酸鈉以後的小腸絨毛，絨毛變多了，而且褶皺也變大了，這樣的話就有利於提高食物通過丁酸鈉消化吸收的面積，起到了很好的作用。所以這些有機酸實際上對魚的腸道有一個直接的優化過程和改善過程。5、中草藥中草藥有很多作用，我們前面講益生元的時候也提到過能夠給益生菌提供一個很好的刺激和促進的作用，另外就是本身能夠提高魚的抵抗力、免疫力等等一些，也是很好的。比如說它本身含有一些活性的多糖、寡糖和有機酸等一些物質，能夠直接促進益生菌的增殖，比如說這些阿膠、五味子、枸杞等等一些，能夠促進雙歧桿菌的增長等。那麼對於維持魚的腸道健康，現在大概有這麼一些措施，如果保持了好的腸道環境以後，魚體本身的免疫力提高了，對外界的應激就會有一個很好的抵抗作用。