乳酸菌在水產養殖中的研究進展

□文/湛江恆興南方海洋科技有限公司 王昊 李色東 中國水產科學研究院南海水產研究所李純厚李卓佳

乳酸菌(Lactic acid bacterium，LAB)是一群能從可發酵性碳水化合物中產生大量乳酸的革蘭氏陽性細菌的通稱。乳酸桿菌有44個種，連同亞種共51個種，是革蘭氏陽性、無芽孢、細長、有彎曲的桿菌。有9個屬：其中5個屬呈球狀，如乳酸球菌(1actococcus)、鏈球菌(streptococcus)等；4個屬呈桿狀，如乳酸桿菌(1actobacillus)、雙歧桿菌(bifidobactrium)等。 乳酸菌是被人類作為食品微生物利用的一大類菌，尤其在增強牛奶保健功能、提高青貯品質、提高畜禽生產性能、降低畜產品貯藏對肉品風味的影響等方面已取得較好效果，廣泛應用於食品、醫藥、輕工業和畜牧業等領域。目前在水產上對乳酸菌的報道主要集中於乳酸菌在水產動物腸胃和其他內臟器官中的棲息情況。乳酸菌在水產上的應用較多，主要是拌入飼料一起投餵給養殖動物，或做為EM菌的主導菌在水體潑灑。 　 　　1、生理功能及代謝產物 1.1 乳酸菌的生理功能 乳酸菌在動物體內能發揮許多生理功能。大量研究資料表明，乳酸菌能調節動物胃腸道正常菌群、維持微生態平衡，從而改善胃腸道功能；提高食物消化率和生物效價；降低血清膽固醇，控制內毒素；抑制腸道內腐敗菌生長；提高機體免疫力等。乳酸菌通過發酵產生的有機酸、特殊酶系、細菌表面成分等物質具有一定生理功能，可刺激組織發育，對機體的營養狀態、生理功能、細胞感染、藥物效應、毒性反應、免疫反應、腫瘤發生、衰老過程和應激反應等產生作用。　　　 1.2 乳酸菌的代謝產物　 乳酸菌最終代謝產物除乳酸、乙酸外，還能代謝產生其他形式的有機酸、細菌素、過氧化氫、乙醇和羅伊氏素等多種抑菌物質。這些代謝產物不僅能抑制致病菌的生長，對其近緣相關的種或菌株也有生長抑制作用。乳酸菌產生的乳酸現已證明無論是在體內還是在體外都可以對大腸桿菌等革蘭氏陰性菌產生抑制作用。儘管乳酸抑製革蘭氏陰性菌的作用機理目前尚無明確結論，但其中的一個原因是乳酸菌發酵的代謝終產物之一是乳酸，乳酸的積累導致周圍環境pH值下降，降低氧化還原點位，可對許多革蘭氏陽性或陰性細菌產生廣泛的抑制作用。有研究證明，雙歧桿菌在發酵過程中產生的未解離的乳酸是對潛在腸道致病菌和腐敗菌拮抗作用的主要成分。乳酸菌產生的細菌素是一大類具有抑菌活性的多肽或蛋白類物質，除對近緣相關的菌株具有抑制效果外，某些細菌素如Nisin具有廣譜性的抑菌能力。1933年Whitehead H R等從乳酸菌分離出一類細菌素，在1947年將其命名為尼生素(Nisin)。1953年，尼生素首先在英國上市，隨後在48個國家開始利用尼生素，1988年尼生素通過美國FDA批准作為食品添加劑。乳酸菌產生的過氧化氫能夠激活牛乳中的過氧化氫酶—硫氰酸系統，抑制和殺滅革蘭氏陰性菌、過氧化氫酶陽性細菌如假單孢菌屬、大腸桿菌類和沙門氏菌屬等。 Hemandez等將乳酪中分離到的植物乳桿菌進行抑菌研究，發現對許多革蘭氏陽性菌有抑制作用，並確定抑菌物質是細菌素類物質，並且該物質在pH值1-9內都具有很好的抑菌活性。Vizoso等發現從人糞便和發酵產品上分離到的兩株乳酸菌具有體外抑菌活性，並認為是乳酸菌產生的有機酸在起作用。Shahani等認為乳酸桿菌產生的複合物可以抑制其它微生物的生長，細菌素是最主要的，但過氧化氫、乳酸也有一定的作用。Stoffels等發現肉食桿菌生長的肉食素對其他乳酸菌的抑制作用非常明顯。2、對水產養殖環境的適應性 2.1 乳酸菌在水產動物體內的定植狀況 乳酸菌作為魚類益生菌，在腸道內具有較好的定植能力，而且在水產動物中，這種定植無明顯的宿主特異性。Ringoe應用從大西洋鮭分離的廣布肉桿菌，研究在大菱鮃幼魚腸道內的定植時，證明了這一點。王福強等研究表明，來源不同的鼠李糖乳桿菌和乾酪乳桿菌均可在牙鮃消化道定植，乳酸桿菌定植和對弧菌產生抑制作用的主要部位在小腸。Joborn 等用肉桿菌來研究其在虹鱒腸道內的定植和對魚類病原菌的抑制作用，結果表明肉桿菌可以在虹鱒腸道內大量增殖並定植下來，但定植效果不佳，停喂肉桿菌3d後廣布肉桿菌的數量明顯下降。Rengpipat等用Bacillus 11養殖斑節對蝦也得到類似的結果，抑制了水中弧菌數量的增長。陳營研究表明，通過在飼料中添加由單一鼠李糖乳桿菌P15製備的微生態製劑，證明鼠李糖乳桿菌P15可以在牙鮃仔稚魚腸道中定植，並能控制腸道中的弧菌數量。　　 2.2 水產養殖環境對乳酸菌的影響一般水產養殖在養成期間環境的溫度、鹽度和pH值的變動範圍分別為20-35℃和0-38、6.9-8.7。有研究表明，通過環境因子對菌株生長影響的研究表明，乳酸桿菌(Lactobacillus.spp)對水產養殖環境有很好的適應性。乳酸桿菌生長的最適溫度為30-40℃，在溶解氧高或低的條件下都能很好生長，也可在分子氧存在下進行厭氧生活。在池塘養殖水體中，中下層水的溶解氧一般較低，病原菌容易滋生，如在其中投入乳酸桿菌使其成為優勢菌，可抑制病原菌的繁殖。乳酸菌的其他菌株對水產養殖環境的適應性的研究鮮有，有待進一步研究。 2.3 水產養殖常用抗菌藥物和消毒劑對乳酸菌的影響 利用有益菌來抑制病原菌，預防病害發生現已成為一個新的研究熱點，在生產中的應用也日益廣泛，但利用藥物來預防和治療疾病仍是最主要的手段。各種有益菌對不同抗菌藥物的敏感性不一，同一種細菌的不同菌株對不同抗菌藥物的敏感性也常存有差異，因此在應用上要考慮菌對藥物的敏感性，以達到最佳的使用效果。 李平蘭等就微生態製劑中5種乳酸菌對抗生素的敏感性進行了研究，結果表明長雙歧桿菌(B.longum)、外嗜酸乳桿菌(L.acidophitus)、植物乳桿菌(L.plantarum)、乾酪乳桿菌(L.case)和糞腸球菌(E.faecalis)對頭孢素類、青黴素類、β-內醯胺酶抑製劑複合物中的某些抗生素均表現了一定的耐藥性，而5種乳酸菌對四環素類抗生素和大環內酯類抗生素都敏感。馬艷等發現乳酸菌1菌株對鹽酸林可黴素、慶大黴素敏感，而對丁胺卡那黴素不敏感，並發現複合益生菌可以改變抗生素對原單株菌的最低抑菌濃度，降低原單株菌對某些抗生素的敏感性。周海平通過乳酸桿菌(Lactobacillus.spp)對氟苯尼考、土霉素、二氧化氯、二溴海因、強力碘的敏感性實驗結果顯示，這些藥物對菌有一定的抑制作用。3、乳酸菌研究進展及其應用 由於抗生素、激素類藥物在水產上的不合理使用，導致農藥殘留問題對人類健康造成了巨大威脅。水產養殖領域，人們越來越提倡生態養殖技術。美國在FDA(1989)規定的40多種飼用微生物中有近30種是乳酸菌。我國農業部在1994年批准使用的微生物品種有蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、乳鏈球菌等，其中大部分為乳酸菌。乳酸菌耐酸，在pH為3.0-4.5時仍可生長，能適應胃腸內的酸性條件，飼餵後能在水產動物體內迅速定植，因此無疑是一種理想的微生物製劑。乳酸菌在水產中的應用大致可分為以下幾個方面： 3.1 抑制病原菌，抗病害 乳酸菌能有效調整水產動物腸道的菌群平衡，通過營養競爭、附著位點競爭或分泌抗生素、細菌素等毒素殺死或抑制病原微生物，增強抗感染能力，調節機體腸粘膜的免疫活性，提高動物在遭受病害侵襲時的存活率。近年來，一些乳酸菌開始應用於水產養殖業，實踐證明應用乳酸菌防治水生動物疾病是可行的。 陳營等從健康牙鮃腸道中分離得到多種乳酸菌，且體外實驗表明對弧菌均有抑制作用。周海平為探明乳酸桿菌(Lactobacillus.spp)對水產養殖病害的生物防治功能，採用試管稀釋法和平板抑菌圈檢測法，探討了乳酸桿菌代謝產物對沙蠶弧菌(Vibrio nereis)、哈維氏弧菌(Vibrio harveyi)、溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)、副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、漂浮弧菌(Vibrio natriegen)的抑制能力，結果表明：乳酸桿菌對病原弧菌具有良好的抑制作用。Jiravanichpaisal等報道了乳酸桿菌作為有益菌可以用來防止由發光細菌感染造成的斑節對蝦的白點病。楊鶯鶯等研究乳酸桿菌L1對致病弧菌的抑制作用，證明乳酸桿菌及代謝物質對鯊魚弧菌和溶藻弧菌具有協同抑制作用。楊勇等證明乳酸菌代謝產物對鰻弧菌的生長具有非常顯著的抑制作用，該代謝產物對鰻弧菌的抑制效率在90%以上。姜英輝等研究了乳酸鏈球菌L3-18的培養及其對海洋弧菌的抑制作用。竇曉明就乳酸菌胞外產物對副溶血弧菌抑制作用的研究表明，3株乳酸菌（命名為A-1，A-2，A-3）胞外產物對副溶血弧菌 (Vibrio parahaemolyticus)有較強的抑制作用。 3.2 促進生長，提高免疫力 乳酸菌能分泌乳酸，產生多種消化酶，可幫助魚類消化吸收，促進生長。Byurl等從鮃魚分離並篩選出一菌株Lactobacillus sp.DS-12，它表現出強的抗菌活性，能抑制多種魚體病原菌（如鰻弧菌、嗜水氣單胞菌等）的生長，在2次各為期1個月的飼餵實驗中，他們發現飼餵含有DS-12菌株的試驗組，魚的平均體重的增加均比對照組的快，揭示了乳酸菌同時擁有既抑菌又促生長的雙重機能。Gildberg等用含有大西洋鱈魚內臟提取出來的乳酸菌的飼料喂鱈魚苗，3個月後將魚苗放養在帶有強致病弧菌的環境中，能夠提高抗病率。Gatesoupe利用乳酸菌飼養的輪蟲作為大菱鮃仔魚的鮮活餌料，證明乳酸菌可以提高仔魚對病原弧菌的抵抗力。Nikoskelainent等研究表明，給虹鱒投喂含有乳酸桿菌的餌料，可以提高它們的免疫力。桂遠明等報道乳酸菌等微生物製劑對鯉具有促生長和提高抗病力作用。 3.3 凈化養殖水體 向養殖水體投放有益菌（光合細菌、乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌等）及有益酶（蛋白分解酶、纖維素酶、植酸酶等）的複合製劑，不僅促進餌料生物大量繁殖、生長，而且可分解魚類殘餌、糞便及水中有機質，改良水體環境，抑制水體中有害菌的繁殖生長，調節藻相平衡，控制有害菌藻。使用以乳酸菌為主的微生態製劑，可以有效降低水中的亞硝酸鹽含量；而芽孢桿菌對於水體中氨態氮和有機物的分解作用比較明顯，可降低水體中氨態氮、亞硝酸鹽的含量，避免了傳統肥料高耗氧、破壞和污染水質、高發病率的缺點。所以乳酸菌可與芽孢桿菌、光合細菌、反硝化菌等有益菌混合使用，作為養殖水體的水質調控劑，改善水中生態環境，凈化水質，促進魚蝦類健康生長。 周海平就乳酸桿菌對養殖水體，飼料的降解作用進行了深入研究，結果表明，各實驗組中的NO2--N、NO3--N、PO43-P從實驗第1天到第4天一直處於下降趨勢，而NH4+-N呈上升趨勢，對COD無降解能力，溫度、菌濃度、底物濃度對NO2--N、NO3--N、PO43-P、NH4+-N降解率的影響是極其顯著的。沈南南研究了地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis，BL)、光合細菌(PSB)和乳酸桿菌(Lactobacillus spp.)對凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)封閉式高密度養殖水質的調控效果，結果表明，芽孢桿菌結合乳酸桿菌使用，可以明顯降低養殖水體氨氮等有害物質的含量。 EM是由多種有益微生物組成的活菌製劑，在水產養殖上既可用作水質凈化、改良劑，保持水質穩定，又可作為餌料拌合劑，增強養殖品種的免疫力，促進養殖品種的健康生長，從而提高產量和效益。乳酸菌作為EM菌的主導菌應用於水質凈化的效果良好。白維東在成魚養殖池中使用EM菌，實驗池溶氧量比對照池提高11.2%，NH4+-N和NO2--N含量分別降低了54%、55%，餌料係數降低8.2%，單位面積凈產量提高14.4%。黃永春報道EM製劑能降低建鯉養殖池氨氮。林新華等研究表明，經複合EM處理後能使養殖水體達到無污染排放。4 應用前景 從目前的研究報道來看，乳酸菌對動物免疫有多方面的調節作用，能顯著提高機體的免疫功能，尤其是在對病原菌的定植拮抗方面，這使對乳酸菌等益生菌研究成為當今生物技術的熱門課題之一。 作為最有前途的抗生素替代品，乳酸菌正以其獨特的優勢影響著醫藥、食品、畜牧等多種產業的發展。乳酸菌在水產養殖中的應用前景是誘人的，完全有可能取代目前所用的抗生素、化學促生素，成為21世紀人們所接受的綠色微生物製劑。但是關於乳酸菌的研究在陸生動物中開展的較多，而在水產動物中的研究卻剛剛起步，特別是乳酸菌對水產養殖環境的影響以及抗菌機理的基礎研究還很少。所以要真正把乳酸菌這種潛能變成現實尚有一段距離，仍需要大量的研究投人。由於單一使用某一微生物都存在一些缺點，現在許多學者和生產廠家在試圖利用不同菌株的不同特性，將多種微生物培育後複合為複合微生態製劑，以期發揮它們的綜合作用。隨著對其作用機制研究的不斷深入，以及人們對綠色環保意識的不斷增強，乳酸菌的應用前景會更加廣闊。　　　 參考文獻（略）