微生态制剂在保护水生动物资源和遗传多样性中的应用

郑玉珍 张婷婷 季相山 刘洪军 王慧*



微生态制剂在保护水生动物资源和遗传多样性中的应用

郑玉珍①张婷婷†，②季相山②刘洪军*③王慧*②

（①山东省淡水渔业研究院 山东济南 250013 ②山东农业大学动物科技学院 山东泰安 ③山东省海洋生物研究院 山东青岛）

近年来，随着环境污染的加剧，水环境在逐渐恶化，水域生态环境正遭受着极大地威胁。在这种情况下，微生态制剂在保护水生动物多样性和修复污染水体中的作用更加凸显。同时，微生态制剂以投资少、易于扩繁、无残毒、无抗药性、不污染环境等诸多优点而逐渐受到越来越多地研究和关注。其在保护水生动物遗传多样性中具有广阔的应用和发展前景。本文概述了微生态制剂修复污染水域生态环境的作用原理；分析了其在水生动物资源保护、遗传多样性保护和环境修复中的作用；评价了及应用和发展前景。

近20年来，随着环境污染的加剧，工业化高密度养殖规模的日益扩大，以及养殖废水和工业、生活污水的排放等，使我国的水环境受到了严重威胁，水域生态环境日益恶化，生态平衡遭到破坏，养殖业病害频发，抗生素和消毒剂滥用所造成的污染，导致了水生动物资源受到了极大地威胁，动物遗传多样性降低，水生濒危物种增多。更为令人担忧的是，这种污染状况还在加剧，而我国又是一个缺水十分严重的国家，如果不研究采取有效措施来遏制和解决水环境污染和保护水生动物资源和遗传多样性问题，后果将不堪设想。随着人们环境意识的增强，人们越来越担心抗生素残留和富集而产生的不安全性问题，对保护环境的呼声越来越大。事实上，对鱼虾疾病的药物防治只是暂时性应急手段；生态防治才是解决问题的根本出路。探讨水域环境中主要微生物群落的生态特点，优化水生态环境结构，保护水生动物资源及其遗传多样性，才是保障今后可持续发展的长久发展之计。

1 微生态制剂修复污染水域生态环境的作用机理

（1）微生态制剂(microbial ecological agent)又称微生态调节剂(microecological modulator)，目前使用得最广泛的则是益生菌(probiotics)。这是一类根据微生态学原理而制成的含有大量有益菌或其代谢产物及其生长促进因子的混合制剂，具有降解受污染水体中的污染物、消灭有害细菌、维持水生动物体内微生态平衡、改善微生态失调和提高动物免疫力的功能。（2）大量研究表明，微生态制剂在水环境中兼有分解作用（可降解造成水体解富营养化的有机物）、合成作用(以二氧化碳、H2S、铵盐、硝酸盐或亚硝酸盐合成自身所需有机质)、竞争作用(与细菌就生存空间和食物等展开竞争)、分泌作用(分泌胞外酶和促生长因子)、阻碍有害代谢产物合成的作用、厌氧光合作用等。可见，微生态制剂可以通过多种途径净化水体，具有修复污染的水环境、抑制水中病菌生存、保护水生动物资源、维护濒危动物生存与繁殖等作用。（3）现阶段最常使用的微生态制剂主要包括：光合细菌、双歧杆菌属、弧菌属、硝化细菌、假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳杆菌属和酵母菌等。有些微生态制剂还可预防和治疗疾病、改善局部环境；或可用作饲料添加剂，具有增强水生动物非特异性免疫功能等生理作用。

2 微生态制剂在保护水生动物资源和遗传多样性中的具体作用

2.1 分解有害物质，修复污染的水域环境，净化水体 （1）微生态制剂中的大量有益微生物菌群，作为生态系统中的分解者，可以有效地降解水体中的有害物质，清除污染物。通过这种分解作用消灭致病菌，净化水质，促进菌相平衡和藻相平衡，维持水体的生态平衡。（2）光合细菌能够以小分子有机物、二氧化碳等作碳源，以有机物或H2S为供氢体，以氨、铵盐、硝酸盐或亚硝酸盐作氮源，合成自身所需要的有机质，能够有效地除去水体中的H2S，降低水中的氮及化学需氧量，还可以进行厌氧光合作用，分解导致富营养化的物质，净化水体。可见，光合细菌具有固氮、固碳、氧化硫化物和促使有机物充分分解，将嫌气细菌分解出的有毒物质（氨态氮、亚硝酸等）吸收利用，并吸收二氧化碳及硫化氢等，可以有效地促进水中有机物的循环，在水质净化中发挥重要作用。

2.2 竞争性地抑制病原菌的生存和繁殖 微生态制剂在适宜的水环境中繁殖速度快，会通过竞争作用控制病原菌的生长和繁殖，与致病菌间就生存和繁殖空间、时间以及争夺营养素等多方面展开竞争，从而达到抑制有害菌生存与增殖的目的，且对水生生物没有毒副作用。是一种安全有效地保护水生动物生存环境的生物制剂。

2.3 分泌有机酸、胞外酶和抗菌物质，预防病害的发生 （1）微生态制剂在发酵过程中能产生有机酸、胞外酶类和抗菌物质。有机酸利于维持水生动物的肠道健康，促进生长发育；而有益微生物产生的抗菌物质则能够杀死或抑制病原菌。乳酸链球菌肽就是乳酸菌产生的抗菌物质。（2）分泌多种胞外酶，把大分子有机物质如淀粉、脂肪、蛋白质、核酸、磷脂等分解成小分子有机物，再进一步矿化生成硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐等无机盐类。（3）Austin(1992)的研究发现，微藻(Tetraselmis succica)能产生一种水溶性的抗菌物质，对常见的鱼类嗜水气单胞菌(A.hydrophila)以及液化沙雷氏菌(Serratia liquefaciens)等7种病原菌具有抑制作用。（4）胡东兴等的研究发现，双歧杆菌和乳酸杆菌能产生胞外糖苷酶，可降解肠黏膜上皮细胞的特异性糖类，阻止致病菌和毒素对水生动物上皮细胞的粘附和侵入。Austin(1995)用分离的溶藻胶弧菌注射或浸浴大西洋鲑时，发现溶藻胶弧菌起到了抗致病性杀鲑气单胞菌、鳗弧菌和病毒鱼弧菌等感染的作用，并且还检测溶藻胶弧菌在鲑鱼的消化道里能存活21d以上，说明溶藻胶弧菌占据了气单胞菌、鳗弧菌和病毒鱼弧菌的生态位，从而保护了鲑鱼免受致病菌的侵害。

2.4 阻止有害物质的产生，保护水生动物的生存空间 （1）菌、芽孢杆菌、链球菌等。有试验发现，保加利亚乳杆菌的代谢产物可以分解大肠杆菌外毒素，从而防止毒性胺在体内生成。多数好氧菌产生超氧化物歧化酶(SOD)，帮助动物体对氧自由基的清除。此外，一些微生态制剂中的益生微生物，如芽孢杆菌，在动物肠道内可产生氨基氧化酶及分解硫化物的酶类，从而降低了血液及粪便中氨、吲哚等有害气体的浓度[8]。（2）微生态制剂能够减少水生动物肠道蛋白质向氨和胺转化，减少随粪便排出的致病菌和硫化氢等有害气体对环境的污染。光合细菌具有独特的光合作用能力，能有效而迅速地分解水中氨态氮、硫化氢、酸类等物质，从而为水生动植物提供适宜的环境。

2.5 促进营养物质的消化吸收率，提高水生动物的抗病性 微生态制剂中的许多有益微生物，如酵母菌(Yeast)等，能够以水体中的细菌为营养物质而迅速生长和大量繁殖，在清除了水体中大量细菌的同时，可为水生动物提供营养，酵母菌本身又是鱼虾贝蟹类等水生动物的高蛋白饵料。酵母菌还能在有氧和无氧的环境中有效地分解水中的糖类，改善水质。酵母菌能黏附在水生动物肠道中，刺激体内淀粉酶和刷状缘膜酶的分泌，提高水生动物对食物的消化吸收利用率。大量研究发现，酵母菌能增强水生动物幼苗对弧菌等病菌的抵抗能力；提高水生动物的抗病性。

2.6 促进水生动物生长发育和繁殖，保护水生动物遗传多样性 （1）微生态制剂中的许多有益微生物，在其发酵或代谢过程中，会产生促生长素类的生理活性物质以及各种酶类，能提高动物的消化酶活性，有助于水生动物对食物的消化和吸收，从而促进水生动物的生长、发育和繁殖。潘康成以两株有益芽孢杆菌制成的微生物添加剂对鲤鱼的生长和肠道消化酶的活性进行了实验，研究结果表明，微生物添加剂可以显著地提高鲤鱼肠道消化酶的活性，明显地促进鲤鱼的生长。（2）研究发现，光合细菌对鲤鱼肠道中蛋白酶和淀粉酶的活性的影响与对照组相比有极显著的提高，从而显著促进鲤鱼的生长发育和繁殖。（3）饲料中添加枯草芽孢杆菌等微生态制剂能提高鲤鱼的生产速度；其中又以芽孢杆菌对鲤鱼的质量增加和饵料利用率的促进作用最强。微生态制剂还能分解饲料消化过程中所产生的氨、胺、硫化氢等有害物质，降低有毒物质含量，稳定和净化水体，保护水产动物的健康。

3 微生态制剂在保护水生动物遗传多样性中的应用现状、趋势与发展前景

（1）微生态制剂生产成本低廉，适合大批量、大规模地生产，而且没有污染，没有毒副作用，可以改善水域生态环境，修复污染的水体。更为重要的是，可以减少抗生素的使用，避免抗生素在水域环境中的积累和对水生生物的致畸致癌等伤害作用。可见，微生态制剂在保护水域环境，修复污染的水体，保护水体生态平衡中具有独特的作用。（2）今后，可以从各种水体中分离出更多的有益微生物，经过培养、繁殖后，配制成大量有益菌的活菌制剂，随着大量分解水体中有毒物质的微生物的发现和应用，微生态制剂的作用会更加强大，必将会研发出更加高效或专一化的微生态制剂产品。（3）水生动物在微生态制剂的保护下定会得到良好的生长和发育、增强抗病性、保持鲜艳的体色和优良的种质特性，水生动物种类多样化程度将不断提高，生态平衡的稳定性将逐渐增强。（4）随着基因工程技术的发展，生产出的微生态制剂在濒危水生动物肠道内可成为某种病原的免疫保护蛋白，使濒危动物终身免除某种病原的侵袭，可望成为解决病毒性疾病的重要途径。（5）目前我国的动物微生态制剂还存在一些问题，目前用于微生态制剂的益生菌种主要有光合细菌、芽孢杆菌、乳杆菌、双歧杆菌、硝化细菌等。这些微生物可以单独使用，也可以联合使用。其中有些菌种不产芽孢，有些芽孢菌孢子形成率不高，甚至有时不形成孢子；有些菌种生长缓慢，培养条件苛刻，甚至有些菌种在培养过程中会出现“自溶”现象；有些菌种存在活菌计数问题低等问题。这些无疑给活菌制剂的加工、保存、运输和使用带来了不利影响。因此，今后，还需要选育适于生产的优良菌株，进一步优化和改良生产工艺。今后，还需要结合不同的水体和污染程度，选择不同的微生态制剂合剂。（6）微生态制剂易于大量生产，无毒副作用，无污染，可显著改善水质，修复污染的水体，显著提高水生动物的免疫力，保护水域生态环境，具有良好的生态效益。微生态制剂在保护动物种质资源、维护水生动物遗传多样性，修复污染水体，维护水域生态平衡中具有广阔的应用和发展前景。

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（2015–06–10）

山东省农业良种工程重大课题“青虾速生抗逆功能基因的发掘与创新利用研究”(SDAB-2014-02-16)、“水产经济生物种质资源收集保护与评价”、山东省现代农业产业技术体系虾蟹类创新团队(SDAIT-15-011)项目共同资助。

S816.76

A

1007-1733(2015)07-0069-03