海参肠道菌群可利用价值研究现状

邓志怡，梁志宏

（北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083）

海参，属海参纲（Holothuroidea），主要生活在世界各地的深海区，是海洋无脊椎动物。据报道，全世界范围内的海参种类高达1 000 多种，其中用做食材的海参有100 来种。目前全球流通的商贸海参种类有60种，分别属于海参纲（Holothuroidea）的3 目，4 科，14属，且每种海参都有唯一的拉丁文种属名称[1]。近年来，海参贸易已从亚洲地区延伸到太平洋东部群岛、南美洲西南部以及俄罗斯联邦等国家和地区[2]。中国是世界三大海参消费国之一，我国海参主要分布于南海、黄海和渤海，其中以南海的梅花参（Thelenota ananas）和北方的日本刺参（Apostichopus japonicus）最受人们青睐[3]。随着功能性食品研究的兴起，海参因其丰富的营养价值吸引着研究人员的目光，如海参体内含有丰富的B 族维生素和一些矿物质，特别是钙、镁、铁等[4]。由于海洋资源还处于被开发阶段，海参独特的生理生物活性研究也正在起步阶段。海参一般以海洋沉积物中的有机物作为营养物质，肠道是海参内外环境物质交换的渠道，依附海参肠道生存的菌群因其特殊的高压、高盐的海洋生境，赋予了该菌群许多特殊的营养物质和生物活性，对肠道菌群的组成、影响因素及微生物菌剂应用潜力的探究是必然趋势。

1 海参肠道菌群研究进展

1.1 海参肠道菌群组成

随着微生物菌群概念的普及，大众对它的认识也越来越多。研究发现肠道菌群对宿主的正常功能和生长发育起着决定性作用[5]。现在，人们对海洋生物的肠道微生物也越来越关注，现在，海洋生物的肠道微生物越来越受到人们的关注，而兼具可食用价值和营养价值的海参则是研究人员关注的热点物种。虽然海参肠道菌群的系统化研究还需进一步探索，但现有研究表明不同种海参的肠道微生物既有共性也有特性，取决于季节、海域、海水污染程度以及喂养方式等因素。张文姬等[6]在对大连购入的仿刺参（Apostichopus japonicus）研究中发现其肠道共有9 个菌属，分别是假单胞菌属（Pseudomonas）、弧菌属（Vibrio）、芽孢杆菌属（Bacillus）、希瓦氏菌属（Shewanella）、假交替单胞菌属（Pseudoalteromonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、气球菌属（Aerococcus）、发光菌属（Photobacterium）、葡萄球菌菌属（staphylococcus）和Kushneria 菌属，优势菌属为假单胞菌属（Pseudomonas）。李智等[7]从健康和病态的海参中取样，分别测试海参肠道菌群，结果发现该菌群包含11 个细菌属，特别是发现了新的菌株，如海单胞菌属（Marinomonas sp.）、海杆菌属（Marinobacter）、微杆菌属（Microbacterium）、假海源菌属（Pseudidiomarina）和Oceanisphaera 菌属。健康组海参和病态组海参肠道菌群也存在一定的差别，芽孢杆菌属和假单胞菌属是两组肠道样本共有的菌属，但健康组海参的菌属丰度明显高于病态组，而假交替单胞菌属和芽孢杆菌属则在病态组海参肠道的丰度最高。与此同时，海杆菌属只在健康组海参中被发现，弧菌属和假海源菌属则只存在于病态组海参体内。

因此，海参肠道菌群具有多样性，普遍存在的肠道菌群有芽孢杆菌、不动杆菌和假单胞菌等。在不同种类及来源的海参体内，其肠道菌群是具有一定差异性的，甚至还有很多未知菌种等待研究发现。

1.2 海参肠道益生菌潜力研究现状

益生菌是指定植于宿主肠道体系，能改善宿主微生态平衡，对宿主发挥有益作用的一类微生物总称。随着益生菌概念的引用，国际益生菌和益生元科学协会（International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP）在2013 年10 月23 日组织了一次益生菌临床和科学专家会议，与会者就重新审视益生菌的应用、益生菌范围以及使用问题达成了共识，澄清了益生菌一词的适当范围和适当使用，以便益生菌领域的所有利益相关者，这一澄清将促进益生菌研究的持续进展[8]。

益生菌一直是研究热点，而海参肠道菌群的多样性特征也为研究海参益生菌潜力提供了可能。研究益生菌的最终目的是要应用它解决实际生产中的问题，目前在水产养殖领域应用最广的益生菌[9]有弧菌属（Vibrio）、假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）等，张文姬等[6]和李智等[7]的研究中同样发现了弧菌属（Vibrio）、假单胞菌属（Pseudomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）的存在，这些研究分离得到的菌株能为海参肠道具有益生菌研究潜力提供有力证据。王晓琳等[10]以两株潜在益生菌为研究对象，分别为芽孢杆菌BZ5和溶藻弧菌VZ5，研究人员对样本溶血、抗生素的敏感性及被感染后的存活率进行了测试，结果表明芽孢杆菌BZ5 株和溶藻弧菌VZ5 株都可应用于对虾养殖领域，两株菌能显著提高对虾免疫力和抗对虾白玫王综合征病毒（white spot syndrome virus，WSSV）能力，其中以芽孢杆菌BZ5 的效果最好。黄灵[11]在研究虎龙斑幼鱼生长、非特异性免疫和抗病力时，为了在试验中减少抗生素和化学药物的用量，选择在鱼料喂养中添加一些益生菌，即将芽孢杆菌、光合细菌和丁酸梭菌按一定浓度分别投放到虎龙斑鱼料中，通过对比试验组和对照组数据的差异，发现3 种菌在最适浓度下可有效促进虎龙斑的生长，进而提高虎龙斑的免疫力和抗病力，最终达到了减少及替代抗生素和化学药物使用的目的。

上述提到的菌种在海参肠道里绝大部分都被发现过，益生菌在水产养殖领域的成功应用，为海参肠道益生菌的潜力研究提供了相关经验，也为后续海参肠道分离的益生菌应用提供了理论和实践基础。

2 海参肠道菌群构成的影响因素

2.1 环境因素

生态环境是地球生物赖以生存的基础。海水、沉积物构成了海参的外环境，在环境与海参之间的平衡遭到破坏后，就有可能引起海参机体的应激变化。近年来，海洋污染已经上升为全球性的环境问题，海洋生态环境遭到破坏的同时，给海洋生物和人类带来的负面影响不容忽视[12]。有研究表明，水生环境会受到热和低氧胁迫的极大影响，特别是由全球变暖引起的变化，海参机体在自身应对外环境胁迫中也发生了基因的突变，针对在热、低氧和热低氧环境下的海参机体进行联合应激鉴定后发现试验海参分别有159、355 和495 个显著上调基因以及230、518 和647 个显著下调基因，为此科研人员还构建了不同表达-非编码RNAmRNA（differentially expressed-long non-coding RNAmRNA，de-IncRNA-mRNA）共表达网络[13]。在姚雪梅等[14]的研究中证实糙海参的前、中和后肠拥有不同的酸碱度。其中，前肠偏酸性、中肠呈中性而后肠则偏碱性，因为每种微生物菌群有其自身最适的pH 值，这就意味着海参肠道菌群种类可能也会受pH 值的影响。如今，海洋生物受重金属污染已有广泛报道。海参因特殊的沉积食性使其在进食过程中容易受到含重金属沉积物的污染，这对海参的生理活动和经济价值非常不利。张鹏等[15]发现海参体内的重金属污染水平因海域和种类的不同存在较大差异，且不同金属污染在同一海参组织或同种金属污染在不同海参组织中的含量也存在差异性，同时，作者总结了重金属在海参体内的污染、毒性和毒理方面的研究进展，并从海洋环境监测角度出发，提出了后续研究需筛选出合适种类的海参重金属污染指示物的观点。

2.2 人为因素

随着人们生活水平的提高，大众对海产品的需求量日益增多。野生型海参由于捕捞技术和数量问题不能及时满足市场需求，进而衍生了海参养殖这一项新兴产业，具有广阔的发展前景[16]。但海参养殖还未规范化，人工养殖技术也比较复杂，这对海参机体势必会产生一定影响。大量的资料表明，饮食可以调节肠道菌群的组成，所以饮食习惯对动物宿主的肠道菌群有很大影响，比如当碳水化合物、蛋白质和脂肪这3 种营养物质摄入量发生改变就可明显影响肠道菌群的组成[17]。大规模地饲养海参会增大疾病发生概率，当海参得病时，饲养员通常会选择在饲料中添加抗生素来治疗，因此，抗生素的使用成为改变海参肠道菌群的因素之一。

贾晨晨等[18]通过喂食仿刺参含菊芋全粉的益生元饲料，对不同试验组仿刺参肠道微生物种类及丰度进行分析，以及进一步分析了肠道微生物种类、丰度对仿刺参生长速度的影响。此外，通过研究菊芋全粉对仿刺参肠道菌群的影响，确定了菊芋全粉最适添加量的试验参数，为菊芋全粉在仿刺参养殖中的应用提供数据支持。其结果显示，菊芋全粉组饲料能显著增加仿刺参肠道红杆菌的数量。因此，含菊芋全粉益生元的发酵型饲料作为一种无抗生素的功能性饲料，可能成为仿刺参水产养殖健康管理的一种新策略。此外，有研究发现[19]海参肠道酶类的活性受饲料成分的不同有很大的影响，该实验中分别用海黍子和龙须菜单独饲养海参，结果显示海黍子海参组的胰蛋白酶活性显著高于龙须菜组海参，即使只饲喂藻类也会因藻类种类的数量产生差异，海参肠道中的淀粉酶和纤维素酶活性会随着藻类种类的增加而升高。在刺参中蛋白酶活性最高，淀粉酶活力次之，纤维素酶活力低于前面两者，而脂肪酶活力最低，这可能是由海参肠道pH 值不在脂肪酶最适pH 值范围内造成的[20]。

2.3 其它因素

海参肠道菌群不是一成不变的，除去受外界胁迫引起自身菌群的变化之外，还有一些不可抗因素，比如地域、种类、健康状况等。研究的海参样本取自不同的海域或者纬度，它的菌群组成都是不一样的，如张文姬等[6]曾对大连海域海参肠道菌群进行分离，得到的优势菌属为假单胞菌属、弧菌属和芽孢杆菌属，而李智等[7]的研究中在福建海参肠道里则发现了与大连海参肠道优势菌属不同的海杆菌属。

3 海参肠道功能性菌株

海洋生境具有高压、高盐的特点，数以万计生活在海洋系统的微生物长期处于这种独特环境下会产生一定的适应性，可能会给予海洋微生物不同于陆生微生物的生物活性和功能性。许多学者[21]经研究证实，在海参体内和肠道内发现了大量具有生物活性的物质，如从海参肠中能分离具有特殊的酶学性质及抑菌作用的溶菌酶[22]。

高鹏等[23]曾从大连海域的海参肠道中筛选到一株酵母菌HS-J9，它是一株产胞外多糖的高产菌。酵母胞外多糖是一类微生物生长代谢过程中分泌到细胞壁外，易与菌体分离的水溶性大分子糖类物质，属于微生物的次级代谢产物。具有多糖广泛的药理功能活性，在食品、医药等领域有广泛的应用[24]。王伟等[25]从辽宁海域的海参肠道中筛选到一株具有广谱抑菌活性的乳酸片球菌。研究者继续对分离的菌进行了抗菌性和敏感性试验，初步确定该菌株所产生的抗菌活性物质为多肽类，且该活性物质对李斯特氏菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等常见的食品病原菌有明显抑制作用，并且具有极强的环境适应性，在pH 值和温度变化明显的条件下，也能保持较高活性，这一特性为海洋源细菌素的研究提供了参考。李晨等[26]不仅从海参肠道中取样，而且取样了一些海参养殖水样及污泥，对其进行富集、分离，筛选出多株酵母菌海参益生菌，以试验菌发酵液提取胞外多糖，对产率、理化性质和抗氧化活性进行了相关研究。海参素有海洋人参之称，能产生许多具有不同功能的化合物，是农业、营养、医药和美容产品活性成分的潜在来源。国外学者对澳大利亚海域的海参进行了研究，用70%乙醇提取内脏，采用液-液分配法和柱色谱法纯化，进行异丁醇提取，利用高效离心分配色谱进一步纯化异丁醇皂苷富集混合液，最后对得到的纯化极性样品进行分析，最终发现了具有潜在功能活性且有较高的结构多样性和新颖性的新型皂甙，海参皂苷具有抗肿瘤活性，关于这方面的研究也很多，这为开发它们在工业、农业和制药中的应用提供了很好的机会[27]。

目前人们把研究注意力普遍都放在海参肠道的酵母菌和乳酸菌上，它们的代谢产物被证实对食品和医药有抑菌抗菌甚至是治疗疾病的作用，但具体的作用机理报道得还很少。未来海参肠道中分离的菌株依然会成为研究重点，可以对其功能性作用机制及应用进行更加深入的研究。

4 海参肠道菌群的应用

人们对海参肠道菌株的探索不止于此，分离菌株随后研究其生物活性，直到最后应用生产才是研究的最终目的。近年来，许多酶已经实现了商业化生产，有研究显示在清酒酒糟和米糠中使用米曲霉的商业蛋白酶可获得具有抗氧化活性的米衍生肽[28]。李震等[29]从海参肠道分离的一株产蛋白酶的芽孢杆菌，用该菌株发酵海参肠来获得具有抗氧化活性的的多肽，从而实现了海参加工废料的高效利用。

其次是海参肠道菌群与微生物菌剂的配合作用，一般是在水产养殖的饲料中添加菌种来取代抗生素的使用，这也是目前肠道菌群研究的热点方向之一。海参中存在许多的微生物，它们的调控使海参体内处于平衡状态。尤其是消化系统中所形成的微生态环境，能够为海参生长提供营养。通过微生态制剂的应用，多种有益菌经过海参食用到消化系统后，能够迅速被身体所吸收，并分布到海参体内。有益菌的平衡调节作用，使海参消化系统的酸碱值处于平衡状态，增强海参的消化系统功能，这样向水体中所投入的饲料才能更好地吸收利用[30]。王光玉等[31]的研究阐述了微生态环境中微生态制剂与海参肠道的相互作用，研究得出添加至海参饵料中的益生菌能通过共生、竞争等方式，与海参肠道自身的菌群结合，起到调节肠道微生态平衡、添加肠道益生菌数量的作用，继而提高海参肠道消化酶活性，促进海参机体营养物质的吸收、生长和增强免疫机能[32]。

海参肠道菌群既能被人们利用解决食品、医疗中抗菌抑菌的问题，而且自身机体的肠道菌群也能和外来菌群相结合，调节体内环境，增强免疫促进自身生长，不过菌种间的相互作用机制还没有相关研究。

5 展望

综上所述，海参的肠道菌群是一个庞大且复杂的体系，人们对海洋微生物的探索还处于初级阶段，已发现的大部分菌群都仅限于生物活性，很少有研究菌种的具体作用机制，不仅如此，还有很多未知的肠道微生物等待人们探索。本文希望能给研究海参的学者提供一种参考，鉴于海参肠道菌群受环境、人为因素等各方面的影响，也希望能给海参养殖甚至是水产养殖的技术人员提供一些科学的理论依据。