屎肠球菌的作用机制及其在水产动物中的应用

2022-12-22 01:18雷喜玲叶金云陈丽仙李爱科王薇薇
饲料工业 2022年22期
关键词:球菌益生菌水产

■雷喜玲 叶金云 陈丽仙 李爱科 王薇薇 乔 琳 王 丽

(1.湖州师范学院生命科学学院,浙江湖州 313000;2.国家粮食和物资储备局科学研究院,北京 100037)

自20 世纪50 年代以来,抗生素就已经被广泛地用于动物饲料中,抗生素的促生长作用为畜牧业带来了巨大的经济效益,但随后在应用研究中发现,长期使用抗生素会有很多负面影响。水产养殖业正在大幅增长,水产养殖为人类提供安全、可靠、经济的食品,已成为世界上蓬勃发展的产业。在过去,水产养殖中广泛使用抗生素来防治动物疾病,但近些年研究表明,水产动物长期被投喂抗生素会产生耐药菌株,机体再有疾病时,用药不起作用;并且长期使用抗生素,会造成大多数药物残留在机体中,人们长期食用这些水产品,可能会对人体健康造成不利影响;同时抗生素滥用会使动物体内菌群失衡,破坏微生态平衡。在全球消费升级的新趋势下,消费者对食品安全的要求越来越高,为了维护动物源食品安全和公共卫生安全,保障水产养殖的绿色和可持续发展以及人类的健康,抗生素禁用俨然已经成了必然的趋势。现在许多国家和组织已开始无抗养殖模式,我国也实行了禁抗令。中国农业农村部第194号公告中已经明确规定,从2020年7月1日起,饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中药类除外)的商品饲料。

因此开发抗生素替代品研究成为了热点,不仅要求抗生素替代品环保经济,同时还要求能够增强动物的天然免疫力,饲用乳酸菌(Lactobacillus)制剂被众多学者认为是最有前途的抗生素替代产品之一。乳酸菌是一类能利用可发酵碳水化合物产生乳酸的细菌的总称,乳酸菌制剂作为无毒、无抗药性、无残留以及无副作用的天然活性微生物制剂,是目前应用最为广泛的益生菌。1984 年美国饲料控制委员会(AAFCO)和美国食品药品监督管理局(FDA)已经允许在饲料中使用屎肠球菌(Enterococcus faecium)和粪肠球菌(Enterococcus faecalis),这两种菌也在中国农业农村部的《饲料添加剂品种目录(2008)》中,表明它们可以作为饲料中的安全菌种来制作微生态制剂。屎肠球菌(Enterococcus faecium)属乳酸菌中肠球菌属,是动物肠道正常菌群中的菌类,因为屎肠球菌的生长速度较快,黏附能力也比较好,能产生乳酸和一些抗菌的物质,被广泛用作益生菌制剂。用作益生菌制剂的屎肠球菌菌株可以保护动物免受大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌(Salmonella)或梭菌(Clostridium)的感染。大量文献已经证明屎肠球菌能提高动物生长性能,有效调节动物肠道菌群,增强机体免疫功能和抗病性,促进机体健康生长。添加屎肠球菌不仅可以减少使用抗生素带来的不良影响,还可以给养殖户带来可观的经济效益,在实际生产实践中具有重要意义。文章主要从屎肠球菌的生物学特性、作用机制等方面进行了简要阐述,并着重介绍了屎肠球菌在水产动物中的应用现状以及前景,以期为屎肠球菌的进一步研究和在水产养殖中的开发应用提供一定的理论基础。

1 屎肠球菌生物学特性

屎肠球菌(Enterococcus faecium)是一种普遍存在于环境中的革兰氏染色阳性肠球菌,在畜禽养殖场所及其产品加工的环境中比较常见,属于需氧型或兼性厌氧型细菌,自身呈圆形或椭圆形,多呈短链或双链状排列,生长迅速,在其培养过程中会产生大量乳酸,故属于乳酸菌类,不产生芽孢,也没有鞭毛。是人和动物肠道中正常优势菌群。

1.1 耐药性

屎肠球菌在进入动物体消化道后,能有效抵制抗生素带来的菌群失调等问题,形成肠道优势菌群,与肠道菌群平衡后共同发挥有益作用,改善宿主肠道微生态环境。Aaresterupa等(2000)研究表明,从人类、肉鸡和猪中分离出的粪肠球菌和屎肠球菌对氯霉素、大环内酯类、链霉素、四环素、卡那霉素等药物均有耐药性。温峰琴等(2020)从羔羊肺脏分离到一株屎肠球菌,结果显示该株屎肠球菌对庆大霉素、青霉素等药物均有耐药性。徐令清等(2020)从广州医科大学附属第六医院临床送检的标本中分离到屎肠球菌30株,试验结果发现屎肠球菌对青霉素、氨苄青霉素两种药物的耐药率均在85%以上,对红霉素、左氧氟沙星耐药率高达100%,对利奈唑胺、万古霉素、替考拉宁则表现为全敏感。

1.2 抑菌性

屎肠球菌不仅对抗生素具有耐药性,并且它还可以抑制金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌、沙门氏菌和黄曲霉菌(Aspergillus flavus)等常见的致病菌。帕提古丽·毛拉红等(2019)从新疆发面面肥中成功分离筛选出1 株屎肠球菌F11,其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黄曲霉菌均有抑制作用,且对黄曲霉菌抑制效果最好。Pollmann 等(2005)研究结果表明,给断奶仔猪饲喂添加了屎肠球菌的日粮后,可以显著降低仔猪肠道内致病菌的定植,同时可以在一定程度上降低仔猪对衣原体(Chlamydia)和大肠杆菌的感染。王婷婷等(2009)在对包被与游离的屎肠球菌进行抑菌试验时发现,这两种形式的屎肠球菌均可抑制沙门氏菌、大肠杆菌、巴氏杆菌(Pasteurella)及金黄色葡萄球菌等肠道致病菌的生长,其中大肠杆菌K99 的抑菌圈最大、活性最低,说明屎肠球菌对大肠杆菌K99的抑制效果最好。

1.3 耐酸性、耐胆盐性

在动物机体,乳酸菌想要以活菌的形式通过胃部,必须具有耐酸性,但是只有极少数的乳酸菌才具有此特性。正是因为屎肠球菌具有良好的耐酸性,所以它才能顺利地进入胃肠道。翟梦凯(2017)对其实验室前期留存的分离于鸡胆汁中的屎肠球菌SQ-1进行体外益生特性研究,发现屎肠球菌在pH 2.0的条件下培养3 h仍有61.93%的存活率,表明屎肠球菌SQ-1具有较好的耐酸性。马青雯等(2018)模拟胃液进行耐酸试验,结果表明在pH为3.5和3.0的条件下,屎肠球菌菌株DLR1-1-4、DLR2-1-2、DLR3-3-3、DLR4-7-4的活菌数≥107CFU/mL,说明屎肠球菌具有耐酸性,能在高浓度的胃液环境中存活。王晓蕊(2016)通过人工模拟胃肠液研究屎肠球菌R1的益生特性,结果发现在模拟胃液环境的试验中,屎肠球菌R1在pH为2.5和3.0的条件下,存活率分别达44.10%和86.35%;在模拟肠液环境和含0.3%胆盐的培养基中培养6 h后,存活率分别为87.72%和32.21%,可见屎肠球菌R1对胃肠液和胆盐都具有很好的耐受性,从而证明屎肠球菌R1具有耐酸性和耐胆盐性。在Marciňáková等(2010)的报道中,从兔和鸡的粪便、青贮饲料和犬饲料中分离出的屎肠球菌不仅可以耐受0.3%的牛胆盐,而且也可以在pH 3.0的条件下存活生长。陈志娜等(2019)从泡菜中分离出R2 型屎肠球菌,发现其在质量分数为0.3%的胆盐培养基中培养3 h后,存活率高达91.95%。董晓芬等(2019)从枳椇果(Hovenia acerba Lindl)梗中筛选出一株屎肠球菌,发现屎肠球菌可耐受pH 2.5的酸和0.3%胆盐。以上研究都表明屎肠球菌对酸和胆盐具有良好的耐受性。

1.4 耐热性

不同菌株最适生长范围不同,李世丹等(2018)在低温条件下培养分离和鉴定青贮饲料中的乳酸菌,从中筛选出一株屎肠球菌菌株,研究表明其最适生长温度为20~37 °C。孙云章等(2010)从斜带石斑鱼(Epinephelus coioides)幼鱼消化道筛选出1株屎肠球菌,将该菌株置于60 ℃与80 ℃不同温度下分别水浴处理30 min,活菌数仍然保持较高水平,分别为1.79×108CFU/mL 与7.00×106CFU/mL,因此认为屎肠球菌具有较强的耐高温能力。同时也有一些研究表明在120 ℃的高温条件下,屎肠球菌分泌的细菌素依然具有抑菌作用。周波等(2011)发现屎肠球菌素E9在经高压灭菌锅100 ℃处理30 min与经121 ℃处理20 min后,其抑菌圈大小与未高温处理前变化不大,仍然表现出良好的抑菌能力。良好的耐热性可在一定程度上避免饲料加工时温度过高而导致的屎肠球菌菌种失活情况的发生。

2 屎肠球菌的作用机理

2.1 在肠道黏附定植,维持肠道正常的微生态平衡

乳酸菌能通过胃肠道严苛的环境并能够利用脂磷壁酸和细菌分泌的表面蛋白黏附在肠黏膜细胞上,在肠道定居和大量繁殖,并通过降解可溶性碳水化合物产生乳酸来降低动物肠内的pH,从而抑制肠道内不耐酸的厌氧病原菌的生长,刺激肠道蠕动,加速病原菌的外排;同时与消化道内的其他有益菌形成优势菌群,抑制病原菌的增殖,从而改善胃肠道环境,维持肠道正常的微生态平衡。益生菌只有在动物肠道中黏附定植,才能够发挥生理作用,否则益生菌只能排出体外,不能发挥其应有的作用。屎肠球菌作为乳酸菌中的一种,其能在动物机体黏附和定植主要是由屎肠球菌表面的多糖和肽聚糖(WPG)、脂磷壁酸(LTA)、表面层蛋白(SLP)等物质起作用。刘扬科等(2013)把屎肠球菌添加在仔猪的基础日粮中,发现屎肠球菌的添加可以增强仔猪肠道屏障功能,抑制病原性微生物的黏附,提高仔猪胃肠道内的有益菌数量,抑制肠道致病菌大肠杆菌的生长增殖,从而改善仔猪胃肠道内的微生态环境,维持仔猪胃肠道内微生态平衡。Herich 等(2010)在肉鸡基础日粮中添加屎肠球菌EF55 后,发现肉鸡肠道中沙门氏菌定植的数量明显减少,并且在一定程度上降低了沙门氏菌向肝脏和脾脏的易位,减少了病原菌在鸡群中的传播。He 等(2021)在肉鸡日粮中添加屎肠球菌PNC01,发现屎肠球菌PNC01 可以通过改变肠道微生物群来避免抗生素的不利影响,从而有效地替代抗生素的使用。Jin等(2000)研究指出,屎肠球菌18C23培养物可以有效地抑制大肠杆菌K88AC和K88MB对仔猪肠道黏液的黏附,同时由肠道黏膜与菌株形成的稳定的生物屏障可以防止致病菌对肠道的入侵、滞留、存活和繁殖。上述研究都能够表明屎肠球菌可以改善胃肠道环境,保护肠道健康,维持机体肠道微生态平衡。

2.2 刺激免疫系统,增强机体免疫力

屎肠球菌进入机体后,一方面可以作为非特异性免疫调节因子,竞争排斥形成优势菌群黏附、定植在宿主肠道黏膜表面,形成生物菌层,激活机体肠道相关免疫信号通路,增强肠道屏障功能,提升机体肠道非特异性免疫的能力;另一方面屎肠球菌自身也可以作为特异性免疫调节因子对肠道环境进行调节,当其进入机体后,机体免疫系统将屎肠球菌作为特异性抗原,诱发细胞产生免疫反应,增加血液中的免疫球蛋白的分泌,从而减少病原体造成的炎症,调节机体关键免疫细胞因子的表达,进而提高机体肠道的抗病能力。有研究发现屎肠球菌代谢能产生细菌素、有机酸、双乙酰和过氧化氢等物质,机体通过这些物质来抑制致病菌的繁殖,从而提高机体免疫力、改善畜产品品质。文静等(2011)在仔猪基础日粮中添加0.1%的屎肠球菌制剂,结果发现断奶仔猪血清中溶菌酶活性、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)、补体G3(C3)、补体G4(C4)水平和白蛋白含量分别提高了76.08%、16.48%、25.43%、37.84%、25.00%和28.06%。此研究表明日粮中添加屎肠球菌制剂,能够刺激仔猪产生免疫反应,改善机体免疫应答能力,从而增强机体对疾病的抵抗能力。Sun等(2010)给小鼠饲喂屎肠球菌SF68后,小鼠粪便中的厌氧菌和乳酸杆菌总数增加,而肠道细菌数量减少;同时小鼠脾细胞中的白细胞介素4(IL-4)、白细胞介素6(IL-6)、干扰素γ(IFN-γ)和小鼠血清中的IgG含量均显著增加,小鼠的肠黏膜受到刺激形成特异性免疫,诱导小鼠产生免疫应答,产生抗体,使小鼠获得一定的免疫力,从而预防疾病的发生。华均超等(2012)报道在断奶仔猪饲料中添加屎肠球菌T013复合制剂,可以降低仔猪血清尿素氮的含量,而血清中免疫球蛋白的分泌量、白蛋白与总蛋白的含量均呈增加的趋势,此研究表明屎肠球菌可以通过促进猪体血清免疫功能来增强仔猪的免疫能力。Benyacoub 等(2005)给小鼠口服屎肠球菌,发现小鼠肾脏中的CD4+T细胞的百分比明显增加,同时也提高了小鼠肠道血清中特异性IgA 和血液lgG 的含量,降低了原生动物肠贾第鞭毛虫(Giardia intestinalis)对小鼠肠道的感染,改善了小鼠特异性免疫反应。屎肠球菌SF68在肠道黏膜刺激免疫系统的能力体现了其在体内颉颃病原体的机制,同时也表明此菌株在防止原生动物引起肠道感染方面具有很强的潜力。徐巧云等(2018)把屎肠球菌添加在泌乳中期荷斯坦奶牛的基础日粮中,饲喂28 d,奶牛体内乳酸脱氢酶的浓度降低,红细胞数量和抗肿瘤因子的浓度升高,机体的免疫力增强。以上研究表明屎肠球菌能够提高机体免疫力。

2.3 补充营养物质,促进机体生长

当屎肠球菌进入机体后,能够在肠道生长和繁殖过程中合成多种消化酶,消化酶的合成有利于动物消化和吸收脂肪、蛋白质以及碳水化合物等营养物质。而且屎肠球菌在肠道生长过程中还能够合成乙醇、乙酸、异丁酸和细菌素等多种具有较强抑菌作用的代谢产物,这些代谢产物可以为动物提供能量,从而促进动物对矿物质的吸收;同时屎肠球菌在动物生长代谢的过程中能够分泌多种营养物质(例如维生素、氨基酸、L型乳酸、促生长因子等),这些物质可以被动物体吸收利用,促进动物的生长。刘虎传等(2012)给断奶仔猪饲喂由屎肠球菌、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)组成的复合益生菌制剂的基础日粮,发现与对照组相比,益生菌组盲肠内容物中挥发性脂肪酸(乳酸、乙酸、丙酸和丁酸)的含量都有不同程度的提高,肠道pH则是呈下降的趋势,从而缓解了断奶应激对肠道的影响,促进机体健康生长。庞德公等(2014)将屎肠球菌添加到采集的荷斯坦奶牛瘤胃液中,发现由于屎肠球菌的添加,牛瘤胃发酵类型由乙酸型转变成了丙酸型,并且挥发性脂肪酸含量与甲烷净生成量增加,瘤胃液pH降低,从而促进瘤胃微生物对饲料的消化。由此可见,屎肠球菌能够在代谢过程中产生乳酸来降低动物肠道的pH,同时还可以产生细菌素和过氧化氢(H2O2)等物质抑制动物病原菌的生长,在维持和调整动物肠道微生态平衡方面起着至关重要的作用,以此改善动物生理状态,促进动物健康生长。

2.4 提高机体抗氧化能力

正常情况下,动物机体本身具有一定的抗氧化能力,使机体中的自由基处于平衡状态,保护细胞免受损伤。但是当机体在遭受体内外各种有害刺激的时候,体内产生的有毒性效应的自由基就会累积过剩,超过机体本身可以承受的水平,致使体内氧化和抗氧化系统失衡,动物就会出现氧化应激反应,自由基攻击动物肠道器官,导致机体生物大分子受损,从而影响细胞的生物学功能,导致动物机体功能失调,同时也会降低饲料转化率与动物机体的免疫力,致使动物的生长性能、产品质量下降。Zhang等(2021)在仔猪日粮中添加屎肠球菌R1,结果表明屎肠球菌R1可以显著降低仔猪肝脏中丙二醛的含量,提高仔猪胰腺抗氧化能力,大大降低了仔猪由脂多糖诱发的肠道和肝脏损伤等问题。张立恒等给肉仔鸡饲喂添加了屎肠球菌的日粮,发现肉仔鸡血清中的总抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)水平与对照组相比均显著提高,说明屎肠球菌可以提高肉仔鸡抗氧化能力。Capcarova 等(2011)在雄性肉鸡的饮用水中添加发酵乳杆菌CCM7158和屎肠球菌M74,结果显示,屎肠球菌M74和发酵乳杆菌CCM7158均能够提高肉鸡的抗氧化能力。肖丽霞等(2008)从新疆传统乳制品马奶酒中分离获得屎肠球菌ST1,然后以急性酒精性肝损伤小鼠为试验对象,进而探讨屎肠球菌ST1对酒精性肝损伤的保护作用。结果发现屎肠球菌ST1可以提高小鼠血清中乙醇脱氢酶、还原性谷胱甘肽和超氧化物歧化酶水平,明显降低血清中的丙二醛含量,从而有效地帮助小鼠清除体内自由基,减轻酒精对小鼠肝脏的脂质过氧化损伤,此研究表明屎肠球菌ST1在减少肝脏脂肪积累的同时保护肝功能,有效地提高了小鼠的抗氧化功能。Divyashri等(2015)在大鼠体内试验中发现屎肠球菌CFR3003具有抗氧化能力,缓解了机体的炎症反应。同时该菌表现出较强的体外抗氧化能力,包括自由基清除能力和还原能力。

2.5 净化水质

乳酸菌也可作为水质改良剂直接泼洒到水体中,通过氧化、固氮等作用可以很好地将养殖水体中的一些有害物质(如残饵等)转化成磷酸盐等营养物质,不仅补充了水体的营养成分,同时还改善了水质,实现了净化水体的目的;此外乳酸菌还可以增加水体中溶解氧的含量,改善水质指标,在最大程度上保持养殖水体洁净度,最终修复养殖水环境并维持生态系统的平衡,从而为水产动物提供良好的生存环境。钟启平等(2012)发现由屎肠球菌、粪肠球菌、地衣芽孢杆菌等多种菌种制成的水质改良剂能对高密度的水产养殖水体进行平衡调节,提高水体的pH和溶氧量,降低了水体中氨氮与硫化氢的含量,实现了水质的菌相和藻相的平衡,从而改善水体水质,防止养殖水体水质的老化。随着我国水产养殖业的快速发展,我国水产养殖面积在不断地扩大,随之而来的就是高密度集约化养殖模式的迅速发展,因为人们对经济效益的过分追求以及受城市发展和工业污水排放等因素影响,重金属已成为近海养殖水体及其生物体内常见的一类污染物。马红梅等(2020)分析屎肠球菌、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)及德式乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)对海水中铅离子的吸附作用,发现屎肠球菌在3种乳酸菌中对铅的吸附效果最好,当投菌量为10 g/L时,屎肠球菌的吸附率和单位菌体吸附量达到88.31%和2.48 mg/g。综上,屎肠球菌可以作为微生物吸附处理水产养殖中的重金属污染,提高水体pH和溶氧量,为促进水产养殖业可持续健康发展提供一定的参考价值。

3 屎肠球菌在水产养殖中的应用

在水产养殖中使用乳酸菌有多种益生作用,不仅可以通过净化水质、调节宿主肠道微生态平衡来提高动物生长性能,从而促进水产动物的健康生长发育;还可以通过促进养殖动物的免疫反应增强水产动物抵抗疾病的能力,近几年屎肠球菌越来越多地运用到水产动物研究中。高欣等(2020)从金鱼粪便中分离出屎肠球菌G7-1菌株,发现其对酸碱处理有较好的耐受性,G7-1发酵上清液的抑菌物质含细菌素或其类似物,为拓展水产源产细菌素乳酸菌的开发利用提供了一定的基础依据。

3.1 屎肠球菌在鱼类养殖中的研究

在水产鱼类养殖过程中,研究鱼体抗病能力的常用指标是对弧菌(Vibrio)等致病性细菌的抵抗能力和相关免疫酶活性的影响。屎肠球菌的使用可以使其与病原菌竞争黏附位点,抑制致病菌的定植与生长,使病原菌难以感染相应的养殖生物,从而减少内毒素、胺类等毒性物质的产生,同时降低鱼类肠道有害菌的数量,提高鱼体免疫力,促进鱼体生长。但是对于不同种类的鱼,屎肠球菌作用有所不同。杨红玲等(2010)从斜带石斑鱼(Epinephelus coioides)幼鱼肠道内分离出一株屎肠球菌MM4,在研究此菌株的抑菌特性时发现,屎肠球菌MM4 对金黄色葡萄球菌与梅氏弧菌(Vibrio metschnikovii)、哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)均有强烈的抑制作用,还发现屎肠球菌MM4 分泌物除了具有抑菌作用外,还具有较好的耐高温能力。Bogut 等(2000)探究屎肠球菌对欧洲鲇(Silurus glanis)肠道菌群生长速度和含量的影响,发现试验组鱼被喂食含有屎肠球菌的饲料后,鱼的增重比显著提高,同时肠道有害细菌(金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及肠杆菌科细菌)减少。Kim等(2012)研究屎肠球菌对橄榄比目鱼(Paralichthys olivaceus)感染海洋鱼类病原菌格氏乳球菌(Lactococus garvieae)免疫反应的影响。比目鱼抗蛋白酶活性在屎肠球菌处理5 d后略有升高,溶菌酶和补体的活性分别在9~15 d和9~13 d之间增加,并且在肾脏和脾脏中观察到TNF-α和IL-1β的表达。这项研究结果表明,屎肠球可以诱导产生免疫应答物质并保护橄榄比目鱼免受格氏乳球菌的感染。Li等(2020)选择屎肠球菌作为发酵菌株,研究比较豆粕组与屎肠球菌发酵豆粕组对大菱鲆(Scophthalmus maximus)生长、抗氧化状态、肠道菌群、形态和炎症反应的影响。与豆粕组相比,屎肠球菌发酵豆粕组不仅减轻了由豆粕诱导的肠道绒毛和微绒毛高度降低,固有层宽度增加和炎症细胞浸润等引起的肠道炎症,并显著提高了益生乳杆菌(Lactobacillus)和抗炎细菌粪杆菌(Faecalibacterium)的数量,抑制了弧菌的生长。总的来说,这项研究表明屎肠球菌发酵后可以通过增强大菱鲆抗氧化能力,有效地抵消豆粕的负面影响,抑制大菱鲆产生炎症反应,调节大菱鲆的肠道微生物群。杨红玲等(2011)发现屎肠球菌能显著提高斜带石斑鱼的饲料效率,血清IgM含量,C3、C4水平,白细胞吞噬百分率以及肝胰脏蛋白酶活力,说明屎肠球菌能提高斜带石斑鱼的饲料利用效率和免疫功能。马如龙(2010)发现从石斑鱼肠道中筛选出的屎肠球菌对梅氏弧菌、副溶血弧菌(Vibrio Parahaemolyticus)、哈维氏弧菌和金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用,并且可以降低饵料系数。Wang 等(2008)把屎肠球菌ZJ4 菌株添加到罗非鱼(Oreochromis mossambicus)的基础日粮中,发现添加了屎肠球菌ZJ4 的罗非鱼的最终体重和日增长率显著提高,同时提高了罗非鱼髓过氧化物酶(MPO)活性和血液吞噬细胞的呼吸爆发力,但对血浆中的蛋白质含量、白蛋白/球蛋白(A/G)值以及溶菌酶的活力没有什么太大的影响。鞠安琪等(2018)在鲤鱼(Cyprinus carpio)饲料中添加1×108CFU/g屎肠球菌可有效增强鱼体非特异性免疫力,且具有较高的免疫保护效果,证实屎肠球菌能显著提高鲤鱼的抗病能力。Reza 等(2020)从成年里海拟鲤(Rutilus rutilus caspicus)肠道中分离出屎肠球菌CGMCC1.2136,当饲料中添加106CFU/g 和107CFU/g屎肠球菌可以显著提高血清总免疫球蛋白含量;添加107CFU/g和108CFU/g屎肠球菌幼鱼的肠道消化酶活性显著提高;鱼体中脂肪酶和蛋白酶活性以108CFU/g屎肠球菌添加组最高,可见使用不同水平的屎肠球菌均可改善里海拟鲤生长指标。Gopalakannan 等(2011)从鱼肠道中分离出屎肠球菌MC13,通过交叉划线和琼脂斑点法发现屎肠球菌MC13可以有效控制鲤鱼的嗜水气单胞菌感染,证实了屎肠球菌MC13 对嗜水气单胞菌的颉颃作用。Sousa等(2019)发现由于屎肠球菌在巨骨舌鱼(Arapaima gigas)肠道的定植减少了鱼体内异养细菌的总数,同时巨骨舌鱼增重率、存活率增高,饲料转化率降低。表明屎肠球菌能够改善巨骨舌鱼的生长性能,减少寄生虫感染,提高免疫力。不同喂养方式效果也不一样,在Leonardo等(2020)的报道中,可以发现屎肠球菌脉冲喂养尼罗罗非鱼7 d可以有效促进鱼类生长;脉冲喂养罗非鱼14 d能够增强鱼类免疫系统;而在罗非鱼的饮食中添加屎肠球菌持续喂养要比脉冲喂养能使罗非鱼更好地抵抗嗜水气单胞菌的感染。Merrifield等(2020)的研究结果表明,枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和屎肠球菌在提高虹鳟鱼饲料利用率、调节肠道菌群和健康状况方面具有潜力。

3.2 在虾类养殖中的研究

在对虾养殖业造成严重损失的微生物群中,最著名的是细菌,因为它们对受影响的养殖场造成了破坏性的经济影响。在细菌病原体中,弧菌是水生环境中的主要微生物,在养殖对虾中占主导地位。Li等(2020)从南美白对虾(Litopenaeus vannamei)肠道中分离出屎肠球菌SC-01,用屎肠球菌SC-01发酵液与面粉、麦麸、水按照一定比例制备成颗粒饲喂南美白对虾60 d后,发现对虾的采食量、增重率和特定生长率都有所提高,并且抑制了副溶血弧菌的生长,改善了南美白对虾的肠道健康。在Zhang等(2020)的研究中发现在虾的膳食中补充鱼源屎肠球菌MM4,可以缓解虾体由于高水平豆粕引起的副作用,提高虾的免疫力和肠道健康。幼体和养殖虾中广泛流行病的出现已经有了可行的预防方法,例如在水产养殖中优先应用益生菌。Swain等(2009)用屎肠球菌MC13饲喂从孵化场获得的斑节对虾仔虾,当用哈维氏弧菌攻击斑节对虾仔虾时,仔虾仍然具有高达84%的存活率,可见屎肠球菌MC13对病原菌具有有效的抑制作用,保护仔虾免受哈维氏弧菌的侵害,且对宿主无致病性,在虾类养殖预防弧菌病方面具有潜在的应用。沙玉杰(2016)从商业益生菌及中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)和矛尾刺虾虎鱼(Chaeturichthys stigmatias)的肠道中分离出53株乳酸菌(LAB)菌株,屎肠球菌NRW-2在所筛选得到的菌株中表现出良好的黏附性。采用实时荧光定量PCR方法检测发现屎肠球菌NRW-2对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)中肠、肝胰腺中免疫和消化相关基因都具有较强的刺激作用;同时这项研究也表明在对虾的基础饲料中添加屎肠球菌NRW-2及其发酵上清液可以不同程度地提高凡纳滨对虾肠道中的蛋白酶活力、肠道和肝胰腺中脂肪酶和淀粉酶活力,从而提高凡纳滨对虾的饲料利用效率和免疫功能。以上足以表明屎肠球菌能在一定程度上提高虾抵抗病原菌的能力,从而提高虾的免疫力,促进虾的生长。研究人员可以通过屎肠球菌及其他益生菌对虾的黏附定植以及免疫机能来分析虾病防控的有效措施,从而为解决虾病防治问题开辟一条有效途径,以期能促进我国虾类养殖产业的健康发展。

3.3 在其他水产动物养殖中的研究

在水产动物的生活环境或机体内的乳酸菌种类中,屎肠球菌可以说是一类比较常见的乳酸菌。剌参(Apostichopus japonicus)营养价值极其丰富,是一种高级的滋补品,现在已经成为我国继中国对虾(Penneropenaeus chinensis)、海湾扇贝(Argopecten irradians)后的又一主要养殖品种。骆艺文(2016)从健康刺参肠道分离出三株病原颉颃菌,其中TYIA-26被鉴定为屎肠球菌,发现此菌株具有较好的耐低温能力,表明屎肠球菌在极端的低温条件下可以存活与生长。周慧慧(2010)发现饲料中添加不同形式的屎肠球菌GSC-3(活菌或热灭活菌)均可促进刺参生长,活菌的添加除了可以使刺参肠道总菌数增加外,还可以降低刺参肠道有害菌的数量;而灭活益生菌的添加可以更好地刺激刺参的免疫系统,诱导刺参产生免疫反应,从而提高刺参抵抗灿烂弧菌感染的能力。在此研究中还发现109CFU/g灭活菌添加组中刺参的各项免疫指标(体腔细胞密度、吞噬活性、呼吸爆发活性以及体腔细胞破碎液上清中的PO和SOD的活性)比其他的处理组都要高。由此可见屎肠球菌GSC-3以109CFU/g灭活菌形式添加在刺参饲料中能最大程度地促进刺参健康生长,增强酶活性,刺激免疫系统,从而提高刺参抵抗疾病的能力。张棋(2014)从中华鳖(Trionyx Sinensis)肠道内分离出了一株屎肠球菌DEC-43,发现此菌株不仅对中华鳖的常见致病菌具有较强的颉颃作用,而且能够提高中华鳖脾脏的免疫应答,降低中华鳖肝脏和肠道中的炎症反应,及时清除外界的病原微生物;同时也能促使肾脏迅速对细菌感染发生免疫反应,抑制或者消退由细菌感染引起的炎症反应,从而加快机体恢复到稳态,为中华鳖养殖行业中益生菌的深入研究提供了一定的参考和依据。由此可见屎肠球菌有望成为水产养殖中比较有效的益生菌种类,以期为益生菌在水产养殖中的推广应用提供参考。

4 存在的问题与应用前景

综上所述,虽然屎肠球菌的功能特性以及在水产动物中的应用效果已经有了大量研究报道,但是屎肠球菌单独或者与其他益生菌复配后在动物体内的定植机制,发挥益生功效的作用机理还有待深入研究,尤其是屎肠球菌在一些特种水产动物中的应用研究还比较少;另外一个问题就是,很多临床分离的屎肠球菌菌株不仅具有潜在的致病性,而且存在广谱的抗生素抗性,如果将这些菌株用于水产动物,那么会带来安全性风险;此外,虽然屎肠球菌有一定的耐热性能,但是在生产实践中,屎肠球菌的活菌制剂产品要经受运输、储存、制粒等各种不良环境,致使活菌制剂在饲喂动物时的活性已经明显降低,这也将影响菌剂产品的益生效果。

因此,屎肠球菌作为一种饲用益生菌添加剂用于水产养殖中,仍然需要更深入的研究。首先,要形成鉴别临床分离株和野生有益菌株的评价方法,在保证菌株安全性的前提下,再考虑菌株的发酵生产和实际应用;其次,不仅要深入研究单一屎肠球菌菌株的益生功效的作用机理,还要搞清楚不同屎肠球菌菌株与其他种类益生菌之间的相互作用机制;最后,开发能够保护活菌制剂产品环境抗逆性的工艺技术。最终形成屎肠球菌制剂在水产动物生产中的最佳应用方案,促进我国水产养殖业绿色、健康发展。

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