魚類消化道菌群的作用與影響因素研究進展

cjlittlepig

摘自《華中農業大學學報》

摘要　微生態學在魚類中的研究較在哺乳動物中的研究深度有較大差距。本文介紹了魚類消化道菌群對魚類的營養作用、免疫作用，對病原菌入侵的拮抗作用和自身的致病作用；介紹了水體中的微生物、鹽度、水溫，魚類攝食的餌料、藥物，魚類不同的生理狀態和發育階段對魚類消化道菌群的影響；并認為魚類早期發育階段腸道菌群的演替、腸道菌群的免疫機理和利用腸道菌群進行環境監測等是今后魚類腸道微生態學的重要研究方向。

關鍵詞　魚類；消化道；菌群的作用；影響因素

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微生態學是在微觀層次上研究宿主體內微生物(細菌) 類群及其相互關系的科學。在人類和其他哺乳動物，微生態學的研究取得了令人振奮的成果。水生動物的微生態學研究主要集中在魚類消化道菌群的研究，借助人類微生態學的理論和方法，研究水生動物的微生態學，對充實相關理論知識、改善水產養殖環境、提高水產品質量，具有重要的意義。

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1 魚類消化道菌群的作用
    腸道菌群的組成是多種多樣的，而且每種細菌的數量及分布各不相同。腸道內的細菌根據所起作用分為原籍菌群和外籍菌群，或分為固有菌群和非固有菌群等[1]。當然，這種分類不是絕對的。不同的細菌類群在腸道內的分布及其與寄主魚的關系是不同的。綜合起來，魚類腸道菌群的作用包括以下幾個方面：

1. 1 營養作用
    腸道細菌生活于魚腸道內，需依賴魚體自身營養或分解魚類的食物團而賴以生存。同時，細菌以及細菌在代謝過程中合成的維生素及胞外酶產物可以被魚類利用，在魚類的營養、消化吸收方面起重要作用[2]。Kashiwada 等用鯉做試驗，證明鯉腸內細菌能合成的維生素有維生素B1、尼克酸、泛酸、生物素、維生素B12 等；而且還發現攝食甲殼質的魚類消化管內有甲殼質分解菌，攝食藻類的魚消化管內則含有木聚糖分解菌[3]。湯伏生等發現鯉的前腸壁的細菌大部分靠吸收宿主的營養而生存；而中、后腸壁的細菌主要靠吸收食物中的養分而生存[4]；Das等在研究草魚消化酶時，發現投喂抗生素后草魚腸道內羧甲基纖維素酶(CMC 酶) 較對照組的活性低，推斷是由于產CMC酶的腸道內細菌受抗生素抑制的緣故[5]。朱曉燕等證實健康家魚腸道細菌中的嗜水氣單胞菌的胞外酶對淀粉、蛋白質的消化起促進作用[6]。

1. 2 免疫作用
    魚體腸道內的細菌與宿主魚之間是相互影響、相互作用的復雜系統，尤其原籍菌群，已成為魚體不可缺少、不可分割的一部分。那么，宿主對腸道菌群之間有無免疫應答，而腸道菌群又有何反應呢? 魚類對原籍菌群及外籍菌群的免疫作用是不同的。腸道菌群在魚類孵化不久后即定植下來，經過最初的演替，一些適應于腸道環境的種類(一般為厭氧菌)在腸道內成為優勢種群，定植下來成為原籍菌群。所以寄主的免疫活性細胞并不將它視為“非己”，因此并不引起或僅產生低水平的免疫反應。這可能是原籍菌群與宿主細胞有相同或相似的抗原性，或者由于原籍菌群是在魚類免疫系統尚未發育完全時(即所謂“免疫禁忌期”) 已定植于腸道內。相反，魚類對外籍菌群的免疫反應是強烈的。侵入人、動物體內的外籍菌很容易引起宿主產生抗體和致敏的免疫活性細胞。鯉進食生態制品后，免疫力增強，其白細胞吞噬率、白細胞吞噬指數、E玫瑰花環形成率等指標明顯高于對照組[7]。
    其次，由于失去正常菌群的刺激，無菌動物的細胞免疫和體液免疫水平均下降。無菌動物的脾臟不發達，漿細胞減少，免疫球蛋白處于較低水平。另一方面，動物腸道內分泌型的IgA還能保護原籍菌群，抑制外籍菌，但原因不明。

1. 3 拮抗作用
    動物腸道固有菌群中，厭氧菌占90%以上，它們構成動物腸道的屏障之一，對外界細菌有明顯的拮抗作用。Sera等曾發現真鯛和梨齒鯛的腸道內的環境非常“惡劣”，如低p H 值、膽汁的存在等，以至于排斥了大多數的外來菌群；并證實海水魚腸道固有菌群對H+和胃液有特殊的抗性或適應性[8，。另外，原籍菌群在數量上占絕對的優勢，且與黏膜上皮的細胞緊密結合，形成生物膜，這種對宿主細胞占位性的保護作用，亦成功地阻止了外籍菌的入侵；同時，由于厭氧菌數量上的多數，在營養爭奪上，原籍菌群也占有優勢，能充分地生長繁殖，從而限制其它外籍菌的生長與定植。
    腸道菌群還可以產生抗生素，有效地抑制其它細菌，這些生物拮抗作用，能起到防止外來菌，尤其是病原菌的侵入，對魚類健康生長、預防病害，有積極的意義。

1. 4 致病作用
    魚類腸道菌群在正常條件下，細菌之間，細菌與魚體之間處于動態平衡，從而維持著魚腸道正常的生理功能。但由于腸內外環境的變化，如水溫、氣壓的變化，病毒感染，魚用藥物的應用等，均可以破壞腸道菌群的平衡，使病原菌或條件致病菌異常增殖，導致魚病的發生。如草魚細菌性腸炎病是由于腸道內點狀產氣單胞菌異常增殖而導致的[10，。腸道內致病性A . hydrophila 也是引起疾病的原因[4]。濱口昌巳等還發現患病金槍魚的腸道內，不產氣的弧菌/ 發光桿菌屬的數量增加，且能產生細胞外溶血因子[12]。

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2 影響魚類消化道菌群的因素
    魚類腸道菌群不僅與魚體有密切的關系，同時，其組成與數量還受到所處環境各種理化、生物因子的影響。

2. 1 水體中的微生物
    水體中含有大量的細菌，對早期腸道菌群的組成起著決定作用。Sugita 等報道莫桑比克羅非魚腸道內菌群在孵出后20～60 d 內便已建立，推斷這些細菌來自水、水底沉積物或集約化養殖場中其它魚類的糞便[13]。吉水守、瀨良洋等均發現魚類腸道內的菌群組成較所處的水體中的菌群相對簡單，推測是由于大多數細菌在進入腸道后，因不適應腸道內“苛刻”的環境而被淘汰，而僅有有限的種類能定植下來[14，。Sugita 等則認為，天然水體中魚類的腸道細菌來自周圍環境水體、底質或水生植物中的細菌類群[16]。Tanasomwang 等發現牙鲆的仔稚魚腸道內的優勢菌群為Vibrio 和Pseudomonas ，與水體的菌群相仿[17]。大多數研究表明：海、淡水魚腸道內的優勢細菌分別與海水和淡水中的優勢細菌相似，分別為Vibrio 和Aeromonas 、Enterobacteriaceae 等，這似乎不能看成簡單的巧合[18～，水體中的細菌組成與魚類腸道內定植的細菌群，尤其是原籍菌群，有著某種必然的聯系。此外，在水體中使用微生態制劑，也可影響魚類腸道菌群的組成[23，。

2. 2 水體的鹽度
    吉水守等在研究溯河魚的腸道菌群時，發現細鱗大麻哈魚和大麻哈魚的腸道優勢菌群為Vibrio、Pseudomonas 和Aeromonas 等，可見到海水魚及淡水魚優勢菌Vibrio和Aeromonas 的交叉。他們還將尼羅羅非魚從淡水移入海水中，隨著水體的鹽度增加，腸道內的Aeromonas 逐漸被Pseudomonas代替；隨后，被喜鹽性的Vibrio代替而成為腸道菌落中的優勢菌群[25 ，。Yoshimizu 等研究了鮭科魚由淡水入海，再返回淡水的過程中其腸道菌群的變化。結果發現在淡水中的魚類，其腸道菌群以Aeromonas 和Enterobacteriaceae 為主；而在海水中，則以好鹽性的Vibrio 為主。這一結果表明，鮭科魚類的腸道菌群隨魚體所處的環境鹽度的變化而發生變化，以適應新的環境[27]。

2. 3 水溫
    魚類是生活在水中的變溫動物。環境水溫可能直接影響著腸道菌群的數量與組成。山本淳等曾以日本鰻鱺為研究對象，研究了水溫激降(降幅為10℃) 后腸道細菌的變化，結果表明，降溫處理1～2 d 后，鏈球菌增加，Aeromonas 減少；但3～4 d后，兩者關系發生逆轉，后者增加，前者減少[28]。高橋幸則等對鯉進行升溫—降溫處理2 周后，其腸道內的Aeromonas數量明顯增加[29]。

2. 4 餌料
    腸道是魚類消化食物、吸收養分的地方，同時，腸道細菌的大部分營養也是依靠魚類組織液或分解食物團而獲得的，所以餌料的品質對腸道菌群有很大的影響。Margolis 發現未投餌的16 尾棕鮰中，有15尾沒有腸道細菌，未投餌的3 尾溪紅點鮭也沒有，但攝食2 h 后的魚，就能檢測到許多腸道細菌[30]。飯田貴次等發現，剛撈起來的日本鰻鱺幼苗腸道內檢測不到細菌，但進食后，腸道及其內容物含有106～107 cfu/g 的細菌，而且細菌群落的組成與食物細菌組成相似，這說明腸道內的細菌就是由食物中來的[31]。濱口等報道，進食能導致魚類的消化道菌群發生變化，即腸道菌群的相對比例發生變化，且數量是先增加，后減少[12]。Sera等也研究了真鯛和梨齒鯛在進食后的16 h 內，腸道菌群數量增至108 cfu/g 以上[32]。朱曉燕等發現鯉在有食狀態下腸道細菌的數量為1×108 ～5×108 cfu/g ，空腸狀態下為1×106 cfu/g[6]。陳孝煊還發現草魚的后腸中細菌的數量顯著多于前、中腸，推測可能與食物團的自前而后的運動以及膽汁的分泌因素有關[33]。同時，魚類攝食不同餌料時對腸道菌群也有一定的影響[34～。

2. 5 藥物
    水產藥物在魚類的防病治病中起著很重要的作用，尤其以抗生素為最普遍的藥物。但是抗生素的大量應用會直接影響魚類的腸道菌群的組成，從而影響魚類的正常生理活動。
    竹丸嚴等比較了用交沙霉素，氨芐青霉素(AM) 和噁喹酸(OA) 投喂五條魳3 d后腸道內細菌的變化。結果表明：JM 和AM 對腸道內固有菌群Vibrio 影響不大， 但使鏈球菌數目下降；OA 則使腸道內Vibrio的數量顯著減少，但對Streptococcus作用不大，反而成為優勢菌群[38]。Sugita等報道了鯉口服土霉素(OTC) 使腸道菌群發生改變[39]。Hansen等將鯡的幼魚用抗生素(青霉素，penicillin ；鏈霉素，streptomycin ，SM) 處理后，腸道菌群發生變化，Flavobacterium成為優勢菌群，且腸道菌群產生耐藥性[40]。Austin等則發現虹鱒口服噁喹酸、土霉素等后，腸道細菌數量增加，但口服紅霉素和青霉素后，腸道細菌數量減少[41]。此外，一些學者的研究表明使用氯霉素、土霉素、呋喃唑酮以及中藥穿心蓮、板蘭根、大黃等也影響草魚腸道細菌的數量和組成，并從微生態學角度探討了某些藥物用于治療魚類細菌性疾病的機理[42～。

2. 6 魚體不同的發育階段
    許多魚類在不同的發育階段，其身體構造和生活習性不同。馬蘇大麻哈魚和大麻哈魚的腸道正常菌群在仔魚后期，卵黃被吸收，消化道活化后便建立了。在囊胚期，主要為Coryneforms 和Pseudomonas 。但在仔魚后期和魚種期，為Aeromonas[46]。Sugita等則發現莫桑比克羅非魚的腸道正常菌群是在其孵化后20～60 d 后建立的，并推測其建立與腸道的結構與功能的發育有關。由此看來，魚類在生活史早期，腸道菌群也存在著不同菌群的定植演替過程， 這與其它動物是一致的[13]。國內尚未見這方面的研究報道。

2. 7 魚體的生理狀態
    魚體處于不同的生理狀態，其腸道菌群也呈現不同的結構特征。杉山等發現，輕度自然感染的香魚腸道內鏈球菌數量不到102 cfu/g ，而重度感染的魚則達到108 cfu/g [47]。安室等發現在自然條件下患腸管膨滿癥的真鯛稚魚腸道內細菌數量為106 cfu/g ，而同池未發病的魚則為103 cfu/g ，患病魚腸道內細菌數量較未發病魚明顯增加[48]。桂遠明等報道，患中毒性肝病的鯉腸道菌群失調，病鯉腸道內乳桿菌和雙歧桿菌較健康鯉數量少，且形態不整，并已發生自溶現象[49]。蔣長苗等也發現患細菌性腸炎的草魚腸道內的菌群失調，其中的A . punctata 等的數量較健康草魚顯著增加，而乳桿菌、雙歧桿菌減少，且厭氧菌與需氧菌比值顯著下降[50]。

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3 今后的研究方向
    在魚類腸道內存在有固定的菌群，它們與魚類的生理活動密切相關，且受到魚體自身條件及外界環境因子的影響。國內外的許多學者都認識到了這一點，并在這些方面作了卓有成效的工作。但由于魚類所處環境的復雜性及各種條件的限制，相對于人、畜、禽等高等脊椎動物來講，迄今為止，對魚類腸道菌群的研究還是不夠深入的。

3. 1 魚類早期發育過程
    在魚類生活史早期，腸道菌群的定植規律尚不甚明確，如腸道菌群的來源，定植時間，初級、次級演替規律等[51]。這些問題的闡明，對魚類的健康育苗有很重要的意義。魚類在發育過程中腸道菌群有明顯的演替過程，通過添加某些微生物制劑能提高魚苗的生長速度， 降低餌料系數和提高蛋白質效率[52，。因此今后可以通過控制水體的微生物的組成來提高魚苗的成活率，或人為地添加某些定植力強的有益菌群，令其在魚苗腸道內產生一定的定植抗力，從而達到提高魚體抗病力的目的。

3. 2 微生態學防治魚類疾病的機理研究
    目前防治魚類疾病的最常見的方法是應用抗菌類藥物及免疫預防。應用抗生素存在病原菌抗藥性和危害人類健康的問題；而免疫預防存在操作繁瑣，效果不穩定的缺點。所以，人們期盼著采用微生態學的方法來防治魚病。在人類等高等脊椎動物的疾病防治上，已經廣泛采用微生態制劑來防治疾病[54，。何明清用從自然界分離的一種無毒、耐酸的需氧菌飼喂草魚，從而提高了草魚腸道內厭氧菌定植能力和調節菌群平衡，對細菌腸炎有良好的防治作用[56]。桂遠明等用復方“回春生”(人用雙歧桿菌制劑) 作為餌料添加劑投喂鯉，發現復方回春生有促進魚類腸道中包括雙歧桿菌在內的革蘭氏陽性菌數量增加的趨勢，對治療鯉中毒性肝病和調整腸道菌群具有一定的效果，對其生長也有一定的作用[49]。王斌等用微生態調節劑(J Y10 、J Y31復合制劑) 作為飼料添加劑飼養鯉后，發現鯉腸道內J Y10 ，J Y31制品菌群含量明顯增加，大腸菌群量明顯減少，定植效果良好[57]。王經邦等報道了仔鰻的腸道微生態調整的研究結果[58 ，。鄒向陽、吳垠等也分別報道微生態制劑對中國對蝦的健康育苗及提高抗病力都有很好的效果[60，。邵桂元等探討了蛭弧菌在防治魚病上的應用[62]。但這些研究均未能深入探討微生態制劑在防治魚病中的作用機理，這也限制了微生態制劑的應用。因此，開展這方面的研究也是今后工作的重點之一。

3. 3 環境污染的監測
    目前有許多研究表明，在一些應用抗生素較多的水體以及重金屬污染的水體，魚類消化道中能分離到抗各種抗生素、汞等重金屬的細菌[63]，因此，利用魚類腸道細菌的抗性可作為環境污染的監測指標之一。

冰山

請教樓主一個問題，池塘中加入不同的培養物，蛋白質脂肪各種糖類等，是否會誘導產生不同的菌群呢，選擇什么有機肥肥水能培養比較好的池塘菌群。

華農小漁民

應該是陳孝煊教授的論文。

cjlittlepig

冰山 發表于 2012-8-7 21:02
請教樓主一個問題，池塘中加入不同的培養物，蛋白質脂肪各種糖類等，是否會誘導產生不同的菌群呢，選擇什么 ...

一般營養物質細菌均可利用，所以想通過選擇不同的肥水產品來選擇性培菌可行性就不言而喻啦。
但可以通過向池塘中投入有益菌（如光合菌、芽孢菌及乳酸菌），同時施用有機碳豐富物質（如糖蜜），來選擇地培菌還是可行的，這也是目前生物絮團養殖技術的方法。
http://www.fuqitext.com/thread-15318-1-1.html有興趣可以看看這篇帖子，希望能對你有所啟發！

cjlittlepig

華農小漁民 發表于 2012-8-7 21:19
應該是陳孝煊教授的論文。

慧眼！我也是華農的喲，去年畢業的，你呢？學弟還是學妹呀？

華農小漁民

呵呵，我是今年才考陳老師的研究生的。本科在西南大學。我QQ 453968077  有空多聊聊啊