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(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報》

摘要　微生態(tài)學(xué)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(yǎng)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(tài)和發(fā)育階段對魚類消化道菌群的影響；并認為魚類早期發(fā)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(huán)境監(jiān)測等是今后魚類腸道微生態(tài)學(xué)的重要研究方向。

關(guān)鍵詞　魚類；消化道；菌群的作用；影響因素

cjlittlepig

微生態(tài)學(xué)是在微觀層次上研究宿主體內(nèi)微生物(細菌) 類群及其相互關(guān)系的科學(xué)。在人類和其他哺乳動物，微生態(tài)學(xué)的研究取得了令人振奮的成果。水生動物的微生態(tài)學(xué)研究主要集中在魚類消化道菌群的研究，借助人類微生態(tài)學(xué)的理論和方法，研究水生動物的微生態(tài)學(xué)，對充實相關(guān)理論知識、改善水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境、提高水產(chǎn)品質(zhì)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(shù)量及分布各不相同。腸道內(nèi)的細菌根據(jù)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(nèi)的分布及其與寄主魚的關(guān)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(yǎng)作用
    腸道細菌生活于魚腸道內(nèi)，需依賴魚體自身營養(yǎng)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(chǎn)物可以被魚類利用，在魚類的營養(yǎng)、消化吸收方面起重要作用[2]。Kashiwada 等用鯉做試驗，證明鯉腸內(nèi)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(fā)現(xiàn)攝食甲殼質(zhì)的魚類消化管內(nèi)有甲殼質(zhì)分解菌，攝食藻類的魚消化管內(nèi)則含有木聚糖分解菌[3]。湯伏生等發(fā)現(xiàn)鯉的前腸壁的細菌大部分靠吸收宿主的營養(yǎng)而生存；而中、后腸壁的細菌主要靠吸收食物中的養(yǎng)分而生存[4]；Das等在研究草魚消化酶時，發(fā)現(xiàn)投喂抗生素后草魚腸道內(nèi)羧甲基纖維素酶(CMC 酶) 較對照組的活性低，推斷是由于產(chǎn)CMC酶的腸道內(nèi)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(zhì)的消化起促進作用[6]。

1. 2 免疫作用
    魚體腸道內(nèi)的細菌與宿主魚之間是相互影響、相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)，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(yīng)答，而腸道菌群又有何反應(yīng)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(jīng)過最初的演替，一些適應(yīng)于腸道環(huán)境的種類(一般為厭氧菌)在腸道內(nèi)成為優(yōu)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(chǎn)生低水平的免疫反應(yīng)。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(tǒng)尚未發(fā)育完全時(即所謂“免疫禁忌期”) 已定植于腸道內(nèi)。相反，魚類對外籍菌群的免疫反應(yīng)是強烈的。侵入人、動物體內(nèi)的外籍菌很容易引起宿主產(chǎn)生抗體和致敏的免疫活性細胞。鯉進食生態(tài)制品后，免疫力增強，其白細胞吞噬率、白細胞吞噬指數(shù)、E玫瑰花環(huán)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(fā)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(nèi)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(gòu)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(fā)現(xiàn)真鯛和梨齒鯛的腸道內(nèi)的環(huán)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(shù)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(yīng)性[8，。另外，原籍菌群在數(shù)量上占絕對的優(yōu)勢，且與黏膜上皮的細胞緊密結(jié)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(shù)量上的多數(shù)，在營養(yǎng)爭奪上，原籍菌群也占有優(yōu)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(chǎn)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(yù)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(tài)平衡，從而維持著魚腸道正常的生理功能。但由于腸內(nèi)外環(huán)境的變化，如水溫、氣壓的變化，病毒感染，魚用藥物的應(yīng)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(dǎo)致魚病的發(fā)生。如草魚細菌性腸炎病是由于腸道內(nèi)點狀產(chǎn)氣單胞菌異常增殖而導(dǎo)致的[10，。腸道內(nèi)致病性A . hydrophila 也是引起疾病的原因[4]。濱口昌巳等還發(fā)現(xiàn)患病金槍魚的腸道內(nèi)，不產(chǎn)氣的弧菌/ 發(fā)光桿菌屬的數(shù)量增加，且能產(chǎn)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(guān)系，同時，其組成與數(shù)量還受到所處環(huán)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(nèi)菌群在孵出后20～60 d 內(nèi)便已建立，推斷這些細菌來自水、水底沉積物或集約化養(yǎng)殖場中其它魚類的糞便[13]。吉水守、瀨良洋等均發(fā)現(xiàn)魚類腸道內(nèi)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(shù)細菌在進入腸道后，因不適應(yīng)腸道內(nèi)“苛刻”的環(huán)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(huán)境水體、底質(zhì)或水生植物中的細菌類群[16]。Tanasomwang 等發(fā)現(xiàn)牙鲆的仔稚魚腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌群為Vibrio 和Pseudomonas ，與水體的菌群相仿[17]。大多數(shù)研究表明：海、淡水魚腸道內(nèi)的優(yōu)勢細菌分別與海水和淡水中的優(yōu)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(nèi)定植的細菌群，尤其是原籍菌群，有著某種必然的聯(lián)系。此外，在水體中使用微生態(tài)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(fā)現(xiàn)細鱗大麻哈魚和大麻哈魚的腸道優(yōu)勢菌群為Vibrio、Pseudomonas 和Aeromonas 等，可見到海水魚及淡水魚優(yōu)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(nèi)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(yōu)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(jié)果發(fā)現(xiàn)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(jié)果表明，鮭科魚類的腸道菌群隨魚體所處的環(huán)境鹽度的變化而發(fā)生變化，以適應(yīng)新的環(huán)境[27]。

2. 3 水溫
    魚類是生活在水中的變溫動物。環(huán)境水溫可能直接影響著腸道菌群的數(shù)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(jié)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(guān)系發(fā)生逆轉(zhuǎn)，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(nèi)的Aeromonas數(shù)量明顯增加[29]。

2. 4 餌料
    腸道是魚類消化食物、吸收養(yǎng)分的地方，同時，腸道細菌的大部分營養(yǎng)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(zhì)對腸道菌群有很大的影響。Margolis 發(fā)現(xiàn)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?zhí)镔F次等發(fā)現(xiàn)，剛撈起來的日本鰻鱺幼苗腸道內(nèi)檢測不到細菌，但進食后，腸道及其內(nèi)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(nèi)的細菌就是由食物中來的[31]。濱口等報道，進食能導(dǎo)致魚類的消化道菌群發(fā)生變化，即腸道菌群的相對比例發(fā)生變化，且數(shù)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(nèi)，腸道菌群數(shù)量增至108 cfu/g 以上[32]。朱曉燕等發(fā)現(xiàn)鯉在有食狀態(tài)下腸道細菌的數(shù)量為1×108 ～5×108 cfu/g ，空腸狀態(tài)下為1×106 cfu/g[6]。陳孝煊還發(fā)現(xiàn)草魚的后腸中細菌的數(shù)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(guān)[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(chǎn)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(yīng)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(nèi)細菌的變化。結(jié)果表明：JM 和AM 對腸道內(nèi)固有菌群Vibrio 影響不大， 但使鏈球菌數(shù)目下降；OA 則使腸道內(nèi)Vibrio的數(shù)量顯著減少，但對Streptococcus作用不大，反而成為優(yōu)勢菌群[38]。Sugita等報道了鯉口服土霉素(OTC) 使腸道菌群發(fā)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(fā)生變化，Flavobacterium成為優(yōu)勢菌群，且腸道菌群產(chǎn)生耐藥性[40]。Austin等則發(fā)現(xiàn)虹鱒口服噁喹酸、土霉素等后，腸道細菌數(shù)量增加，但口服紅霉素和青霉素后，腸道細菌數(shù)量減少[41]。此外，一些學(xué)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(shù)量和組成，并從微生態(tài)學(xué)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(fā)育階段
    許多魚類在不同的發(fā)育階段，其身體構(gòu)造和生活習(xí)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(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)與功能的發(fā)育有關(guān)。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(nèi)尚未見這方面的研究報道。

2. 7 魚體的生理狀態(tài)
    魚體處于不同的生理狀態(tài)，其腸道菌群也呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)特征。杉山等發(fā)現(xiàn)，輕度自然感染的香魚腸道內(nèi)鏈球菌數(shù)量不到102 cfu/g ，而重度感染的魚則達到108 cfu/g [47]。安室等發(fā)現(xiàn)在自然條件下患腸管膨滿癥的真鯛稚魚腸道內(nèi)細菌數(shù)量為106 cfu/g ，而同池未發(fā)病的魚則為103 cfu/g ，患病魚腸道內(nèi)細菌數(shù)量較未發(fā)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(diào)，病鯉腸道內(nèi)乳桿菌和雙歧桿菌較健康鯉數(shù)量少，且形態(tài)不整，并已發(fā)生自溶現(xiàn)象[49]。蔣長苗等也發(fā)現(xiàn)患細菌性腸炎的草魚腸道內(nèi)的菌群失調(diào)，其中的A . punctata 等的數(shù)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(nèi)存在有固定的菌群，它們與魚類的生理活動密切相關(guān)，且受到魚體自身條件及外界環(huán)境因子的影響。國內(nèi)外的許多學(xué)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(huán)境的復(fù)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(fā)育過程
    在魚類生活史早期，腸道菌群的定植規(guī)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(guī)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(fā)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(shù)和提高蛋白質(zhì)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(nèi)產(chǎn)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(tài)學(xué)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(yīng)用抗菌類藥物及免疫預(yù)防。應(yīng)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(yù)防存在操作繁瑣，效果不穩(wěn)定的缺點。所以，人們期盼著采用微生態(tài)學(xué)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(jīng)廣泛采用微生態(tài)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(nèi)厭氧菌定植能力和調(diào)節(jié)菌群平衡，對細菌腸炎有良好的防治作用[56]。桂遠明等用復(fù)方“回春生”(人用雙歧桿菌制劑) 作為餌料添加劑投喂鯉，發(fā)現(xiàn)復(fù)方回春生有促進魚類腸道中包括雙歧桿菌在內(nèi)的革蘭氏陽性菌數(shù)量增加的趨勢，對治療鯉中毒性肝病和調(diào)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(tài)調(diào)節(jié)劑(J Y10 、J Y31復(fù)合制劑) 作為飼料添加劑飼養(yǎng)鯉后，發(fā)現(xiàn)鯉腸道內(nèi)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(jīng)邦等報道了仔鰻的腸道微生態(tài)調(diào)整的研究結(jié)果[58 ，。鄒向陽、吳垠等也分別報道微生態(tài)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(yīng)用[62]。但這些研究均未能深入探討微生態(tài)制劑在防治魚病中的作用機理，這也限制了微生態(tài)制劑的應(yīng)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(huán)境污染的監(jiān)測
    目前有許多研究表明，在一些應(yīng)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(huán)境污染的監(jiān)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(yǎng)物，蛋白質(zhì)脂肪各種糖類等，是否會誘導(dǎo)產(chǎn)生不同的菌群呢，選擇什么有機肥肥水能培養(yǎng)比較好的池塘菌群。

華農(nóng)小漁民

應(yīng)該是陳孝煊教授的論文。

cjlittlepig

冰山 發(fā)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(yǎng)物，蛋白質(zhì)脂肪各種糖類等，是否會誘導(dǎo)產(chǎn)生不同的菌群呢，選擇什么 ...

一般營養(yǎng)物質(zhì)細菌均可利用，所以想通過選擇不同的肥水產(chǎn)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(zhì)（如糖蜜），來選擇地培菌還是可行的，這也是目前生物絮團養(yǎng)殖技術(shù)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(fā)！

cjlittlepig

華農(nóng)小漁民 發(fā)表于 2012-8-7 21:19
應(yīng)該是陳孝煊教授的論文。

慧眼！我也是華農(nóng)的喲，去年畢業(yè)的，你呢？學(xué)弟還是學(xué)妹呀？

華農(nóng)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(xué)。我QQ 453968077  有空多聊聊啊