对微生态制剂在水产养殖业应用情况的考察

中国水产门户网报道由于工业“三废”、城市生活污水、医用污水等污染物的大量排放，全球气候的异常变化，水产养殖业的自身污染和水资源的日益紧缺原因，使得我国水产养殖业水质恶化和供水不足问题日趋严重，从而在一定程度上限制了我国水产养殖业的发展，危及了水产养殖生产的安全和产品质量安全。因此，为保持我国水产养殖业的持续发展，并确保养殖水产品质量水平的稳步提高，近十多年来，水产养殖用微生态制剂产业应运而生，目前全国已有10多个专业生产企业，年销售量近万吨，销售额达4亿多元。

　　然而，迄今为止关于水产养殖用微生态制剂的研究仅限于产品开发和使用效果方面，后续影响问题还没有开展什么研究工作；在各种形式的宣传中也只见其利，不见其害。诚然，微生态制剂对养殖水产品无毒副作用，无药物残留，无抗药性等优点，可用来改善养殖生态环境、净化水质、作为饲料添加剂等广泛使用；但在不同种类合理配伍、测水施用技术、抑制与清除技术等方面还有许多问题有待研究，以确保其使用的安全性和有效性。

　　一、简释微生态制剂

　　微生态制剂又称有益微生物、益生素、微生态调节剂、益生菌、利生菌、活菌制剂等。他是从天然环境中提取分离出来的微生物，经培养扩增后形成的含有大量有益菌的制剂。从广意上讲，他包括了益生素、益生元和合生元。也可以说是在微生态理论的指导下，改善和调理微生态，保持微生态平衡，调试水产养殖生物环境，提高其健康水平或增进健康状态的益生菌（微生物）及其代谢产物和生长促进物质的制品。养殖生产上实际应用的微生态制剂应包括活菌体、死菌体、菌体成份、代谢产物及具有活性的生长促进物质等部分。

　　二、微生态制剂的科研与开发概况

　　微生态制剂的研究起始于1905年，当时，梅奇尼科夫（Eliemetchnikoff）用酸奶（乳酸杆菌）治疗幼畜腹泻，并研究得出乳酸杆菌具有抑制大肠杆菌的作用。此后，有关微生态制剂的研究引起了社会各界的广泛关注。1978年，卡特（Carter）和柯林斯（Colins）实验证明，10个肠炎沙门氏菌（Salmonellaenteritidis）可以杀死1头无菌豚鼠，但要杀死1头携带完整的正常菌群的普通豚鼠（conventionalguineapig）却需要109个菌群。这就引起了人们对正常肠道菌群以应有的重视。此试验也带动了微生态制剂产品的研究；其后，微生态制剂在人类、畜牧业、农业等方面的应用研究取得较快发展，但在水产业中的应用研究起步较晚。我国微生态制剂在水产养殖业中的应用研究始于20世纪80年代初期，最早应用于水产养殖业的微生态制剂是“光合细菌”，主要是用于调节养殖水质，同时也在光合细菌的培养扩增技术、干法和湿法保存技术及应用效果方面做了大量工作；其后，水产养殖用微生态制剂的研究和开发领域与内容也更加广泛，到目前为止，已有乳杆菌属、双歧杆菌属、弧菌属、假单孢菌属、芽孢杆菌属的众多种类及硝化细菌、光合细菌等应用于水产养殖业。这些微生态制剂主要包括医用微生态制剂、动物用微生态制剂、生物农药、生物肥料与环境净化剂。用途包括预防疾病、净化水质及作为饲料添加剂等。

　　三、现阶段水产养殖业中应用的主要微生态制剂种类及用途

　　（一）单一菌群微生物制剂

　　1、光合细菌

　　到目前为止，在水产养殖业中研究得较多、应用较广泛的微生态制剂是光合细菌（BBS）。光合细菌是地球上最早出现的具有原始光合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称。根据《伯杰细菌鉴定手册》（第九版）可分为6个类群，即着色菌科、外硫红螺菌科、红色非硫细菌、绿硫细菌、多细胞绿丝菌和盐杆菌。目前在水产养殖业中应用的是科研人员利用生物工程技术，从土壤中分离出来、经过人工选育和繁殖扩增制成的液体或固体微生物制剂。

　　目前，养殖水质污染较为严重的指标是氨氮和亚硝酸盐含量过高、PH值不适、化学耗氧量（COD）过高、溶解氧含量过低。在水产养殖系统中，尤其是高密度养殖系统中，残饵、粪便及动植物尸体等有机污染物沉积量较大，外加药物残留和外源污染物过多等。这些有机物在厌氧微生物的分解作用下产生大量有害物质，如氨态氮、亚硝酸、硫化氢等，直接危害水产养殖动物。轻度污染可导致养殖动物的生活不适、生长缓慢、饲料系数升高等一系列问题；严重污染时可导致养殖动物的缺氧死亡，甚至引发疾病。对上述问题，传统的解决方法是采取机械或化学增氧及大换水措施，从而造成养殖成本增加及需水量加大等问题，不能从根本上解决问题。

　　光合细菌具有多种不同的生理功能，如固氮、固碳、氧化硫化物和促进有机物充分分解等，能将嫌气细菌分解出的有毒物质如氨态氮、亚硝酸等吸收利用，并吸收二氧化碳及硫化氢等，促进有机物的循环，达到净化水质的目的。光合细菌在进行光合作用时不消耗氧气，也不释放氧气，而是通过吸收水体中的耗氧因子，如有机质和硫化氢等物质，从而使好氧微生物因缺乏营养而转为弱势，降低氧气的消耗而直接起到增氧作用。另外，通过上述作用，可提高水体的透明度，促进浮游植物的光合作用，增大放氧量，也可间接起到增氧作用。

　　光合细菌也可作为饲料添加剂使用。其所含的蛋白质和矿物质较多，能起到降低饲料系数、提高饲料转化率、降低养殖成本、增强机体免疫力、促进养殖对象健康生长的作用；因其个体较小，施用于养殖水体中的群体可以被滤食性鱼类摄取利用和为浮游动物提供饵料来源，起到增加天然饵料的作用。

　　光合细菌作为饲料添加剂的研究较多，如言世贤等人将其作为添加剂用于养鱼试验，连续两年中，夏花鱼种的生长速度分别较上年提高24.1%和9.9%，而饲料系数则分别降低26.0%和20.7%，鱼种亩产分别提高23.9%和91.8%。在2002年谷军的报道在养鱼池塘中施用光合细菌后，水中的氨态氮平均降低0.077毫克/升,溶解氧提高1.64毫克/升减少换水量达30%。王彦波（2004年）的研究发现，光合细菌降解水体中氨态氮的能力十分显著，还可降低COD的含量，减轻水体中PH值的变化，如果与芽孢杆菌混合使用效果更好。大连水产学院利用光合细菌净化养虾池水质的试验表明，氨、氮下降77.8%，溶解氧提高84.8%。等等。

　　2、硝化细菌

　　广义上讲，凡能使土壤或水域中的氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐的细菌都可称为硝化细菌；但严格的是指利用氨或亚硝酸盐作为主要能源以及能利用二氧化碳作为主要碳源的细菌。因此，硝化细菌可分为亚硝化细菌和硝化细菌两大类群。

　　狭义上的硝化细菌在氮的循环中将亚硝酸盐转化为硝酸盐而被藻类利用，从而起到净化水质的作用。硝化细菌广泛存在，但因其繁殖时间长（约20小时一个繁殖周期）而限制了亚硝酸盐的降解。

　　硝化宝和硝化素是一种纯硝化细菌制剂，是一种以硝酸盐为营养来自身繁殖的有益微生物制剂。他在降解毒性较大的亚硝酸盐的同时产生藻类可以利用的硝酸盐，促进藻类的生长和水质净化，缓解和治疗亚硝酸盐中毒症。

　　3、芽孢杆菌

　　芽孢杆菌为芽孢菌属的种类，革兰氏染色阳性，是一类好气性细菌。该菌无毒性，能分泌蛋白酶等多种酶类和抗生素。其可直接利用硝酸盐和亚硝酸盐，从而起到净化水质的作用；另外还能利用分泌的多种酶类和抗生素来抑制其他细菌的生长，进而减少甚至消灭水产养殖动物的病原体。

　　丁雷等1999年发现芽孢杆菌不能分解水体中的小分子有机物和同化氨氮，但对亚硝酸盐的去除却有明显作用。Moriarty1988后在斑节对虾养殖池中施用芽孢杆菌后，发现对虾的成活率有所提高，池底沉积物中发光弧菌的比例降低，水体中其他致病菌也降低到最低程度。仇丽等人2002年使用枯草芽孢杆菌生物净化剂后，育苗期水质的氨氮下降52.5%，养成期下降50%，减少换水量60%；2001年用于改善中华绒螯蟹人工育苗水质，换水量大大降低。

　　4、蛭弧菌

　　蛭弧菌是寄生在某些细菌并导致其裂解的一类细菌，最早是由德国的Stolp在土壤中发现的。蛭弧菌能防止或减少虾、蟹病害的发展和蔓延，改善虾、蟹体内外环境，促进生长，增强免疫力。

　　陈家长2001年将蛭弧菌用于河蟹养殖时发现，施用后水体中的COD、氨氮、硫化氢等含量明显降低。何进义等人1996年将蛭弧菌用于鱼类细菌性疾病的防治时发现，蛭弧菌对水体中的大肠杆菌和其他致病菌有明显去除作用，并对氨氮和亚硝酸盐等有去除作用。陈家长等人2002年还将蛭弧菌和与光合细菌混合使用来改善养殖水质环境，25天后发现试验组较对照组的细菌数减少了3个数量级，COD、氨氮、硫化氢等都维持在较低水平。

　　5、放线菌

　　鄢庆枇等人2002年从海底泥中分离出38株放线菌，并通过紫外线照射获得4株诱变放线菌，这4原放线菌对溶藻弧菌和副溶血弧菌有较强的拮抗作用。王军等人2001年还研究了海洋放线菌对大黄鱼病原菌的拮抗作用和抗菌谱。吴伟等人2001年利用诺卡氏菌处理养殖水体中的氨氮时也取得较好效果；2001将其与酵母菌融合细胞处理养殖水体时，也得到了氨氮去除率分别为32%和28%的效果，并对增加溶氧和稳定PH值有较好效果。

　　6、酵母菌

　　酵母菌是一类单细胞蛋白（SCP），为真核生物，含有较高的营养成分。酵母菌中维生素含量比鱼粉高30倍以上，尤其是富含B簇维生素。氨基酸含量也很高，且比例适当，广泛用于饲料添加剂；近年来也有人用作水质调节剂，并取得了较好效果。

　　酵母菌是喜生长于偏酸性环境中的需氧菌，可以在消化道内大量繁殖。酵母菌的大量繁殖和生长，使其在与有害菌生存竞争中成为优势种群，抑制了有害菌的生长。目前，在水产养殖业中大量使用的有隐球菌属、酿酒酵母、面包酵母、假丝酵母和脂肪酵母等。

　　7、霉菌

　　霉菌在水产养殖业的应用还未见报道，但在工业废水处理中应用较广泛。屠娟等人1995年用黑霉菌吸收工业废水中的重金属获得成功，发现其对铅、铜等离子具有较好的吸附力。翟素军等人1999年用白地霉菌处理有机酸含糖废水时发现，其对COD、糖成分有较好去除作用。

　　8、乳酸菌

　　乳酸菌是一种厌氧或嫌气菌，是能在PH3.0—4.5条件下生长的无芽孢革兰氏阴性菌。他们通过降解碳水化合物生成乳酸和其他有机酸，使动物肠道内的PH值下降，从而抑制其他微生物的生长和繁殖，并对动物的免疫和抗病能力产生一定影响。乳酸菌合成的B族维生素和短链脂肪酸能中和动物体内的有毒物质的毒性，如抑制胺的合成等。乳酸菌是益生菌中应用最早和最广泛的微生物，是食品发酵工程中应用的主要微生物。其主要种类有乳酸杆菌、链球菌、嗜柠檬酸串球菌等。

　　（二）复合微生物制剂

　　复合微生物制剂是一类多菌种的微生物制剂。在光合细菌研究开发的基础上，随着研究的深入，又开发出许多优于光合细菌的产品应用于水产养殖业。

　　1、益生素

　　益生素是一种能全面改善水质的微生物制剂。其主要成分有芽孢杆菌、枯草杆菌、硫化细菌、硝化细菌、反硝化细菌等多种微生物。他能分解水中和池底的有机物，降解氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等，改善池底的厌氧环境，抑制养殖水体中藻类的过量繁殖，保持养殖微生态的平衡。

　　益生素除含有大量的光合细菌外，还含有大量的非光合细菌。其除具有光合细菌的功效外，还利用非光合细菌如硫化菌、硝化菌、反硝化菌等将水体中有毒的亚硝酸盐转化为无毒的硝酸盐；反硝化细菌还利用池底的有机物为碳源，使池中的有机物转化为无毒的挥发性气体释放于大气中，减少池中的有机物和硝酸盐，防止水质的剧烈变化，减轻对养殖动物的影响。此产品多为粉剂型活性菌，贮存和使用较方便。

　　2、EM菌

　　EM菌为一类有效微生物菌群，是日本琉球大学研制出的一种新型复合微生物活菌剂。其主要成分有光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌及发酵性丝状真菌等16属80多个菌种。光合细菌可与EM菌中的其他菌起到协同作用。EM菌外喷涂于全熟化的颗粒饲料上，被水产养殖动物摄食后，能有效地降低有害物质的产生。

　　3、海肥菌

　　肥海菌是一种复合活菌肥，是针对海水养殖池塘的特点，将有机肥通过接种有益菌株后培养、发酵制得的产品，主要菌群为光合细菌、芽孢杆菌，并复配海洋微藻所需的微量元素。海肥菌投放到海水中后，休眠菌能很快复苏和崩解，并以成数倍速度繁殖扩增，很快形成优势种群，迅速分解水体中的有机污染物，消除水体中的氨态氮、亚硝态氮、硫化氢等有毒物质，并将其转化为海洋微藻类的营养源，促进硅藻、绿藻、金藻类等饵料生物的繁殖和生长，抑制有害藻类的繁殖，起到肥水、增氧、净化水质和产生免疫活性物质的作用，并间接地控制致病菌。

　　4、益水宝

　　益水宝（高效芽孢杆菌）是一种复合微生物种群，以枯草芽孢杆菌属的种类为主，含有多个共生菌株。成品为粉剂，菌群处于休眠状态，入水后即复活萌发和迅速繁殖。其作用与肥海菌大体相同。

　　5、生物抗菌肽

　　生物抗菌肽主要是由纳豆菌和乳酸菌复合而成的微生物制剂，他通过与有害菌产生拮抗作用来达到抑菌目的。纳豆菌和乳酸菌在动物肠道内繁殖时，能大量分泌“纤溶酶”和“抗菌肽”，这两种分泌物能抑制动物肠道内的大肠杆菌和沙门氏菌；作为水质改良剂使用时，能对水体中的弧菌有较强的杀灭作用。

　　四、微生态制剂对水产养殖动物疾病的防治作用机理

　　水产养殖业所用微生态制剂的作用主要是通过高效调节水质或水体微生态环境而间接地防治水产养殖动物的疾病发生，也有的种类可参与动物体内微生态的调节。主要机理有以下几个方面：

　　（一）参与养殖动物体内的微生态调节

　　微生态制剂通过竞争作用调节宿主体内菌群结构，抑制有害生物的生长，减少和预防疾病的发生。微生物制剂进入动物体内后，在动物肠道内产生有益菌群，与致病菌争夺生存和繁殖空间、定居部位及营养素等。具体机理为：

　　1、分泌抑菌物质抑制病原体的增长。乳酸菌通过分泌细菌素、过氧化氢、有机酸（包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等）等物质，使肠道内的PH下降，抑制有害病原微生物生长，所产生的过氧化氢抑制剂能抑制病原体的生长和繁殖，使有益微生物在细菌种间相互竞争中占优势。

　　2、与病原菌争夺营养或附着点，抑制其他微生物的生长。将具有拮抗特性的微生态制剂施入养殖水体中或添加于饲料中，能杀灭或抑制病原微生物，为养殖动物提供良好的生存环境。

　　（二）防止动物体内有毒物质的积累

　　动物机体在受到某些刺激而产生应激反应时，会使肠道内的微生态失调，如需氧菌增加，并使蛋白质分解产生胺、氨等有毒物质，致使动物表现出病理状态。有些益生菌，如乳酸杆菌、链球菌、芽孢杆菌等可以阻止毒性胺和氨的合成。多数好氧菌产生超氧化物歧化酶（SOD），可帮助动物消除氧自由基。有些微生态制剂中的益生菌如芽孢杆菌可在动物肠道内产生氨基氧化酶及分解硫化物的酶类，从而降低血液及粪便中的氨、吲哚等有毒气体的含量。

　　（三）提高动物机体免疫力

　　微生态制剂也是一种很好的饲料添加剂，并能起到机体免疫激活剂的作用，能刺激动物产生干扰素，提高免疫球蛋白浓度和巨噬细胞的活性，通过非特异性免疫调节因子等激发机体免疫力的增强。动物口服益生菌后，调整肠道内菌群构成，使肠道内的微生态平衡加以改善，活化肠粘膜内的相关淋巴组织，使SigA抗体分泌增强，提高免疫识别能力，并诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环而活化全身的免疫系统，从而增强机体免疫力。

　　（四）净化水质，消除污染物

　　由于长期的养殖，养殖水体内会残留有大量的残饵、粪便等有机污染物，并有大量动植物尸体，这些有机污染物在嫌气细菌的作用下会分解产生大量对水产养殖动物有毒有害的气体，如氨气、硫化氢等，进而危害养殖动物的生存和生长。微生态制剂性的水质净化剂在微生物的代谢过程中具有气化、氨化、硝化、反硝化、解磷、硝化及固氮等作用，能将上述物质分解为二氮化碳、硝酸盐、硫酸盐等无毒物质，进而被水体中的微藻类加以利用，起到净化水质的作用；另外，还从两个方面间接起到增加水体溶氧的作用：一是通过降低COD而增加溶氧，二是通过促进藻类繁殖和生长而增加放氧量。目前常用的水质净化剂有光合细菌、枯草杆菌、芽孢杆菌。

　　（五）促进养殖动物生长

　　微生态制剂对水产养殖动物的生长有一定促进作用，其原因是多方面的：一是作为饲料添加剂的微生态制剂，其菌体含有大量的营养物质，如蛋白质、矿物质和维生素等，为养殖动物补充营养。光合细菌的粗蛋白质含量高达65%，富含B族维生素、泛酸、生物素、叶酸、类胡萝卜素、钙、磷和多种微量元素及辅酶Q等。二是一些微生物在发酵或代谢过程中产生促生长类的生理活性物质，产生各种酶类并提高动物体内消化酶的活性等，有助于养殖动物对食物的消化和吸收，促进其生长和发育。

　　五、存在的问题与待研究领域

　　尽管微生态制剂在水产养殖业的应用结果表明其有许多优点，研究和开发工作日益加深，应用范围也日益扩大，但仍存在一些问题和待研究领域，这一点应引起足够的重视。

　　（一）菌种的选择

　　虽然目前有许多商品性的微生态制剂应用于水产养殖业，但大多数是为陆生动物设计的，有的菌株并不适合水产养殖动物的消化和养殖水体的环境，因水产养殖动物为低等动物或冷血动物，其消化道内的微生态系统与陆生动物有很大不同，养殖水体环境也与陆地环境有很大不同，在选择菌种时应引起充分注意，要在研究基础上加以选择和确认。

　　（二）施用技术的明确

　　微生态制剂对养殖水体的生物修复存在一些局限性，养殖水体的水型较为复杂，有海水、内陆盐水、淡水之分，也有按盐型的不同划分的盐酸盐型、碳酸盐型、硫酸盐型、硝酸盐型等水型，而每一种微生物都有其特定的生存适应环境要求，微生态制剂中的特定有益菌只能降解特定类型的化学物质，状态稍有变化的化合物就不可能被同一微生物所降解或破坏，微生态制剂并不能适用于所有养殖水体环境或不能降解所有养殖环境中的有毒有害物质。因此，要在已有的研究基础上，研究测水施用技术。对于不同水型确定不同微生物种的配伍、用法与用量等技术内容，确保使用的有效性。

　　（三）应用对象和环境的限制性问题

　　对于微生态制剂的不同施用对象的毒力变化、施用后对养殖环境的影响、对宿主的有害作用及致病性问题等都要进行深入研究，因为有些菌为有条件致病性，可能无毒或无致病性的分离株在释放入环境或用到宿主后发生变异，从而产生致病能力，这一点往往容易被忽视。

　　（四）种属特异性和环境适应性问题

　　某些特异来源的菌株可能对分离动物或分离地的环境具有更突出的作用，当环境或分离物改变后，其作用也会有所变化。

　　（五）配伍的和谐性问题

　　对于复合微生态制剂而言，相互配合在一起应用的有两个以上或多个菌种，这些菌种并非是各个单独发挥作用，在一定条件下，他们之间也会产生相互影响，如拮抗或抑制作用等，从而失去配合的意义，甚至会产生相反的结果。

　　（六）对水域微生态的影响问题

　　因有的微生物是有条件致病性的，在特定的条件下会产生我们所希望的作用，而在另一种特定条件下会产生相反的作用。而在从事微生态制剂开发应用过程中，大多只是在特定的条件下进行试验，并未对各种水域条件进行试验，从而出现在实际生产应用过程中效果不稳定或出现相反结果的原因所在。

　　六、发展方向

　　有关专家学者指出，对于水产养殖动物而言，药物防治疾病只是暂时性的手段，而且存在着对产品食用安全性等问题；生态防治才是解决问题的要本出路。因此，要加强对微生物群的作用特点和优化养殖水域生态结构的研究，使养殖活动良性循环发展，才能取得更大的经济、社会和生态效益。长期合理地应用微生态制剂必定会使养殖水域形成有益微生物菌群的生态优势，起到促进养殖活动健康发展的良性循环作用。

　　随着分子生物学、代谢工程学和微生物工程技术的发展，在细胞水平研究微生物之间的相互作用已成为可能，这将有利于建立特定微生物物种降解具体污染的资料库，以用于指导具体水产养殖者针对具体养殖水域和水体情况，选择适宜地微生物产品。