水产动物药物学系列(38)

微生态制剂

（1）微生态制剂的定义：微生态制剂又称益生菌、益生素、利生菌、活菌制剂，是指在微生态理论指导下采用己知的有益微生物，经培养、复壮、发酵、包埋、干燥等特殊工艺制成的对人和动物有益的生物制剂或活菌制剂，有的还含有它们的代谢产物或（和）添加有益菌的生长促进因子， 具有维持宿主的微生态平衡，调整其微生态失调和提高健康水平的功能。对建立良好的水域微生态环境（包括养殖对象体外和体内微生态环境），进行健康养殖具有重要的作用，在一定程度上可部分或完全替代抗生素。

依据不同标准，微生态制剂可以分为：

①按使用目的分：有生长促进剂、免疫促进剂、治疗剂、水质改良剂等。

 ②按菌种分：有芽孢杆菌制剂、乳酸菌制剂、酵母菌制剂等。

③按菌种组成分：有单一制剂和复合制剂。复合型制剂能适应各种条件和多种宿主，效果最好，是目前的发展趋势。

④按物质组成分：有益生菌、益生元和合生元等。

益生菌：指一类通常分离自动物体内的正常菌群而制成的生物活性制剂，它可以通过动物消化道发挥其生物的竞争性排斥作用，帮助建立有利于宿主的肠道微生物区系，从而预防疾病，促进生长，提高免疫力。

益生元：指低聚糖类物质等一些不被宿主消化吸收却能有选择性地促动物体内双歧杆菌等有益菌的代谢和增殖，从而改善动物健康的有机物质。

合生元：是益生菌和益生元结合的生物制剂，可以同时发挥益生菌和益生元的作用。

⑤按剂型分：有液体剂型、固体剂型、半固体剂型等。

目前用作微生态制剂的微生物主要有：乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、放线菌、光合细菌等几大类。美国使用微生物有40多种，年使用量约为8000吨以上；法国所使用的微生物品种也不低于50种；日本年使用量在1000吨以上。我国对于益生菌的开发利用虽然起步较晚，但起点较高，发展较快，目前年使用量也在1000吨左右。

（2）微生态制剂菌株的筛选及其需具备的条件：微生态制剂菌株的筛选应有科学的方法，须遵从一定的原则。总的来说，筛选标准包括：生物安全性、生产加工过程、给药方法、益生菌在宿主体内的增殖能力。

微生态制剂菌株的筛选应遵从以下步骤：背景资料的采集→益生菌的获取→益生菌和病原菌的竞争能力→益生菌的病原性评价→益生菌对幼体的影响→经济成本和利益分析。

理想的微生态制剂菌株一般应具有如下条件：

①具有良好的安全性：所用的菌种不会使人和动物致病，不与病原微生物在自然条件下产生杂交种。

②应该是宿主某个部位的“土著菌”，最好来自水产动物肠道中或养殖环境中。

③在发酵过程中能产生酸和过氧化氢等物质。

④能合成对大肠杆菌、弧菌、气单胞菌等水产动物致病菌的抑制物而不影响自身活性，感染实验中能提高养殖动物对病原体的抵抗力，促进动物生长。

⑤易于培养，繁殖速度快。

⑥能在养殖水体中存活，有利于降低排泄物及残饵对水质环境的污染。

⑦具有良好的定植能力，在低pH和胆汁中可以存活并能植入肠粘膜。

⑧在整个制备和保存过程中能保持生命活力，经加工后存活率高，混入饲料后稳定性好。

目前使用的微生态制剂菌株种类较多。1989年，美国食品与药品管理局（FDA）和美国饲料控制官员协会公布了可以直接饲喂且一般认为是安全的微生物菌种名单，共42种：有黑曲霉、米曲霉、凝结芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、似淀粉拟杆菌、多毛拟杆菌、栖瘤胃拟杆菌，产琥珀酸拟杆菌、青春双歧杆菌动物双歧杆菌、两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、嗜热双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、短乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌、纤维二糖乳杆菌、弯曲乳杆菌、德氏乳杆菌、发酵乳杆菌、瑞士乳杆菌、乳酸乳杆菌、胚芽乳杆菌、罗氏乳杆菌、肠膜明串珠菌、乳酸片球菌、啤酒片球菌、戊糖片球菌、费氏丙酸杆菌、谢氏丙酸杆菌、酿酒酵母、乳酯链球菌、双醋酸乳链球菌、粪链球菌、中链球菌、乳链球菌、嗜热链球菌等。

1999年我国农业部公布德允许使用的饲料添加剂品种目录中，饲料级微生物添加剂有12种：干酪乳杆菌、植物乳杆菌、粪链球菌、屎链球菌、乳酸片球菌、枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、乳链球菌、啤酒酵母菌、产假丝酵母、沼泽红假单胞菌等。但是，构成用于饲料的主要活体微生物种类较少，主要是乳酸杆菌（以嗜酸乳杆菌为主）、粪链球菌、芽孢杆菌属及酵母。其中，前两种是肠道的常居菌群，而后两种仅偶尔存在于肠道微生物中。

（3） 微生态制剂的作用机理：在动物胃肠道内存在着大量细菌，是数亿年生物进化结果。它们作为一个整体存在彼此之间相互依存，相互制约，构成动物肠道内的微生态系统。健康状态下，动物肠道的微生态区系是完美的平衡体系。一方面起着各种营养生理学的作用，另一方面担负着抑制病菌繁殖，预防疾病的作用。当动物受到饲料变换、疾病或运输等应激作用时，会引起动物胃肠道内微生物菌群的变化。当应激超过其生理范围时，则引起胃肠道内菌群失调，微生态平衡被打破，因而表现出病理状态。微生态制剂是由多种微生物复合而成的制剂，其存在的基础是多种微生物之间的互惠互利关系。益生菌进入畜禽肠道后，在复杂的微生态环境中与正常菌群显现出栖生、偏生、共生、竞争或吞噬等复杂关系，从而对宿主产生营养、免疫、剌激生长及生物拮抗等生物作用，来保持胃肠道微生态环境的平衡，提高动物生产性能，预防疾病的发生，最终取得良好的经济效益。

关于微生态制剂的作用机理有很多，主要有：

 ①微生态平衡：动物体内均存在一种或数种优势种群，形成一种动态的微生态平衡。这种平衡会由于病原侵入、环境因素发生变化等原因而被破坏。如果破坏程度超过了宿主动物的适应能力，就会使动物的免疫力下降，导致营养和生长障碍以及疾病的发生。这时，补给适当的有益微生物，使有益菌在数量和作用强度上占有绝对优势，并占据肠壁上的靶细胞，形成生物保护屏障。这些有益菌群的繁殖和代谢大大地抑制致病菌群的生繁殖，从而保持菌群的正平衡，使微生态环境及时得到修补，让动物回复健康状态。一般认为，动物肠道微生态系中，厌氧菌占99%以上，兼性厌氧菌和需氧菌不到1%，肠道中的优势种群是厌氧菌。很多微生态制剂的主要成分就是优势种群菌株，其作用就在于恢复或补充优势种群，使失调的微生态达到新的平衡。

一些需氧菌微生态制剂特别是好氧芽孢杆菌等进入水生动物胃肠道在生长繁殖过程中消耗肠内游离氧，造成厌氧环境，降低氧化还原电势，促进正常菌群厌氧菌生长繁，从而使失调的菌群平衡恢复到正常状态，提高机体抗病能力，减少疾病发生达到防治疾病的目的。

②防治疾病作用：有的益生菌通过竞争作用调节宿主体内菌群结构，包括竞争黏附位点、对化学物质或可利用能源的争夺以及对铁的争夺。如乳酸杆菌在肠道内迅速生长和肠道上皮细胞黏附受体竞争吸附，并竞争生长环境中的营养成分，从而抑制病原菌生长；荧光假单胞菌抑制病原性鳗弧菌均与它们之间铁离子的竞争有一定关系。有的益生菌在生长过程中产生抑菌物质，例如乳酸菌产生乳酸、乳酸菌素、过氧化氢等拮抗致病性微生物，抑制病原菌在肠道内生长繁殖并杀死各种病原微生物。乳酸杆菌和芽孢杆菌等有益菌对致病菌有生物拮抗作用，是由于产生细菌素和有机酸等物质。细菌素是一种具有抗菌活性的蛋白成分，其作用类似于抗生素。过氧化氢对体内潜在的病原菌有强烈的抑制作用。例如乳酸菌产生乳酸素、过氧化氢等对病原微生物具有抑制作用的物质。嗜酸乳杆菌产生的细菌素能抑制大肠杆菌DNA的合成；芽孢杆菌在代谢过程中产生有机酸、提供能量 和营养时也会降低局部pH抑制有害菌的生长和繁殖。

③生物夺氧及竞争性排斥：多数病原微生物属于需氧菌或兼性厌氧菌，当动物肠道内微生态系统失调、局部氧分子浓度升高时，病原菌易于繁殖。使用微生态制剂可以降低局部氧分子浓度，抑制病原微生物的生长，恢复微生态平衡，从而达到预防和治疗疾病的目的。

④剌激免疫系统提高吞噬细胞活性和抗体水平增强机体免疫力：对虾是低等的无脊椎动物，免疫系统的地位低下，一般认为对虾缺乏抗体介导的免疫反应，不具有抗体和T淋巴细胞等组成的特异防御机能，其免疫力主要来自非特异性防御机能，如甲壳的屏障作用，鳃和血窦的过滤作用，血细胞及其吞噬功能，酚氧化酶激活系统及血淋巴中一些因子的杀菌抗菌作用。而微生物饲料添加剂中的益生菌都是良好的免疫激活剂和非特异性免疫增强剂，能有效地提高巨噬细胞的吞噬活性，增强机体的免疫力，并可改善水产动物血液成分及其流动性，提高其抗逆能力，使水产动物表现出最佳的生长和发育状态，提高鱼虾等水产动物的抗应激能力。还有的益生菌能防止有毒物质积累，从而保护机体不受毒害。促进肠蠕动，维持粘膜结构完整，从而保证了微生态系统中基因流、能量流和物质流的正常。

⑤促生长作用：微生态制剂不仅能提高对病原菌的抵抗力，防治疾病，而且具有促进生长作用。作为饵料添加剂的许多益生菌，其菌体本身含有大量的营养物质，同时随着它们在动物消化道内的繁衍、代谢，可产生动物生长所需的维生素、有机酸、蛋白质等营养物质和未知生长因子。芽孢杆菌在动物肠道内生长繁殖，能产生多种营养物质，如维生素、氨基酸、有机酸等参与机体新陈代谢，为机体提供营养物质。饲料酵母富含动物必需多种维生素和微量元素，已成为鱼虾贝类等人工配合饲料的重要添加剂。仲维仁等在对虾饲料中用酵母替代部分鱼粉养殖对虾，结果表明该饵料使对虾的成活率和产量有所提高，饲料系数有所下降。

有的益生菌还可产生消化酶类，提高消化酶活性，协助动物消化饵料，促进动物对营养物质的消化吸收，提高饵料转化率，促进生长。地衣芽孢杆菌等除具有较强的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶外，还具有果胶酶、葡聚糖酶、纤维素酶等，可裂解植物细胞壁，进而提高饲料的消化吸收率；酵母也可以产生纤维素酶、半纤维素酶和植酸酶等酶类，可提高水产动物对纤维素的利用，促进磷的消化吸收，减少磷对环境的污染，预防和减少虾类软壳病的发生。

⑥改善体内外生态环境：光合细菌具有独特光合作用能力，能直接消耗利用水中有机物、氨态氮，还可利用硫化氢，并可通过反硝化作用除去水中的亚硝态氮，从而改善水质。益生菌进入养殖池后，可以参加水体最基础的物质循环，把有机物降解为硝酸盐、磷酸盐和二氧化碳等，为单细胞藻类生长繁殖提供营养；而单胞藻的光合作用又为有机物的氧化分解、微生物及养殖动物的呼吸提供溶解氧，构成一个良性生态循环。有益菌产生的细菌素、有机酸等物质可抑制肠道内大肠杆菌等腐败细菌的生长，分解病原菌产生的内毒素，减少虾、蟹、鱼肝细胞损害，同时降低脲酶的活性，进而使肠内氨的浓度降低，并减少向外界排泄，改善水体环境污染。