芽孢杆菌在水产养殖中的作用机制探索

引言

水产养殖作为全球动物蛋白供给的关键源头，在保障粮食安全和促进经济发展上发挥着关键作用。随着养殖密度逐渐提高和养殖规模不断扩充，养殖环境恶化、病害出现概率上升等问题越发显眼。常规的化学防治方式和抗生素运用，容易引起药物残留和环境污染，还会扰乱养殖的生态平衡，引发如耐药性这类公共卫生问题。探索绿色、安全、高效的养殖技术，已成为水产养殖业可持续发展的急切要求。

芽孢杆菌（Bacillus）是革兰氏阳性、能产生芽孢的兼性厌氧或好氧的一类细菌，大量存在于土壤、水体跟动植物肠道等环境。其特有的芽孢结构赋予了它极强的抗逆性能，可承受高温、高压、干旱及不利的化学环境，便于进行生产、留存和运输事宜。在水产养殖环境中，芽孢杆菌通过多种作用机制，改善养殖环境、抑制病原菌存活、增强养殖动物免疫力并提升饲料利用效率，已成为能替代抗生素的关键益生菌之一。深度探究芽孢杆菌在水产养殖里的作用机制，对提升其应用成效、促进绿色水产养殖技术进步意义重大。

一、水质调控机制

养殖水体中过多的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢以及有机碎屑是引起水质恶化的主要原因，还会影响养殖动物的生长和发育，为病原菌的滋生创造有利环境。典型异养微生物能借助分泌多种胞外酶（蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等）降解水体中的有机污染物，实现水体清洁。

芽孢杆菌可借助水体里的残饵、粪便等有机碎屑作为碳源和氮源，依靠代谢作用将其分解成二氧化碳、水、硝酸盐等无机物质，减少水体中化学需氧量。枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）以及地衣芽孢杆菌（Bacilluslicheniformis）可明显降低养殖水体中总氮、总磷的含量，有效改善水体富营养化的不利情形。芽孢杆菌可利用硝化作用或同化作用对氨氮和亚硝酸盐加以转化：一部分芽孢杆菌（如短小芽孢杆菌，Bacillus pumilus）可分泌氨氧化酶，将氨氮转变成亚硝酸盐，随后进一步转变为硝酸盐；芽孢杆菌自身的生长繁殖需要对氨氮和亚硝酸盐进行吸收利用，进而让水体里有毒含氮化合物浓度下降。芽孢杆菌在代谢的进程中还可消耗水体中的硫化氢，减小其对养殖动物的毒性损害[1]。

二、病原菌抑制机制

芽孢杆菌对水产病原菌的抑制效果是保障养殖动物健康的核心机制之一，主要借助竞争、分泌抗菌物质以及干扰生物膜等途径达成。

竞争作用是芽孢杆菌抑制病原菌的主要途径。芽孢杆菌于养殖水体或养殖动物肠道内拥有较强的定殖能力与繁殖速度，可与病原菌争夺空间生态位及营养物质，进而起到抑制病原菌生长繁殖的效果。在凡纳滨对虾的肠道中，芽孢杆菌可迅速抢占肠道黏膜位点，减少副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）等病原细菌的附着时机。

分泌抗菌物质作为芽孢杆菌直接抑制病原菌的关键机制，不同种属的芽孢杆菌可产生多种抗菌活性物质，诸如细菌素（枯草菌素、杆菌肽）、脂肽类物质（表面活性素、伊枯草素）、挥发性有机化合物与有机酸等。这些物质可通过破坏病原菌细胞膜结构、抑制病原菌核酸合成或干扰其代谢途径等手段发挥抑菌作用。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）所分泌的脂肽类物质，可显著抑制嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）、爱德华氏菌（Edwardsiella）等常见水产病原菌的生长。

芽孢杆菌形成的生物膜同样可增强其抑菌能力。生物膜是芽孢杆菌在生长的过程中分泌胞外多糖、蛋白质等物质，可提升芽孢杆菌自身的环境适应能力，还能依靠物理屏障作用阻止病原菌的扩散，而生物膜内部代谢产物则可进一步抑制病原菌的活性。

三、免疫增强机制

芽孢杆菌可借助调节养殖动物的免疫系统，增进其对病原菌的抵御能力，降低病害出现概率，其增强免疫的作用主要体现为刺激免疫器官成长、提高免疫相关酶活性及促进免疫因子分泌等方面。

就鱼类、甲壳类等水产动物而言，芽孢杆菌可借助内服或往水体中添加等方式刺激其免疫器官（如鱼类的脾脏、肾脏，虾类的肝胰腺、血窦等）发育，增加免疫细胞（如巨噬细胞、淋巴细胞、嗜中性粒细胞）的数量。此外，将枯草芽孢杆菌添加进草鱼饲料中可显著提高其脾脏指数和头肾指数，从而提高免疫器官的功效。

免疫相关酶活性提升是芽孢杆菌增强养殖动物免疫力的关键标志。芽孢杆菌可使养殖动物体内溶菌酶、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、酸性磷酸酶（ACP）以及碱性磷酸酶（AKP）等酶的活性增强。溶菌酶能直接将病原菌细胞壁溶解，SOD 和 CAT 可以将机体代谢产生的活性氧自由基清理，降低氧化引起的伤害，而 ACP 和 AKP 可参与到免疫细胞的吞噬以及消化过程，从而增强机体的非特异性免疫水平。

芽孢杆菌还可促进养殖动物体内细胞因子和免疫球蛋白的合成及分泌，调节特异性免疫活动。实践证明，往凡纳滨对虾的饲料中添加芽孢杆菌，可提高其血清中酚氧化酶（PO）活性和抗菌肽基因表达程度，强化抵御白斑综合征病毒（WSSV）的抵抗力[2]。

四、营养促进机制

芽孢杆菌在促进养殖动物生长、提升饲料利用效率上也能起到关键作用，其营养促进机制主要涉及营养物质供应、消化酶分泌以及对肠道菌群平衡的调节。

芽孢杆菌本身富含蛋白质、氨基酸、维生素及矿物质等营养成分，在代谢的过程中能合成各类生长因子，直接为养殖动物补充营养。芽孢杆菌分泌出多种胞外酶（蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等），可辅助养殖动物消化饲料中的蛋白质、淀粉、纤维素等难分解营养物质，提升饲料中营养成分的利用率。例如，向鲤鱼饲料添加芽孢杆菌，可明显提高其肠道内淀粉酶和蛋白酶的活性，推动蛋白质与碳水化合物的消化吸收。

更显著的是芽孢杆菌可借助调节养殖动物肠道菌群的平衡，进而改善肠道微生态环境。健康的肠道菌群是养殖动物消化吸收及免疫功能正常发挥的根基，芽孢杆菌作为益生菌可以抑制肠道内有害菌（如大肠杆菌、沙门氏菌）的滋生繁衍，促进像乳酸菌这类有益菌的生长，形成稳定的肠道菌群，由此改善肠道对营养物质的吸收效率，降低肠道患病的几率。

结语

芽孢杆菌采用水质调控、病原菌抑制、加强免疫及营养促进等多重作用机制，在水产养殖里起到关键的绿色环保功效，为处理水产养殖面临的环境及病害状况提供了有效途径。其与众不同的抗逆性和代谢特性，使其成为替代抗生素、促进水产养殖业可持续发展的关键益生菌之一。

参考文献

[1]何若天.益生芽孢杆菌在水产养殖中的作用和使用方法[J].科学种养,2011(6):4-5.

[2]雷新雨,陈玉珂,王桂芹,高永生,于梦楠,张宇柔,王嘉婧,张东鸣.芽孢杆菌在水产养殖中的研究进展[J].饲料工业,2021,42(20):46-49.