中國水產(chǎn)門戶網(wǎng)報道

圖1 細菌硝化和反硝化作用示意圖

                   圖2 水體氮化合物剩余量與時間再生物除污中的關(guān)系。
      在實驗室中，細胞在有氧或無氧條件下，培養(yǎng)在含高濃度的銨離子、硝酸鹽和亞硝酸鹽水平的培養(yǎng)液中兩天 


      水產(chǎn)養(yǎng)殖中，大家對病原體有很高的關(guān)注度。其實，部分細菌性病原體是養(yǎng)殖對象體表和腸道里以及養(yǎng)殖水體和泥土里的正常菌落，但同時也是投機主義者。只要水質(zhì)能保障了養(yǎng)殖對象的健康以及菌落穩(wěn)定，這些“投機主義者”引起疾病的可能性是很低的。一旦養(yǎng)殖環(huán)境改變了，如水體惡化，養(yǎng)殖對象缺乏抵抗力，“投機主義者”就會把握機會，數(shù)量迅速增加，使養(yǎng)殖對象染病。因此，在防控病原的方法里，能保持穩(wěn)定的環(huán)境和水質(zhì)是相當關(guān)鍵的。
　　
　　除了適當?shù)墓芾磉@一先決條件以外，能有效防控病原的方法還有接種疫苗和抗生素的應(yīng)用，然而它們都有弊端。能針對各個養(yǎng)殖品種和病害的疫苗尚未研發(fā)出來，因為疫苗本身是有專一性和針對性的，目前主要針對是自然界中的病毒，在蝦的養(yǎng)殖中應(yīng)用的效果不好。高效的疫苗由各種因素所決定，如免疫狀態(tài)，養(yǎng)殖對象的規(guī)格，疫苗配方，免疫路徑和機制。另一方面，疫苗價格偏高，使用時需要較多的人力資源，還會對養(yǎng)殖對象造成不必要的壓力。
　　
　　過去，抗生素常用于促進生長和防控病害方面，但如此的濫用抗生素不僅提高了大部分細菌性病原的抗性，而且還把抗性帶入環(huán)境中去，最終，抗生素的使用引起廣泛的爭議。
　　
　　目前，還有其他方法可以選擇，它們既能提高養(yǎng)殖對象免疫力，還能控制水質(zhì)和病原體。像使用益生菌，就是其中一種能保持穩(wěn)定的環(huán)境達到防控病原的方法。
　　
　　水質(zhì)管理
　　
　　養(yǎng)殖對象的排泄物如糞便、尿素以及投喂殘渣都會進入到養(yǎng)殖水體中去，隨著這些有機物質(zhì)累積，有毒化合物水平在增加，就會導(dǎo)致水體惡化。因此，需要把過量的有機物質(zhì)和有毒化合物移出養(yǎng)殖體系。某些細菌就能在這一環(huán)節(jié)上大展身手。通常把使用植物或微生物像細菌等來去除水體中的多余成分這一環(huán)節(jié)稱為生物除污。
　　
　　剩余的有機物質(zhì)為“投機主義者們”提供了一個良好的生長環(huán)境，同時也為日后疾病的傳染奠定了基礎(chǔ)。有益的細菌如芽孢桿菌可以礦化有機物質(zhì)，能減輕環(huán)境負擔(dān)。
　　
　　含氮化合物如亞硝酸鹽、硝酸鹽以及來源于分解水體中廢棄物和養(yǎng)殖對象排泄物的銨離子。當這些化合物超過一定量的時候，就會轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸疚镔|(zhì)。銨離子會干擾神經(jīng)元活動，，特別是在缺氧的情況下，如果長時間暴露在高濃度的亞硝酸鹽環(huán)境里，會引起養(yǎng)殖對象窒息。即使是長時間暴露在安全濃度（較低）的硝酸鹽環(huán)境，也會使得養(yǎng)殖對象體重和免疫力下降，從而增加染病的風(fēng)險。
　　
　　為了避免上述情況的發(fā)生，某些益生菌就很自然地被引入到養(yǎng)殖系統(tǒng)中來。這些細菌進行硝化作用或反硝化作用（如圖1和2），因此使得水體中含銨、硝酸鹽和亞硝酸鹽水平較低。細菌的硝化作用是把水體的銨氧化為硝酸鹽；反硝化作用則是把水體中的煙硝酸鹽還原成氮氣。硝酸鹽是兩個反應(yīng)的中間產(chǎn)物。混合使用多種細菌能提高硝化和反硝化的能力，并能有效移除三種有害物質(zhì)。
　　
　　硫化氫等硫化物是養(yǎng)殖中的另一個問題。在缺氧環(huán)境里，底層有機物的分解會產(chǎn)生硫化氫，硫化氫會阻礙養(yǎng)殖對象正常的呼吸作用，嚴重的會導(dǎo)致窒息。如果池底有黑色的淤泥，這就表明了水體有硫化氫的存在，因為硫化氫和鐵離子發(fā)生反應(yīng)形成硫化亞鐵。
　　
　　使用一些益生菌可以有效控制水體中的硫化氫含量，如硫桿菌和副球菌屬，以硫桿菌為例，它能同時去除硝酸鹽和硫化氫，并把有毒硫化物轉(zhuǎn)為無毒硫酸鹽和氮氣。
　　

圖3 群體感應(yīng)淬滅例子。默認生長被抑制的情況下群體感應(yīng)相關(guān)活性（光的產(chǎn)物）有所下降


　　益生菌VS 病原體：群體感應(yīng)系統(tǒng)
　　
　　與病原體對抗到底是益生菌的一個主要特征。一般情況下，通過幾種機制來排除病原體的競爭力，形成對抗：生產(chǎn)抗菌物質(zhì)如細菌素，生產(chǎn)有機酸來降低養(yǎng)殖對象消化系統(tǒng)的pH值進而抑制病原體的體內(nèi)增長，還有與病原體在附著點和營養(yǎng)方面的較量。
　　
　　最近，有一種新方法引入到病原對抗中來：干擾群體感應(yīng)，是破壞病原體細胞間通訊機制。
　　
　　1、菌間通訊
　　
　　群體感應(yīng)（Q.S）是指根據(jù)自身分泌的信號小分子的閾值來感應(yīng)細胞密度而產(chǎn)生細菌群體行為的基因調(diào)控方式。這個機制使得細菌群體協(xié)調(diào)合作，如形成生物膜，毒性和產(chǎn)生抗菌素和酶，這些都只在對抗成功率較高的時候啟動，并增加細胞的代謝負擔(dān)。就毒性而言，高效和及時表達毒性因子是成功感染的保障。
　　
　　不少研究已經(jīng)可以確認了多種細菌的信號調(diào)節(jié)分子。其中最常見的信號分子是革蘭氏陰性細菌使用的酰基高絲氨酸內(nèi)酯（AHL）以及革蘭氏陽性菌使用的一些小分子多肽。不少革蘭氏細菌能產(chǎn)生了一種信號因子AI-2，所以一般把AI-2定義為種間細胞交流的通用信號分子。
　　
　　也有一些細菌像弧菌受雇于一組相關(guān)細菌作為它們的信號分子，所有這些信號分子把信息傳遞到環(huán)境中，包括物種的組成以及環(huán)境中營養(yǎng)和代謝方面的競爭情況。
　　
　　AHL信號分子基本系統(tǒng)由AHL合成酶（Luxi）和檢測AHL的同源轉(zhuǎn)錄因子組成。（如圖3）在綁定AHL后，探針將激活目標基因或使其失效。研究發(fā)現(xiàn)在弧菌中有更多復(fù)雜的多通道系統(tǒng)，在細胞膜的同源受體上,不同的信號分子都能被檢測出來，這是因為每個信號都有一個特定的通道，每個通道的信息都會轉(zhuǎn)化成相同的信號級聯(lián)。
　　
　　2、群體感應(yīng)淬滅
　　
　　當通訊受到干擾的時候，細菌群體不能協(xié)調(diào)合作，破壞了QS調(diào)控功能。最好的情況就是，群體感應(yīng)淬滅使得病原菌毒性下降和易受攻擊。
　　
　　群體感應(yīng)中有幾個過程能成為破壞系統(tǒng)的目標。一是抑制信號分子的合成，使細胞沉默，胞間沒有交流；二是通過合成一些信號分子的結(jié)構(gòu)類似物，與相應(yīng)的蛋白受體結(jié)合，從而阻擋了信息傳遞；三是用酶降解信號分子使其不能與受體蛋白結(jié)合。
　　
　　大自然里的植物、細菌和藻類能產(chǎn)生各種抑制劑。例如，大蒜含有阻斷信息流的化合物，海洋紅藻產(chǎn)生和AHL結(jié)構(gòu)類似的鹵化呋喃酮，從而阻止信息進入到受體。
　　
　　細菌破壞和降解AHL的機制已經(jīng)升級了，一些芽孢桿菌屬能產(chǎn)生水解AHL內(nèi)酯環(huán)的酶。其他種類還有像勞氏菌屬和貪噬菌，能產(chǎn)生作用在AHL酰胺結(jié)合部位的酶。這些益生菌能通過兩種途徑來控制病原體，一是產(chǎn)生抑菌物質(zhì)來抑制生長，二是抑制信息交流來控制病原體。
　　
　　3、淬滅系統(tǒng)
　　
　　過去的數(shù)十年間，研究表明QS信號分子中有過多表達特征的指示菌，像發(fā)光，產(chǎn)生熒光和色素。這些指標菌不僅應(yīng)用于檢測群體感應(yīng)的能力，還應(yīng)用于對細菌感應(yīng)淬滅的研究，這可辨別出益生菌所產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)究竟是抑制了信息交流所還是生長（圖3）。