一、中国对虾养殖的发展趋势和益生菌的应用现状

我们应该更多地了解对虾养殖，以解决对虾养殖过程中的问题，提高对虾养殖产量。

中国作为世界上最大的水产养殖国，其水产养殖量占世界总量的61.7%(印度产量占6.3%，越南和印尼水产养殖量占4.6%，图1)。2014年水产品总量已经达到惊人的6450万吨，比上年增长4.5%，其中养殖水产品总量为4762万吨，占总量的73.8%，同比增长4.9%(图2)。如此快速增长的背后，是近岸海域和沿海滩涂水源环境的极大污染。虾池、鱼塘的日益增多，使得沿海生态资源不断被过度开发利用，进而使得近年来水产养殖尤其是对虾养殖的发病率居高不下，出现了早死综合症、传染性皮下造血坏死、虾肠孢子虫、白粪症等各种闻所未闻的疾病。

为了应对这些疾病，包括抗生素在内的各种杀菌消毒药物被广泛滥用，不仅造成养殖水体药物残留更深层次的污染，也为养虾业的绿色、健康、可持续发展敲响了警钟。如何保证水产养殖废水的循环利用或减少水资源的用量，成为广大水产养殖从业者面临的难题，因此国内外许多研究者对益生菌在水产养殖水环境中的调控做了较多的研究，并取得了良好的应用效果。

“有益菌”的概念最早是由Parker在1974年提出的，它被认为是一种对肠道生物有益的生物或物质。后来经过许多学者的不断修改和补充，2000年，世界卫生组织和联合国粮农组织将其定义为当其使用量达到一定水平时，能对生物体的生理健康产生有益作用的活微生物，并认为它能以一种或多种方式在生物体中发挥有益作用。有益菌已广泛应用于水产养殖生产，在优化水产养殖环境、促进养殖动物生长、提高养殖动物抗病能力等方面取得了显著效果。

目前对虾养殖中常用的有益菌有芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌和硝化细菌，而每种益生菌因其作用特点和机理不同，在水产养殖中发挥的“光”和“热”也不同。2.对虾养殖中四种常见有益菌的种类及生理特性

芽孢杆菌

芽孢杆菌，细菌结构域，枝孢菌，芽孢杆菌纲，芽孢杆菌目，芽孢杆菌属，G，需氧，生长后期能产生内生孢子，是一类具有高活性消化酶系，耐高温，抗逆性强的异养菌群。

图1染色后芽孢杆菌的显微图像。

目前水产养殖中的芽孢杆菌有：种。

功能特点：

1.抗逆性强，在环境不适宜时形成内生孢子，抵抗高温、高压、强酸强碱的外界环境，故适用范围广，使用方法多样，可外用或与物料混合内服，耐唾液、胃酸、胆汁的侵蚀。

2.营养特性，产生多种消化酶，包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和糖化酶等。枯草芽孢杆菌、环状芽孢杆菌等个别芽孢杆菌还能分泌果胶酶和纤维素酶，有助于水生动物对饲料的彻底降解、消化和吸收。

3.只有激活后才能使用。一般市面上的成品中的芽孢杆菌都是休眠状态，需要激活(加红糖，通气)后才能使用。升级后，海联科101可以自行激活和增殖。

4.使用后注意增加氧气。芽孢杆菌多为好氧菌，在繁殖过程中利用和分解池底有机沉积物的过程中需要消耗更多的氧气。一些淤积较深的池塘，池底基本处于亚缺氧状态。第一次使用芽孢杆菌时，池底的氧气被进一步消耗，容易导致养殖生物缺氧浮头。为了避免此类事故的发生，通常建议将芽孢杆菌与一些化学增氧剂一起使用，效果会更好。

作用机制：

1.净水机理：芽孢杆菌在繁殖过程中分泌大量淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶，使鱼虾残留的饵料和排泄物得到及时有效的降解，避免有机物在池底堆积。同时，有机物分解释放的无机盐，如铵盐、磷酸盐等，是藻类生长繁殖的良好营养源，使对虾养殖水体中的氮、磷得以顺利去除，水体自净能力大大提高。

2.抗菌机制：

一、芽孢杆菌属于有益菌，进入虾体内后能在虾的肠道内有效定殖繁殖，形成优势有益菌群，竞争性抑制肠道致病菌的繁殖，提高虾的抵抗力。

其次，芽孢杆菌繁殖过程中可产生一些次生代谢产物如杆菌肽、多粘菌素等，可有效杀灭进入肠道的弧菌等有害病原体。

第三，李卓佳等研究表明，枯草芽孢杆菌经常使用的虾池底泥中的细菌群落结构发生了变化，好氧菌数量大大增加，弧菌和发光菌数量大大减少，虾被病原菌感染的概率降低，虾的成活率和产量显著提高。

3.免疫机制：

与其他脊椎动物不同，对虾没有特异性免疫系统，主要依靠非特异性免疫能力的提高来抵御疾病的入侵。其中，血细胞数量、溶菌酶和酚氧化酶活性是反映对虾免疫能力的重要指标。许多学者发现，在喷洒或混合芽孢杆菌的池塘中，虾的血细胞数量、溶菌酶、青雪酚氧化酶、血清超氧化物歧化酶和血清总抗氧化能力都有不同程度的增加和提高。推测其作用机制可能是细菌本身或其胞内代谢产物的某一成分在提高对虾非特异性免疫系统功能中发挥了重要作用，具体原因仍在研究中。

光合细菌

G-，是地球上最早拥有原始的。

始光能合成体的原核生物，是一类在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称。根据其所含光和色素和电子供体的不同分为产氧光合细菌（蓝细菌、紫细菌）和不产氧光合细菌（紫色细菌和绿色细菌），水产中常用以不产氧紫色细菌为主。
紫色细菌通常含有菌绿素和类胡萝卜素，进行光合作用时以硫、硫化氢及硫酸盐作为电子供体，还原二氧化碳、氨氮等合成菌体物质，包含红螺菌属、红假单胞菌属及红微菌三个菌属。
作用特点：
1.适应性强 水产常用光合细菌基本在有氧和无氧条件下均能生长，尤其适宜于含氧量不足的水体。大多数光合细菌的最适pH值在7-9之间，适宜作用温度15-40℃，最适温度为30℃，在海淡水中均可正常生长。
2.需要良好的光照环境 光合细菌光合作用的完成需要充足光照作为能量来源，一般情况下光合细菌对水体中可见光或光能可见度较高的水体表层（30-50cm），具有较好的水质改良效果，而对水体中光能见度较低的深水池以及水体浑浊的鱼虾池塘，由于光合细菌生长困难，故很难达到预期的改良效果。
3.搭配其他异养细菌使用 由于光合细菌不能利用溶解于水环境中的一些大分子有机物如蛋白质、脂肪及多糖等，这些大分子有机物必须先由其他的微生物（枯草杆菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、硫化菌等）先分解成小分子有机物（例如氨基酸、低级脂肪酸、单糖等）后才能被光合细菌吸收利用，因此在利用光合细菌净化水质时最好配合其他有益菌一起使用效果会更好。
作用机理：
1.高效的除氨氮、降亚盐机制
如图3所示，光合细菌在自身繁殖生长过程中能利用小分子碳水化合物做碳源，以硫化氢、供氢体，利用水环境溶解氮（铵、亚硝盐、亚硝酸盐）等氮源合成有机氮化物，因此可以消耗水中的小分子有机物、铵、硝酸盐、亚硝酸盐、起到水质净化的作用。
2.良好的对虾蛋白质来源
光合细菌自身菌体蛋白含量高达65%，各种氨基酸比例适可，尤其是必需氨基酸含量丰富，可作为优良的虾苗（虾苗蚤状幼体阶段可以直接摄食）开口饵料，对促进虾苗幼体生长、变态及提高成活率有极大的帮助。其次，其含有丰富的B族维生素，尤其是维生素B12、叶酸和维生素的含量是啤酒酵母和小球藻的20-60倍之多。
3.提高对虾机体抗病力
光合细菌初级、次级代谢过程产生多种抗病毒因子(如胰蛋白酶，酵素-胰凝乳蛋白酶)和促生长因子（活性物质辅酶Q等）等生理活性物质，能明显提高对虾抗病能力。
| 乳酸菌 |Lactic acid bacteria
厚壁菌门，芽孢杆菌纲，乳杆菌目，乳杆菌科，乳杆菌属，G+，异养厌氧菌，有长杆状或短杆状及圆形，不形成芽孢，多不会运动，是一类可利用碳水化合物发酵产生大量乳酸的细菌的统称。
乳酸菌的应用历史最早可以追溯到公元前641年的唐朝，相传那时已有文成公主进藏时利用高原牦牛奶酿制“酸奶”治病的佳话。当然，近代有关人类发现并研究乳酸菌的历史则要追溯到19世纪中叶，法国人巴斯德在查找葡萄酒酿造过程中变酸的原因时发现了它。此后，英国的lister，俄国的kem及法国的tissier分别在1857年、1882年和1899年先后发现了乳链球菌、乳杆菌和双歧杆菌，此后有关乳酸发酵制品风靡全球。在人类使用和研究它的过程中，有关它的更多功能和用途被连续不断的挖掘出来，并逐渐引用到了水产养殖尤其是对虾养殖过程中来。
目前，根据乳酸菌的来源对象，大体上可以把乳酸菌分为两大类：一类是动物源乳酸菌，一类是植物源乳酸菌。相比动物源乳酸菌，植物源乳酸菌更加稳定、不易出现动物蛋白排斥反应（过敏反应）、活力也更强、肠道定植能力也更好。
图4 乳酸菌经革兰氏染色后镜检图
作用特点：
1.发酵产酸 乳酸菌是为数不多的可以发酵产生乳酸的一类有益菌，在实践生产中通常还会拿产酸力作为衡量一种乳酸菌生产性能高低的一个重要指标。
乳酸菌发酵按照产物类型可以分为两类：一类是同型发酵，其发酵过程中只产生乳酸（8成以上），常见菌群有链杆菌、链球菌、德氏杆菌、保加利亚杆菌、酪乳杆菌等。具体发酵过程为葡萄糖经双磷酸己糖途径，2次磷酸化得到1-6二磷酸果糖，醛缩酶分解后得到2个三碳化合物，脱氢氧化成为二分子丙酮酸，丙酮酸接受氢离子还原成为乳酸。另一类为异型发酵，这类乳酸菌在发酵过程中除了产生乳酸外，还能生成微量乙酸、琥珀酸、富马酸、丙酮酸等有机酸以及乙醇、二氧化碳等。这类菌群包括有肠膜状明珠菌、短乳杆菌、番茄乳杆菌、甘露乳杆菌等。此类菌群利用葡萄糖途径为葡萄糖经单磷酸己糖途径形成6-磷酸葡萄糖酸，脱羧形成5-磷酸木酮糖，再裂解成为3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸；3-磷酸甘油醛经丙酮酸转化为乳酸，而乙酰磷酸接受氢还原成为乙醇。
2.异养兼性厌氧 利用有机物在不耗氧情况进行厌氧发酵代谢，释放乳酸或其他有机酸，这对于生活在池塘底部的对虾来说绝对是个好消息，所以在使用乳酸菌的时候不必担心用量过大造成养殖生物缺氧的问题出现。
作用机理 ：
1.拮抗其他有害菌 ①形成优势种群抑制其他微生物生长、繁殖。在一个特定的微生态系统中，对整个微生物种群起决定作用取决于哪种微生物能够成为优势种群。②根据以往各个专家学者们的研究发现，乳酸菌能够在对虾的肠道内定植并且形成优势种群。③此外，乳酸菌在代谢过程中还会产生大量的酸性物质、二氧化碳、过氧化氢或者细菌素等物质，可以显著降低对虾消化道内pH值和氧化还原电位，抑制其他有害菌的滋生和繁殖。
2.提供营养物质，促进对虾肠道发育 对虾肠道中定植下来的乳酸菌可以利用饲料物质合成B组维生素和短链脂肪酸，某些必需氨基酸，部分乳酸菌甚至可以提高对虾肠道矿物元素的生物活性，促进对虾肠道上皮细胞的生长和发育，使对虾肠道看起来更加“粗壮”。
3.改善对虾免疫力 由于对虾缺乏像高等动物类似的由免疫球蛋白主导的特异性免疫，但是学者Smith，Roddriguez等发现，对虾的血细胞在对虾非特异性免疫反应中具有决定性的作用，结合已有的相关研究表明，对虾健康状况如何可以采用血细胞总数作为评价指标。中国海洋大学张玲博士（2007）从对虾肠道分离得到的一株乳酸菌，然后通过拌喂饲料投喂对虾一段时间后发现，添加乳酸菌组对虾血细胞数得以显著提升。
| 硝化细菌 | Nitrifying bacteria
在自然界中，N循环是维持生产者、消费者和分解者三者之间良好运转的一个重要有机组成部分。有关这个进程中的关键微生物即硝化细菌则是最早由维诺格拉德于1889年率先分离得到，革兰氏阴性菌，化能无机自养型微生物，多数耗氧，pH适应范围为7.5-9.0，最适pH为8.5。它包括两个共生菌群，分别为氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）与亚硝酸盐氧化细菌（Nitriteoxidizing bacteria,NOB）。
从分类上来说，氨氧化细菌系统发育相对来说比较简单，均属于变形菌纲γ亚纲与β亚纲，其中β亚纲又可以分为两个类群：一为亚硝化单胞菌群（欧洲亚硝化单胞菌、运动亚硝化球菌属），另外一类为亚硝化螺菌群（亚硝化螺旋菌属、亚硝化弧菌属和亚硝化叶菌属）。
再看亚硝酸盐氧化细菌的系统发育情况，其4个属分属4个不同的纲：硝化杆菌属为变形菌门α纲，硝化球菌属则为变形菌门的γ纲，硝化刺菌属则是属于变形菌门δ纲，最后一个硝化螺菌属则是隶属于消化螺菌门。
作用机理：
根据过往诸多科研学者们的研究发现，硝化反应的过程可以分为2步完成：
第一步 氨氧化细菌将氨氮转化为亚硝酸盐氮，具体反应式如下：
NH4++ 1.5 O2 →NO2-  + 2H+ + H20  + 176KJ （氨氧化细菌）
第二步 亚硝酸盐氧化细菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，反应式如下：
NO2-+ 0.5 O2 →NO3-  +  2H+  + 176KJ （亚硝酸盐氧化细菌）
而从酶促反应过程来看，其可以表示为：
作用特点：
1.易受外界环境影响
首先是温度，大多数硝化细菌生长的适宜温度在20-30℃，最适为25℃左右。水温低于10度时硝化细菌的硝化速率显著下降，而当水温高于35℃时，硝化细菌则会由于高温导致的细菌酶系破坏而开始死亡。其次是pH影响，其最适pH范围通常为7-8.5，当低于6或者高于9时，硝化细菌活性显著减弱，而且硝化细菌每氧化1g氨氮则会消耗7.14g总碱度（碳酸钙计），对于一些总碱度较低的水体来说，硝化反应的进程将会受到严重的抑制。再者，由于硝化细菌具有避光性，强光照对于硝化细菌生长有明显的抑制作用，而且光线中的紫外线还会对其造成直接的伤害，尤其以亚硝酸盐氧化细菌最为敏感。
2.代时长，生长慢
硝化细菌作为典型的化能自养型细菌，大多数不利用有机物获得能量，因此生长较为缓慢，无法和利用有机物获得能量而快速生长的异养细菌进行竞争，因此在有机物丰富，异养细菌大量生长的对虾养殖水体中，硝化细菌对无机氮的讲解效率往往受到较大的影响，而根据黄毅等（2013）研究发现，在自然条件下一个单纯有硝化细菌主导的功能系统的建立，淡水中需要14-20天，而在海水养殖系统中则要长达40-80天之久。但是，如果采用人工施加的情况下，这个时间则可以缩短到14天左右，但是对于一些急需利用硝化细菌来处理养殖水体中氨氮、亚盐的养户来说，这个时间还是显得有些长了。
三、对虾养殖常见有益菌作用机理总结
综上所述，我们讨论了芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌及硝化细菌这4种对虾养殖中常用的有益菌其功能特点和作用机理，现将其主要功能机制总结如下：
四、实践生产中使用有益菌制剂的一些注意事项
1、光合细菌、芽孢杆菌、硝化细菌宜在20℃以上的水温条件下使用。
2、光合细菌及使用EM菌时最好在光照充分条件下使用效果更好。
3、水体藻相丰富程度、有机物浓度等也是影响微生物制剂的使用效果，比如水瘦时不宜使用光合细菌，否则更加瘦，同样在水体有机物浓度高时使用光合细菌效果也不好，最好先使用芽孢杆菌制剂降低水体中有机物浓度，后使用光合细菌。
4、光合细菌、芽孢杆菌要求微碱条件，而乳酸、酵母菌喜欢在偏酸环境中生长的更好。
5、一般情况下，室温、干燥保存，光合细菌每天最好光照2小时以上，以保持其活力。
6、硝化细菌生长缓慢，生态占位能力较弱，最好优先使用，在其他有益菌形成优势菌群前先建立硝化功能系统。
7、菌制剂应避免与消毒、杀虫及强氧化剂、分解剂同时使用。
8、根据养殖生物健康情况，调整使用方法，如在养殖动物发病的情况下，应当先使用药品对养殖生物进行先行治疗，待情况稳定后再使用有益菌制剂，避免延误病情治疗时机，造成不必要的经济损失。
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