文献信息
英文题名
Interesting Probiotic Bacteria Other Than the More Widely Used Lactic Acid Bacteria and Bacilli in Finfish
作者
Einar Ringø, Xuemei Li, Hien van Doan, Koushik Ghosh
期刊 / 年份
Frontiers in Marine Science 2022
DOI
10.3389/fmars.2022.848037
卷期 / 页码
9: 848037
单位
挪威特罗姆瑟大学渔业科学学院（UiT The Arctic University of Norway）；中国农业科学院长江水产研究所（农业农村部长江中上游渔业资源环境重点野外科学观测试验站/淡水生物多样性保护重点实验室）；泰国清迈大学农业学院动物与水产科学系；印度伯德万大学动物学系水产实验室
一句话概括：综述21属非乳酸菌、非芽孢杆菌益生菌在鱼类养殖中的应用证据，按革兰阴性与革兰阳性分列两表，汇总各菌株的分离来源、剂量与时长、受试鱼种及生长/肠道/免疫/抗病效应，并讨论给药方式、作用机理与后续研究建议。
一图不看也要知道的几件事
- 综述覆盖非乳酸菌（LAB）、非芽孢杆菌（bacilli）益生菌，重点讨论 Aeromonas、Aliivibrio、Alteromonas、Arthrobacter、Bifidobacterium、Brochothrix、Clostridium、Enterovibrio、Kocuria、Microbacterium、Micrococcus、Paenibacillus、Phaeobacter、Pseudoalteromonas、Pseudomonas、Rhodococcus、Rhodopseudomonas、Rhodosporidium、Roseobacter、Shewanella 与 Vibrio 等属。
- 欧盟自2003年通过Regulation (EC) No. 1831/2003禁止抗生素（除球虫抑制剂或组胺抑制剂外）作为饲料添加剂；瑞典早在1986年即禁止抗菌生长促进剂，抗生素滥用导致耐药菌、残留、免疫抑制与耐药基因转移。
- 第一项水产益生菌研究发表于1986年（Kozasa），此后益生菌被视为该产业的有益工具。
- 给药方式包括：经饲料或水体/浸泡口服、多菌种组合、灭活菌、芽孢、冻干培养物（有时包脂）、包埋（如海藻酸钙珠）、冻干、连续或定时投喂、与益生元或植物产品共投喂、按宿主特异性或商用益生菌选择等。
- 作用机理包括：竞争性黏附上皮受体以阻止病原附着（竞争排斥）、益生菌与病原聚集、营养竞争、增加乳酸合成降低肠道pH、产生特定抗菌物质、减少毒性胺与肠道氨、调节肠道免疫、干扰群体感应、生物修复、增强抗细菌与病毒感染、缓解拥挤应激、抗氧化等。
- 剂量结论：早期建议投喂10⁴–10⁶ cells/mL（按总培养体积计）即可使益生菌在肠道菌群中占优，目前普遍使用10⁷–10⁹ cells/mL；为维持培养水体中的目标浓度可能需追加投喂，频次取决于菌种、鱼体发育阶段、饲料与养殖条件。
- 光合细菌 Rhodopseudomonas palustris 可在四种代谢模式间切换，已从猪粪潴留池、蚯蚓粪便、海洋沿岸沉积物、循环水养殖污泥、池塘水等分离，并用于固定床生物滤器与多项益生研究（Zhou et al., 2010；Wang, 2011；Zhang et al., 2014；Liu et al., 2020）。
- Kocuria SM1 与 Rhodococcus SM2 的投喂在停止后14天由对照饲料替换、28天时消化道内益生菌比例降至消失，作者据此认为二者在肠道无原籍定植，但需进一步分析本土菌群。
- 多菌种（multi-strain）益生菌在水产中通常被认为比单菌株更有效；混合接种可提高肠道菌群多样性。
- 含有光合细菌的多菌/复合应用示例：Rhodopseudomonas 与 Bacillus coagulans、B. subtilis 组合用于罗非鱼；Shewanella putrefaciens Pdp11 与 Bacillus sp. 及棕榈果提取物组合用于金头鲷。
研究背景与要解决的问题
2025年前水产养殖预计在全球鱼类供应中占主导地位，但该产业增长可能因无法预测、避免和控制感染而显著受阻；养殖集约化导致疾病频发并加剧抗生素低效使用。
抗生素在水产中已使用50余年，曾是对抗细菌感染的主要手段（如智利三文鱼产业的集约化伴随大量抗生素使用）。但公众批评与政治争议推动限制使用：瑞典1986年率先禁止抗菌生长促进剂，欧盟2003年禁止抗生素作饲料添加剂。抗生素残留、耐药菌出现、肠道菌群失调、肠道耐药基因库增加等问题，使寻找替代方法成为必需。
疫苗（单价与多价）对鲑科鱼类等的疾病控制有效，但对许多中国、印度的鱼类、贝类及海参类，疫苗尚不可得或短期内难以获得，因此需要替代疗法：植物源制剂、噬菌体疗法、细菌膜囊泡、群体感应干扰、后生元（postbiotics）、副益生菌（paraprobiotics）、益生元/益生菌/合生元等。
益生菌被定义为“摄入足量时对宿主提供健康益处的活微生物”；其概念基于直接饲喂微生物培养物对生长性能、消化过程、免疫系统与动物健康有益。益生菌可通过调节肠道菌群减少病原在仔稚鱼肠道的黏附与定植，可在注射疫苗不现实的发育早期实施。
本综述聚焦LAB与芽孢杆菌之外的益生菌，围绕生长性能、肠道菌群调节、肠道组织学、免疫系统与抗病性展开，并给出各属一般信息及其在鱼类胃肠道的存在情况。
概念与技术边界
益生菌（probiotic）
摄入足量时对宿主有益的活微生物，可经饲料或水体添加，用于改善生长、免疫与抗病。
后生元（postbiotic）
由活菌分泌、或细菌裂解后释放的无细胞代谢产物，具有健康益处但非活菌。
副益生菌（paraprobiotic）
灭活菌体或其细胞壁成分，保留免疫调节等有益作用但无活菌风险。
竞争排斥
益生菌竞争性黏附肠道上皮受体，阻止病原菌附着定植。
群体感应（quorum sensing）与淬灭
细菌通过化学信号分子（如AHLs）互相通讯以调控基因表达；酶解AHLs可干扰病原菌的群体行为从而控制疾病。
SCFA（短链脂肪酸）
肠道微生物发酵产生的短链脂肪酸，既对病原菌有抗菌活性又对水生动物有免疫刺激作用。
TDA（tropodithietic acid）
Phaeobacter产生的一种含硫抗菌化合物，被认为贡献其益生效果。
原籍定植（autochthonous colonization）
益生菌能否在宿主肠道内长期定植；部分菌株停喂后即消失，提示仅为暂时性存在。
体系与方法
| 环节 | 做法与参数 |
|---|---|
| 文献范围与组织 | 综述LAB与芽孢杆菌之外的有益菌在鱼类养殖中的应用，正文按革兰阴性菌与革兰阳性菌分节，逐属介绍其分类特征、在鱼类胃肠道的存在情况与益生应用证据。 |
| 证据汇总方式 | 对已被既往综述（Irianto and Austin, 2002a；Tapia-Paniagua et al., 2012；De et al., 2014；Newaj-Fyzul et al., 2014；Tan et al., 2020；Cámara-Ruiz et al., 2020；Hayatgheib et al., 2020；van Doan et al., 2021）讨论过的研究仅在表格中简要呈现，以避免重复。 |
| 表格构建 | Table 1汇总革兰阴性菌对生长性能、肠道健康、免疫系统与抗病性的影响及部分体外研究，列出菌种、分离来源、剂量与时长、受试鱼种、考察参数与参考文献；Table 2汇总革兰阳性菌的同类信息及一项体外研究。 |
| 给药方式与机理归纳 | 归纳益生菌的给药途径（经饲料/水体、多菌组合、灭活菌、芽孢、冻干、包埋、冻干包脂等）与12类候选作用机理。 |
| 剂量与方向讨论 | 讨论益生菌剂量的确定原则（过量降低效果并增加成本、不足降低效果），并给出剂量区间建议与后续研究方向（副益生菌/后生元、细菌素、群体感应淬灭、抗氧化、水体给药在集约化生产中的验证等）。 |
主要结果（原文图表逐条解读）
图示信息：表格列出菌种（Acinetobacter、Aeromonas、Alcaligenes、Alteromonas、Chromobacterium、Enterobacter、Phaeobacter、Pseudoalteromonas、Pseudomonas、Roseobacter、Shewanella、Aliivibrio、Enterovibrio、Vibrio等）、分离来源、剂量与时长、受试鱼种、考察参数与参考文献；符号↑表示增加、!表示无影响、↓表示降低。
论文结果：Acinetobacter KU011TH（源自大鳍鲶皮肤黏液）以10⁵、10⁷、10⁹ CFU/g投喂30天，提高大鳍鲶（约150 g）生长性能、上调多个免疫相关基因表达并增强对Aeromonas hydrophila的抗性，且未见鳃、皮肤、肠道或肝脏组织病理改变；Aeromonas hydrophila A3-51（10⁷ cells/g、21天）提高虹鳟对A. salmonicida的存活率；Aeromonas media A199经水体（10⁴–10⁵ cells/mL、3周）阻止银鲈（200–300 g）水霉病暴发；Aeromonas sobria GC2（2×10⁸ CFU/g、14天）提高虹鳟溶菌酶、吞噬与呼吸活性以及对多种病原的抗性；Aeromonas veronii A-7（10⁸ CFU/g、28天）提高草鱼非特异免疫参数与对A. hydrophila的抗性并调节肠道菌群；Alcaligenes sp.（10⁸ CFU/g、90天）提高马来西亚鲈形鱼（Malaysian Mahseer，约1.4 g）增重、肠道组织学与短链脂肪酸并调节菌群；Phaeobacter gallaeciensis 提高大西洋鳕仔鱼对Vibrio anguillarum血清型01的存活；Shewanella putrefaciens Pdp11 等提高金头鲷、塞内加尔鳎的生长与免疫；Vibrio iliopiscarius 使大比目鱼仔鱼存活率降至63%，而弱毒V. salmonicida提高至94.4%（对照81%）。
研究意义：革兰阴性益生菌的效果高度依赖菌株、剂量、投喂时长与鱼种；部分菌属（如Aeromonas、Vibrio）虽含致病种，但特定菌株仍可作为益生菌使用，提示菌株水平的安全性评估至关重要。
图示信息：表格列出革兰阳性菌种（Arthrobacter、Bifidobacterium、Brochothrix、Clostridium、Kocuria、Microbacterium、Micrococcus、Paenibacillus、Rhodococcus等）、分离来源、剂量与时长、受试鱼种、考察参数与参考文献。
论文结果：Kocuria SM1（10⁸ cells/g、虹鳟）在多项研究中提高抗病与免疫；Kocuria AP4 提高小丑鱼仔鱼存活；Rhodococcus SM2（约10⁷ CFU/g、14天）提高虹鳟表皮黏液与后肠杯状细胞、增强对V. anguillarum的抗性且未见炎症；Microbacterium sp. ID-3-10 提高大西洋鳕仔鱼在V. anguillarum 02a暴露下的存活；Micrococcus luteus 饲喂虹鳟与尼罗罗非鱼降低A. salmonicida与A. hydrophila攻毒后的死亡率；Paenibacillus polymyxa 提高鲤鱼稚鱼生长、非特异免疫（溶菌酶、呼吸爆发、髓过氧化物酶）与对A. hydrophila的抗性，水体添加在10³与10⁴ CFU/mL时改善水质、存活与免疫；Bifidobacterium animalis PTCC-1631与subsp. lactis PTCC-1736（10⁷ CFU/g）改善虹鳟生长、营养利用、消化率与饲料转化率、血细胞与血清生化并降低皮质醇。
研究意义：革兰阳性候选益生菌同样可改善生长、免疫功能与抗病性；但成对菌株（Kocuria SM1、Rhodococcus SM2）在停喂后不能长期定植，提示应用方式（如连续投喂）对维持效果很重要。
图示信息：该节综述沼泽红假单胞菌（R. palustris）在鱼类养殖与水体中的益生研究。
论文结果：Zhou et al. (2010) 以补充R. palustris GO6的饲料投喂罗非鱼40天，显著提高生长性能、呼吸爆发、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶与髓过氧化物酶活性，而总血清蛋白、白蛋白、球蛋白与血清溶菌酶无影响；该研究中同时设置两种芽孢杆菌，作者结论认为Bacillus coagulans优于G06、二者均优于B. subtilis作水体添加剂。Wang (2011) 60天草鱼研究显示R. palustris提高生长性能与近端肠（PI）、远端肠（DI）淀粉酶活性，但PI与DI的蛋白酶与纤维素酶活性无影响。Zhang et al. (2014) 显示R. palustris显著降低草鱼养殖水体中的氨氮、总无机氮与总氮，并通过改变变形菌门、拟杆菌门与放线菌门的相对丰度调节水体菌群。Liu et al. (2020) 在黄颡鱼（Pelteobagrus vachelli）中发现出水中R. palustris提高蛋白酶、淀粉酶与脂肪酶活性，并通过上调基因表达提高碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、超氧化物歧化酶与过氧化氢酶；同时提高对A. hydrophila的抗性，并通过显著增加双歧杆菌与乳杆菌相对丰度调节肠道菌群。
研究意义：光合细菌R. palustris兼具改善鱼类生长与消化酶、调节水体与肠道菌群、增强抗氧化与抗病等多个维度的作用，且可作用于养殖水体（降低氮）而非仅作用于鱼体，说明水体添加是可行的施用途径。
图示信息：正文分别综述 Roseobacter、Shewanella、Vibrio 等属在鱼类（尤其是海水苗种）中的益生证据。
论文结果：Roseobacter 为海洋种，在海洋硫循环中起作用，具AHL群体感应系统，可在鱼类肠道检出，被认为能拮抗鱼类病原且不伤害鱼体或活饵；Makridis et al. (2005; 2008) 发现金头鲷仔鱼暴露于6×10⁵ Roseobacter/mL时，无菌海水中存活率相近，而过滤海水中存活率更低；Roseobacter与藻类组合可拮抗弧菌，可能适用于仔鱼培育。Shewanella 为兼性厌氧、可利用多种电子受体，是鱼类最常用的革兰阴性益生菌之一，可体外抑制Photobacterium damselae subsp. piscicida、Vibrio harveyi、V. alginolyticus与V. anguillarum；S. putrefaciens Pdp11 以4周投喂金头鲷（14.5 g）显著降低血清IgM水平与过氧化物酶活性，而生长性能不受影响；S. putrefaciens Pdp11 具黏附定植相关蛋白、耐胆盐、抑制肠道病原黏附等特性；S. xiamenensis A-1/A-2（10⁸ CFU/g、28天）提高草鱼呼吸爆发、吞噬与溶菌酶活性并上调免疫相关基因、增强对A. hydrophila抗性。Vibrio 属中含致病种，但也有弱毒株作益生菌，如弱毒V. salmonicida提高大比目鱼仔鱼存活，而V. iliopiscarius降低存活；Vibrio lentus 提高欧洲舌齿鲈仔鱼对V. harveyi的抗性并显著降低皮质醇基线水平。
研究意义：属内不同菌株的益生/致病性差异显著，安全性与作用机理需按菌株逐一验证；对海洋苗种而言，通过饵料生物（如丰年虫）投喂与水体添加均是可行途径。
机制小结
- 竞争性黏附：益生菌占据肠道上皮受体，阻止病原菌附着与定植（竞争排斥）。
- 益生菌与病原菌发生聚集，并被竞争性利用营养，限制病原生长。
- 产乳酸及其他抗菌物质、降低肠道pH，抑制有害菌；部分菌株产生细菌素样活性物质。
- 调节肠道免疫系统、干扰群体感应（如降解AHLs），并增强抗细菌与病毒感染能力。
- 作为生物修复剂改善养殖水体：如R. palustris降低水体氨氮、总无机氮、总氮并调节水体菌群。
- 调节宿主肠道菌群组成：如A. veronii、S. xiamenensis、R. palustris等可改变特定菌门/属的相对丰度，提升有益菌（双歧杆菌、乳杆菌）。
- 缓解拥挤应激与提供抗氧化作用；部分菌株（如Phaeobacter）产TDA等抗菌化合物贡献益生效果。
工程与产业含义
- 剂量需精确确定：过量会因成本上升而降低效果，剂量不足则降低益生菌效能；当前推荐10⁷–10⁹ cells/mL，远高于早期的10⁴–10⁶ cells/mL，且为维持水体浓度可能需追加投喂。
- 投喂方式影响效果：经饲料投喂最常用，但水体添加在多项研究中有效（如Aeromonas media、R. palustris、Rhodococcus sp.），其在集约化生产中的适用性仍需进一步验证。
- 菌株层面筛选不可替代：同一属内可同时存在致病种与益生菌株，应用前需针对具体菌株做安全性、黏附与定植能力评估。
- 多菌种组合通常优于单菌株，可提高肠道菌群多样性，是水产益生菌产品开发的方向。
- 可延伸利用产胞外酶菌株进行复杂饲料原料的生物加工，并开发细菌素、群体感应淬灭酶、SCFA等作为功能性饲料添加剂。
- 副益生菌与后生元在水产中的应用仍处早期，值得进一步研究以规避活菌风险。
适用与不适用场景
✅ 适用场景
- 鱼类（finfish）水产养殖中的益生菌选型、剂量设计与给药方式决策
- 寻找乳酸菌与芽孢杆菌之外替代/补充益生菌的饲料添加剂研发
- 需要调节肠道菌群、增强非特异免疫与抗病性的集约化养殖场景
- 利用光合细菌（如R. palustris）同时改善养殖水体氮素与鱼体健康的场景
⚠️ 不适用 / 需谨慎
- 不能直接照搬为具体菌株的商业使用建议——本文为综述，效果高度依赖菌株、鱼种与剂量
- 含潜在致病菌属（Aeromonas、Vibrio、Pseudomonas等）的应用需先完成菌株安全评估，不宜泛化
- 对虾、贝类、海参等其他类群（本文聚焦finfish，相关结论主要限于鱼类）
- 活菌受限的场景（此时副益生菌/后生元更合适，但其应用尚未成熟）
局限与不确定性
作者未解决 / 需要读者注意的问题
- 本文为综述，未开展新的实验验证；不同研究间的剂量、时长、鱼种、指标与饲养条件异质性强，难以直接横向比较。
- 多属菌株同时存在致病种与益生株，菌株水平的机制与安全性数据仍不充分。
- 肠道定植性证据有限：如Kocuria SM1与Rhodococcus SM2在停喂后从消化道消失，是否原籍定植尚需分析本土菌群才能下结论。
- 水体给药方式虽有多项阳性结果，但在集约化生产条件下是否适用仍待验证。
- 非乳酸菌益生菌的细菌素、群体感应淬灭、抗氧化等机制研究不足，缺乏一致性结论。
数据 · 代码 · 经费 · 利益冲突
此文为综述，正文未见数据可用性声明；出版费用由挪威特罗姆瑟大学（UiT The Arctic University of Norway）出版基金资助；作者贡献分工为ER执笔引言及Acinetobacter、Alcaligenes、Aliivibrio、Arthrobacter、Bifidobacterium、Brochothrix、Chromobacterium、Clostridium、Enterovibrio、Kocuria、Microbacterium、Micrococcus、Paenibacillus、Phaeobacter、Pseudoalteromonas、Rhodococcus、Rhodopseudomonas、Shewanella等节及统稿，XL负责Pseudomonas、Roseobacter、Vibrio与Rhodosporidium，HD负责Aeromonas与Alteromonas，KG负责校对、编辑与修订反馈。正文未见利益冲突声明。