随着水产养殖规模化、集约化及池塘精养技术的发展，池塘中的残饵、排泄物及其他有机污染物也日趋增多，有机污染物分解产生大量的有毒有害物质，如氨氮、亚硝酸盐氮、硫化氢等。这些有毒有害物质在水体中不断累积，不仅影响水产动物的生长、繁殖，严重甚至产生中毒死亡。因此，如何有效地调控养殖水体的水质成为水产养殖业中一个关键的问题，微生态制剂的使用也应运而生。微生态制剂对养殖生物排泄物、残饵的分解、转化、水质因子的调节有重要作用。它的正常与否决定池塘水质的好坏，进而影响养殖水产动物的健康。芽孢杆菌由于其稳定性好、抗逆性强、产酶丰富、存活率高等优点，在水产养殖中应用广泛，其中枯草芽孢是水产养殖应用中应用较多的菌株，市场接受度高。

一、 芽孢杆菌概述

芽孢杆菌(Bacillus)是细菌的一科，能形成休眠体，休眠体由核心、皮层、芽孢衣和孢外壁组成，可在一定条件下变成营养体，进而进行代谢和繁殖。在萌发成营养体之后，能强效地分解碳系、氮系、磷系、硫系污染物，分解蛋白质和复杂多糖，对水溶性有机物分解也有重要作用，同时可以与养殖环境中的有害藻类及水产致病菌竞争，形成优势种群，抑制有害藻类及水产治病菌。目前，可利用的芽孢杆菌有：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、缓慢芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、蜡样芽胞杆菌、坚强芽孢杆菌、丁酸梭菌等。

枯草芽孢杆菌

纳豆芽孢杆菌

地衣芽孢杆菌

凝结芽孢杆菌

巨大芽孢杆菌

丁酸梭菌

二、枯草芽孢杆菌特点

枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是芽孢杆菌属的一种革兰氏阳性菌，无荚膜，周生鞭毛，能运动，可形成内生抗逆芽孢，芽孢椭圆到柱状，位于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大，在琼脂培养基表面形成粗糙不透明、污白色或微黄色的菌落，是一种需氧菌。枯草芽孢杆菌生长速度快，对营养要求比较低，能高效分泌许多蛋白及代谢产物，且其不会产生毒素，是一种无致病性的安全微生物。 

图2 培养皿上的枯草芽孢杆菌

三、枯草芽孢杆菌的功能

3.1、改善肠道菌群结构：益生菌的作用机制之一就是竞争性排斥，即在已建立的微生物区系内防止或减少竞争性细菌的定植，通过与肠道内的有害病原菌争夺附着位点和营养成分，在肠道内达到一定数量成为优势菌，从而抑制病原菌的黏附定植，降低黏膜表面的黏附力和定植可能是抵制病原菌侵入的机制。枯草芽孢杆菌是一种常见的好氧益生菌，在肠道内萌发增殖后会迅速消耗游离氧，造成厌氧环境，促进乳杆菌和双歧杆菌等有益厌氧菌的生长，从而降低肠道pH值，间接抑制其他病原菌的生长繁殖。

3.2、提高肠道消化酶活性：水生动物主要是利用消化道内的消化酶对营养物质进行消化吸收，因而消化酶的活性可以用来衡量消化水平。枯草芽孢杆菌进入动物肠道后萌发成具有新陈代谢作用的营养型细菌，能分泌多种酶类，如蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等，还可以增强动物肠道内的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性。

3.3、发挥免疫活性：鱼类和高等脊椎动物的免疫系统相似，由两部分组成:一部分是先天性或非特异性免疫因素，由屏障结构、吞噬细胞及组织和体液中的抗微生物物质组成;另一部分是后天性或特异性免疫因素，由体液免疫和细胞免疫构成，在消除病原体作用中，占主要地位。鱼类肠道微生态系统中的正常微生物是影响先天性免疫的因素，也是抵抗疾病的重要因素。枯草芽孢杆菌能刺激非特异性免疫系统，水产动物饲喂芽孢杆菌制剂能提高吞噬细胞的吞噬功能、刺激机体分泌溶菌酶等抗菌活性物质。溶菌酶是鱼类抵御传染性病原体的不可缺少的工具，同时也是重要的先天免疫杀菌酶。

3.4、净化养殖水体： 枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质以发挥益生作用。其中枯草菌素对蓝藻具有较好的抑制作用；多粘菌素和短杆菌肽是多肽类抗生素，对水产养殖中的弧菌、气单胞菌等有害微生物有很强的抑制作用；制霉菌素则是一种对霉菌具有抑制作用的多烯类抗生素。

图3 枯草芽孢杆菌处理蓝藻效果

四、枯草芽胞杆菌的应用

在水产养殖中，枯草芽孢杆菌一般分为两种用途：一种是作为饲料添加剂，与多数微生物饲料添加剂作用一致，具有促生长、改善肠道菌群组成、免疫调节等功能；另一种是微生物调控剂，用于改善水质，抑制有害微生物的生长繁殖，创造优良的水生生态环境。

枯草芽孢杆菌在水产养殖中的应用

4.1、净化养殖水体，改善养殖环境

由于高密度养殖、饵料残余，以及养殖时间长，池底动物残骸和粪便沉积，导致有机物质增多，水质恶化，氨氮和亚硝酸氮等有害营养盐不断增加，影响养殖动物的健康生长。枯草芽孢杆菌改善水质的作用机理为：该菌能快速定植于水体中，通过位点竞争或营养竞争排斥有害病菌的生长繁殖，形成优势菌群，从而改变水体和底泥的微生物组成和结构；直接分泌细菌素等活性物质抑制或杀死病原菌，以达到改善水质的目的。枯草芽孢杆菌还能通过分泌各种胞外酶和活性物质，快速分解池中有机物，为单细胞藻类生长繁殖提供营养素；同时藻类通过光合作用又能产生溶解氧，供有机物分解以及水中微生物和动物的呼吸消耗，因此形成一个稳定的生态循环，有效改善并维持良好的水生生态环境。

图4 池塘使用枯草芽孢的前后对比图

4.2、促进消化吸收，提高生长性能

枯草芽孢杆菌具有极强的分泌功能，能够产生多种胞外酶，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等活性物质，在动物肠道酸性条件下具有很好的稳定性，能够协助机体消化营养物质，促进饲料中营养素的降解，提高饲料利用率(表1)。其菌体自身具有很高的营养价值，富有不饱和脂肪酸、细菌多糖及各种辅酶，具有调节鱼体微生态平衡的作用。同时还能够合成VB、VC、VE、VK等维生素及氨基酸等营养物质，参与新陈代谢，可促进机体对蛋白质、铁、钙等的消化吸收，从而加快生长速度。

表1：目前可参考的水产养殖动物对饲料中枯草芽孢杆菌的适宜需求量研究的研究结果

4.3、改善肠道菌落数目及组成

水产动物肠道不仅是消化器官，同时也是防御外界病原菌(由食物带入)的第一道防线，因此保持肠的完整性对正常营养吸收和机体防御是至关重要的。肠道内有多种细菌菌群共存，相互影响相互作用，维持稳态，机体才能够健康无病。枯草芽孢杆菌是一种常见的好氧益生菌，在肠道内定植后会迅速消耗游离氧，造成厌氧环境，促进有益厌氧菌的生长，从而降低肠道pH，间接抑制了其他病原菌的繁殖。益生菌首先黏附于肠道黏膜表面，通过竞争生存空间、附着位点、营养素等，阻止病原菌的生长繁殖，改善肠道菌群组成，减少肠道内致病问题。

4.4、增强水产养殖动物免疫力和抗病力

鱼类体内本身就有多种免疫因子，如溶菌酶、补体、碱性磷酸酶等，能有效抵御外来病原菌，其活力大小反映了抵御能力的大小，同时也反映出免疫功能的强弱(表2)。枯草芽孢杆菌在动物肠道内竞争性抑制其他有害菌的生存与繁殖，有利于有益菌的生长，肠道菌群结构得到改善与优化，从而间接提高了动物免疫力。另外其细胞壁的主要成分为葡聚糖，能发挥免疫刺激物的作用，有效提高干扰素和巨噬细胞的活性，刺激动物胸腺和脾等免疫器官的生长发育。通过提高免疫球蛋白和抗体水平来刺激免疫，提高T、B淋巴细胞对抗原的反应性，激发细胞免疫和体液免疫，提高群体免疫力。

表2：目前可参考的饲料中枯草芽孢杆菌对水产动物免疫因子的研究成果

五、枯草芽孢的应用展望

枯草芽孢杆菌在水产养殖中的应用十分广泛，但是在生产实践过程中仍存在一些问题: 

①在陆生动物体内使用较多，研究充足，但在水产养殖应用中其分子作用机制仍然是不清楚的。

②水产养殖中使用较多的益生菌并不是从水产动物或生活环境中筛选出来，而是来自某些陆生动物，这就造成枯草芽孢菌株无法定殖或不稳定。

③目前剂型相对单一，多为粉剂，同时缺乏理论指导，无法满足水产养殖的多样化需求。

④由于养殖动物的品种不一、各个生长阶段的营养需求及适应条件不同、水环境因素( pH、溶氧、水温等)的影响以及其自身存在的缺陷等等，对使用剂量与作用时间无法精准的把握，最终导致效果不佳。  

综上所述，微生态制剂的研究还处于初级阶段，仍然存在很多问题有待进一步解决。

①应该加强相关的基础研究，弄清楚枯草芽孢杆菌在水产养殖中的分子作用机理，使得之后的生产实践都有理可依。

②可以研究制剂的生产，优化加工工艺，并且确保制剂能够长期高效保存。

③针对不同品种、规格的养殖动物以及养殖环境，可以确定不同的用量和作用时间，加强高效性和专一性。

④单一依靠某种菌种达到净化水质，且又要求对养殖动物产生有益效应，这一点在实际应用中是很难实现的，因此需要综合利用不同菌种的协同作用，互相影响互相补充，才能达到最佳效果。