水試所電子報
益生菌在水產養殖的應用

黃詩涵•黃美瑩•林金榮/水產養殖組
  世界的水產品有40% 來自水產養殖,產值高達美金780億元(FAO, 2007)。在過漁及水產品的需求增加等因素的影響下,水產養殖產品愈來愈重要。而影響水產養殖產量的主要因素為疾病導致的大量損失。當面臨疾病問題時,養殖戶常使用抗生素加以治療,因而可能導致具有抗藥性的菌株出現,該類具有抗藥性的細菌也會危害到人類。研究顯示,來自養殖動物的特定抗藥性的基因能夠以特殊方式進入與人體健康有關的細菌中 ( Witte, 2000)。此過程意味著,來自養殖場的抗藥性細菌有可能將質體轉移到人體有關的細菌,進而造成人類的健康問題,這是目前備受爭議的議題 (Schwarz et al., 2001)。因此基於抗生素的施用及病菌對於養殖戶與人體健康的威脅,必須尋求其他方式以維持養殖生物之健康,而益生菌是一項值得關注的方法。

益生菌的定義
  益生菌(probiotics)的概念最早是由 Metchnikoff (1907, 1908)提出,係將乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)引入人類的腸道中,以抑制其他有害的微生物。Parker (1974)則提及益生菌是一種可調整小腸中微生物平衡的生物; 1989年,Fuller 將益生菌定義為活微生物飼料的添加物,該添加物可以有效改善宿主的腸內微生物平衡,進而對宿主有利。

益生菌的延伸定義
  水產方面之益生菌的使用必須考慮幾項與陸生動物不同的重要因素。一般來說,陸生動物的益生菌需到達腸胃道才能發揮作用,但水中生物的健康與外部環境息息相關,與其共生的微生物會隨著水溫、鹽分及水流等改變(Hansen and Olafsen, 1999; Verschuere et al., 2000),且水中潛在的病原菌經常藉由滲透壓及餵養的過程中產生刺激或入侵。由於這些外在的影響, Verschuere 等(2000) 建議將水中益生菌定義為有利於宿主(共生於宿主或存在四週環境)、能夠改善飼料利用率、提供營養價值、改良外在環境或增加抗病能力的活體微生物。然而有研究顯示,不一定是活菌才有免疫功能(Itami et al., 1998; Smith et al., 2003),細菌的衍生物如:胜聚醣(peptidoglycan)和脂多醣(lipopolysaccharides) ,也具有益生菌的功能。

益生菌的作用機制
  益生菌能在腸道增殖及產生抗菌物質(Gismondo et al., 1999; Mombelli and Gismondo, 2000),且多重及多樣性的益生菌更能保護腸內其他共生菌不受病原菌的侵襲(Timmerman et al., 2004)。而目前常用於水產養殖的益生菌,其主要功能包含下列幾項:

1. 增加營養及改進飼料消化性
  魚介類腸道中具有會產生消化酵素的特定微生物,可以加強飼料的消化與吸收,也可能為腸道中維生素及必須胺基酸的來源,此功能是益生菌可能扮演的角色之一(Dall and Moriarty, 1983)。某些細菌可以在牡蠣的消化腺體中產生胞外酵素,如:蛋白、脂解,促進消化吸收並提供必須的成長因素。

刺激性或細胞性免疫
  有些益生菌可刺激水產生物的非專一性抵抗力(nonspecific resistance),如:虹鱒口服 Clostridium butyricum 可以提高對弧菌的抵抗力及增加吞噬細胞的活性(Sakai et al., 1995);桿菌(Bacillus sp.)可激活草蝦的免疫系統(Rengpipat et al.,2000)等。

競爭性排斥
  一般動物的腸道內,益生菌與病原菌彼此會相互抗衡,競爭腸道上面的接觸部位,會產生抗生素或酸性物質的細菌,能有效抑制病菌,提升其與病菌競爭接觸部位的能力,這是益生菌很重要的特性之一(Yan et al., 2002)。又,有些益生菌效益係來自與病菌競爭能量來源與營養物質。許多海洋細菌的生存受限於鐵的競爭能力,大部分細菌生長需要鐵,但鐵侷限在生物的組織及體液中,且大多為 Fe3+ 型態,鐵結合劑(siderophores) 使得微生物能夠獲得足夠的鐵而得以生存。會產生 siderophores 的益生菌在有限鐵的環境下會將鐵奪走,使得病原菌無法生存(Verschuere et al., 2000)。Gam等 (1999)發現 Pseudomonas fluorescens 在有限鐵的培養狀況下會抑制 Vibrio anguillarum 之生長,然而在鐵含量較多的培養條件下卻無抑制作用。

改善水質
  桿菌作為益生菌的主要特點是因為該類菌可影響水中微生物的組成及減少病原菌的數量,又可以改善水質。其原理是革蘭氏陽性菌可以有效的將有機物轉化為二氧化碳,而在高濃度的革蘭氏陽性菌下,更可將有機碳的顆粒數降到最低。

5. 抗病毒作用
  目前對於益生菌的抗病毒作用機制尚不清楚,但許多研究顯示益生菌所產生的物質或其萃取物可造成病毒的鈍化。據報導,在鮭魚卵巢分離出的 Pseudomonas sp.、Vibrio sp.、Aeromonas sp.Corynebacterium sp. 具有抗病毒作用,並能降低50% 的傳染性造血組織壞死病毒(infectious hematopoietic necrosis virus, IHNV)的致病率。

結論
  益生菌在水產養殖上應用的特性包括:增加營養及改進飼料消化性、提升刺激或細胞性免疫、與病原菌競爭進而排斥病菌、改善水質及抵抗病毒等。在水產養殖上使用益生菌可以(1)改善養殖環境;(2)減少抗生素的濫用;(3)降低養殖生物疾病之發生;(4)增加抗病能力及(5)減低死亡率。但是目前大部分的益生菌其作用機制尚不明確,因此挑選益生菌時,必需確定對宿主無害。

參考文獻
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