【课件分享】麦康森院士谈鱼类消化道健康

麦康森：中国工程院院士。现任中国海洋大学水产学院院长、教授、博士生导师，兼任国际鲍鱼协会理事、中国水产动物营养与饲料研究会副理事长、二十一世纪山东省农业发展青年论坛副主席和山东省政协委员等职。长期从事水产动物营养与饲料学的教学、研究与开发工作。先后主持了教育部“优秀教师基金”、“跨世纪人才培养基金”和“国家杰出青年科学基金”、国家“973”、国家“863”、科技攻关等一系列科研项目。被聘为国务院学位委员会学科评议组成员、国家“863”计划海洋生物技术主题专家组成员、国家自然科学基金委员会学科评审专家组成员和 “973”评审专家组成员。

在第三届中部地区水产饲料实用技术论坛上，麦康森院士作了《鱼类消化道健康》的主题报告。现根据麦院士现场讲座特整理如下，以飨战斗在水产行业的广大同仁。

鱼类消化道健康

动物的消化道非常敏感，消化道正常与否，决定了我们的饮食是否正常，而饮食正常，是我们身体健康的一个衡量标准。鱼也是一样，鱼类消化道健康是我们养鱼成功的一个重要方面。对消化道微生物的研究，近期在生物科学研究领域中非常热门。因为宿主与肠道里的微生物是经过长期的相互作用、协作进化从而达到共生、相互利用与支持，最后形成一个复杂的动态的微生物系统，这在宿主的营养、免疫调节等方面都起着非常重要的作用。生命科学非常复杂，我们以前大多研究只关注宿主，而忽略了与宿主存在共生关系的微生物，这是远远不够的。可喜的是，现在，人们已经开始研究宿主及其共生生物、消化道健康与消化道内微生物之间的关系。
比如，人们发现动物的胖瘦与消化道里的微生物有着一定的关系。一对双胞胎的姐妹，两人基因是一样的，但因为生活过程及生活环境的不同，造成两个人消化道内的微生物不同，因此一个胖一个瘦。分别将两个姑娘肠道内的微生物提取后注射到小鼠，果然，注射胖姑娘肠道微生物的小鼠长胖了，而注射瘦姑娘肠道微生物的小鼠则变瘦了。还有猪也一样，猪肉的风味、好吃与否，不仅与猪的品种有关，还与猪生活环境的不同而造成的其肠道内不同微生物之间有着密切的关系。
所以我们研究生命科学、研究生命科学的营养学，已不再象原来想象的那么简单，比如仅局限于研究营养素跟动物生长、体质、胖瘦之间的关系，我们还要研究的另一大块，就是与养殖动物共生的微生物与动物生长、体质、肥瘦之间的关系。

一、前言

（一）、肠道微生物的生态作用
健康的胃肠功能对动物的整体健康至关重要，这个长期以来都是印度医学、中医和其他传统的治疗系统的事实。动物健康取决于摄入的营养物质、消化液（酸和酶）的平衡，以及消化系统中微生物的重要作用。

（二）、鱼类消化系统的多样性
目前，对鱼类以及其他水产养殖动物的健康与消化道微生物关系的研究，相比对人或者老鼠所进行的研究，只是刚刚开始。但研究鱼类以及其他水产养殖动物的健康与消化道微生物之间关系的研究，是未来的一个重要的研究方向。
1、 鱼类有消化道形态的高度多样性；
2、 鱼类与哺乳动物有着截然不同的生存环境、消化道结构和生理功能；
3、 鱼类肠道的研究主要集中在肠道组织结构和功能方面；
4、 直到1970年代，人们还对鱼类肠道微生物的作用甚至是否存在进行争议；
5、 近年来研究表明鱼类肠道微生物在鱼类肠道健康和机体健康中同样发挥着重要作用。

（三）、鱼类消化道的基本功能
1、消化吸收
2、消化代谢的内分泌调节
3、免疫功能
4、水和电解质平衡
因为水生动物生活在水体中，因此相比陆生动物，它的肠道健康有更多的影响因素。

（四）、导致胃肠道非健康状态的原因
主要表现为消化不良。消化道微生物组成紊乱、环境胁迫、消化道寄生虫、消化道的先天性畸形，以及其他相关器官病变，都可能导致消化道的非健康。现在，人类所消耗的水产品越来越依赖人工养殖，并且即将全部依靠人工养殖，我国到2016年人工养殖的水产品占到所有水产品的74%。在人工养殖条件下，因为环境的胁迫、饲料配方、投喂方式等各种因素，都更容易引起养殖动物胃肠道的非健康状态。

二、鱼类肠道微生物的特点

1、微生物的数量
鱼类肠道微生物相比人类，数量要少许多。鱼类每克肠道内容物中可培养的肠道微生物为104~109CFU/克，人类结肠中肠道细菌含量高达1014CFU/克。对鲈鱼肠道菌群的宏基因组分析：96.3%的菌群基因归属于细菌，其中厚壁菌门占15.3%；而宏基因组分析发现人肠道中99%的基因对应为细菌，其中厚壁菌门细菌占45%。
2、鱼类肠道微生物组成与人类不同
人肠道微生物组成（门水平）90%属于拟杆菌门和厚壁菌门，而鱼类如大西洋鲑肠道微生物组成（门水平）主要包括：变形菌门、厚壁菌门、梭杆菌门、放线菌门。
3、易受生活环境影响
环境是鱼类获取微生物的主要方式之一，也是影响其微生物组成的重要因素之一。鱼类肠道微生物组成与其所生活的水体中微生物的组成相近，其中生活在河口的鱼类肠道微生物和淡水鱼肠道微生物组成更为相似。
研究表明同一生长环境的三种不同暖水性鱼类的肠道菌群具有高度的相似性。淡水鱼的肠道微生物主要由气单胞菌目和肠杆菌目组成；海水鱼的肠道微生物中很大一部份为弧菌目
4、受食性的影响显著
不同食性鱼类肠道微生物差异很大：梁子湖中草食性、杂食性、肉食性和滤食性鱼类肠道微生物具有相似的核心菌群组成；但在属水平上有很大差别。
草食性鱼类：与纤维性消化相关的梭菌属、柠檬酸菌属和纤毛菌属占主要地位。表现出与哺乳动物相似性。
肉食性鱼类：醋酸杆菌属和可产蛋白酶的盐单胞菌属占主导地位。表现出和昆虫微生物相似性。
杂食性鱼类肠道微生物与周围环境更有相似性
5、 不同生长阶段肠道微生物组成变化
对不同生长时期的大西洋鲑肠道微生物丰度分析：核心菌群为变形菌门。成鱼和洄游成鱼（海水鱼）期的肠道微生物以无壁菌门、支原体属和发光菌属丰度较高；幼鱼（淡水）则以耶尔森氏鼠疫杆菌属为主要菌群。
6、 鱼类不同部位的微生物组成
鱼类身体的不同部位，即使同一肠道中肠道的不同部位以及肠道内容物和肠道粘液中的微生物也存在差异。
如鱼的皮肤，主要是变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门、蓝藻细菌。
鳃：变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门、蓝藻细菌、子囊菌门、担子菌门。
肠道：变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、浮霉菌门、绿弯菌门、泉古菌门。
肠道内容物：变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门。
大西洋鲑肠道内容物的微生物多样性要显著高于粘液。 

三、饲料的原料变化与鱼类的消化道健康

饲料使用高浓度植物蛋白替代鱼粉，尤其对肉食性海水鱼类，会损伤其肠道组织结构的完整性，诱发肠道炎症，具体表现为造成鱼类非感染性、亚急性肠炎——粪便不成形，导致生长速度下降。
观察饲喂高豆粕饲料后大西洋鲑肠炎的发病过程：1、纤薄的固有层发生组织学变化，体现在少量杯状细胞。2、固有层变厚，杯状细胞、嗜酸性粒细胞增加、3、杯状细胞、嗜酸性粒细胞大量增加，消化道上皮破坏。
试验证实：豆粉饲喂引起鲤消化道炎症，豆粕导致大西洋鲑肠细胞内吞受阻，肠道吸收功能受损。大豆浓缩蛋白仍可造成虹鳟脏器组织学改变：后肠消化细胞变短变窄、肝细胞体积变小。
很多情况下豆粕替代不造成组织学病理状态，但是仍造成：与蛋白合成、肌肉生长相关的基因表达下降，脂转移、脂代谢相关基因下调，免疫应激相关基因上调。
植物蛋白会影响鱼类的消化道健康，对此的研究，我们可以层层展开，如包括植物蛋白的哪些营养学因子会导致消化道的变化：研究证实大豆凝集素可吸附于虹鳟消化道上皮细胞；直接服用大豆凝集素可造成类似的肠炎症状。
但还未观察到棉籽对鱼类的消化道健康有较为显著的影响。

四、食物变化对鱼类肠道微生物组成的影响

水产动物肠道微生物对食物变化高度敏感，食物是影响鱼类肠道微生物菌群结构变化的主要原因之一。不同饵料生物的组成，对鱼类肠道微生物组成产生影响。
1、食物改变，微生物也改变。在虹鳟稚鱼在开口投喂前和投喂后，对不同饲料肠道菌群组成的聚类分析发现：投喂摄食后虹鳟肠道微生物组成与摄食前的肠道微生物组成存在显著差异。
2、饲料脂肪源变化（鱼油的不同），消化道菌群组成也随之改变。
3、消化道菌群组成与饲料中的营养拮抗因子也有一定关系。

五、鱼类肠道微生物组成对消化道形态影响

1、肠道微生物对宿主的影响：益生菌——摄食添加益生菌的饲料后，鱼类肠道微绒毛增高。
益生菌的作用：提高消化酶活力和饲料利用率，改善肠道组织结构，免疫增强作用，增加抗病力。饲米中添加益生菌，有利于鱼类消化道的健康，也有利于鱼类对营养物质的吸收。
2、肠道微生物对宿主的影响：益生菌——饲料中添加益生菌，可有效降低鱼类消化道炎症发应。
从组织学观察，可以非常明显地看到鱼类肠道组织的变化，即益生菌所起的作用。饲料中添加益生菌可以提高成活率：大西洋鲑和虹鳟摄入益生菌后、再在不同时期感染致病菌后，成活率显著提高。

六、鱼类肠道微生物的营养作用

利用无菌斑马鱼进行试验，发现肠道微生物对鱼类肠道上皮细胞发育、营养物质的吸收和代谢，以及先天性免疫等方面都发挥着作用。菌群回植能促进斑马鱼肠道上皮细胞增殖，刺激斑马鱼肠道吸收脂肪。对不同投喂条件下水体、肠道菌群的分析表明，喂食可选择性地使斑马鱼肠道内厚壁菌的数量显著增加。

七、水产动物消化道健康的研究展望

当前对水产动物消化道健康的研究主要存在以下几个问题：
1、水产动物生理结构与哺乳动物差异大，缺乏针对水产动物肠道研究的方法和技术。
2、水产动物种类繁多、生活环境复杂，不同种类的肠道微生物组成及其变化规律差异极大。
3、目前的研究大部分集中在肠道微生物区系的种类组成研究，微生物的功能研究还有待进一步揭示。
4、水产动物肠道微生物在宿主的健康和疾病的发挥的作用还知之甚少。
5、水产动物宿主对肠道微生物的认知和反应的机制几乎空白。
6、缺少无菌水产动物，难以进一步深入机制研究。
水产动物消化道健康的研究未来发展趋势：
1、深入研究明确代表水产动物的肠道微生物种类组成及变化规律。
2、明确水产动物肠道微生物对宿主以及宿主和肠道微生物之间的作用机制。
3、针对水产动物的功能性微生物的筛选、培养和应用。
4、水产动物肠道微生物代谢产物的研究及应用。
5、基于肠道微生物发展促进水产动物健康的新的绿色营养策略。
（周燕侠 整理）


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