抗菌肽在水产动物中的应用及前景

韩 叶，郑 伟*，闫春梅，李忠强

(吉林省水产科学研究院，吉林 长春 130033)

抗菌肽是存在于生物体内的，具有抗菌活性的碱性多肽，是机体免疫系统的重要组成成分。抗菌肽具有广泛的抑制性，在农业、医学等领域有良好的应用前景。本文综合近年来的研究，概述抗菌肽对水产动物生长性能及免疫能力的影响，展望抗菌肽的应用前景，分析抗菌肽在水产动物应用上存在的问题，为抗菌肽在水产动物中的应用提供技术支撑，也为抗菌肽的深入研究和合理应用提供理论基础。

抗菌肽；水产动物；生长性能

抗菌肽，一种能够抵御外来病菌入侵而迅速产生的小分子多肽类物质，具有杀菌、抗菌作用，是生物体天然免疫防御系统中重要的组成成分。抗菌肽具有高效性，较低浓度的抗菌肽可对细菌、病毒、微生物、寄生虫等产生明显的抵御作用[1-3]。

近年来，抗菌肽因其无残留、无毒副作用的优势，而越来越受到科学家、养殖企业的关注，在农业、畜牧业等领域已得到广泛应用并取得较好成效。有研究结果显示，饲料中添加适量抗菌肽能提高饲料利用率、良好地促进动物生长、有效地增强营养物质吸收[4-5]、提高非特异性免疫力与抗病力[6-7]。抗菌肽在水产养殖领域的应用研究相对较多，在水污染日益严重的今天，残留农药及重金属离子已严重超出水体自净能力，迫切需要开辟一条增强水产动物免疫防御能力、科学防治疾病的有效途径。抗菌肽为小分子多肽，动物对其排斥反应小，降解后无残留，是极具有开发前景的新型抗菌制剂[8]。本文概述了抗菌肽对水产动物生长性能及免疫能力的影响，以期为抗菌肽在水产动物中的深入研究和合理应用提供理论基础。

1 抗菌肽的来源

瑞典科学家G.Boman在惜古比天蚕蛹体内发现了抗菌肽，成为世界上第一个被发现的抗菌肽，命名为天蚕素(Cecropins)[9]。随着对抗菌肽的认识与研究程度的逐步加深，科学家又陆续从许多动物体内提取了与天蚕素类似的抗菌肽，如Lee等[10]从猪小肠分离得到的Cecropin P1。Oren等[11]从豹鳎(Paradachirusmarmoratus)体内分离到第一种鱼类抗菌肽，命名为pardaxin。抗菌肽数据库现已收录抗菌肽种类约有2 600余种，可以分别从动物表皮、组织器官及高等植物或微生物中提取，并能够在多种生物体内表达[12]。现阶段应用于生产中的抗菌肽主要有四种获取方式：1)天然提取法，即从动植物生物个体中直接提取，但天然抗菌肽的来源十分有限；2)化学合成法，即通过连接氨基酸残基合成抗菌肽；3)酶解法，利用水解酶水解本身不具有活性的蛋白，使其成为具有活性的肽链；4)基因工程方法，利用分子生物学手段，通过原核或真核表达系统表达抗菌肽目的基因，该方法也是目前最常用的方法[13-14]。

2 抗菌肽在水产养殖中的应用

随着工农业的迅速发展，全球水污染问题越来越严重。过度追求养殖密度与产量，造成排泄废物与残饵大量聚集，进一步加深水环境污染，各类细菌性、病毒性疾病频发。防治过程中，抗生素类药物的不合理、无节制的使用，严重影响水产动物品质，降低其自身免疫力，同时也会破坏水产动物肠道菌群平衡，导致耐药性菌株的出现，引起病害，给水产养殖行业带来巨大损失。有研究表明，在水产动物基础日粮中添加适量抗菌肽，可以促进动物生长，提高自身免疫力。抗菌肽的应用为水产行业健康养殖带来新的曙光。

2.1 抗菌肽对水产动物生长性能的影响

1)对虾研究方面。陈冰等[15]在对虾基础饲料中添加家蝇抗菌肽，发现其均能显著提高凡纳滨对虾成活率、增重率和特定生长率，最适添加量为2 900 mg/kg；宋理平等[16]和柴仙琦等[17]的研究结果与陈冰等[15]一致，研究均表明添加一定量的抗菌肽可显著提高凡纳滨对虾的相对增重率与成活率，宋理平的研究中最适添加量为10 g/kg[16]，柴仙琦则认为最适添加量为300 mg/kg[17]；覃志彪等[18]的研究结果表明在饲料中添加5 000～8 000 mg/kg天蚕素抗菌肽，不但能提高对虾成活率，还可提高对虾的营养成分。

2)罗非鱼研究方面。黄沧海等[19]在进行抗菌肽与抗生素添加剂的对照研究中发现，添加100～150 mg/kg的抗菌肽组在促进罗非鱼增重方面，极显著高于抗生素组，并在提高罗非鱼的肥满度方面占据优势；姜珊等[20]的研究表明，在吉富罗非鱼饲料中添加5～10 mg/kg对虾抗菌肽，可显著提高罗非鱼增重率；李晓颖等[21]利用含有抗菌肽的发酵豆粕取代传统鱼粉添加入饲料，结果表明罗非鱼饵料系数有所提高，而高浓度的添加会严重抑制罗非鱼的生长发育。

3)鲤鱼研究方面。Zhou等[22]在鲤鱼饲料中添加了昆虫抗菌肽，研究结果表明试验组鲤鱼的饲料转化率明显高于未添加组；林鑫等[23]和贾滔等[24]的研究成果一致，在鲤鱼的饲料中添加100～200 mg/kg抗菌肽，鲤鱼的特定生长率与增重率显著提高，最佳添加水平为150 mg/kg；董晓庆[25]在建鲤基础饲料中添加100～400 mg/kg抗菌肽，发现其特定生长率显著高于对照组，添加400 mg/kg抗菌肽组的增重率显著高于对照组。添加抗菌肽还可改善建鲤肌肉品质，提高蛋白质、DHA含量[26]；刘翠玲[27]在研究中发现，饲料中添加3 g/kg抗菌肽生物制剂可以促进鲤鱼幼鱼的生长与消化，抗菌肽与枯草芽孢杆菌组合而成的复合生物制剂可以使鲤鱼成鱼的生长性能显著提升。

4)其他水产动物研究方面。王四新等[28]通过向草鱼饲料中添加100～150 mg/kg天蚕素抗菌肽，试验结果表明草鱼生长速度与相对增长率有所提高；王自蕊等[29]在湘云鲫饲料中添加150～200 mg/kg天蚕素抗菌肽，得出湘云鲫生长性能明显高于对照组的结论；郑宗林等[30]在红姑娘鱼基础饲料中分别添加100、300、500 mg/kg抗菌肽，发现300 mg/kg组与500 mg/kg组在增重率、饲料效率和蛋白效率都显著高于对照组，最适添加量为300 mg/kg，可显著提高红姑娘鱼的增重率与饲料转化率。

综合上述研究成果，抗菌肽在促进水产动物生长发育方面发挥着重要作用。同时，抗菌肽的最适添加水平存在差异，分析原因可能由于研究所选取的水产动物物种不同，初始体重大小和生活环境也不尽相同；各研究学者使用的抗菌肽来源不同，分别取自昆虫、明虾、鲎、家蝇等不同动物，因而不同种类抗菌肽的抗菌活性也不同。即便来源相同的抗菌肽，其添加量也不相同，分析其原因可能由于抗菌肽在不同物种体内的作用机制与作用途径存在差异，这还有待于深入研究。不难看出，适宜浓度的抗菌肽可促进动物生长发育，提高增重率与饲料利用率，浓度过高反而会抑制水产动物的生长，其原因为适量的抗菌肽能够维持肠道内的生态平衡，促进有益菌、抑制有害菌的生长，如果水产动物持续长时间摄食高浓度抗菌肽则有可能使肠道内有益菌受到了损毁或限制。因此通过试验获取最适添加量是发挥抗菌肽作用的关键所在，切不可随意多加、滥加。

2.2 抗菌肽对水产动物免疫能力的影响

对于高等动物而言，免疫由天然免疫与获得性免疫组成。抗菌肽作为机体的一种免疫效应分子，是机体的重要防线。当机体受到外界刺激时，抗菌肽发挥重要的调节、防御免疫作用[31]。对于无脊椎动物而言，尤其是虾、蟹等无脊椎动物，非特异性免疫是主要的防御手段[32]。鱼类为低等脊椎动物，在动物界中属于无脊椎和脊椎动物的过渡物种，虽其自身可以产生免疫球蛋白作为特异性免疫的主要介质，但免疫专家认为，鱼类还是主要依赖非特异性免疫抵御外界刺激[33]。从目前研究成果来看，抗菌肽具有提升水产动物免疫能力的作用。

1)对虾研究方面。陈冰等[15]、宋理平等[16]和柴仙琦等[17]通过对凡纳滨对虾的基础饲料中添加抗菌肽的研究，得到相同结论，凡纳滨对虾的总抗氧化能力和超氧化物歧化酶活力、碱性磷酸酶活力等免疫指标均显著高于对照组；李林等[34]通过在凡纳滨对虾饲料中添加40 mg/kg家蝇抗菌肽，提升了凡纳滨对虾抗白斑病毒综合能力。

2)罗非鱼研究方面。Chiou等[35]通过基因重组方法获取抗菌肽Chelonianin，注射感染哈氏弧菌的罗非鱼，发现其可改善罗非鱼炎症反应，增强罗非鱼抗病力和非特异性免疫力。姜珊等[20]的研究结果表明，在罗非鱼饲料中添加5～10 mg/kg抗菌肽，可以显著提高抗氧化酶活力，罗非鱼的过氧化氢酶、红细胞总数、超氧化物歧化酶的活性均有明显提高；李晓颖等[21]采用富含20%、40%、60%浓度的乳酸菌发酵豆粕代替传统饲料中的鱼粉饲喂罗非鱼，研究表明20%组罗非鱼血清中的溶菌酶活力呈上升趋势，对血清各免疫指标具有增强和促进作用；翟少伟等[36]通过向吉富罗非鱼饲料中添加50 mg/kg抗菌肽Surfactin，结果表明，其可显著提高吉富罗非鱼免疫球蛋白M水平和补体C3水平、血清白蛋白水平，并提高血清溶菌酶活性，明显改善吉富罗非鱼非特异性免疫力。

3)鲤鱼研究方面。Zhou等[22]在鲤鱼饲料中分别添加了10.0、15.0和30.0 mg/kg昆虫抗菌肽，结果显示15.0 mg/kg试验组和30.0 mg/kg试验组均能够显著增加血清中溶菌酶活力，提高鲤鱼免疫功能；林鑫等[23]在抗菌肽对锦鲤非特异性免疫和抗病力的影响研究中，阐明分别添加225 mg/kg和150 mg/kg的抗菌肽组，其血清抗氧化酶、碱性磷酸酶和总超氧化物歧化酶等免疫相关酶的活力均显著高于对照组和75 mg/kg组，进行攻毒试验后，抗菌肽组的死亡率显著低于对照组，有力地证明了抗菌肽可以提高锦鲤免疫调节能力和抗病力；刘翠玲[27]在抗菌肽对鲤鱼成鱼免疫指标的影响研究中得出结论，添加3 g/kg抗菌肽的复合生态制剂对鲤鱼成鱼免疫指标有最佳改善作用；董晓庆[25]在建鲤免疫功能的影响研究中，阐明抗菌肽可以提高机体的抗氧化能力，促进细胞因子IL-1α、IL-1β、IgM的分泌，增加肝脏组织IGF-I、IL-1β的表达量，从而提高建鲤的免疫功能，建议添加量为200～377 mg/kg。

4)鲫鱼研究方面。何义进等[37]通过在异育银鲫饲料中添加0.2%以上抗菌肽，结果显示鲫鱼血清中超氧化物歧化酶活性提高，有效改善机体免疫能力；王自蕊等[29]的研究表明，向饲料中添加天蚕素抗菌肽，可提高湘云鲫的溶菌酶活性，添加200 mg/kg和250 mg/kg抗菌肽可使血清中超氧化物歧化酶活性显著提高。

5)其他水产动物研究方面。王娟等[38]在河蟹饲料中添加0.4%抗菌肽，研究发现，血清中的谷丙转氨酶、球蛋白及肝脏、肌肉、性腺中的丙二醛(MDA)浓度显著降低，总抗氧化能力提升，对提高河蟹免疫起到积极作用；夏耘等[39]在花鲈基础饲料中添加300 mg/kg抗菌肽，研究结果表明抗菌肽可增强花鲈血清溶菌酶活性，提高机体消除活性氧自由基的能力。

以上研究成果表明，添加适量的抗菌肽可以提高水产动物的抗氧化能力、改善免疫相关指标、提高非特异性免疫力。但抗菌肽对水产动物体内各免疫因子的影响及不同种类抗菌肽的调节和作用机制仍不明确，还有待深入探讨和研究。

3 抗菌肽在水产动物中的应用前景与存在问题

3.1 应用前景

在水产养殖领域，水产动物的细菌、病毒性疾病一直是困扰养殖企业的难题，随着滥用抗生素留下的安全隐患，以及人们对食品安全的日益重视，急需一种可以替代传统抗生素的新型制剂。抗菌肽作为饲料添加剂，在实践生产中表现出良好的优势与效果，对水产动物的生长性能与免疫能力均有所提升，这是因为其可耐受饲料生产过程中的高温，抗菌活性不易被高温破坏。抗菌肽的抗菌过程普遍被认为是通过细胞膜穿孔而达到抗菌作用，因此可有效降低水产动物养殖过程中耐药性菌株的产生。在被动物摄食过程中，抗菌肽不会轻易被胃蛋白酶和胰蛋白酶水解，因此可以完整地被消化道吸收。

同时，抗菌肽可以抵抗多种病原体，并能促进伤口愈合及血管再生[40-42]，既可单独使用抵抗病菌感染，也可与其他药物共同作用，增强抗菌效果。凭借抗菌肽安全、环保、无毒副、无残留的绝对优势，研发并生产预防与治疗水产动物疾病的新型环保药物具有巨大的应用价值。

3.2 存在问题

1)抗菌肽的利用方式少。目前，抗菌肽在水产动物中的研究主要是作为饲料添加剂，通过动物摄食途径发挥免疫防御作用。在水产养殖领域有许多名贵鱼种在卵和仔鱼期易暴发病毒性疾病，如金鳟、虹鳟等名优鱼种，由于病毒侵染造成大量死亡，经济损失惨重。对于鱼卵及破膜鱼苗等不具备摄食能力的仔鱼如何有效利用抗菌肽目前尚未见报道，值得进一步研究。

2)抗菌肽生产成本高。天然抗菌肽含量低，化学合成方法费用高。利用基因工程重组抗菌肽表达量并不理想。基于抗菌肽的物理和化学性质基础上合理改造抗菌肽是当前新的途径，在三种表达系统中(杆状病毒表达系统、原核表达和真核表达)[43]，根据不同种类抗菌肽的特点，选择和优化抗菌肽表达系统至关重要。

3)抗菌肽的抗菌机制尚不明确。抗菌肽种类繁多，抑菌机制也不尽相同，有学者认为是细胞膜损伤机理，即抗菌肽与细菌在细胞膜上的特异性受体结合，改变细胞内外渗透压，内容物外流致细胞死亡；还有学者认为是胞内损伤机理，即抗菌肽穿过细胞膜，在细胞内发挥作用，抑制DNA复制、转录、翻译等过程[44-46]。只有真正清晰认识抗菌肽的结构与功能之间的关系，挑选出适合不同物种的抗菌肽，才能真正发挥其作用。

虽然对抗菌肽的研究还不够完善，但其在水产养殖中的应用，为病害预防开辟了新的途径。在追求绿色健康养殖模式的今天，我们有理由有信心相信，通过不断深入的研究，新型、高效、广谱的抗菌肽一定会为水产养殖带来新的进展和突破。

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