海洋鱼类肠道微生物研究进展

摘要  肠道作为机体最重要的消化和免疫器官，其肠道微生物复杂多样、种类繁多，对宿主的生长和健康具有至关重要的作用。对于数量众多的海洋鱼类而言，肠道微生物的研究已经取得了很多进展。综述了国内外海洋鱼类肠道微生物的研究进展，包括海洋鱼类肠道微生物的研究方法、组成、影响因素以及肠道微生物对海洋鱼类的影响机制等，以期为促进海洋鱼类健康、高效、绿色和可持续发展提供一定的指导和帮助。

关键词  肠道微生物；海洋鱼类；研究方法；影响因素；影响机制

中图分类号  S917.1  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0019-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress of Gut Microbiome of Marine Fish

TIAN Cai-juan1，LAI Xiao-fang1，2，HE Yu-ying3 et al

（1.School of Marine Science and Fisheries，Jiangsu Ocean University/Jiangsu Key Laboratory of Marine Living Resources and Environment，Lianyungang，Jiangsu 222005;2.Jiangsu Provincial Platform for Conservation and Utilization of Agricultural Germplasm Resources，Nanjing，Jiangsu 210014;3.Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao，Shandong 266071）

Abstract  As the most important digestive and immune organ of the body，intestinal microbiome is complex and diverse，which plays a crucial role in the growth and health of the host.For the large number of marine fishes，much progress has been made in the study of gut microbiome.This paper reviews the research progress of intestinal microbiome of marine fishes at home and abroad，including the research methods，composition and influencing factors，as well as the influence mechanism of gut microbiome on marine fishes，in order to provide some guidances and help to promote the healthy，efficient，green and sustainable development of marine fishes.

Key words  Gut microbiome;Marine fish;Research methods;Influencing factors;Influencing mechanism

基金项目  连云港市科技局政策引导类计划项目（GH2203）；连云港市521科研项目（LYG06521202128）。

作者简介  田彩娟（1999—），女，甘肃定西人，硕士研究生，研究方向：水产动物增养殖与种质创新。*通信作者，教授，博士，研究生导师，从事海洋甲壳类种质资源研究。

收稿日期  2023-03-15

随着海水经济鱼类的养殖向集约化方向发展，高密度养殖下疾病频发，防治疾病越来越成为海洋经济鱼类养殖业的一种挑战［1］。肠道不仅是动物消化吸收的重要场所，也是最大的免疫器官。在肠道中存在着数量庞大的微生物，它们依靠动物的肠道生活，同时也帮助寄主完成多种生理生化功能［2-3］。因此，研究鱼类肠道微生物，对于促进鱼类健康具有重要的意义。海洋鱼类作为我国海洋渔业资源的重要经济组成部分，在捕捞业受到各种限制而导致产量无法大规模提高的情况下，经济鱼类的养殖业迎来了大发展时期，这对于促进海洋渔业资源良性循环和可持续利用具有关键性意义［4］。该研究从海洋鱼类肠道微生物的研究方法、组成和主要影响因素出发，重点分析肠道微生物对海洋鱼类生长发育和免疫调节的影响，提出了进一步推动海洋鱼类高产高效发展的措施。

1  海洋鱼类肠道微生物的研究方法

1.1  纯培养技术

早期研究海洋鱼类肠道微生物主要集中在传统培养方法上，人们利用纯培养技术，模拟肠道内厌氧环境，对肠道微生物进行定性定量分离鉴定［5］。分离一种或几种肠道微生物的纯培养物，有利于研究基因表达和代谢情况，了解微生物之间的相互作用。1992年，国内首次报道采用Hungate厌氧培养技术分离纯化光合细菌，该方法快速简便［6］。

王成强等［7］从珍珠龙胆石斑鱼［♀褐点石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus）×♂鞍带石斑鱼（E.lanceolatus）］肠道中分离纯化获得4株枯草芽孢杆菌。1996年，张东驰等［8］从海洋鱼类中筛选出二十碳五烯酸（EPA）的细菌，但未能够鉴定出具体菌属。肠道内的微生物种类繁多，需要严格的厌氧条件具有一定的局限性，不能提高纯培养的精确性。

1.2  分子生物学技术

传统培养方法已不能满足人类的需要，分子生物学的迅速发展为肠道菌群检测提供了全新的视角，利用分子技术分离出特定物种，通过基因组测序，分析肠道微生物的多样性和复杂性。分子生物学方法主要包括变性梯度凝胶电泳（DGGE）、温度梯度凝胶电泳（TGGE）、限制性酶切片段长度多态性分析（RFLP）和末端限制性酶切片段长度多态性分析（T-RFLP）。T-RFLP图谱中每一个末端限制性片段为一个OTU（operational taxonomic unit），图谱中显著峰与显著峰总数比值作为OTU丰度，最后进行多样性分析［9］。Zhang等［10］通过变性聚丙烯酰胺凝胶电泳高效地减少单链DNA造成的污染，提高了测序的精确性。与传统培养法相比，分子生物学技术准确性、灵敏度更高，但通过扩增PCR时，容易忽略其中的部分微生物种类，且形成的条带复杂拥挤，造成结果的不准确。

1.3  宏基因组学技术

高通量测序技术（high-throughput sequencing）打破传统的分子生物学研究方法，能够更加准确地研究肠道微生物的多样性及功能，成为宏基因组学中应用最广泛的测序技术。高通量测序技术又称“下一代”测序（next generation sequencing，NGS），已经广泛应用于人类、畜禽动物以及水产动物肠道微生物。常见的测序平台是Illumina Miseq高通量测序平台，通过提取肠道微生物的RNA，进行cDNA文库的构建，测序后进行生物学信息分析，包括物种多样性分析，注释、功能表达等［11］。随着高通量测序的发展，16S rRNA逐渐成为研究海洋鱼类肠道微生物的热点方法，能对一个或多个可变区进行测序，反应生物中的进化关系［11-12］。高通量测序能够获得样本所有的核酸信息，检测其中的优势菌群，稀有菌群或未知菌群［12］。宏基因组学为肠道微生物的发展提供了一个新的方向，有利于充分认识微生物之间的遗传、代谢和生理生化。

2  海洋鱼类肠道微生物的组成

海洋鱼类由于受宿主、生长环境、食性等各种因素影响，肠道微生物分布也各不相同。大量研究表明，鱼类肠道微生物主要包括定植在机体内的菌群和外源菌群，其中存在一定数量对鱼体生长和免疫具有促进作用的优势菌群，能够维持肠道正常平衡，在一定条件下能够抵制不良环境的影响［13］。

肠道微生物的组成在花鲈（Lateolabrax japonicus）［14-16］、大菱鲆（Scophthalmus maximus Linnaeus）［17］、珍珠龙胆石斑鱼和红鳍笛鲷（Lutjanus erythopterus）［18］、红鳍东方鲀（Takifugu rubripes）［19-20］、大黄鱼（Larimichthys crocea）［21-22］等海洋鱼类中研究最多。大量研究表明，海洋鱼类中最常见的优势菌是弧菌属，占细菌总数的一半以上［23-25］，主要优势菌门是变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）和梭杆菌门（Fusobacteria）。肠道微生物的组成由于受宿主定植在机体的菌群，不同的海洋鱼类肠道菌群有一定的差异。大黄鱼肠道中发现螺旋菌门细菌、浮霉菌门和软壁菌门等优势菌门［26-27］。而青石斑鱼（Epinephelus awoara）肠道优势菌与牙鲆（Paralichthys olivaceus）弧菌、假单胞菌属、枯草芽孢杆菌及拟杆菌属同源性最高［28］。大弹涂鱼［Boleophthalmus pectinirosris （Linnaeus）］肠道中主要细菌为哈夫尼亚菌属、发光杆菌属、气单胞菌属和芽孢杆菌属［29］。野生棘线鲬（Grammoplites scaber）肠道中厚壁菌门和变形菌门占优势菌，属水平上，梭菌属占主要地位［30］。Yu等［31］分析野生和养殖石斑鱼（Epinephelussp）肠道菌群发现，光细菌、阿里弧菌和弧菌为优势属，2种鱼类磷光细菌数量最多，潜在致病菌弧菌占主导地位作用。鱼类肠道不同部位中，肠道菌群分布不一。邢孟欣［17］发现，大菱鲆肠道内容物微生物多样性高于肠道黏膜；而王程程等［21］研究发现，福建三沙湾养殖的大黄鱼（Larimichthys crocea）肠壁微生物显著高于肠道内容物。

3  影响海洋鱼类肠道微生物组成的因素

鱼类分淡水鱼和海水鱼类，淡水鱼可以生活在盐度为3的水中，海水鱼则对盐度有更高的要求，这就影响了海洋鱼类的肠道微生物的群落组成结构。大量研究表明，淡水鱼类的主要优势菌群为气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和拟杆菌门［32］，而海洋鱼类的主要肠道微生物为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门［33］。影响海洋鱼类肠道微生物的因素是多方面的，主要从以下几个方面进行论述。

3.1  生活环境

生活环境包括水体本身和水环境因子。研究表明，不同的生活环境对肠道微生物的组成有差异。鱼类在适应环境的同时，相应的会形成与自己生理变化相适应的群落结构，满足宿主的健康需求。李存玉等［34］研究发现，池塘养殖牙鲆肠道细菌主要是梭杆菌门，而工厂化养殖牙鲆肠道细菌主要是放线菌门。水环境因子对海水鱼肠道微生物的影响是多方面的，主要包括温度、盐度、pH、溶氧、氨氮和亚硝酸盐等［2］。鱼类属于变温脊椎动物，温度主要通过影响体内酶的活性影响鱼类消化、吸收和代谢，进而影响肠道菌群组成。汪倩等［35］研究低温胁迫下不同品系暗纹东方鲀（T.obscurus）肠道微生物差异，发现耐寒性状的品系“中洋1号”肠道丰度显著低于野生型暗纹东方鲀，这可能与低温条件下宿主适应环境而作出的改变有关。Zarkasi等［36］也研究得出，大西洋鲑鱼（Atlantic salmon）肠道微生物多样性随季节的更替而变化。黄姑鱼（Nibea albiflora）是一种广盐类海水鱼，耐受盐度范围是2～50，但高盐组中弧菌数明显增多，益生菌减少，表明高盐环境并不利于黄姑鱼的生长发育［37］。比较大西洋鲑鱼淡水鱼与海水驯化后其消化道中的肠道微生物群，表明海水驯化后的微生物群落更丰富［38］。这是由于鱼类从淡水过渡到海水中，微生物群落受到盐度胁迫的影响，为了调节渗透压平衡而刺激了肠道菌群的多样性。pH通过诱导鱼类氧化应激，降低抗氧化能力，导致肠道组织损伤，改变肠道菌群。pH6.5组中，放线菌门丰度增加，变形菌门和拟杆菌门丰度降低，而在pH9.5中，变形菌门丰度增加，而放线菌门和拟杆菌门丰度降低［39］。研究发现，低氧胁迫下，瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus vachelli）肠道中的梭状芽孢杆菌、乳酸菌等有益菌的多样性降低，致病菌（爱德华氏菌）丰度增加，相关凋亡基因显著上升［40］。王识栋［41］研究氨氮胁迫对大弹涂鱼肠道抗氨毒性，发现肠道中抗氧化因子表达水平降低，而细胞凋亡因子升高。这可能与氨氮胁迫造成的肠道应激引起细胞凋亡，抗氧化酶受到抑制有关。然而亚硝酸盐对海洋鱼类的相关研究大多集中在机体其他组织，对肠道组织的研究甚少。