沼泽红假单胞菌的生物学功能及其在水产养殖中的研究进展

摘 要：沼泽红假单胞菌作为一种益生菌，不仅代谢功能强大，而且营养丰富，富含多种氨基酸、维生素、类胡萝卜素和辅酶Q等生物活性物质，具有多种生物功能。一方面，沼泽红假单胞菌可以通过产生相应的代谢酶来降解和同化水体中的氮、磷等化合物，从而净化水质；另一方面，沼泽红假单胞菌通过提供营养物质、提高消化酶活性和增加肠道有益菌丰度，从而促进水产动物生长。此外，沼泽红假单胞菌可以通过提高免疫相关酶活性来增强非特异性免疫、调节信号转导通路来激活特异性免疫和产生抗菌物质或竞争生态位来抑制病原菌生长，从而增强水产动物的抗病性。在水产集约化养殖模式和饲料"禁抗"背景下，沼泽红假单胞菌因具有改善水质、提高动物生长性能和增强免疫力等重要功能，作为水质净化剂和饲料添加剂被广泛应用于水产养殖中。笔者系统总结了沼泽红假单胞菌在水产养殖中的研究进展，并对未来的研究方向进行了展望，以期为沼泽红假单胞菌在水产养殖中的深人研究和应用提供参考。

关键词：沼泽红假单胞菌；水产养殖；水体净化；促生长；免疫增强

    中国是水产养殖大国，近30年来水产养殖产量一直位居世界首位，约占世界养殖总产量的60%以上。据统计，2022年中国水产养殖总产量为6865.91万t，水产饲料总产量为2525.7万t。水产养殖在保障国家食品安全和促进农民增收等方面做出了重要贡献。但随着水产养殖业的不断发展，集约化高密度养殖模式下，大量的饲料投喂导致养殖水体富营养化，其中，氨氮和亚硝酸盐等有害代谢物不仅污染水体，而且严重危害水产动物健康，导致病害频发、药物滥用等问题，给水产养殖绿色可持续发展带来严重挑战。此外，鱼粉作为水产饲料的优质蛋白源，其资源越来越不能满足市场需求，鱼粉短缺成为制约水产养殖发展的瓶颈。在水产绿色健康养殖背景下，亟需开发养殖水体修复技术，寻找新的蛋白替代源和抗生素替代品。

近年来，益生菌已经成为水产养殖业中用来改善水体环境、替代动物蛋白和增强动物免疫力的重要选择。其中，沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)作为益生菌中的代表菌种，被广泛应用于水产养殖中。沼泽红假单胞菌属于红螺菌科(Athiorhodaceae)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)，为革兰阴性、紫色非硫细菌，在pH中性或偏酸，温度25~35C，光照(光照强度1500~3500lx)厌氧条件下生长最佳。沼泽红假单胞菌于1944年由vanNieI最先发现，能够在厌氧或缺氧条件下产生光合作用所需的光合色素，因而呈现深紫色，目前，该菌种已经从各种不同的环境中分离得到，包括水体沉积物、污泥、富营养化池塘等。自2004年以来，世界各地科学家已经对多种沼泽红假单胞菌菌株进行了基因组测序，以沼泽红假单胞菌作为光合细菌模式菌株的研究逐渐增多。

目前，关于沼泽红假单胞菌不同菌株筛选鉴定、净水效果评价、作为饲料添加剂对水产动物应用效果评价等方面的研究报道逐年增多。研究发现，沼泽红假单胞菌不仅营养丰富，而且代谢功能强大，能够改善水质、促进动物生长和抑制病原菌生长，在水产养殖中具有巨大的应用前景。基于此，笔者系统总结了沼泽红假单胞菌的生物学功能以及在水产养殖中的研究进展，并对未来的研究方向进行展望，以期为沼泽红假单胞菌在水产养殖中的深人研究和应用提供参考。

1 沼泽红假单胞菌的生物学功能

沼泽红假单胞菌代谢功能强大，能够以多种营养类型生长，如光能自养型、光能异养型、化能异养型和化能自养型，具有很强的环境修复能力。此外，沼泽红假单胞菌是中国农业农村部允许使用的饲料级微生物，菌体营养丰富，不仅蛋白质含量高，含有鱼类生长所需的各种氨基酸，而且含有Fe、Cu和Zn等金属元素，富含多种生物活性物质，如细菌叶绿素、类胡萝卜素和维生素等(表1)，可以作为饲料添加剂使用。因此，沼泽红假单胞菌不仅能够改善水质、促进动物生长，而且能够提高动物免疫力，在水产养殖领域具有广阔的应用和研究前景。

表1 沼泽红假单胞菌功能营养成分(干物质基础)

1.1 沼泽红假单胞菌氮磷脱除机制

在水产集约化养殖过程中，大量的饲料投喂和排泄物会导致水体透明度降低，氨氮、亚硝酸盐和磷酸盐等含量超标。大量研究表明，沼泽红假单胞菌可以去除养殖水体中的氮磷，明显改善水质。其可能的脱氮除磷作用机制如下：首先，沼泽红假单胞菌作为光合细菌的代表菌种，代谢功能强大，能适应各种环境，在菌体生长繁殖的过程中，会吸收大量的氮、磷等营养元素用于菌体合成，并且沼泽红假单胞菌可以在菌体内形成聚磷酸盐内含物，能够过量吸收水体中的磷酸盐。其次，沼泽红假单胞菌可以依靠NO3－还原酶、NO2－还原酶、NO还原酶和N2O还原酶等一系列还原酶，将硝酸盐(NO3－)中的N通过一系列中间体(NO2－、NO和N2O)和H+还原为氮气(N2)，从而达到净化水质的目的。研究发现，沼泽红假单胞菌中含有氨单加氧酶(amoA)、亚硝酸氧化还原酶(nxrA)、硝酸还原酶(narG)、亚硝酸还原酶(nirS和 nirK)和一氧化二氮还原酶(nosZ)等相关基因，这些基因是降解NH4+、NO3－和NO2－的关键功能基因。最后，沼泽红假单胞菌中含有大量的细菌叶绿素和类胡萝卜素，在无氧和光照条件下，能够利用水体中的残饵和鱼虾排泄物等有机物作为供氢体进行不产氧光合作用，还原CO2并去除水体中的有机物，从而使有机物分解产生的氨氮含量降低，防止水体富营养化。

1. 2 沼泽红假单胞菌促生长机制

沼泽红假单胞菌作为益生菌，常通过拌料或者泼洒应用于水产养殖中，水产动物可以通过摄食饲料或鱼鳃呼吸将菌体摄入体内。研究表明，沼泽红假单胞菌能够促进水产动物生长，其促进生长的可能机制如下：1沼泽红假单胞菌菌体含有动物生长所需的蛋白质、氨基酸、类胡萝卜素、辅酶Q和微量元素等多种营养成分，不仅可以为水产动物提供丰富的营养，而且可以增强鱼类免疫力，改善肠道健康，促进其生长发育。2沼泽红假单胞菌能够黏附在肠道上皮细胞，通过代谢产生的乙酸、丙酸等有机酸，降低肠道pH，促进乳酸菌等有益菌生长，抑制病原菌繁殖，从而改善肠道功能，促进生长发育。3沼泽红假单胞菌作为外源性益生菌，不仅能够产生淀粉酶，而且能够提高水产动物内源性(消化道内)脂肪酶、淀粉酶和蛋白酶等消化酶活力，促进营养物质的消化吸收，提高饲料利用率，促进动物生长。其潜在的作用机制可能是通过调节消化酶基因的转录水平或消化酶活性来促进动物对营养物质的消化，促进生长发育。

1.3 沼泽红假单胞菌抗病机制

在高密度集约化养殖过程中，大量饲料投喂和化学品投入会造成鱼虾应激，肝肠受损，免疫力降低，导致病害频发，甚至患病死亡。研究表明，在养殖过程中投喂沼泽红假单胞菌能够提高鱼虾的抗应激和抗病能力，其抗病机制主要有以下3点：

首先，沼泽红假单胞菌能够提高水产动物碱性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)和溶菌酶(LZM)等免疫相关酶活性，增强非特异性免疫。沼泽红假单胞菌中含有大量的氨基酸、B族维生素、辅酶Q和金属离子等，是多种酶和辅酶的基本成分，能够激活水产动物体内AKP、ACP和LZM免疫相关酶活性，提高抗病性。邵林等研究发现，沼泽红假单胞菌能够提高鲫鱼血浆中AKP和LZM活性，对鲫鱼的免疫机能有一定增强作用。在鲍鱼研究中也发现，配合饲料中添加0.75%的沼泽红假单胞菌可最大程度提高幼鲍血清AKP、LZM、ACP和酚氧化酶(PO)活性，增强其非特异性免疫功能。

其次，沼泽红假单胞菌可以通过调节信号转导通路来激活特异性免疫应答。研究发现，沼泽红假单胞菌通过上调TOR通路中的TOR和4E－BP基因以及NF-κB通路中的NF-κB p65和IκBa基因的表达水平来调控TOR和NF-κB信号通路，促进免疫细胞的分化和免疫相关酶的活性。此外，沼泽红假单胞菌还可以调节TGFβ1－b信号通路基因的表达。研究发现，在鲫鱼养殖水体中添加沼泽红假单胞菌30d后，鲫鱼肌肉、心脏和肝脏中TGFβ1－b基因的表达量显著增加，并且上调肌肉中Smad2、Smad3和Smad7基因以及心脏中HSP30和HSP47基因的表达，降低鲫鱼心脏IL-11基因的表达，增强了鲫鱼的免疫功能。另外，沼泽红假单胞菌还可以作为刺激信号或激活因子诱导、刺激AKP、ACP、SOD和CAT等基因的表达。

最后，沼泽红假单胞菌可以通过产生抗菌物质或者竞争生态位，抑制病原菌生长，改善水产动物健康。一方面，沼泽红假单胞菌可以产生具有抑菌活性的细菌素并分泌到细胞外，对温和气单胞菌、嗜水气单胞菌、溶藻弧菌、恶臭假单胞菌、副溶血弧菌和伤寒沙门氏菌等水产养殖病原菌均有抑制作用。沼泽红假单胞菌的胞内外代谢产物对小肠耶尔森氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也有明显抑制作用。沼泽红假单胞菌可以产生胞外多糖RPEPS-30，增强巨噬细胞的吞噬能力，还可以刺激宿主的免疫反应，促进罗伊氏乳杆菌、多形拟杆菌和嗜黏蛋白阿克曼氏菌等肠道有益微生物的生长。另一方面，沼泽红假单胞菌可以黏附和定植于水产动物的消化道，竞争关键的结合位点和营养物质，成为肠道菌群中的优势菌，抑制其他病原菌的生长，增强对不良环境的抵抗。在对虾研究中发现，沼泽红假单胞菌能够抑制副溶血弧菌TW01和坎贝尔弧菌LMG21363的生长。

2 沼泽红假单胞菌在水产养殖中的应用研究

沼泽红假单胞菌具有强大的代谢功能，含有丰富的营养物质，不仅可以作为水质净化剂改善养殖环境，而且可以作为生物饵料直接投到水体中，还可以作为饲料添加剂应用于水产饲料中。目前，沼泽红假单胞菌主要以泼洒、拌料等方式应用在罗非鱼和南美白对虾等水产动物养殖中，或者与植物结合应用，起到净化水体水质、促进水产动物生长和增强抗病性的作用。其部分具体应用研究结果见表2。

表2沼泽红假单胞菌在水产养殖中的应用

2.1 净水剂

沼泽红假单胞菌具有强大的代谢功能，能够降解水体中的氨氮、亚硝酸盐和有机物等，从而降低总氮和COD水平，改善水质，被广泛应用于水产养殖水体净化中。沼泽红假单胞菌作为水质净化剂，不仅使养殖水体中氨氮、亚硝酸盐、COD和总氮水平降低，而且可以显著减少病原菌的数量。研究发现，在340L的小型养殖系统中，每周向系统中添加1X105CFU/mL沼泽红假单胞菌可以显著降低水体中氨氮、亚硝酸盐浓度，改善水质。另外，在循环水养殖系统中利用固定化的沼泽红假单胞菌可以有效去除水体中的氨氮和亚硝酸盐，氨氮去除率为80~95%，亚硝酸盐去除率在80%以上。Xiao等研究表明，利用玻璃浮石作为固定化载体，固定化的沼泽红假单胞菌P1菌株其NH4+-N和NO2－-N的去除率比未固定的沼泽红假单胞菌P1菌株高134.82%和93.68%，这说明将沼泽红假单胞菌菌体通过固定化等技术处理后在水产养殖水处理中具有更大的应用潜力。固定化的沼泽红假单胞菌不仅净水效果比游离细菌提高30%~40%，并且可保护细菌免受浮游生物捕食，延长其在反应器中的存活时间。因此，沼泽红假单胞菌具有较强的水质净化能力。

将沼泽红假单胞菌与其他菌种或植物等复合使用，可显著提高净水效果。研究发现，沼泽红假单胞菌和芽孢杆菌BS1的复合净水剂对水体中氨氮、硫化物和COD均有很好的降解作用。此外，向养殖凡纳滨对虾的池塘中分别使用沼泽红假单胞菌(2.0X103CFU/mL)、植物乳杆菌(5.0X104CFU/mL)、干酪乳杆菌(5.0X104CFU/mL)和酿酒酵母(4.0X103CFU/mL)组成的复合益生菌，均可降低水体pH到合适范围，降低硝酸盐浓度，而且显著提高凡纳滨对虾的存活率。利用沼泽红假单胞菌处理养虾场废水，随着菌体浓度增加，总磷、总氮、COD、氨、硝酸盐和亚硝酸盐的含量均显著下降，而当沼泽红假单胞菌(4.0X106CFU/mL)、空心菜(1.00kg/m2)和鲢鱼(0.75kg/m3)形成复合系统时，能够对养虾场废水进行大规模循环利用。同样，使用沼泽红假单胞菌、水生菠菜和泥鳅3种生物构建的生物修复处理模式可以用来处理太湖富营养化水体。

温度、光照等环境因素对沼泽红假单胞菌的净水能力有较大影响。鲁晏宏等发现，取50pL沼泽红假单胞菌菌液接人50mL亚硝氮培养基中，置于25C培养箱中，处理48和96h后亚硝酸盐的降解率分别达到50%和60%以上，而在15、20和25C培养箱条件下，处理120h后亚硝酸盐的降解率均可达到50%以上。研究发现，波吉卵囊藻-沼泽红假单胞菌的藻菌体系在气温30C、盐度15%o、光照强度3500lx时吸收氨氮的效率最高，达到4.098pg/(g.h)。同样，波吉卵囊藻-沼泽红假单胞菌的藻菌体系在气温30C、盐度5%o、光照强度为35μmol/(m2·s)时吸收亚硝酸盐的效果最佳，吸收速率为3.204μg/(g.h)。

2.2 生物饵料

沼泽红假单胞菌菌体中不仅含有丰富的蛋白质，还富含类胡萝卜素、辅酶Q、生长因子等功能活性物质，具有丰富的营养价值，可以直接作为幼鱼幼虾的育苗饵料。研究发现，将终浓度为1X107CFU/mL的沼泽红假单胞菌G06作为罗非鱼的饵料投入水中，每2d添加1次，饲喂40d，可显著提高罗非鱼的终末体重、日增重和特定生长率，并且显著提高血清超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性。利用罗非鱼蛋白水解物(FPH)培养的沼泽红假单胞菌饵料培养澳洲银鲈(Bidyanus bidyanus)幼鱼25d，试验组平均全长和体重显著高于对照组，分别提高19.97%和98.58%，并日存活率显著高干对照组。另有研究表明，在鳞鲤鱼苗饲养试验中，每天向水族箱内投入3X109CFU/mL的沼泽红假单胞菌菌液，鱼苗成活率提高18%，并且水中氨氮含量可降低60.2%，溶解氧含量提高45.2%。以沼泽红假单胞菌与球形红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、胶质红假单胞菌的混合菌液培育鲢、鳙、鲂等的稚鱼，不仅改善了鱼池水质，而且能增强其抗病力，提高鱼的成活率。

2.3 饲料添加剂

除了作为生物饵料，沼泽红假单胞菌还可以作为饲料添加剂，促进动物消化吸收，提高饲料利用率，促进生长。研究表明，在草鱼饲料中添加1.0X107CFU/mL沼泽红假单胞菌，养殖60d后草鱼的终末体重、日增重、相对增重率和饲料消化率都显著提高，并且增强了草鱼肠道淀粉酶、纤维素酶的活性。同样，刘小燕等研究表明，向基础饲料中添加沼泽红假单胞菌R-3菌株(4.5X109CFU/mL)，均可以显著提高草鱼存活率、增重率和饲料利用率，促进生长。在罗非鱼饲料中添加沼泽红假单胞菌(5X109%CFU/mL)，饲养160d后罗非鱼的终末体重、成活率分别提高了18.18%和13.97%，同时饵料系数降低了21.52%。此外，在饲料中添加沼泽红假单胞菌(5X109CFU/mL)还可以促进幼鲍生长，其存活率、壳长特定生长率、体质量特定生长率、增重率、饲料效率和蛋白质效率均显著高于对照组。沼泽红假单胞菌可以与其他益生菌复配后作为饲料添加剂，增强水产动物的免疫功能，提高存活率。研究发现，利用绿色木霉(Trichoderma viride)和沼泽红假单胞菌联合发酵可将酒糟转化为优质鱼饲料添加剂，其中沼泽红假单胞菌活菌数达到5.39X1011CFU/g。用沼泽红假单胞菌、乳酸菌和酵母组成的益生菌拌料饲喂凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)可缓解其急性肝胰腺坏死病(AHPND)症状，降低死亡率。

3 小结

综上所述，沼泽红假单胞菌具有多种代谢功能，并且营养丰富，不仅可以作为净水剂降解养殖水体中的氨氮、亚硝酸盐等有害物质，净化养殖水体，而且可以作为生物饵料或饲料添加剂，提高水产动物饲料利用率、改善其生长，增强免疫相关酶的活性、抑制病原菌生长，改善水产动物健康。因此，沼泽红假单胞菌在水产养殖中具有巨大的应用潜力。目前，沼泽红假单胞菌在水产养殖中的研究多集中在功能菌株的筛选和净水效果评价或作为饲料添加剂对水产动物的功效评价等方面。未来可以将沼泽红假单胞菌作为鱼苗的开口生物饵料进行深入研究；探究沼泽红假单胞菌作为蛋白质替代鱼粉的应用前景；此外，在水质净化方面，可加强净水作用机理及微生物协同作用机制研究；探索利用吸附、交联或包埋等固定化技术来提高沼泽红假单胞菌的活性和存活时间，为沼泽红假单胞菌在水产养殖中的应用和产品开发提供理论依据。

参考文献：略。

作者：郑杰秋，邢东旭等发表于《中国畜牧兽医》2025年第2期。