丁酸梭菌在水产养殖中的应用研究进展

摘要：丁酸梭茵(Clostridium butyricum)又名酪酸茵，为革兰阳性芽孢杆茵，可生成丁酸、乙酸等短链脂肪酸，产生B族维生素等生物活性物质，以及淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等消化酶；还有耐热、耐酸和耐胆汁的优点。丁酸梭茵与其代谢产物具有提高水产动物生长性能、增强免疫力和修复肠道损伤的作用。

关键词：丁酸梭菌；生长性能；免疫力；肠道健康

据统计，2023年，全国水产品总产量7116.17万吨,同比增长3.64%。其中,养殖产量5809.61万吨，同比增长4.39%(刘新中,2024)。一方面水产养殖规模的不断扩大，导致鱼粉的需求量不断增加(Mohammed等,2021)；另一方面，长期过度的海洋捕捞导致鱼粉产量不断减少(Lumpan等，2015；Zhou等，2015)。这使得鱼粉价格持续上涨，水产养殖成本不断加大。寻找价格低廉、分布广泛、产量丰富的新型蛋白源是水产养殖业快速、可持续发展的必然途径(李维康,2022；Mu等,2017)。作为鱼粉替代品的植物蛋白在水产养殖中取得了较好的效果，一定程度上缓解了鱼粉紧张的问题(G6mez-Re-queni 等,2004；Sslze 等,2009；Lee 等,2010；Kaushik等,2004)。但是植物蛋白具有氨基酸组成不均衡、含有抗营养因子(如蛋白酶抑制剂、凝集素、棉酚等)等不利因素(Krogdahl等,2003)，会导致水产动物生长性能下降、肠道受损、免疫力低下等问题(Yun 等,2017；Barros等,2002；Baeverfjord等2010)。肠道不仅是水产动物消化吸收的主要器官，更是水产动物一个重要的免疫器官(Uran等，2008)。保护水产动物肠道健康是促进水产动物健康生长、同时提高植物蛋白利用率的前提。丁酸梭菌作为益生菌的一种，不仅能够提高水产动物的免疫力和抗病力，更是在修复肠道损伤、保护肠道健康方面发挥着重要作用(Tuan等，2023)。

1 丁酸梭菌的性质及生理功能

丁酸梭菌是一种革兰氏阳性厌氧菌(Zhang等，2017)，呈直杆状或稍弯曲，单个或成对，鞭毛环绕，两端钝而圆，中间稍膨大，产孢子(Tran等,2020)； 具有耐热、耐酸以及耐胆汁等特性(艾春香，2018)。已有研究表明，丁酸梭菌能够提高水产动物的生长性能和饲料利用率(Gao等,2017；He等,2017；Duan 等 ,2017a；Duan 等,2017b；Sumon 等 ,2018；Li等,2019a；Li等,2019b；Li等,2019c)。这与丁酸梭菌能够增加淀粉酶(AMS)、蛋白酶(TRY)和脂肪酶(LIP)等消化酶的活性，并通过产生短链脂肪酸来维持健康的肠道微生态环境密切相关(Duan等，2017a)。肠道短链脂肪酸可以为肠道上皮细胞提供能量以维持肠道免疫结构的完整性，提高消化酶的活性，从而提高肠道的消化和吸收能力(Daniel等，2021；Yadav等,2019),并通过降低肠道pH值来抑制致病菌的生长(Duan等,2017b)。此外，短链脂肪酸可以穿透病原菌的细胞壁，释放其质子(H)，扰乱细菌的细胞代谢，导致细胞生长缓慢和凋亡(Schryver等,2010；Duan等,2018)。丁酸梭菌可促进肠道上皮细胞紧密连接，增加肠绒毛高度，促使肠道微绒毛排列整齐和分布密集，进一步提高水产动物对饲料中营养物质的消化和吸收(Duan等2017b)。丁酸梭菌在肠道上皮细胞上生长繁殖(Pan等,2008)，不仅能够维持鱼类的肠道粘膜细胞的完整性，还可以调节肠道菌群的生长和组成(Li等,2019c；Duan等,2018)。丁酸梭菌通过与致病菌竞争生存空间以及产生短链脂肪酸来抑制致病菌生长繁殖(Pan等,2008；Gao等,2013)。丁酸梭菌能够提高水产动物抗氧化酶和非特异性免疫酶的活性以及免疫球蛋白M(IgM)的水平(He等，2017；Song等,2006),增加血清补体3(C3)和补体4(C4)的浓度以及调节免疫相关基因如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-8(IL-8)、髓分化因子(MyD88)、Toll样受体-2(toll-2)等的表达(Li等，2019c；Daniel等,2021)，从而提高水产动物的免疫力，进一步提高水产动物对感染性病原体(包括细菌和病毒)的抵抗力(Li等,2019a；Li等,2019b；Li等,2019c；Li等,2019d)。

2 丁酸梭菌在水产养殖中的应用

自1933年宫入近治博士发现丁酸梭菌，各国对其展开了持续深入的研究。1992年引进我国，2009年批准为新型饲料添加剂，2013年纳入《饲料添加剂品种目录(2013)》。随着对丁酸梭菌研究的不断深入，其良好的应用效果也被报道出来。目前丁酸梭菌作为一种益生菌类的动保产品广泛应用于水产养殖。

2.1 丁酸梭菌对水产动物生产性能的影响

肠道中的各种消化酶能够促进饲料中的糖类、脂肪和蛋白质的分解，从大分子变成小分子，以便被水产动物吸收和利用(Dawood等,2019)。因此，消化酶活性的高低与水产动物的生长性能具有相关性(张露等,2024)。在大口黑鲈(Micropterus　salmoides)的饲料中添加1%的丁酸梭菌，其TRY和LIP活性显著高于对照组，其增重率(WGR)和特定生长率(SGR)显著高于对照组，饲料系数(FCR)显著低于对照组(齐富刚等，2025)。另一个研究也发现，大口黑鲈的饲料中添加1.5×10９CFU/kg的丁酸梭菌，其肠道TRY、LIP和AMS活性相对于对照组显著提高，SGR显著提高(侯东强等，2024)。相比于低鱼粉的负对照组，在凡纳滨对虾(Litopenaeus　vannamei)饲料中补充0.96%的丁酸梭菌，其WGR和SGR显著升高，同时,其肠道TRY、LIP和AMS活性也显著提高(Wang等，2024)。相似的结果在另一凡纳滨对虾的研究中发现，饲料中添加1.92%的丁酸梭菌，其TRY、LIP和AMS活性相对于未添加丁酸梭菌组显著提高(Li等,2023)。在珍珠龙胆石 (♀ Epinephelus fuscoguttatus　×♂ E. lanceolatus)的研究中发现，添加0.8%的丁酸梭菌，其WGR、SGR与TRY和LIP的活性呈现一致性变化，显著高于对照组(Pan,2023)。在七星鲈(Lateolabrax　maculatus)的研究中发现，与对照组相比，饲料添加0.2%～0.3%的丁酸梭菌，其WGR、SGR和AMS活性显著升高(Lumin等,2023)。另有研究中发现，丁酸梭菌不仅能够提高水产动物生长性能和消化酶活性，还能调节消化基因(AMS、LIP、TRY、脂肪酸结合蛋白、脂肪酸合成酶等)的表达，更能增加肠道短链脂肪酸含量(乙酸、丙酸、丁酸等)(Duan等,2017a,Duan等,2018)。脂肪酸结合蛋白和脂肪酸合成酶基因表达水平的提高表明丁酸梭菌在对虾的脂肪酸(特别是短链脂肪酸)合成中发挥作用(何桂纶等,2023)。以上结果表明丁酸梭菌能够提高水产动物的肠道消化酶活力，进一步提高水产动物的生长性能和饲料利用率。

2.2 丁酸梭菌对水产动物免疫力的影响

研究表明，丁酸梭菌一方面可通过调节酚氧化物酶(PO)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶的活性来维持机体健康、抵抗外界胁迫(Tawheed等,2018)；另一方面，丁酸梭菌还可通过调节溶菌酶(LMZ)、碱性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)等免疫酶的活性和免疫基因(TNF-α、MyD88等)的表达来提高养殖物种的免疫力(陈俊祥等,2024；刘雨滢等,2025)。在鯢鱼饲料中添加丁酸梭菌，鱼血清PO、ACP、LMZ活性和IgM浓度显著升高(Song等，2006)。饲料中添加丁酸梭菌后，银鲳血清LMZ、SOD活性和IgM浓度显著升高(Gao等,2016)。在罗非鱼饲料中添加丁酸梭菌，罗非鱼血清总抗氧化能力(T-AOC)显著提高、丙二醛(MDA)含量显著降低(Li等,2019c)。此外，丁酸梭菌能显著提高罗非鱼血清C3和C4的浓度，提高血清LMZ、CAT和SOD的活力，以及上调肠道TNF-α、IL-8,MyD88,TLR2和IRAK-4基因的表达水平(Li等,2019c；Poolsawat等,2020)。在对虾的研究中发现，丁酸梭菌能够显著提高其肠道T-AOC、LMZ活性；上调Tol1、免疫缺陷基因(IMD)、热休克蛋白70(HSP70)的相对表达水平(Duan等，2017a)。另一对虾的研究中发现，补充丁酸梭菌后，其AKP、ACP、LMZ、PO,SOD、T-AOC 活性显著提高；SOD、proPO、LZM、HSP70,IMD、Toll基因显著上调(田相利等,2024)。在对虾饲料中添加丁酸梭菌干燥孢子或丁酸梭菌和其发酵上清液均能上调SOD、LMZ、proPO、Toll、IMD等基因的表达(Li等，2019b)。结果表明，丁酸梭菌能够通过调节水产动物的抗氧化酶活性、免疫酶活性以及免疫基因表达，来提高水产动物的免疫力(梁丽潇等,2023)。

2.3 丁酸梭菌对水产动物抗病力的影响

研究表明，丁酸梭菌对嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila) 利鳗弧菌 (Vibrio anguillarum)有较高的拮抗活性(Pan等,2008)；对粘附鲫鱼(Carassius　auratus)肠道上皮细胞上的肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis)和副血弧菌(Vibrio　Parahaemolyticus)有较强的抑制作用以及诱导这两种致病菌的细胞凋亡(Gao等,2013)。对罗非鱼进行无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)攻毒实验发现，丁酸梭菌能够显著降低罗非鱼的累计死亡率(Li等,2019c)。丁酸梭菌能够提高异育银鲫(Carassius auratus gibelio)在鲫鱼孢疹病毒(Carassius auratus herpesvirus)攻毒下的存活率，并刺激其免疫相关基因的表达(Zhou等，2019)。向对虾肌肉中注射副溶血弧菌进行攻毒实验，发现投喂添加丁酸梭菌组饲料的对虾存活率显著高于对照组(Yang等，2024)。在凡纳滨对虾的饲料中添加丁酸梭菌和发酵上清液能显著提高其在副溶血弧菌攻毒下的存活率，并且丁酸梭菌的添加量越高，对虾的存活率越高(Li等,2019a；Li等,2019b)。综上所述，丁酸梭菌能够抑制病原菌的生长繁殖，提高水产动物的存活率。这与丁酸梭菌能够与病原菌竞争生存空间以及提高水产动物的免疫力相关(侯廷龙等,2023)。

2.4 丁酸梭菌对水产动物肠道形态的影响

肠道作为水产动物对营养物质消化吸收的主要器官，其健康状况决定了水产动物对饲料的利用率(Montero等,2023)。丁酸梭菌能够代谢产生丁酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸一方面能够修复肠道损伤，一方面能给肠道上皮细胞提供能量(Zheng等,2017；Gijs等,2013)。在凡纳滨对虾和日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的研究中发现，饲料中添加丁酸梭菌能够促进肠道上皮细胞的紧密连接，肠道微绒毛排列更加整齐密集，增加肠道上皮细胞高度，减少肠道细胞损伤和凋亡(Duan等,2017a；Duan等,2017b)。在凡纳滨对虾饲料中添加丁酸梭菌上清液混合物或丁酸梭菌孢子，对虾肠道绒毛高度和肌层厚度相较于对照组显著提高(Li等2019b)。此外，添加不同剂量的丁酸梭菌均能显著提高凡纳滨对虾肠道的绒毛高度和肌层厚度(Li等，2019a)。在罗非鱼的研究中同样发现，丁酸梭菌能够增加其肠道绒毛高度(Poolsawat等，2020)。草鱼的饲料中补充丁酸梭菌后，其肠道绒毛高度和肌层厚度显著优于对照组(Wang等，2024)。在钝吻黄盖鲽的饲料中添加丁酸梭菌，其肠道绒毛高度和宽度显著提高(徐晓莹等,2024)。以上结果表明，丁酸梭菌能够显著改善水产动物的肠道形，对宿主的肠道健康产生积极影响。这也是补充丁酸梭菌的饲料能够提高水产动物生长性能的一个重要因素。

2.5 丁酸梭菌对水产动物肠道菌群的影响

已有研究表明，丁酸梭菌在维持肠道微生态平衡，促进有益菌的生长繁殖，抑制有害菌的生长繁殖发挥重要作用(徐亚飞,2023)。在罗非鱼的饲料中添加丁酸梭菌能够显著增加其肠道菌群的丰富度和均匀度，结果显示，丁酸梭菌能够增加罗非鱼肠道拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)等的丰度；而从属水平分析，丁酸梭菌能够降低气单胞菌属(Aeromonas)等有害菌属的丰度(Li等，2019c)。投喂凡纳滨对虾添加丁酸梭菌的饲料，对虾肠道致病菌脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和脱硫球茎菌属(Desulfobulbus)丰度降低，而有益菌芽孢杆菌属(Bacillus)、梭菌属(Clostridium)和乳酸杆菌属(Lactobacillus)的丰度升高(Duan等,2018)。另一凡纳滨对虾的研究中发现，丁酸梭菌显著提高其肠道有益菌梭菌属和乳酸杆菌属的丰度，降低与对虾白便综合症有关的致病菌弧菌属(Vibrio)和Candidatus Bacilloplasma 的丰度(杨铿等,2022)。在花鲈的研究中发现，丁酸梭菌能够提高其菌群多样性，并降低劳尔氏菌属(Ralstonia)、肠弧菌属(Enterovibrio)和弧菌属等有害菌相对丰度，提高了节杆菌属和KD4-96_unclassified等有益菌相对丰度(徐创文等，2024)。丁酸梭菌能够增加淡水小龙虾（Cherax cainii，Austin 2002)肠道菌群多样性，增加有益菌梭菌属的丰度，降低致病菌弧菌属和气单胞菌属的丰度(Foysal等,2019)。一方面，丁酸梭菌能够通过调节肠道菌群组成来改善菌群对营养物质碳水化合物、蛋白质、氨基酸等)的代谢，提高肠道对营养物质的消化吸收能力(Duan等,2018)。另一方面，丁酸梭菌通过增加菌群多样性，提高有益菌丰度，降低有害菌丰度，加强了肠道作为免疫器官的作用(杨铿等,2022)。总之，丁酸梭菌在调节肠道菌群上发挥着重要作用，这对保护水产动物肠道健康具有重要意义。

3 结论

当前，我国水产养殖业正朝着规模化、集约化方向快速发展。在此背景下，产业一方面追求更高的养殖密度与产量，另一方面也日益重视饲料的性价比与绿色环保。丁酸梭菌作为一种优良的饲料添加剂，其价值尤为突出：它不仅能有效维护养殖动物的肠道健康、稳定肠道微生态环境，进而提升饲料利用率、减少浪费；更能显著增强养殖动物的免疫力和抗病力，从而减少药物，特别是抗生素的使用。然而，目前市场上的主流应用方式是将丁酸梭菌拌入饲料后投喂，显著增加了养殖场员工的工作负荷与时间成本，降低了工作效率。通过广泛走访交流，众多养殖场虽一致认可丁酸梭菌的使用效果，但普遍更倾向于在饲料生产环节直接添加，以减轻后续操作压力。但直接添加面临关键技术挑战：饲料生产过程需经历调质、制粒等高温环节，尤其是膨化料加工温度常超过100℃。尽管丁酸梭菌具有一定的耐高温特性，但经历如此严苛的工艺后，其活菌存活率究竟几何?残存活菌的生物效价能否达到预期效果?这些都是亟待深人研究和验证的关键问题。综上所述，丁酸梭菌为饲料企业开发功能性饲料产品提供了极具前景的研究方向。这要求饲料企业持续投入研发力量，积极探索优化方案，以期生产出更契合养殖实际需求、高效便捷的优质产品。

参考文献：略。

作者：李维康，尹佳等发表于《广东饲料》2025年第7期。