酵母細胞壁中β-葡聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究進展

易建華，楊凡，聶琴，戴晉軍，胡駿鵬

（安琪酵母股份有限公司，湖北宜昌443003）

酵母細胞壁中β-葡聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究進展

易建華，楊凡，聶琴，戴晉軍，胡駿鵬

（安琪酵母股份有限公司，湖北宜昌443003）

酵母細胞壁中β-葡聚糖已廣泛應(yīng)用于各種水產(chǎn)飼料，能提高水產(chǎn)動物的免疫力，減少應(yīng)激反應(yīng)。本文綜述了酵母細胞壁中β-葡聚糖的作用機理及其在水產(chǎn)動物上應(yīng)用效果。

酵母細胞壁；β-葡聚糖；水產(chǎn)動物

控制魚病的方法主要有三種，分別為化學藥物療法、疫苗接種和使用免疫增強劑?；瘜W藥物治療雖然是魚病的主要防治方法，但化學試劑和抗生素的大量使用往往導致藥物殘留和耐藥性的產(chǎn)生，污染水環(huán)境，并對人類健康造成潛在威脅。疫苗接種是控制魚病的最直接有效的方法，但由于免疫反應(yīng)的特異性，一種疫苗只能特異性地預(yù)防相應(yīng)的某種疾病，所以實際作用也非常有限。使用免疫增強劑是近幾年新興的增強免疫力的方法，其具有性能多樣、資源豐富、天然、抗藥性不顯著、毒副作用小、可降解等優(yōu)點。

酵母細胞壁中β-葡聚糖是目前研究和應(yīng)用最多的免疫增強劑之一，它能提高動物自身免疫力，增強自身對細菌、真菌、病毒及寄生蟲的抵抗力，減少不良應(yīng)激，提高動物的生產(chǎn)性能。酵母細胞壁在水產(chǎn)動物中的使用具有安全、高效、低毒、無殘留、無耐藥性、低成本等優(yōu)點，因此對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展具有重大意義。

1　酵母細胞壁中β-葡聚糖的作用及機理

酵母細胞壁中β-葡聚糖是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的多糖，通常由10～20個單糖組成，分子量約為6500～7500，大多數(shù)為水不溶性或膠質(zhì)顆粒。酵母細胞壁中β-葡聚糖的單糖之間以β-1，3鍵和β-1，6鍵相連。由于特殊的鍵結(jié)方式和分子氫鍵的存在，β-葡聚糖呈螺旋形分子結(jié)構(gòu)，其特殊的構(gòu)型對動物的免疫系統(tǒng)具有較強的刺激作用。

β-葡聚糖能直接與單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、自然殺傷細胞（NK）的表面特定受體（SR、TLRs、Dectin-1、CR3）結(jié)合，并激活巨噬細胞的吞噬作用，釋放特定的細胞因子（IL-1、IL-6、GMCSF、干擾素）以及抗體，這些細胞因子能刺激新的白細胞的形成，從而誘導機體產(chǎn)生一系列的細胞免疫和體液免疫反應(yīng)，增強機體非特異性免疫力。此外，酵母細胞壁多糖可通過補體系統(tǒng)的替代途徑，激活C3、C4等補體活性，從而使機體產(chǎn)生一系列的炎癥應(yīng)答或免疫黏附反應(yīng)。與魚類不同的是，在甲殼類和貝類的血清中存在能與β-葡聚糖結(jié)合的受體——β-葡聚糖結(jié)合蛋白，二者結(jié)合后能促進淋巴顆粒細胞釋放絲氨酸，絲氨酸又可以激活酚氧化酶系統(tǒng)，并將酚氧化酶原（proPO）氧化成酚氧化酶，酚氧化酶能將酚氧化成醌，并最終在體內(nèi)合成黑色素，醌與黑色素等活性物質(zhì)均可直接參與甲殼動物和貝類一系列免疫防御反應(yīng)。

2　β-葡聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

β-葡聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用較為廣泛，其中酵母源的β-葡聚糖報道最多。研究表明，來自于酵母細胞壁的β-葡聚糖不僅能提高機體的免疫能力，還能改善水生動物的生長性能。

2.1增強免疫力關(guān)于β-葡聚糖的研究報道大部分集中在對其免疫功能的探討。β-葡聚糖提高水生動物的免疫功能主要通過以下幾個途徑實現(xiàn)。

2.1.1提高水生動物溶菌酶活性溶菌酶是一類成抗生性物質(zhì)的水解酶，主要分布在血清、黏液、巨噬細胞和單核細胞的胞質(zhì)中。溶菌酶能破壞細菌細胞壁黏肽中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖間的1，4-糖苷鍵，因此能溶解革蘭氏陽性菌，與補體結(jié)合后可以溶解部分革蘭氏陰性菌。目前研究表明，β-葡聚糖可提高多數(shù)魚類的溶菌酶活性，如南亞野鯪（Misra等，2006）、大黃魚（Ai等，2007）、石斑魚（Bagni等，2005）等，但對部分魚類（Sealey等，2008）的溶菌酶活性影響不大，可能與添加劑量和方式有關(guān)（表1）。

表1　β-葡聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用劑量及效果

2.1.2激活補體活性補體是一類具有酶活性的球蛋白，C3是補體系統(tǒng)的主要成分，可以通過經(jīng)典或旁路途徑激活。對南亞野鯪多重注射（間隔2周1次，重復4次）β-葡聚糖的研究發(fā)現(xiàn)，在第一次和第二次注射后的補體活性明顯增加，且注射濃度為10 mg/kg時第二次注射補體活性最高（Misra等，2006）。在石斑魚的研究中也發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖投喂組血清中的補體活性要明顯高于對照組（Bagni等，2005）。

2.1.3激活吞噬細胞的吞噬活性吞噬細胞表面含多個β-葡聚糖受體（SR、TLRs、Dectin-1、CR3）能與β-葡聚糖結(jié)合而激活吞噬細胞的吞噬活性。研究表明，β-葡聚糖可以提高吞噬細胞的吞噬率和吞噬指數(shù)。用濃度10 mg/kg的β-葡聚糖多重注射南亞野鯪的研究發(fā)現(xiàn)，處理組吞噬細胞的吞噬率明顯提高（P＜0.05）（Misra等，2006）。用不同濃度（0、0.09%、0.18%）β-葡聚糖飼喂大黃魚時發(fā)現(xiàn)，0.09%處理組的吞噬率要顯著高于對照組（Ai等，2007）。亞洲鯰魚飼喂含β-葡聚糖的飼料時，吞噬細胞的吞噬率和吞噬指數(shù)均顯著增加（Kumari和Sahoo，2006）。

2.1.4提高吞噬細胞呼吸爆發(fā)活力吞噬細胞呼吸爆發(fā)活力是先天性免疫的重要組成部分，過程中產(chǎn)生活性氧O2-能殺死入侵的微生物。研究報道β-葡聚糖能促進南亞野鯪（Misra等，2006）、大黃魚、鯉魚和亞洲鯰魚吞噬細胞O2-的產(chǎn)生。用濃度10 mg/kg的β-葡聚糖多重注射南亞野鯪能顯著提高O2-的產(chǎn)生。不同濃度的β-葡聚糖（0、100、500、1000 μg/尾）腹腔注射鯉魚時，處理組O2-的產(chǎn)生明顯高于對照組，而500和1000 μg/尾的處理組要顯著高于100 μg/尾的劑量（Selvaraj等，2006）。

2.1.5提高抗體水平和抗病能力抗體是體液中特異的免疫因子，是機體受外源性物質(zhì)刺激后產(chǎn)生的特異性結(jié)合蛋白。β-葡聚糖能提高水生動物的抗體水平已在多個研究中得到證實。Misra等（2006）在南亞野鯪的研究發(fā)現(xiàn)，注射適量的β-葡聚糖能提高南亞野鯪對愛德華氏菌和嗜水氣單胞菌的抗體效價。飼喂β-葡聚糖的虹鱒在感染壞死病病毒后有較高的成活率，表明β-葡聚糖在一定程度上能提高虹鱒的抗病能力（Sealey等，2008）。

2.1.6提高甲殼動物血清中酚氧化物酶活性研究證實，β-葡聚糖能結(jié)合甲殼動物血清中受體——β-葡聚糖結(jié)合蛋白，激活酚氧化物酶原。Chang等（2003）的研究發(fā)現(xiàn)，攻毒前飼喂斑節(jié)對蝦一定量的β-葡聚糖能提高酚氧化物酶的活性，并有助于攻毒后酚氧化物酶的活性的恢復。許國煥等用2 g/kg的β-葡聚糖的飼料飼喂南美白對蝦可以明顯提高酚氧化物酶活性。

2.2改善生長性能研究表明，β-葡聚糖在促進魚類生長、提高飼料轉(zhuǎn)化率上有一定作用。在紅鯛上的研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加一定量的β-葡聚糖能促進紅鯛的生長（Cook等，2003）。同樣的現(xiàn)象在南亞野鯪（Misra等，2006）、大黃魚（Ai等，2007）、花鱸（吳春玉等，2013）、暗紋東方鲀（王永宏，2013）、赤鰭笛鯛（Cook等，2003）、鯉魚（Kühlwein等，2014）、秘魯?shù)氧牐∟avarrete和Tovar-Ramírez，2014）均有發(fā)現(xiàn)。在蝦料中添加β-葡聚糖同樣對蝦類的生長也有一定的促進作用。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加β-葡聚糖對南美白對蝦具有促進生長的作用并且能夠降低飼料系數(shù)（陳云波等，2002）；日糧中添加β-葡聚糖也能顯著影響凡納濱對蝦的生長和成活率（楊福剛等，2005）。宋理平等（2005）研究表明，在日糧中同時添加維生素C和β-葡聚糖能夠顯著促進中國明對蝦的生長，且高于只添加維生素C的試驗組。但部分研究表明，β-葡聚糖對水生動物的促生長作用不太明顯（Sealey等，2008），且β-葡聚糖促生長的機制尚不明確，可能與劑量和效應(yīng)時間有關(guān)，有待進一步研究。

2.3β-葡聚糖的添加劑量和方式β-葡聚糖作為免疫刺激劑其劑量對水生動物的免疫反應(yīng)有重要影響。合適的劑量和添加方式能使水生動物達到最佳的免疫效果（Meena等，2013）。將每100 g含0.5 g β-1，3/1，6-葡聚糖的飼料投喂虹鱒1周，然后用耶爾森氏鼠疫桿菌疫苗浸泡免疫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血清中特異性抗體分泌細胞（ASC）的數(shù)量和Ig水平增加，因此β-1，3/1，6-葡聚糖可以增加耶爾森氏鼠疫桿菌疫苗的免疫效力（Siwicki等，2004）。然而，飼喂虹鱒含0.1%β-葡聚糖的飼料4周，經(jīng)2 h的運輸應(yīng)激后，處理組的非特異性免疫反應(yīng)（吞噬作用和氧化自由基的產(chǎn)生）得到提高，并能減緩運輸應(yīng)激帶來的負面影響，增強對柱狀屈撓桿菌的抵抗力，飼喂含0.1%β-葡聚糖飼料的處理組在運輸應(yīng)激下的皮質(zhì)醇和血糖含量均為最低的（Jeney等，1997）。在南亞野鯪上的研究發(fā)現(xiàn)，250 mg/kg的β-葡聚糖添加量是最佳的，其免疫參數(shù)（白細胞總數(shù)、吞噬率、吞噬細胞指數(shù)、溶菌酶活性、補體活性和血清殺菌活性）在投喂42 d時上升至最高（Misra等，2006）。

不同添加方式（腹腔注射、浸泡、口服）的效果在不同的魚類是不一樣。在對嗜水氣單胞菌感染鯉魚的研究中發(fā)現(xiàn)，腹腔注射不同濃度的β-葡聚糖和脂多糖（LPS）后的相對成活率均為100%，口服方式下高濃度組（1%β-葡聚糖+LPS）有較高的相對成活率，而浸泡對相對成活率無改善作用。但劑量和添加方式對白細胞介素-1β的mRNA表達和補體活性均無顯著影響（Selvaraj等，2006）。面包酵母細胞壁β-葡聚糖也使用上述三種添加方式，按照每尾100、500、1000 μg的濃度飼喂鯉魚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每尾腹腔注射500 μg能提高相對成活率，而浸泡和口服方式對相對成活率無影響；處理7 d后三種β-葡聚糖濃度均能增加白細胞、中性粒細胞和單核細胞數(shù)量，提高白細胞介素-1β的mRNA表達（Selvaraj等，2005）。被免疫和未被免疫的尼羅羅非魚飼喂不同濃度的β-葡聚糖（0、50、100、200 mg/kg飼料）14周，發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖免疫與否以及二者組合均對生長和成活率無影響，但是100、200 mg/kg的β-葡聚糖濃度組的飼料轉(zhuǎn)化率均要低于50 mg/kg β-葡聚糖濃度組（Whittington等，2005）。

3　β-葡聚糖在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用及研究前景

在水產(chǎn)飼料中適量地添加酵母源的β-葡聚糖可以提高水產(chǎn)動物的機體免疫力，增強水產(chǎn)動物在不良環(huán)境下的應(yīng)激反應(yīng)，減少疾病的發(fā)生率，從而為水產(chǎn)動物的健康養(yǎng)殖提供保障。酵母細胞壁的β-葡聚糖作用機理在不同養(yǎng)殖環(huán)境中和水產(chǎn)養(yǎng)殖品種上有所不同，一些深層次的問題還沒有研究清楚，但其應(yīng)用范圍和效果已得到廣泛證實。β-葡聚糖是酵母細胞壁多糖的主要功能性成分之一，其有效含量與生物學功能與酵母菌種來源、培養(yǎng)條件及酵母細胞壁的加工工藝均密切相關(guān)。相信在未來新型免疫增強劑的開發(fā)過程中，隨著酵母細胞壁的深加工工藝的不斷改進，酵母源β-葡聚糖將有更深入的研究和更廣闊的應(yīng)用前景。

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The β-glucan of yeast cell wall was widely used in a variety of aquatic feed，which can improve immunity of aquatic animals，reduce the stress response to a hostile environment.This paper reviewed the mechanism and application of β-glucan of yeast cell wall in aquaculture.

yeast cell wall；β-glucan；aquatic animal

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20161410

S816.7

A

1004-3314（2016）14-0041-04