植物精油在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的研究進(jìn)展

王昱森，王秀利

(大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116023)

水產(chǎn)養(yǎng)殖病害防治中，各種合成抗生素和化學(xué)藥物的使用率逐年上升。使用這些化學(xué)物質(zhì)會(huì)大量殺滅有益的水生細(xì)菌，產(chǎn)生耐多種藥物的病原體，并且這些藥物會(huì)在在魚體內(nèi)留下殘留物，這些殘留物最終會(huì)傳遞給人類。這些問題是水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)性方面最受關(guān)注的問題，而利用天然物質(zhì)或化合物處理感染性疾病和寄生蟲病順應(yīng)了水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的要求。

植物精油被認(rèn)為是安全的物質(zhì)，對魚類病原菌具有廣譜抗菌活性，可減少抗藥性現(xiàn)象。目前，源自植物的精油已被試用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，因?yàn)樗鼈兙哂卸喾N特性，可以改善動(dòng)物的健康、生長，提高身體指標(biāo)。此外，精油的抗菌、抗寄生蟲和免疫調(diào)節(jié)作用有助于防止魚類養(yǎng)殖中疾病的暴發(fā)，從而最大限度地減少因疾病造成的經(jīng)濟(jì)損失，并有助于減少抗菌藥物的濫用。同時(shí)，水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗菌劑使用的減少有助于減少環(huán)境和人類食用動(dòng)物中的抗菌劑殘留，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。

1 植物精油的定義

精油，也被稱為揮發(fā)油(Volatile oils)，是存在于植物體中的一類揮發(fā)性油狀液體的總稱，可隨水蒸汽的蒸餾而被分離出來，在常溫下具有揮發(fā)性質(zhì)，具芳香味[2]。植物在進(jìn)行光合作用后，它的細(xì)胞會(huì)分泌出具有芬香氣味的分子，這些分子會(huì)聚集成香囊，散布于花瓣、葉子或樹干上。將這些香囊進(jìn)行提煉萃取后，即成為“植物精油”。植物精油來源豐富，可來源于植物的各個(gè)部位，主要為植物的花、葉、根、樹皮、果實(shí)、種子等[3]。以柏科、木蘭科、樟科、傘形花科、唇形花科、菊科、蕓香科、姜科、桃金娘科、龍腦香科和禾本科等植物精油含量較為豐富[4]。植物精油含有萜烯、萜類、苯丙素、異硫氰酸酯等生物活性化合物。現(xiàn)有研究證實(shí)了精油對多絲蟲Ichthyophthiriusmultifiliis、三代蟲Gyrodactylussp.、Euclinostomumheterostomum和其他寄生蟲的體內(nèi)外抑制作用[5]，此外，也證實(shí)了植物源性精油對鮭氣單胞菌、哈維氏弧菌、無乳鏈球菌等不同魚類致病菌的抑制作用。

2 精油的組成及特性

精油由分子量較小的化合物組成，不溶于水，但可溶于脂類和有機(jī)溶劑，密度一般比水低[6]。植物精油沸點(diǎn)一般在70～300 ℃之間，具有隨水蒸氣而蒸餾的特性；組分大多數(shù)比水輕，相對密度在0.85～1.065之間，大部分具有光學(xué)活性，比旋度在+97°～177°之間;此外精油還具有較強(qiáng)的折光性，折光率在1.43～1.61之間[7]。

植物精油的化學(xué)成分極其復(fù)雜，且不同植物或不同部位的精油成分也有差異。精油的組分?jǐn)?shù)量一般在20～200之間，根據(jù)它們在混合物中的濃度命名，分別為主要成分(20%～95%)，次要成分(1%～20%)，和微量成分(低于1%)。已在精油中檢測到3 000多種不同的化學(xué)物質(zhì)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)多種多樣?？傮w而言，它們被分類為萜烴、簡單萜烯醇類、醛、酮、酚、酯、醚、氧化物、過氧化物、呋喃、有機(jī)酸、內(nèi)酯、香豆素，甚至硫化合物[8]。

植物自身的遺傳特征是決定其精油化學(xué)成分的最重要因素，因此會(huì)影響其生物、藥理活性。此外，植物體內(nèi)含有的化學(xué)成分一般會(huì)因器官及發(fā)育階段的不同而發(fā)生變化，但土壤和環(huán)境條件以及使用的提取方法可能會(huì)導(dǎo)致顯著變化[9]。由于來自自然棲息地的植物的化學(xué)變異性通常很高，因此應(yīng)盡可能從具有遺傳同質(zhì)性的栽培植物中獲得植物精油，以確保成分的一致性。然而，也有必要觀察影響精油成分的其他方面。

3 植物精油的提取

精油萃取的主要方法是蒸汽蒸餾及其變體、冷壓、超臨界流體萃取和溶劑萃取，植物精油提取方法是對其化學(xué)特性影響最大的方面之一[10]。另一個(gè)可變因素是同種植物體內(nèi)化學(xué)類型或化學(xué)種族存在差異，進(jìn)而對提取產(chǎn)生影響，這通常與地理差異有關(guān)。這種現(xiàn)象的特點(diǎn)是植物學(xué)上相同的植物，其體內(nèi)的化學(xué)成分卻存在不同[11]。還應(yīng)考慮到植物精油的穩(wěn)定性相對較低，這可能主要由于揮發(fā)性化合物的損失、氧化反應(yīng)或者聚合而發(fā)生化學(xué)變化。然而，可以觀察到各種策略來防止它們變質(zhì)，包括儲(chǔ)存在小容量玻璃容器中，將它們保持在低溫下并避光[12]。

4 植物精油對水產(chǎn)動(dòng)物的影響

4.1 植物精油對水產(chǎn)動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響

Jang等[13]提到，植物精油調(diào)節(jié)生長和飼料系數(shù)的可能原因是腸道中消化酶的升高；另一個(gè)原因可能是植物精油增加了水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的食欲。植物精油對腸道微生物群的調(diào)節(jié)可能是免疫相關(guān)基因調(diào)控的原因之一[14]。

飼料中添加精油可以調(diào)節(jié)水生生物的生長能力。已有多項(xiàng)研究確定，精油可促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長，增強(qiáng)其免疫力。Zheng等[15]用0.05%的冬牛至(Origanumheracleoticum)精油喂養(yǎng)斑點(diǎn)叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)，八周后其生長、體指數(shù)(VSI、HSI和CF)和抗氧化性能(SOD和CAT)都有所改善。Acar等[16]對莫桑比克羅非魚(Oreochromismossambicus)進(jìn)行了為期60天的試驗(yàn)，在飲食中添加苦味檸檬(Citruslimon)和甜橙皮(Citrussinensis)來源的精油，在這兩種情況下，精油含量提高，會(huì)明顯降低羅非魚血清中葡萄糖、總膽固醇、甘油三酯的含量，并提高先天免疫參數(shù)(NBT、WBC、溶菌酶和髓過氧化物酶活性)。在尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)飼料中分別添加檸檬草(Cymbopogoncitratus)、天竺葵(Pelargoniumgraveolens)及牛至(Origanumvulgare)，可分別提高它們的生長和飼料利用率，以及對溶藻弧菌(Vibrioalginolyticus)和嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)的抗性[17]。添加檸檬草和天竺葵的魚類不僅提高了免疫力，還降低了腸道大腸菌群、大腸桿菌和氣單胞菌的濃度。此外，Mabrok等[18]研究證明牛至精油(1 g/kg)可提高羅非魚的免疫力和抗弧菌能力。

4.2 植物精油對水產(chǎn)動(dòng)物免疫及疾病防治的作用

最近幾年來，隨著植物精油的功效逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，植物精油對動(dòng)物致病真菌和細(xì)菌的殺菌活性也得到廣泛的研究。許多植物精油具有殺菌譜廣的特性，對革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、病原真菌等多種病原均有一定的殺滅活性。使用精油來提高魚類的免疫反應(yīng)和抗病能力已成為一種趨勢。

Soltanian等[19]研究發(fā)現(xiàn)，25 mg/L丁香精油可增強(qiáng)虹鱒的溶菌酶殺菌活性，以及皮膚黏液中的蛋白酶、酯酶和堿性磷酸酶活性，表明皮膚黏膜免疫功能增強(qiáng)。Sutili等[20]同樣研究發(fā)現(xiàn)，用水蓑衣和灰羅勒的精油(20 mg/L)進(jìn)行5 d的預(yù)防浴，可以提高感染嗜水氣單胞菌的銀鯰的存活率。Zhang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，喂食錦鯉普通牛至精油八周后，錦鯉的免疫和抗氧化性能以及對嗜水氣單胞菌的抵抗力都有所提高。精油增加白細(xì)胞介素(IL)-1β和IL-10的轉(zhuǎn)錄水平，并下調(diào)腫瘤壞死因子(TNF)-α和轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β的表達(dá)。此外，添加精油后，腸道微生物群落中消化酶活性增加，有益細(xì)菌屬富集。Diler等[22]研究發(fā)現(xiàn)，用克里特島牛至代替牛至喂養(yǎng)虹鱒(Oncorhynchusmykiss)，同樣具有積極的免疫和抗氧化活性調(diào)節(jié)作用，并對傳染病有保護(hù)作用。

這些結(jié)果表明，富含精油的日糧可對魚類產(chǎn)生有益的效果，一些精油甚至可能有助于改善免疫系統(tǒng)，并有助于預(yù)防水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的疾病爆發(fā)。

5 植物精油的作用機(jī)理

5.1 抑菌作用

從歷史上看，弧菌科家族成員所引起的疾病都是海洋魚類中最嚴(yán)重的傳染病。Navarrete等[23]研究了牛至、互葉白千層、檸檬草、肉桂和普通百里香精油對坎氏弧菌、哈氏弧菌、創(chuàng)傷弧菌和副溶血弧菌的抑菌作用，據(jù)報(bào)道，這些精油對弧菌屬的抑制作用一般中等或較弱。Wei等[24]發(fā)現(xiàn)，香茅草精油對弧菌屬和美人魚弧菌(Vibriodamsela)的MIC值分別為0.244 μg/mL和0.488 μg/mL，具有較強(qiáng)的抑制作用。同樣，報(bào)道了普通百里香精油具有很強(qiáng)的抑制作用，其對奧達(dá)利弧菌和鰻弧菌的MIC為320 μg/mL，對副溶血弧菌的MIC為80 μg/mL。據(jù)研究顯示，在六種不同的弧菌分離物上，丁香精油的MIC值為0.015 μg/mL，牛至亞種希臘牛至、克里特島牛至和馬郁蘭精油對燦爛弧菌、溶藻弧菌和鰻利斯頓氏菌的抑制作用較弱或中等，抑菌圈直徑分別為7.3～14.3 mm、7.8～13.6 mm和9.1～14.1 mm，摩洛哥堅(jiān)果精油對鰻鱺弧菌有顯著的活性，MIC值為62.5 μL/mL[25]。

5.2 植物精油的抑菌作用機(jī)理研究

目前對精油的作用機(jī)制研究尚少，取得的成果主要有以下幾方面:

5.2.1 影響細(xì)胞膜正常功能 精油主要穿透并作用于細(xì)菌的膜和細(xì)胞質(zhì)，通過改變細(xì)胞形態(tài)和使細(xì)胞器畸形來抑制其作用機(jī)制。一般來說，革蘭氏陽性細(xì)菌比革蘭氏陰性細(xì)菌對精油更敏感，因?yàn)榧?xì)胞膜中的脂磷壁酸可能促進(jìn)精油疏水化合物的滲透。根據(jù)Carson等[26]的研究，精油由不同的化合物組成，這些化合物在寄生蟲中沒有特定的細(xì)胞靶點(diǎn)。精油中的單萜α-蒎烯和沙賓烯已證明具有顯著的抗原蟲活性。此外，精油中不同化合物的協(xié)同效應(yīng)是另一個(gè)關(guān)鍵特征，它顯示出相對于單個(gè)化合物更高的作用模式。

5.2.2 影響脂質(zhì)層穩(wěn)定，溶解胞體中的脂肪體 精油普遍具有表面活性作用，對脂肪的溶解作用也可能是其抗菌機(jī)理之一。de Castro Nizio等[27]用熒光素SYBR-14和碘化丙啶進(jìn)行染色，證實(shí)了熱帶黑鼠尾草(Varroniacurassavica)的精油對多毛魚虱(Ichthyophthiriusmultifiliis)的質(zhì)膜損傷。

5.2.3 影響能量代謝及還原酶系 用不同的植物精油進(jìn)行20～60 d的膳食補(bǔ)充通常會(huì)改善淡水魚的氧化狀態(tài)。Al-Sagheer等[28]證實(shí)與基礎(chǔ)日糧相比，添加檸檬草(0.2 g/kg)和香葉天竺葵(0.4 g/kg)精油的日糧可增強(qiáng)尼羅羅非魚過氧化氫酶和溶菌酶的活性以及谷胱甘肽還原酶的含量，并減少尼羅羅非魚全身的丙二醛含量。Zeppenfeld等[29]以每kg含2.0 mL三葉裸花草(Achlystriphylla)精油的日糧飼喂銀鯰(Rhamdiaquelen)，發(fā)現(xiàn)其大腦、肝臟和肌肉中的生物標(biāo)記物硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)(TBARS)、脂質(zhì)過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和非蛋白巰基含量均低于對照組。Saccol等[30]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與飼喂對照日糧相比，飼喂添加白棘枝(Lippiaalba)精油(芳樟醇化學(xué)型，約0.5～2.0 mL/kg)的同種飼料，可刺激超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性，提高非蛋白巰基含量，同時(shí)減少了幾個(gè)器官中的脂質(zhì)過氧化物和TBARS。最后，S?nmez等[31]發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，飼喂含0.5～1.0 g/kg鼠尾草、留蘭香和普通百里香精油飼料的虹鱒，其肝臟超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性增強(qiáng)，過氧化氫酶、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和丙二醛活性降低。

植物精油由于疏水性和細(xì)胞通透性，可以迅速穿透病原微生物的細(xì)胞膜，導(dǎo)致寄生細(xì)胞的鉀離子和細(xì)胞質(zhì)含量泄漏，阻止線粒體內(nèi)的呼吸氧化過程，從而導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)改變和寄生蟲活性的停止。

6 結(jié)語

雖然天然植物精油在可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖方面有足夠的潛力，但精油具有高揮發(fā)性，可通過暴露于熱、濕、光和氧氣下分解，從而失去效力。以油的形式存在的精油在加工、儲(chǔ)存和處理過程中會(huì)發(fā)生降解。納米膠囊植物精油的使用成為植物精油應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)有前景的趨勢。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，植物精油可以獲得更精煉的產(chǎn)品，通過更好的成分控制發(fā)揮出更強(qiáng)的有益效果，并可能避免不受控制的化合物的不良影響。目前，在植物精油等方面的研究已取得了重要進(jìn)展，為將來植物精油可以在水產(chǎn)養(yǎng)殖的病害防控以及防治方面發(fā)揮更大的作用，奠定了基礎(chǔ)。