天然活性多糖在水產動物養殖中的應用

韓夢瑤，王曉梅，王占旗，葉金云，張忠山

（湖州師范學院生命科學學院，中國水產科學研究院水生動物繁育與營養重點實驗室，浙江省水生生物資源養護與開發技術研究重點實驗室，水生動物繁育與營養國家地方聯合工程實驗室，浙江 湖州 313000）

活性多糖是由醛基和羰基通過糖苷鍵連接而成的高分子聚合物，廣泛存在于動、植物、真菌和微生物體中。根據組成單糖的類別，可將多糖分為均聚多糖、雜多糖和糖綴合物三大類；根據多糖的來源，多糖又可分為植物多糖、動物多糖和真菌多糖[1]。天然植物多糖是構成植物體的四大基本物質之一，是維持和保證生物體生命活動正常運轉的重要生物大分子基本物，由多種相同或者不同的單糖以α-或者β-糖苷鍵組成[2]。真菌多糖是從真菌子實體、菌絲體及其發酵液中分離出的代謝產物，是一類螺旋狀立體構型的天然高分子多聚物[3]。活性多糖廣泛存在于生物體中，具有免疫調節、抗腫瘤、抗病毒、降血脂等[4]生理活性，在食品科學、醫學和水產等領域具有很大的應用前景。近幾年我國水產養殖業發展迅速，養殖面積不斷擴大，但隨之而來的水體富營養化和藥物的不合理使用，都對水產養殖業產生不利的影響。大量研究發現，將活性多糖添加到飼料中可以促進魚、蝦、蟹等生長，提高免疫力等。

1 天燃活性多糖對魚類養殖的影響

1.1 生長

不同活性多糖對魚類生長的作用不同。譚連杰等[5,6]研究了兩種植物多糖對卵形鯧鲹Trachinotus ovatus 生長性能及生化指標的影響，發現當歸多糖和枸杞多糖對卵形鯧鲹幼魚促生長的作用不顯著。向梟等[7]研究發現，飼料中添加黃芪多糖組的增重率、特定生長率和飼料蛋白效率顯著高于未添加黃芪多糖組（P＜0.05），飼料系數降低。當黃芪多糖添加水平為0.04%時，對齊口裂腹魚Schizothorax prenanti 有明顯的促生長作用。

海藻多糖是海洋天然活性多糖，主要包括褐藻中的藻酸、褐藻糖膠、硫酸多糖、紅藻中的瓊膠、卡拉膠，具有抗氧化、抗腫瘤、抗病毒和增強免疫力的作用[8]。林建斌等[9,10]發現，在基礎飼料中添加海帶多糖能明顯促進大黃魚Larimichthys crocea 和珍珠龍膽石斑魚Epinephelus fuscoguttatus♀×E.lanceolatus♂的生長，但是其促進生長性能的效果并不隨著多糖添加水平的增加而增強。李文武等[11]報道，在基礎飼料中添加不同水平的海帶多糖飼養斜帶石斑魚Epinephelus coioides 48 d，促進了斜帶石斑魚的生長，提高了飼料利用率等，但其功效并不隨多糖添加量增加而更明顯，多糖的最適添加量為0.5%。

膠體和纖維素類多糖是一類調控脂肪的重要碳水化合物。馮姣等[12]和夏曉杰等[13]證實在日糧中添加不同劑量的氧化魔芋葡甘露聚糖，能改善齊口裂腹魚生長狀況，提高蛋白質效率，降低肌肉及肝胰臟組織中粗脂肪含量，調節血脂水平。β-葡聚糖明顯促進了花鱸Lateolabrax japonicus[14]和虹鱒Oncorhynchus mykiss[15]的生長，但對江黃顙魚Pelteobagrus vachelli[16]和黃顙魚P.fulvidraco 幼魚[17]的生長性能沒有顯著影響（P＞0.05）。β-葡聚糖對水產動物生長性能的影響還需進一步探索。

1.2 免疫

植物多糖能夠激活免疫系統而發揮免疫調節作用[18]，包括對非特異性免疫、特異性免疫、黏膜免疫及紅細胞免疫等[19]，可作為飼料免疫增強劑。非特異性免疫又被稱為天然免疫或固有免疫，是生物體在長期進化和發育過程中逐漸形成的一種天然防衛機制，例如組織屏障作用、吞噬細胞對病原體的吞噬作用等[19]。溶菌酶是一種水解酶，構成魚類的非特異性免疫系統，作用位點在細菌細胞壁粘多糖的β-1,4 糖苷鍵，也能有效破壞真菌、寄生蟲以及病毒的結構[20]。王慶奎等[21]給點帶石斑魚Epinephelus coioides 喂食含3 000 mg·kg-1當歸多糖的飼料，顯著提高了其血液白細胞吞噬能力、溶菌酶活力，頭腎白細胞呼吸爆發活力等，使其非特異性免疫力增強。吳璇等[22]指出：連續投喂含1 200 mg·kg-1靈芝多糖的飼料時，黃顙魚非特異性免疫力顯著提高。香菇多糖通過激活免疫細胞，促使其成熟、分化和增殖，從而抵抗多種細菌、病毒和寄生蟲的入侵，維持機體平衡，達到增強機體自身免疫作用的目的[23]。香菇多糖[24]、黃芪多糖[25]和枸杞多糖[26]都能提高黃顙魚頭腎巨噬細胞的氧呼吸爆發活性和氮呼吸爆發活性，提高黃顙魚外周血白細胞的增殖能力和體內免疫細胞的活性及免疫力。

1.3 抗氧化

多糖具有提高機體抗氧化酶的活性，增強清除自由基，減緩脂質過氧化的功能[27]。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）[28]與過氧化物酶（POD）三者共同組成機體的抗氧化酶系，清除體內的活性氧物質，維持機體內環境的穩定[29]。劉波等[30]將水提醇沉法提取的當歸多糖按0 mg·kg-1、2 000 mg·kg-1、4 000 mg·kg-1、6 000 mg·kg-1和8 000 mg·kg-1添加到飼料中，喂食42 d，研究了當歸多糖對點帶石斑魚抗氧化酶活力及相關基因表達的影響。結果表明，連續喂食6 000 mg·kg-1當歸多糖42 d 能顯著提高肝胰臟CuZn-SOD、Mn-SOD、CAT 酶活力和CuZn-SOD、Mn-SOD、CAT 基因表達量，提高點帶石斑魚抗氧化能力。香菇多糖[31]、黃芪多糖[32]和β-葡聚糖[33]可以提高黃顙魚機體的SOD、CAT 活力，降低丙二醛（MDA）的含量，增進機體的抗氧化功能。用植物多糖浸泡或投喂金絲魚Tanichthrs altbonubes 后，可以顯著地提高魚體內抗氧化酶SOD與CAT 的活力[34,35]。王永紅等[36]研究報道5 mg·kg-1的β-葡聚糖可通過提高大黃魚機體內抗氧化酶活性來緩解低氧脅迫誘導的氧化損傷。

1.4 抗病

多糖可作為水產養殖免疫增強劑用以增強魚類自身免疫系統的功能，提高其自身的抗病能力而達到預防疾病的目的[37]。霍永等[38]用添加不同水平黃芪多糖的飼料分組飼養孔雀魚Poecilia reticulata，從患有爛尾病的魚體中分離培養病原菌，用分離出的病原菌對健康孔雀魚進行攻毒試驗。結果得出，飼料黃芪多糖含量在0.04%～0.08%時對魚的抗病能力都有所加強。孫金輝等[31]用含香菇多糖的飼料飼喂8 周后，用遲鈍愛德華氏菌Edwardsiella tarda 進行攻毒試驗，發現香菇多糖提高了黃顙魚的免疫保護率；當添加量為1 500 mg·kg-1時，達到最大免疫保護率。任勝杰等[39]用維氏氣單胞菌Aeromonas veronii 對鯽Carassius auratus 攻毒，發現黃芪多糖和當歸多糖添加量在1%時能抑制維氏氣單胞菌攻毒引起的細胞凋亡。紀利芹等[40]發現：添加β-葡聚糖能顯著提高感染殺鮭氣單胞菌Aeromonas salmonicida 的虹鱒的存活率，有效減弱細菌感染引起的機體應激反應，其中0.2%劑量的保護效果最好，減弱應激過程的效果最明顯（P＜0.05）。

嗜水氣單胞菌Aeromonas hydrophila 能引起多種養殖魚類發生細菌性敗血癥[41]。陳冰等[33]發現，β-葡聚糖可以提高黃顙魚抗嗜水氣單胞菌感染能力，降低累計死亡率。但李永娟等[17]卻發現β-葡聚糖對降低黃顙魚感染嗜水氣單胞菌后的累計死亡率沒有顯著影響。β-葡聚糖對水產動物的抗病力的研究還需進一步深入。

2 多糖對對蝦養殖的影響

2.1 生長

多糖在蝦上的應用與魚類相似。黃芪多糖可促進細胞中的核酸、蛋白質及多肽的合成[42]，以及胃液的分泌，調節養分的吸收代謝，促進蝦生長[43]。洪徐鵬等[42]研究發現：在基礎飼料中添加0.40%～0.80%黃芪多糖時，對克氏原螯蝦Procambarus clarkii 的生長具有明顯的促進作用。盛鵬程等[44]用添加銀耳菌絲體多糖和酵母細胞壁多糖的飼料投喂青蝦（日本沼蝦Macrobranchium nipponense），當添加0.15%銀耳菌絲體多糖和0.02%酵母細胞壁多糖時，青蝦生長最好，且隨著飼料中多糖添加量的增加，生長更好。海藻多糖[46]和樺褐孔菌多糖[47]喂食凡納濱對蝦Litopenaeus vannamei[45]后，對蝦的增重率（WGR）和特殊增長率（SGR）顯著升高，飼料系數（FCR）顯著降低。譚崇桂等[48]在基礎飼料中分別添加0.2%β-葡聚糖和0.05%黃芪多糖，結果表明添加前者的凡納濱對蝦WGR 升高，FCR 降低，而添加后者的對凡納濱對蝦增重率無顯著影響。而劉群芳等[49]發現：添加β-葡聚糖反而使凡納濱對蝦的WGR 降低，存活率升高。多糖對蝦的生長作用還需進一步探索。

2.2 免疫

多糖同樣能激活蝦類的免疫系統，發揮免疫功能[50]。蝦蟹類免疫系統較魚類低等，且以非特異性免疫為主[42]。酸性磷酸酶（ACP）是動物巨噬細胞內溶酶體的標志酶，是溶酶體的重要組成部分。堿性磷酸酶（AKP）是生物體內的重要免疫調節酶，直接參與磷酸基團的轉移和機體蛋白質合成，也是溶酶體酶的重要組成部分[51]。酚氧化酶原（proPO）激活系統在蝦體中以非活性狀態存在于血細胞中，具有識別異物和防御功能[52]。當pPO 被激活時生成酚氧化酶（PO），在氧分子存在下，PO 將酚類氧化成鄰苯醌或對一苯醌，醌類可抑制微生物的感染，形成機體的自我保護[52]。

盛鵬程等[44]以銀耳菌絲體多糖和酵母細胞壁多糖作為免疫增強劑添加到基礎飼料中，投喂青蝦，發現隨著飼料中添加量的增加，ACP 和AKP 的活力也隨之增加，但各組青蝦肝胰臟中SOD 活力均被抑制，應該與免疫增強劑的含量有關，過高或過低都可能起到抑制作用。雷愛瑩等[53]將蜈蚣藻多糖作為藥餌投喂凡納濱對蝦，發現多糖對血藍蛋白、酚氧化酶原、熱休克蛋白3 個免疫基因的表達量有明顯影響，且多糖添加量與基因的表達量呈正比例關系，說明蜈蚣藻多糖可作為免疫增強劑提高凡納濱對蝦一些免疫相關基因的表達，增強其抗病能力。其他一些多糖如海藻多糖[46]、松籽殼多糖[54]、樺褐孔菌多糖[47]、小球藻多糖[55]和植物多糖[56-58]，都可顯著提高凡納濱對蝦血清中LSZ、ACP、AKP、PO 活性，增強非特異性免疫。

2.3 抗氧化

在生物體內起抗氧化作用的主要是SOD 和CAT 這兩種抗氧化酶[59]。MDA 具有很強的生物毒性，對機體造成傷害[60]。紅景天提取物含有豐富的植物多糖，可清除體內活性氧自由基，避免過氧化作用對機體細胞的損傷[61]。王蕓等[62]研究了紅景天提取物對凡納濱對蝦抗氧化系統及抵抗低鹽度脅迫的影響。結果表明，紅景天提取物能夠降低脅迫初期凡納濱對蝦抗氧化指標的劇烈改變，明顯提高脅迫后期機體的抗氧化系統功能，具有成為抗應激飼料添加劑的潛力。松籽殼多糖[54]、樺褐孔菌多糖[47]、黃芪多糖[63]可顯著提高凡納濱對蝦血清中SOD、CAT 活力及其抗超氧陰離子自由基產生的能力，降低MDA 含量，提高凡納濱對蝦的抗氧化能力，清除機體內的活性氧自由基，阻止脂質過氧化反應，保護機體不被氧化破壞。Liu 等[56]發現，與對照組相比，飼喂人參多糖84 d 后，南美白對蝦的鰓和肝胰腺中SOD、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化物酶的mRNA 表達明顯升高，MDA 含量下降，表明人參多糖具有抗氧化能力。

2.4 抗病

活性多糖作為免疫增強劑，能有效提高蝦類本身的抗病能力。王芳等[64]用病毒侵染凡納濱對蝦，發現對蝦肝臟和心臟組織中SOD 和PO 同工酶表型發生了明顯變化，說明SOD 和PO 這兩種免疫因子可以提高凡納濱對蝦的免疫力，提高對蝦抗病毒感染能力。Ge 等[46]發現添加海藻多糖降低了用副溶血性弧菌Vibrio parahemolyticus 懸浮液攻毒的凡納濱對蝦的死亡率。洪徐鵬等[65]為研究基礎飼料中添加不同濃度的黃芪多糖對克氏原螯蝦抗白斑綜合征病毒（white spot syndrome virus,WSSV）的效果，進行攻毒試驗，發現添加0.8%的黃芪多糖可提高26.67%的存活率，提高了抗WSSV 感染的效果。Cantelli 等[66]發現從紅海藻中提取的硫酸多糖，通過提高凝集能力和PO 活性，幫助凡納濱對蝦抵抗WSSV。

3 多糖對蟹養殖的影響

3.1 生長

不同結構和劑量的活性多糖對蟹生長的作用不同。吳韜等[67]將果膠和木聚糖按12%的比例添加到飼料中，飼養中華絨螯蟹Eriocheir sinensis13 周，發現各組蟹的SGR、體成分和消化酶活性差異不顯著（P＞0.05），說明果膠和木聚糖對蟹生長的作用不明顯；而后又探討其影響機制，發現可能與多糖的粘性有關而與其溶解性無關[68]。Ren 等[69]指出，木聚糖是棉籽粕中主要的非淀粉多糖，將棉籽粕添加到中華絨螯蟹的飼料中，各組間的生長性能、血清生化指標、消化代謝酶活性等無差異（P＞0.05）。

3.2 免疫

蟹類的免疫系統與蝦類相似。血細胞總數（THC）在一定程度上了體現機體抵抗病原體入侵的能力；不同類型的血細胞數量（DHC）則能較好地反映不同血細胞在抵抗不同病原體的防御反應中的積極作用。因此，測定THC、DHC、血細胞的吞噬百分率（PP）、吞噬指數（PI）和呼吸爆發（RB）活性能較好地評價多糖對中華絨螯蟹細胞免疫功能的影響[70]。黃芪多糖[71]、竹筍多糖[72,73]和低聚殼聚糖[74]可以使中華絨螯蟹的肝胰腺中ACP、AKP、LSZ、PO、THC 和PP 活性顯著增強，提高其非特異性免疫力。文英等[75]用大黃多糖刺激擬穴青蟹Scylla paramamosain 后，其過氧化氫酶、過氧化物還原酶等基因表達水平顯著上升，說明其可能提高擬穴青蟹的免疫相關基因。脂多糖為革蘭氏陰性細菌細胞壁外膜的主要成分，具有一定的免疫活性[76]。楊季芳等[77]從2 株南極海洋寡營養細菌中提取脂多糖，分不同處理組免疫注射三疣梭子蟹Portunus trituberculatus，發現提取的脂多糖均能顯著提高梭子蟹血清中的抗菌活力、LSZ 和PO 活力等指標（P＜0.05），表明脂多糖能使梭子蟹非特異性免疫增強。周妍英等[78]用8.0 μg·mL-1脂多糖刺激河南華溪蟹Sinopotamon henanense 后，發現溪蟹的THC 和LSZ 活力的變化表現出時間-劑量效應，而在鎘暴露后再注射脂多糖，溪蟹血清中LSZ 活力無顯著變化，而ACP活力顯著高于鎘單獨作用組，說明脂多糖對河南華溪蟹免疫系統具有良好的刺激作用。

3.3 抗氧化

活性多糖可以顯著提高蟹血清和肝胰臟中SOD 和CAT 的活性，促進蟹的抗氧化性。Fu 等[71]在中華絨螯蟹基礎飼料中添加黃芪多糖，發現其肝胰腺中SOD 和CAT 活性均高于血清，說明中華絨螯蟹的抗氧化系統得到提升，保護某些生物膜免受損害，最佳添加劑量為1 200 mg·kg-1。王玉芬等[79]研究發現：投喂2 g·kg-1飼料的竹筍多糖，使中華絨螯蟹血清中SOD 活性及肝胰腺總抗氧化能力提升。楊季芳等[77]也發現用脂多糖注射三疣梭子蟹后，蟹血清中SOD 和CAT 活性顯著上升。

3.4 抗病

感染WSSV 后，蟹反應遲鈍、行動緩慢、步足無力、食欲減退等，解剖病蟹可以看到肝胰腺已經由黃色變為淡黃色甚至灰白色，鰓排列無序，呈淺棕色，幾天內就大量死亡[80]。孫婷等[80]研究發現，人工感染WSSV 會導致中華絨螯蟹肝胰腺免疫酶活性的改變及形態結構的損傷，影響其正常生理功能，而人工注射免疫多糖后，其免疫水平和抗病力提高。嗜水氣單胞菌攻毒試驗結果表明，隨著黃芪多糖劑量的增加，中華絨螯蟹死亡率逐漸降低[71]。

4 多糖對參養殖的影響

4.1 生長

在基礎飼料中添加活性多糖能顯著提高刺參Apostichopus japonicus 的生長率[81]。白陽等[82]在基礎飼料中添加1%不同分子量的殼聚糖，進行為期56 d 的養殖實驗，結果不同分子量的殼聚糖對刺參均有促生長作用，且低分子量殼聚糖能顯著提高刺參的SGR（P＜0.05）。樊英等[83,84]用不同劑型的黃芪多糖投喂刺參，發現黃芪多糖微膠囊添加組的刺參SGR 更高，添加量與生長率成正比例遞增關系，并未出現高劑量抑制生長的現象；5%添加量組刺參SGR 最高。Fan 等[85]用黃芪和茯苓多糖微膠囊制劑飼喂刺參4 周后發現：微膠囊制劑能顯著提高刺參的SGR（P＜0.05）。由此可以看出，黃芪和茯苓多糖具有促進刺參生長的作用。但Song 等[86]研究發現：添加黃芪多糖后海參WGR、SGR 和內臟壁比與對照組之間沒有顯著性差異，表明膳食中添加的黃芪多糖對海參生長性能影響不大。

4.2 免疫

劉洪展等[87]利用從南極冰海水中分離得到的南極細菌產生的胞外多糖，采用注射不同濃度的胞外多糖溶液的方式處理刺參，發現細菌多糖明顯增強了體腔液ACP 和LSZ 活力，對刺參產生一定的免疫保護作用，最適添加量為2 mg·mL-1。Song 等[86]研究發現：膳食黃芪多糖補充劑可能通過NF-κB信號通路影響海參的非特異性免疫反應和腸道微生物區系。Fan 等[85]發現，黃芪和茯苓多糖在刺參體中可以起到益生菌的作用，增強LSZ、AKP 的活性和補體C3 含量，刺激細胞因子改善免疫功能，提高糖耐量。樊英等[84]發現，微膠囊劑型黃芪多糖的添加劑量、添加時間對刺參非特異性免疫具有一定的影響，添加3%黃芪多糖時，免疫效果最佳。

茯苓多糖能激活刺參體內氧化酶和水解酶系統，改善和提高其非特異性免疫，可作為飼料免疫增強劑[88]。王淑嫻等[88]向刺參體內注射茯苓多糖后測定其免疫因子，結果發現刺參體腔液中AKP、LSZ、SOD 活性和補體C3 含量都提高，證實茯苓多糖可提高刺參免疫力。仿刺參依賴的是非特異性免疫，主要靠自身的防御機能來抵抗病原體的襲擊,如吞噬作用、LSZ、AKP、SOD 活性及補體等非特異性免疫因子功能[89]。仿刺參體腔中注射相同體積（500 μL）的無菌黃芪多糖溶液，體腔液中LSZ、SOD、AKP 活性及補體C3 的含量增加[89]，表明黃芪多糖具有增強仿刺參免疫的功能。

4.3 抗氧化

機體內抗氧化酶SOD、CAT 等活性高低反映了抗氧化能力，當受到病原體攻擊或處于逆境條件時會降低機體的抗氧化能力[84]。劉洪展等[87]用南極細菌產生的胞外多糖注射刺參，發現體腔液中CAT、SOD 活性升高，降低了MDA 含量，以保護細胞免受氧自由基誘導的氧化損傷。Fan 等[85]將黃芪多糖和茯苓多糖注射到刺參中，結果表明，黃芪多糖和茯苓多糖能顯著提高海參體腔液中SOD 的活性，增強抗氧化能力，這可能與黃酮類化合物和皂苷在膜中消除氧自由基的作用有關[89]。

4.4 抗病

活性多糖添加量對海參的抗病力有一定影響。刺參養殖中，經常出現由燦爛弧菌Vibrio splendidus引起的腐皮綜合征，嚴重危害養殖業[84]。樊英等[84]在基礎飼料中添加微膠囊型黃芪多糖連續投喂刺參，后用燦爛弧菌對刺參進行攻毒試驗，結果表明實驗組累計死亡率顯著低于對照組（P＜0.05），證明黃芪多糖可提高刺參抗病力，對養殖刺參產生有益的影響。Fan 等[85]研究發現：口服黃芪和茯苓混合微膠囊制劑的刺參，在受到燦爛弧菌的刺激后，死亡率降低。劉洪展等[87]通過注射感染的方式進行攻毒試驗，病原菌來自患皮膚潰爛、嘴部腫脹的刺參體內病原菌，給刺參注射4 mg·mL-1的南極冰海水細菌胞外多糖，可以降低死亡率。

5 展望

長期以來，水產養殖中一些抗生素藥物的殘留，導致水生動物產生了耐藥性。而活性多糖如黃芪多糖、海藻多糖、葡聚糖等具有促進水產動物生長，增強機體免疫力、提高抗氧化能力和降低動物的發病率等功能，無耐藥性和無藥物殘留等，在水產動物養殖中可以替代抗生素。但多糖因為結構各異，功能不同，對水產動物的作用會產生差異。黃芪多糖對水產動物生長和免疫作用與其添加水平之間并不成直線關系，添加時間與免疫效果之間存在一定的相關性。黃芪多糖屬于水溶性物質，口服會有所損失，可采取注射或浸泡等方法，還可探索新劑型，如微膠囊制劑。β-葡聚糖添加劑量、飼料配方、投喂頻率和方式的差異，以及水產動物生長階段的不同，結果不同，試驗時，要綜合考慮各個方面的因素。植物多糖對水產動物各組織器官的影響也不同，促進作用具有不同程度的差異，甚至出現抑制現象。隨著多糖的制備方法和藥理性等研究不斷深入，以及對其劑量、投喂方法的探索，作為免疫添加劑在水產動物飼料中有廣闊的應用前景。