南海所研究植物精油在水产养殖上的应用取得新进展-南海水产研究所

科研进展

南海所研究植物精油在水产养殖上的应用取得新进展

撰写时间：2023-04-19 [来源：南海水产研究所 ]

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近日，中国水产科学研究院南海水产研究所海水鱼虾工厂化养殖创新团队联合比利时根特大学科研人员，在国际著名学术期刊Reviews in Aquaculture（IF₂₀₂₂= 10.618，水产渔业领域排名1/54）发表综述论文，系统总结了植物精油拮抗对虾弧菌的研究进展，探讨了植物精油在水产健康养殖中的应用前景，为无抗养殖提供了新思路。

植物精油是从植物的叶、花、果实、种子、芽和茎中提取的一类芳香性油状液体，其功能成分是通过自然发展和物种淘汰机制筛选，由天然生物合成而得到。因此，将植物成分反向作用于生物机体也对机体损伤相对最小。另外，精油具有抗菌、免疫调节和麻醉镇静等生物学功能，能够有效防止水产疾病暴发，减少因疾病和机体应激造成的经济损失。

近年来，海水鱼虾工厂化养殖创新团队就植物精油在水产抗弧菌、免疫调节、麻醉运输等方面的作用开展了系列研究，相关研究成果先后发表在Reviews in Aquaculture、Aquaculture、Frontiers in Immunology、Microorganisms、Fish Physiology and Biochemistry等期刊上（以郑晓婷（博士研究生）、曾祥兵（硕士研究生）为第一作者，张家松研究员、董宏标副研究员和根特大学Peter Bossier教授为通讯作者）。主要研究成果如下：

（1）总结了2019—2022年植物精油对弧菌（包括能够引起急性肝胰腺坏死症的弧菌）的拮抗作用，借助模式生物卤虫评估了精油在甲壳类动物应用上的安全性，探讨了植物精油在对虾健康养殖中的应用前景。目前发现有27种陆生植物精油具有抗弧菌作用，其中，以鼠尾草（Salvia officinalis）和麝香草（Thymus vulgaris）研究最多；而致病菌以副溶血弧菌（非AHPND株）相关研究较多。关于植物精油对卤虫毒性的研究共68篇，根据对卤虫的毒性可将植物精油分为4类（强毒性：LC₅₀ < 100 μg/ml，中毒性：LC₅₀:100 - 500 μg/ml，弱毒性：LC₅₀: 500-1000 μg/ml，无毒：LC₅₀ > 1000 μg/ml），其中37种植物精油具有强毒性，15种植物精油具有中毒性，3种植物精油植物具有弱毒性，13种植物精油无毒。艾蒿精油（Artemisia vulgaris）和芡实精油（Euryale ferox）的LC₅₀值分别为10.25 μg/ml和11.48 μg/ml，说明这两种植物精油对卤虫具有较强的毒性。此部分结果已发表在Reviews in Aquaculture杂志（IF₂₀₂₂ =10.618）。

图1：精油对细菌细胞的作用机制和作用位点（摘自郑晓婷等的综述论文：Zheng X T. and Bossier P, Toxicity assessment and anti‐Vibrio activity of essential oils: Potential for application in shrimp aquaculture. Reviews in Aquaculture, 2023. doi:10.1111/raq.12795）。

（2）评估了系列植物精油的抑制弧菌能力。采用OD值法、气相扩散法和生物发光检测法，对22种植物精油和12种精油单体成分的体外抑制弧菌能力进行检测筛选，结果显示山苍籽精油（Litsea citrata）和茶树精油（Melaleuca alternifolia）具有抑制发光坎氏弧菌生长的能力（表1）。随后，分析不同剂量山苍籽精油抑制发光坎氏弧菌能力的影响，结果显示，高浓度精油（0.004-0.008%）可显著抑制发光坎氏弧菌的游动性，中高浓度精油（0.001-0.008%）显著抑制弧菌的菌膜形成和弧菌生长。实验结果表明山苍籽精油可抑制发光坎氏弧菌的游动性、菌膜形成和生长。此部分实验结果已发表在Microorganisms杂志（IF₂₀₂₂ =4.926）。

表1：采用OD值法、气相扩散法和生物发光检测法，筛选出体外能抑制发光坎氏弧菌能力的植物精油。结果显示山苍籽精油（Litsea citrata）和茶树精油（Melaleuca alternifolia）具有抑制发光坎氏弧菌生长的能力（摘自郑晓婷等的研究论文：Zheng X T, Feyaerts A F, Van Dijck P, Bossier P. Inhibitory activity of essential oils against Vibrio campbellii and Vibrio parahaemolyticus. Microorganisms, 2020,8(12):1946）。

（3）检测了山苍籽精油在甲壳动物养殖应用中的安全性。通过急性毒理实验表明，山苍籽精油对卤虫的48h半致死浓度（_LC50-48h）为0.004%（图2A）。体内攻毒实验发现山苍籽精油对卤虫的安全剂量范围比较广（0-0.003%），发光坎氏弧菌攻毒后，0.0005%—0.002%山苍籽精油可显著提高卤虫的存活率（图2B）。为了进一步探究山苍籽精油提高卤虫存活率的作用机制，采用qRT-PCR方法检测了卤虫相关免疫基因的相对表达水平，发现0.002%山苍籽精油上调了卤虫hsp 70、sod、pxn和tgase 1基因的表达水平（图2C）。实验结果表明宿主存活率的提高与免疫相关基因表达水平的上调有关。此部分实验结果已发表在Frontiers in Immunology杂志（IF₂₀₂₂ =8.786）。

图2A：山苍籽精油对卤虫的急性毒理实验，结果显示山苍籽精油对卤虫的48h半致死浓度（LC_50—48h）为0.004%。图2B：体内攻毒实验结果显示0-0.003%山苍籽精油对卤虫的没有毒副作用，在发光坎氏弧菌感染下，0.0005-0.002%山苍籽精油显著提高卤虫的存活率（同一浓度组别，左列没有感染弧菌，右列进行弧菌感染）。图2C：0.002%山苍籽精油提高了卤虫（发光坎氏弧菌感染后）hsp 70、sod、pxn和tgase 1基因的表达水平（摘自郑晓婷等的研究论文：Zheng X T, Han B, Kumar V, Feyaerts A F, Van Dijck P, Bossier P. Essential oils improve the survival of gnotobiotic brine shrimp (Artemia franciscana) challenged with Vibrio campbellii. Frontiers in Immunology, 2021,12:693932）。

（4）评估了白玉兰精油（Magnolia denudata）作为植物型渔用麻醉剂的效果。经麻醉诱导实验得出白玉兰精油对中国花鲈幼鱼（Lateolabrax maculatus）最低有效麻醉浓度为100 mg/L，有效镇静浓度为10-20 mg/L（表3A）。且经最低有效麻醉浓度麻醉后，相对于传统麻醉剂（丁香酚），白玉兰精油更有效缓解了由应激造成的血糖、皮质醇和乳酸脱氢酶的上升，且降低了肝脏损伤指标（图3B）。经镇静剂量浓度的白玉兰精油（10和20 mg/L）运输中国花鲈幼鱼，添加白玉兰精油的水体氨氮浓度下降（表4A）；并且缓解了由运输造成的血糖、皮质醇、乳酸脱氢酶上升（图4B）和脑组织抗氧化能力的下调（图4C）。实验结果表明白玉兰精油有望成为绿色天然的植物源渔用麻醉剂。此部分实验结果已发表在Fish Physiology and Biochemistry杂志（IF₂₀₂₂=3.014）和Aquaculture杂志（IF₂₀₂₂=5.135）。

表3A：白玉兰精油对中国花鲈麻醉效果评估，基于A3阶段<180 s的时间标准，白玉兰精油的最低麻醉有效浓度为100 mg/L。图3B：在应激阶段，白玉兰精油有效缓解了相关应激指标的上升，且在恢复阶段，白玉兰精油组的肝损伤指标较丁香酚低（摘自曾祥兵等的研究论文：Zeng, X, Dong, H, Wu, J, Wang, W, Duan, Y, Chen, J, Zhang, J, 2022. Essential oil of Magnolia denudata is an effective anesthetic for spotted seabass (Lateolabrax maculatus): a test for its effect on blood biochemistry, physiology and gill morphology. Fish physiology and biochemistry 48, 1349–1363, 2022.）。

表4A：添加白玉兰精油镇静降低了中国花鲈运输过程的呼吸频率，运输后的氨氮浓度。图4B：添加白玉兰精油运输后缓解了中国花鲈血清学应激指标（皮质醇，血糖，乳酸脱氢酶）的上升。图4C：添加白玉兰精油运输后中国花鲈缓解了脑抗氧化指标（SOD，CAT，MDA）的下调（摘自曾祥兵等的研究论文：Zeng, X, Dong, H, Yang, Y, Li, T, LI, C, Zhang, J, 2022 Effects of essential oil of Magnolia denudata on spotted seabass (Lateolabrax maculatus) during simulated live transportation. Aquaculture, 739258.）。

相关研究得到中国留学基金资助出国留学项目（CSC201708440251）、根特大学特别研究项目（BOF-UGent 01SC7918）、广东省重点领域研发计划项目（2020B1111030001）、海南省科技专项项目（ZDYF2022XDNY349）、中国东盟海上合作基金“中国—东盟现代海洋渔业技术合作及产业化开发示范”、广东省现代农业产业技术体系创新团队建设项目（2021KJ150）等支持。