近日，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所海水魚蝦工廠化養(yǎng)殖創(chuàng)新團隊聯(lián)合比利時根特大學(xué)科研人員，在國際著名學(xué)術(shù)期刊Reviews in Aquaculture（IF₂₀₂₂= 10.618，水產(chǎn)漁業(yè)領(lǐng)域排名1/54）發(fā)表綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了植物精油拮抗對蝦弧菌的研究進展，探討了植物精油在水產(chǎn)健康養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景，為無抗養(yǎng)殖提供了新思路。

植物精油是從植物的葉、花、果實、種子、芽和莖中提取的一類芳香性油狀液體，其功能成分是通過自然發(fā)展和物種淘汰機制篩選，由天然生物合成而得到。因此，將植物成分反向作用于生物機體也對機體損傷相對最小。另外，精油具有抗菌、免疫調(diào)節(jié)和麻醉鎮(zhèn)靜等生物學(xué)功能，能夠有效防止水產(chǎn)疾病暴發(fā)，減少因疾病和機體應(yīng)激造成的經(jīng)濟損失。

近年來，海水魚蝦工廠化養(yǎng)殖創(chuàng)新團隊就植物精油在水產(chǎn)抗弧菌、免疫調(diào)節(jié)、麻醉運輸?shù)确矫娴淖饔瞄_展了系列研究，相關(guān)研究成果先后發(fā)表在Reviews in Aquaculture、Aquaculture、Frontiers in Immunology、Microorganisms、Fish Physiology and Biochemistry等期刊上（以鄭曉婷（博士研究生）、曾祥兵（碩士研究生）為第一作者，張家松研究員、董宏標(biāo)副研究員和根特大學(xué)Peter Bossier教授為通訊作者）。主要研究成果如下：

（1）總結(jié)了2019—2022年植物精油對弧菌（包括能夠引起急性肝胰腺壞死癥的弧菌）的拮抗作用，借助模式生物鹵蟲評估了精油在甲殼類動物應(yīng)用上的安全性，探討了植物精油在對蝦健康養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景。目前發(fā)現(xiàn)有27種陸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）相關(guān)研究較多。關(guān)于植物精油對鹵蟲毒性的研究共68篇，根據(jù)對鹵蟲的毒性可將植物精油分為4類（強毒性：LC₅₀< 100 μg/ml，中毒性：LC₅₀:100 - 500 μg/ml，弱毒性：LC₅₀: 500-1000 μg/ml，無毒：LC₅₀> 1000 μg/ml），其中37種植物精油具有強毒性，15種植物精油具有中毒性，3種植物精油植物具有弱毒性，13種植物精油無毒。艾蒿精油（Artemisia vulgaris）和芡實精油（Euryale ferox）的LC₅₀值分別為10.25 μg/ml和11.48 μg/ml，說明這兩種植物精油對鹵蟲具有較強的毒性。此部分結(jié)果已發(fā)表在Reviews in Aquaculture雜志（IF₂₀₂₂=10.618）。

圖1：精油對細(xì)菌細(xì)胞的作用機制和作用位點（摘自鄭曉婷等的綜述論文：Zheng X T. and Bossier P, Toxicity assessment and anti‐Vibrioactivity of essential oils: Potential for application in shrimp aquaculture. Reviews in Aquaculture, 2023. doi:10.1111/raq.12795）。

（2）評估了系列植物精油的抑制弧菌能力。采用OD值法、氣相擴散法和生物發(fā)光檢測法，對22種植物精油和12種精油單體成分的體外抑制弧菌能力進行檢測篩選，結(jié)果顯示山蒼籽精油（Litsea citrata）和茶樹精油（Melaleuca alternifolia）具有抑制發(fā)光坎氏弧菌生長的能力（表1）。隨后，分析不同劑量山蒼籽精油抑制發(fā)光坎氏弧菌能力的影響，結(jié)果顯示，高濃度精油（0.004-0.008%）可顯著抑制發(fā)光坎氏弧菌的游動性，中高濃度精油（0.001-0.008%）顯著抑制弧菌的菌膜形成和弧菌生長。實驗結(jié)果表明山蒼籽精油可抑制發(fā)光坎氏弧菌的游動性、菌膜形成和生長。此部分實驗結(jié)果已發(fā)表在Microorganisms雜志（IF₂₀₂₂=4.926）。

表1：采用OD值法、氣相擴散法和生物發(fā)光檢測法，篩選出體外能抑制發(fā)光坎氏弧菌能力的植物精油。結(jié)果顯示山蒼籽精油（Litsea citrata）和茶樹精油（Melaleuca alternifolia）具有抑制發(fā)光坎氏弧菌生長的能力（摘自鄭曉婷等的研究論文：Zheng X T, Feyaerts A F, Van Dijck P, Bossier P. Inhibitory activity of essential oils againstVibrio campbelliiandVibrio parahaemolyticus. Microorganisms, 2020,8(12):1946）。

（3）檢測了山蒼籽精油在甲殼動物養(yǎng)殖應(yīng)用中的安全性。通過急性毒理實驗表明，山蒼籽精油對鹵蟲的48h半致死濃度（LC_50-48h）為0.004%（圖2A）。體內(nèi)攻毒實驗發(fā)現(xiàn)山蒼籽精油對鹵蟲的安全劑量范圍比較廣（0-0.003%），發(fā)光坎氏弧菌攻毒后，0.0005%—0.002%山蒼籽精油可顯著提高鹵蟲的存活率（圖2B）。為了進一步探究山蒼籽精油提高鹵蟲存活率的作用機制，采用qRT-PCR方法檢測了鹵蟲相關(guān)免疫基因的相對表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)0.002%山蒼籽精油上調(diào)了鹵蟲hsp 70、sod、pxn和tgase 1基因的表達(dá)水平（圖2C）。實驗結(jié)果表明宿主存活率的提高與免疫相關(guān)基因表達(dá)水平的上調(diào)有關(guān)。此部分實驗結(jié)果已發(fā)表在Frontiers in Immunology雜志（IF₂₀₂₂=8.786）。

圖2A：山蒼籽精油對鹵蟲的急性毒理實驗，結(jié)果顯示山蒼籽精油對鹵蟲的48h半致死濃度（LC_50—48h）為0.004%。圖2B：體內(nèi)攻毒實驗結(jié)果顯示0-0.003%山蒼籽精油對鹵蟲的沒有毒副作用，在發(fā)光坎氏弧菌感染下，0.0005-0.002%山蒼籽精油顯著提高鹵蟲的存活率（同一濃度組別，左列沒有感染弧菌，右列進行弧菌感染）。圖2C：0.002%山蒼籽精油提高了鹵蟲（發(fā)光坎氏弧菌感染后）hsp 70、sod、pxn和tgase 1基因的表達(dá)水平（摘自鄭曉婷等的研究論文：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 withVibrio campbellii. Frontiers in Immunology, 2021,12:693932）。

（4）評估了白玉蘭精油（Magnolia denudata）作為植物型漁用麻醉劑的效果。經(jīng)麻醉誘導(dǎo)實驗得出白玉蘭精油對中國花鱸幼魚（Lateolabrax maculatus）最低有效麻醉濃度為100 mg/L，有效鎮(zhèn)靜濃度為10-20 mg/L（表3A）。且經(jīng)最低有效麻醉濃度麻醉后，相對于傳統(tǒng)麻醉劑（丁香酚），白玉蘭精油更有效緩解了由應(yīng)激造成的血糖、皮質(zhì)醇和乳酸脫氫酶的上升，且降低了肝臟損傷指標(biāo)（圖3B）。經(jīng)鎮(zhèn)靜劑量濃度的白玉蘭精油（10和20 mg/L）運輸中國花鱸幼魚，添加白玉蘭精油的水體氨氮濃度下降（表4A）；并且緩解了由運輸造成的血糖、皮質(zhì)醇、乳酸脫氫酶上升（圖4B）和腦組織抗氧化能力的下調(diào)（圖4C）。實驗結(jié)果表明白玉蘭精油有望成為綠色天然的植物源漁用麻醉劑。此部分實驗結(jié)果已發(fā)表在Fish Physiology and Biochemistry雜志（IF₂₀₂₂=3.014）和Aquaculture雜志（IF₂₀₂₂=5.135）。

表3A：白玉蘭精油對中國花鱸麻醉效果評估，基于A3階段<180 s的時間標(biāo)準(zhǔn)，白玉蘭精油的最低麻醉有效濃度為100 mg/L。圖3B：在應(yīng)激階段，白玉蘭精油有效緩解了相關(guān)應(yīng)激指標(biāo)的上升，且在恢復(fù)階段，白玉蘭精油組的肝損傷指標(biāo)較丁香酚低（摘自曾祥兵等的研究論文：Zeng, X, Dong, H, Wu, J, Wang, W, Duan, Y, Chen, J, Zhang, J, 2022. Essential oil ofMagnolia denudatais 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：添加白玉蘭精油鎮(zhèn)靜降低了中國花鱸運輸過程的呼吸頻率，運輸后的氨氮濃度。圖4B：添加白玉蘭精油運輸后緩解了中國花鱸血清學(xué)應(yīng)激指標(biāo)（皮質(zhì)醇，血糖，乳酸脫氫酶）的上升。圖4C：添加白玉蘭精油運輸后中國花鱸緩解了腦抗氧化指標(biāo)（SOD，CAT，MDA）的下調(diào)（摘自曾祥兵等的研究論文：Zeng, X, Dong, H, Yang, Y, Li, T, LI, C, Zhang, J, 2022 Effects of essential oil ofMagnolia denudataon spotted seabass (Lateolabrax maculatus) during simulated live transportation. Aquaculture, 739258.）。

相關(guān)研究得到中國留學(xué)基金資助出國留學(xué)項目（CSC201708440251）、根特大學(xué)特別研究項目（BOF-UGent 01SC7918）、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目（2020B1111030001）、海南省科技專項項目（ZDYF2022XDNY349）、中國東盟海上合作基金“中國—東盟現(xiàn)代海洋漁業(yè)技術(shù)合作及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)示范”、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團隊建設(shè)項目（2021KJ150）等支持。

相關(guān)論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/raq.12795

https://doi.org/10.3390/microorganisms8121946

https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.693932

https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2023.739258

https://doi.org/10.1007/s10695-022-01124-x