壳寡糖提升长牡蛎幼虫生长性能与免疫能力的机制研究及其应用潜力

本研究针对牡蛎养殖业因细菌感染导致幼虫高死亡率的问题，开展了壳寡糖（COS）对长牡蛎（Crassostrea gigas）幼虫生长和免疫调控作用的研究。结果表明10 mg/L COS处理可显著提升幼虫存活率（达64.2%）、增强抗氧化酶活性（CAT、SOD、T-AOC）并抑制病原菌（Vibrio splendidus/Staphylococcus aureus）生长。通过微生物组分析发现COS能重塑幼虫菌群结构，降低潜在致病菌丰度。该研究为开发无抗生素免疫增强剂提供了重要理论依据，对水产养殖业的可持续发展具有积极意义。

　　

在水产养殖业蓬勃发展的今天，牡蛎作为重要的经济贝类却面临着严峻挑战——幼虫阶段异常高的死亡率已成为制约产业可持续发展的瓶颈。这些肉眼难以察觉的微小生命，在海洋中经历浮游幼虫阶段时，极易受到病原菌的侵袭。特别是弧菌（Vibrio splendidus）等致病微生物的感染，往往导致幼虫大规模死亡，给养殖户造成巨大经济损失。传统上，人们使用抗生素或水体消毒方法来应对这一问题，但过度灭菌会破坏生态平衡，而抗生素滥用则可能导致耐药菌株的出现。寻找一种安全、高效、无残留的替代方案，成为水产养殖领域亟待解决的关键问题。

在这背景下，一种名为壳寡糖（Chitooligosaccharides, COS）的天然物质进入了科学家们的视野。这种来源于虾蟹壳的水溶性低聚糖，近年来在农业和医学领域展现出多重生物活性：既能促进动植物生长，又能增强免疫力，还可调节微生物群落。更令人惊喜的是，它还具有环保可降解的特性，不会对环境造成负担。虽然COS在鱼类和哺乳动物中的研究已有不少，但它在贝类幼虫中的应用效果却仍是未知领域。究竟这种神奇的天然物质能否帮助脆弱的牡蛎幼虫抵抗病原菌侵袭？它又通过怎样的机制发挥作用？来自大连海洋大学的研究团队带着这些疑问，开展了一项深入系统的研究。

研究人员采用了几项关键技术方法：通过不同浓度COS（0.1、1、10 mg/L）浸泡处理长牡蛎幼虫；使用qRT-PCR技术检测生长相关基因（CgRunx、CgGATA）和免疫基因（Cglysozyme、CgC3、CgBigdefensin）的表达水平；测定抗氧化酶（SOD、CAT、T-AOC）活性；采用体外共培养实验分析幼虫蛋白提取物的抗菌活性；应用16S rRNA高通量测序技术分析幼虫相关微生物群落组成；并通过弧菌攻毒实验评估幼虫存活率。所有实验均设置三个独立生物学重复，确保结果的可靠性。

促进幼虫生长研究发现，COS处理能显著提高幼虫的生长性能。在培养9天后，1和10 mg/L COS处理组的幼虫壳高和壳长均显著大于对照组。特别值得注意的是，10 mg/L COS处理组的绝对生长率（AGR）最高，壳高和壳长的AGR分别比对照组高1.45倍和1.71倍。在分子水平上，COS处理显著上调了与生长发育相关的基因表达。CgRunx基因在所有COS处理组中的表达量均显著升高，0.1、1和10 mg/L处理组分别是对照组的2.35倍、2.68倍和1.77倍。CgGATA基因在1 mg/L COS处理组中也表现出显著上调。这些结果表明COS通过调节生长相关基因的表达来促进幼虫的生长发育。

提高幼虫存活率经Vibrio splendidus攻毒后，各组幼虫的存活率呈现显著差异。空白组（未处理组）存活率为78%，对照组仅为21.2%，而0.1、1和10 mg/L COS处理组的存活率分别为36.1%、37.3%和64.2%。10 mg/L COS处理组的存活率是对照组的3.03倍，也显著高于其他浓度处理组。通过绝对定量PCR检测发现，COS处理能显著降低幼虫体内的微生物负荷。0.1和10 mg/L COS处理组的总细菌16S rRNA基因拷贝数分别仅为对照组的0.09和0.07倍。弧菌属（Vibrio）的基因拷贝数随COS浓度增加而递减，0.1、1和10 mg/L处理组分别降至对照组的0.88倍、0.72倍和0.24倍。

增强幼虫免疫力在抗氧化能力方面，COS处理显著提升了幼虫的抗氧化酶活性。0.1、1和10 mg/L COS处理组的过氧化氢酶（CAT）活性分别是对照组的2.99倍、3.08倍和3.59倍。超氧化物歧化酶（SOD）活性在10 mg/L处理组显著升高，是对照组的1.25倍。总抗氧化能力（T-AOC）在0.1、1和10 mg/L处理组分别比对照组提高1.13倍、1.43倍和1.72倍。同时，免疫相关基因（Cglysozyme、CgC3、CgBigdefensin）的表达水平也因COS处理而上调。在抗菌活性方面，从COS处理组幼虫提取的蛋白质显示出对病原菌的生长抑制作用。对Vibrio splendidus的抑制呈现剂量依赖性，10 mg/L COS处理组的抑制效果比对照组强16%。值得注意的是，只有10 mg/L COS处理组的幼虫蛋白能显著抑制金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的生长。

重塑幼虫相关微生物组成通过16S rRNA测序分析发现，COS处理显著改变了幼虫相关的微生物群落结构。在门水平上，对照组和10 mg/L COS处理组幼虫的优势菌门均为变形菌门（Proteobacteria）（53.25% vs 41.82%）和软壁菌门（Tenericutes）（35.30% vs 50.51%）。COS处理后，变形菌门的相对丰度降低，而软壁菌门的相对丰度显著升高。在属水平上，幼虫相关微生物以支原体（Mycoplasma）、不动杆菌（Acinetobacter）和藻杆菌（Algibacter）为主。COS处理后，支原体的相对丰度从35.30%显著增加至50.51%，而不动杆菌和弧菌属的相对丰度则降低。

研究结论与讨论部分指出，COS处理能同时促进长牡蛎幼虫的生长和提高其免疫力，这种双重功效可能通过调节幼虫的微生物群落实现。研究发现COS存在剂量阈值效应：促进生长的最佳浓度为1 mg/L，而增强免疫力和提高存活率的最佳浓度为10 mg/L，表明发育相关的代谢途径对COS比免疫相关通路更敏感。微生物组分析显示，COS处理降低了变形菌门的丰度，特别是减少了不动杆菌和弧菌等潜在致病菌的数量，同时增加了软壁菌门（主要是支原体属）的丰度。虽然支原体通常被认为是感染标志，但近年研究表明其在某些水生动物中可能具有积极作用，甚至可能激活免疫防御反应。

该研究的重要意义在于首次系统阐明了COS对双壳贝类幼虫的生长促进和免疫增强作用，并揭示了其通过调节微生物群落发挥作用的潜在机制。研究发现10 mg/L COS是最佳处理浓度，能同时优化幼虫的生长性能和抗病能力。这些结果不仅为理解COS的作用机制提供了新见解，也为开发无抗生素免疫增强剂提供了实际应用方案，对促进水产养殖业的可持续发展具有重要价值。特别是COS作为一种天然、可生物降解的物质，其应用有助于减少抗生素使用，降低环境污染风险，符合绿色水产养殖的发展方向。该研究成果为贝类苗种生产提供了一种可行的生态友好型管理策略，有望在未来水产养殖实践中发挥重要作用。