《Comparative Immunology Reports》：Biofloc Technology and Immunological Resilience in Pacific White Shrimp (
Litopenaeus vannamei): A Mechanistic Review
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这篇综述系统阐述了生物絮团技术（BFT）如何作为一种可持续水产养殖方法，通过调控微生物群落（宿主/环境）、提供微生物相关分子模式（MAMP）激活先天免疫（如血细胞、酚氧化酶、溶菌酶）、增强抗氧化防御（SOD、CAT、GPx）以及供给生物活性代谢产物等多重协同机制，全面提升凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）的免疫韧性与抗病能力（尤其针对弧菌 Vibrio spp.和白斑综合征病毒WSSV），为构建免疫导向、气候适应性强的甲壳类养殖体系提供了全面的机制框架。
1引言：可持续免疫防御的挑战与机遇
随着养殖密度的提升，对虾产业面临着由弧菌（Vibriospp.）、白斑综合征病毒（WSSV）和急性肝胰腺坏死病（AHPND）等病原体引起的重大疾病压力。传统依赖抗生素和益生菌的方法存在残留、耐药性或效果不稳定等问题。在此背景下，生物絮团技术（Biofloc Technology, BFT）作为一种生态可持续的养殖策略脱颖而出，它不仅能原位转化含氮废物、改善水质，更被发现对宿主的免疫系统具有显著的调控作用，为增强对虾免疫韧性提供了多功能的解决思路。如所示，BFT通过对宿主、微生物和环境的复杂互作产生影响。
2BFT基础：原理、营养与操作
BFT的核心原理在于通过添加碳源（如糖蜜、木薯粉），刺激异养细菌生长，将水体中的氨氮和亚硝态氮转化为微生物蛋白，实现水质调控与营养补充的双重目的。这些生物絮团是由异养细菌、自养硝化细菌、微藻、原生动物以及有机物颗粒组成的复杂生态系统，通过胞外聚合物聚集在一起。
在营养方面，生物絮团富含粗蛋白（25–50%）、脂质、必需氨基酸、维生素及矿物质，成为对虾的优质补充饲料。更重要的是，其微生物细胞壁成分（如脂多糖、肽聚糖）可作为微生物相关分子模式（MAMP），直接激活宿主的先天免疫反应。BFT的成功运行高度依赖于关键参数的管理：碳氮比（C:N ratio）建议维持在15:1–20:1；需要持续的强曝气以维持溶解氧>5 mg/L和絮团悬浮；总悬浮固体物（TSS）宜控制在300–500 mg/L之间；同时需监测并维持pH（7.0–8.0）、碱度及温度的稳定。
3对虾的免疫防御系统概览
对虾等甲壳动物缺乏脊椎动物那样的适应性免疫，其防御完全依赖于先天免疫系统。这一系统由细胞免疫和体液免疫共同构成。
细胞免疫的核心是血细胞，分为透明细胞、半颗粒细胞和颗粒细胞三类，它们负责吞噬、结节形成、包裹和黑化等防御功能。体液免疫则涉及一系列可溶性效应分子，包括由前酚氧化酶（proPO）系统激活产生的酚氧化酶（PO），它在黑化反应和病原体杀灭中起关键作用；多种抗菌肽（AMP），如对虾肽（penaeidin）、甲壳素（crustin）和抗脂多糖因子（ALF）；以及溶菌酶、凝集素和模式识别受体（PRR）等。此外，诸如Toll、IMD、JAK/STAT和MAPK等保守的先天免疫信号通路在调控免疫基因表达中扮演重要角色。在应对病原体感染时产生的活性氧（ROS），则通过超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等抗氧化酶系统来维持氧化平衡，防止细胞损伤。
4BFT增强对虾免疫的机制
BFT通过多种相互关联的途径提升对虾的免疫功能和抗病能力。
4.1微生物群落调节与定植抗力：BFT系统培育了多样且稳定的微生物群落。对虾持续摄食这些微生物，改变了其肠道和水体微生物组。有益菌通过营养和空间竞争（竞争性排除）、产生抗菌物质（如细菌素）或进行群体感应淬灭等方式，直接抑制弧菌等病原体的生长，这被称为“定植抗力”。稳定的肠道菌群还有助于增强屏障功能和消化，并与免疫基因表达上调相关。
4.2先天免疫反应的激活：暴露于BFT环境中的对虾，其关键先天免疫指标普遍增强。研究显示，BFT养殖的对虾总血细胞计数（THC）、吞噬活性、呼吸爆发以及酚氧化酶（PO）和溶菌酶活性均显著提升。生物絮团中含有的MAMP（如肽聚糖、LPS）作为天然免疫刺激剂，能够“训练”或启动血细胞和先天免疫信号通路（如proPO级联和Toll样信号），降低其应对病原体时的激活阈值，从而加速免疫应答。
4.3抗氧化防御的增强：高密度养殖条件易导致氧化应激，损伤免疫细胞。BFT从两方面缓解此问题：一是营养贡献，生物絮团富含类胡萝卜素、维生素C和E等抗氧化物质，可直接增强宿主体内的SOD、CAT、GPx等抗氧化酶活性；二是通过改善水质（降低氨氮、亚硝态氮波动），减轻了引发生理慢性应激的源头，从而间接维护了免疫功能的稳定。
4.4生物活性代谢物与免疫刺激：生物絮团微生物群落产生短链脂肪酸、胞外多糖等多种代谢物。这些物质可通过与肠道上皮细胞互作，调节抗菌肽表达，或直接作为佐剂样分子促进血细胞活化。此外，生物絮团中的消化酶（如脂肪酶、蛋白酶）可改善对虾的营养状况，间接提升其免疫竞争力。
4.5抗病毒免疫机制：针对WSSV等病毒，对虾主要依赖RNA干扰（RNAi）、细胞凋亡和保守的先天免疫通路（如Toll, JAK/STAT）进行防御。有证据表明，BFT环境通过改善氧化还原平衡、提供MAMP刺激等方式，可能间接增强RNAi效率、凋亡调控和抗病毒信号通路的响应性，从而提升对病毒的抵抗力。
4.6疾病抵抗结果：上述机制最终转化为实际的抗病益处。多项攻毒试验表明，与常规养殖系统相比，BFT养殖的对虾在面临弧菌或WSSV挑战时，表现出更高的存活率、更低的病原载量和更强的恢复力。
5影响BFT免疫效益的环境与操作因素
BFT的免疫增强效果并非一成不变，它高度依赖于系统的精细管理。
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碳氮比（C:N Ratio）：维持在15:1–20:1的优化范围，可有效促进异养细菌同化氨氮，减少毒性应激。
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碳源类型：与简单糖类相比，复杂的碳水化合物源（如木薯粉、小麦粉）更能支持稳定的微生物生长和有益菌（如芽孢杆菌、乳酸菌）增殖，带来更好的免疫刺激效果。
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生物絮团密度与组成：适中的絮团密度（150–400 mg/L TSS）和以芽孢杆菌、硝化细菌等有益菌为主导的微生物组成，是发挥免疫营养和竞争性排除作用的关键。过高的密度则可能导致缺氧和氧化应激。
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水质参数：溶解氧（DO >5 mg/L）、pH（7-8）、温度（28–32°C）和碱度的稳定，是维持微生物活性及对虾免疫细胞代谢的基础。
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养殖密度与投喂策略：适中的养殖密度有助于减少竞争压力和相关应激激素对免疫的抑制。在BFT系统中，商业饲料可减少约20–30%，因为生物絮团提供了额外的微生物蛋白和维生素，但需根据对虾规格和系统稳定性动态调整。
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系统管理与稳定性：持续的曝气、混合以及定期的固体物去除，对于维持微生物群落长期稳定、防止其向机会性病原体（如弧菌）演替至关重要。系统的长期稳定是获得持续免疫增强效益的前提。
6BFT与常规系统之比较
与传统依赖大量换水的流水或静水养殖系统相比，BFT系统在环境可持续性（极低水交换、营养循环）、饲料利用效率（生物絮团作为补充蛋白源）以及提升宿主免疫力和抗病力方面具有明显优势。然而，BFT系统通常需要更高的初期投资、持续的能源投入（用于曝气）以及更专业的管理技术。常规系统则在操作简便性和能源消耗上具有优势。选择何种系统取决于养殖规模、管理能力和成本考量。
7知识缺口与未来方向
尽管证据充分，但BFT免疫研究仍存在诸多挑战与空白：
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系统变异性与可重复性不足：不同研究在碳源、C:N比、管理方式上的差异导致结果难以横向比较。
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短期研究占主导：缺乏连接免疫指标提升与长期生产性能（如多周期存活率、疾病发生率）的规模化农场数据。
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免疫标志物与方案不统一：各研究使用的免疫终点和检测方法各异，阻碍了荟萃分析与共识形成。
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机制分辨率有限：生物絮团组分如何具体调控Toll、IMD等宿主免疫信号通路的分子细节尚不清晰。
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微生物功能与稳定性认知不足：对微生物群落的长期动态、功能基因及其与免疫互作的认识仍较粗浅。
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免疫学与生产经济现实脱节：缺乏将免疫效益与能源成本、劳动需求和经济效益结合的综合评估模型。
未来研究需要向标准化实验框架、整合多组学（转录组、代谢组、宏基因组）的机制探索、长期农场规模验证以及结合技术经济分析的转化模型等方向努力。
8结论
总之，生物絮团技术通过微生物群落调节、先天免疫激活、抗氧化防御增强和生物活性代谢物供给等多重协同机制，为提升对虾免疫韧性和抗病能力提供了一个强有力的生态工程解决方案。它将水质管理、营养循环和宿主健康提升有机整合，代表了甲壳类水产养殖向更可持续、更具气候适应性和生物安全性的方向发展的重要一步。然而，其免疫益处的高度情境依赖性要求精细化和标准化的管理。未来的研究应致力于 bridging 机制发现与现场应用之间的鸿沟，通过多学科交叉融合，将BFT转化为可预测、可优化且经济可行的精准健康管理策略，以应对全球水产养殖业日益严峻的疾病与环境挑战。
