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          抗菌肽在水產行業應用調研報告

          時間:2023-02-17 瀏覽:325次
          詳細說明


          調研背景

          近年來,由于飼料原料價格上漲,抗生素耐藥,國家施行禁抗減抗政策,基于人們對食品安全問題的關注,人們對降本增效和替抗產品的應用越來越重視,市場上的主流替抗產品有酸化劑、抗菌肽、益生菌、酶制劑等??咕氖且环N由動植物自身分泌的免疫活性肽,具有高效廣譜殺滅病原微生物,增強免疫力,改善腸道健康等功能。目前,抗菌肽已經成為一種主流的替抗方案在飼料中廣泛應用,其作用效果也得到了市場的良好反饋。



          01

          抗菌肽應用于水產的生物學功能



          1.1 抗菌

          抗菌肽具有廣譜的抗菌活性,大量研究證明,抗菌肽對多種革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均有明顯的抗菌效果。抗菌肽可以單獨發揮其抗菌活性,也可以由多種不同種類抗菌肽結合加強抗菌作用。除此之外,還可以與抗生素發揮協同作用。傳統抗生素的作用機制是其具有特定的作用位點,或者通過改變細菌的生長繁殖條件,從而達到殺菌目的。此類作用機制的弊端是容易產生耐藥性,而抗菌肽是通過膜透化作用及胞質內靶目標的作用殺滅細菌,因此,很難產生耐藥性。兩者結合使用,既可以增強藥物療效,又可以拓寬抗生素的抗菌譜,解決耐藥性的難題。除抗細菌外,近年來大量的研究表明,枯草三十七肽、果蠅抗菌肽和線肽素等抗菌肽對真菌也有一定的活性,且抗真菌的機理也是多種多樣。值得注意的是,抗菌肽的抗真菌活性往往與其相對豐富的極性氨基酸和中性氨基酸有關,由此推測抗菌肽抗真菌活性與其作用對象的結構密切相關。


          1.2 抗病毒

          目前,所有的抗菌肽均已被證明具有抗菌活性,也有少數抗菌肽被證明具有抗病毒活性。防御素的抗病毒活性最早被報道于1986年,近年來發現防御素對皰疹病毒、水泡性口炎病毒、人類免疫缺陷病毒(HIV)、甲型流感病毒、乳頭瘤病毒等都有作用,防御素可以直接作用于病毒顆粒、或者通過間接干預病毒生命周期的各個階段去阻斷病毒的感染。防御素還可以通過改變病毒感染引起的先天免疫反應來發揮其抗病毒活性,其中包括調節并募集T細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞到感染部位,促進傷口的愈合、血管的生成以及樹突細胞的分化與成熟,此外,還可以誘導巨噬細胞、肥大細胞和角質形成細胞產生促炎細胞因子,以及參與細胞死亡途徑的調節??咕腖L-37可以通過與IAV、HIV-1、RSV、HRV、VACV等病毒的外膜直接作用發揮其抗病毒活性。乳鐵蛋白能夠阻擋病毒粒子進入靶細胞,早期研究表明,乳鐵蛋白在體外具有直接抗呼吸道合胞體病毒的活性,在HEP-2細胞中,乳鐵蛋白與病毒粒子孵育后,減少了由于呼吸道合胞體病毒感染誘導的IL-8的產生。乳鐵蛋白抑制了呼吸道合胞體病毒進入HEP-2細胞,通過使用乳鐵蛋白與呼吸道合胞體病毒的預孵育可以減少病毒的進入,乳鐵蛋白可以直接結合呼吸道合胞體病毒蛋白的F1亞基,導致病毒粒子與細胞膜的融合,從而抑制呼吸道合胞體病毒的進入。


          1.3 抗寄生蟲

          抗菌肽對生物體內的寄生蟲具有殺滅作用,并對寄生蟲在宿主間的傳播有預防作用。蛙皮素2是第一個被證明具有抗原蟲活性的抗菌肽,可致草履蟲腫脹和破裂死亡??咕牡目辜纳x作用機制尚不明確,推測可能為膜攻擊性或胞內殺傷機制??咕淖饔糜谫|膜后,損壞質膜形態,形成離子通道或出現暫時性的孔洞,導致膜的完整性破壞和功能喪失,造成細胞崩解或死亡?;蚴?span style="color: #ffc000;">通過影響胞內細胞器、核酸及物質轉運等方式干擾細胞的正常代謝過程,從而殺傷寄生蟲。


          1.4 增強免疫

          諸多研究表明,抗菌肽具有調節機體免疫活性的生物學功能??咕哪軌蛞种七^度炎癥反應,主要是通過直接中和脂多糖(LPS)和抑制生物炎癥因子的產生。它還可誘導肥大細胞發生脫顆粒作用,釋放組胺和前列腺素D2,引起血管舒張而導致血液中免疫細胞的釋放??咕耐ㄟ^調節某些生長因子與其受體的表達,激活機體相關信號通路,充當單核細胞和中性粒細胞等免疫細胞的趨化因子,與動物非特異性免疫協同作用來增強機體免疫力,從而對機體起到保護作用。還有研究表明,抗菌肽還能啟動和調節特異性免疫,抗菌肽LL-37與自身DNA形成復合體,進而通過Toll樣受體9(TLR9)信號通路激活漿細胞樣樹突狀細胞(DC細胞),引起干擾素-γ(IFN-γ)的產生與免疫型T細胞的激活,表明抗菌肽可以通過特異性受體激活免疫細胞功能。


          1.5 屏障保護

          對于水生動物而言,非特異性免疫的重要性遠高于特異性免疫,因為水生動物的屏障作用是保護水生動物生命安全的第一道防線。近年來許多的研究表明,很多水生動物的上皮細胞均可表達抗菌肽,抗菌肽可以通過多種信號途徑參與機體免疫調節,提高角質層形成細胞功能,從而提高機體對病原微生物的防御能力,即抗菌肽在水生動物黏膜的皮膚防御方面起重要作用。其作用機制就在于抗菌肽可以通過調節緊密連接蛋白Occludin和ZO的表達提高屏障功能。



          02

          全國水產飼料行業現狀分析



          2.1 全國飼料分類占比

          2022年全國工業飼料總產量30223.4萬噸,比上年增長3.0%。分品種看,豬飼料產量13597.5萬噸,增長4.0%;蛋禽飼料產量3210.9萬噸,下降0.6%;肉禽飼料產量8925.4萬噸,增長0.2%;反芻動物飼料產量1616.8萬噸,增長9.2%;水產飼料產量2525.7萬噸,增長10.2%;寵物飼料產量123.7萬噸,增長9.5%;其他飼料產量223.3萬噸,下降7.2%。


          圖1. 2022年全國工業飼料種類占比(%)


          2.2 全國水產飼料規模及發展趨勢

          經過了過去十多年的快速發展期,目前我國水產養殖及水產飼料行業已經進入穩定發展階段,隨著居民消費水平的不斷提升,水產飼料消費量還有望繼續穩定增加。我國水產飼料在2016-2018年呈現較穩定的增長趨勢,年復合增長率超過5%,2018-2020年我國水產飼料產量有所下降,2020-2022年呈現穩定增長趨勢,2022年產量為2525.7萬噸,同比2021年增長10.2%。


          圖2. 2016-2022中國水產飼料產量(萬噸)


          圖3. 2016-2022年水產飼料在全國飼料總產量占比(單位:%)


          2.3 水產飼料區域分布

          從區域發展來看,我國水產飼料行業的產業區域主要集中在東部沿海和中西部長江沿江地區。從各省份產量分布情況來看,2022年全國各區域水產飼料產量排名如下。


          表1. 2022年全國各區域水產飼料產量分布(噸)


          圖4. 2022年各區域水產飼料在全國水產飼料產量占比情況(單位:%)


          2.4 特種水產料產量結構及占比情況

          特種水產料包括海水魚料,如大黃魚、石斑魚、鰈鲆鰨類魚、金鯧魚、海鱸魚等;以及特種淡水魚料,如鰻鱺、黃鱔、鱘魚、虹鱒、黑魚、中華鱉等。特種水產養殖業的興起帶動了特種水產配合飼料市場蓬勃發展,根據飼料工業協會數據顯示,2021年國內特種水產配合飼料產量為220.8萬噸,相較2020年的191.8萬噸,同比增長15.12%,增速高于同期水產配合飼料行業。


          圖5. 2016-2021年全國特種水產料產量,萬噸


          圖6. 特種水產配合飼料產品結構占比情況(單位:%)


          從產品結構來看,海水魚飼料、鱉飼料、鰻鱺飼料占主要組成部分,合計在全國特種水產飼料產量中占比近80%。


          圖7.全國特種水產配合飼料普及率(單位:%)


          國內海水魚養殖配合飼料普及率較低,多用鮮雜魚直接投喂,隨著普及率的提高,會進一步提升特種水產料的產量。目前養殖的主要特種水產動物中,鰻鱺、鱉、鱘魚、鮭鱒等淡水品種飼料普及率較高,但海水魚配合飼料普及率仍較低,石斑魚、大黃魚等海水魚配合飼料普及率僅在20%左右。


          2.5 水產飼料生產企業

          從水產飼料市場競爭格局來看,行業呈現“2+N”競爭格局,2020年,海大集團水產料市占率18.20%、通威股份12.95%、新希望6.17%、粵海4.57%。在市場競爭不斷加劇以及下游水產養殖整合推動下,水產料行業整合趨勢已經顯現,大企業的發展不斷加速,部分規模小、技術管理落后的企業逐漸被淘汰,行業集中度逐步提升。


          圖8. 2020年中國水產飼料行業競爭格局(按銷量)


          特種水產飼料集中度高,由于下游特種水產養殖行業通常具有養殖技術要求高的特點,使得相比于普通淡水養殖,特種水產養殖戶在飼料使用過程中更注重飼料品質及品牌,因此往往大公司大品牌有較高的市場占有率。品質要求高,特種水產配合飼料蛋白需求量高,且動物源性蛋白需求要遠高于普通水產配合飼料,對魚粉依賴性大,配方設計時魚粉的耗用量相對較高。多年來,不管是企業還是高校,都在做水產飼料中魚粉替代的工作,現階段,水產飼料中的魚粉用量已經有了大幅度的降低。

          海鱸料和金鯧魚料一年產量大概各有20多萬噸、生魚60-70萬噸、加州鱸魚料70萬噸左右且增長較快,未來可能會突破100萬噸;相比于常規淡水魚四大集團不到20%的市場占有率,特種水產料行業龍頭的占有率普遍較高,市場集中度高。


          對于水產飼料企業來說,魚粉價格多年一直維持高位,并且有上升趨勢,另外,魚粉價格漲跌頻繁,且幅度較大,嚴重影響水產飼料,特別是特種水產飼料利潤率的穩定性,所以不管是從經濟性上考慮,還是從降低風險的角度,降魚粉都是必然選擇。


          03
          全國水產飼料添加抗菌肽用量空間

          根據2022年數據,全國水產飼料總產量為2525.7萬噸,特種水產料按年均8.5%的增長率,2022年特種水產料的產量應該在224萬噸左右,按照普水每噸飼料添加300g抗菌肽產品,特種水產每噸飼料添加500g抗菌肽產品,抗菌肽產品的市場用量空間大約為8025噸,而且隨著水產養殖行業的進一步發展,特種水產養殖的增加,抗菌肽的用量空間會進一步加大。



          04
          抗菌肽在水產養殖中的應用方向


          4.1 增強免疫

          對于水產動物來說,非特異性免疫的重要性遠高于特異性免疫,抗菌肽可以提高水產動物的免疫相關酶活性、細胞的吞噬能力以及抗氧化能力,進而提高動物的免疫性能,但是,其適宜劑量因養殖種類和個體生長階段的不同而不同。在體質健康的動物體內,抗菌肽不僅具有直接殺菌的作用,還可以與動物的免疫系統協同作用,共同提高動物的免疫性能。水產動物的屏障作用是保護水產動物生命安全的第一道防線。近年來研究表明,很多水產動物的上皮細胞均可表達抗菌肽,它可以通過多種信號途徑參與機體免疫調節,提高角質形成細胞的功能,從而提高機體對病原微生物等致病生物的抵抗能力,抗菌肽在動物黏膜和皮膚防御方面起重要作用。其作用機制在于抗菌肽可以調控緊密連接蛋白質,相鄰細胞間的這些蛋白質的相互作用是緊密連接發揮防御功能的基礎,該過程涉及諸多信號通路及相關因子。


          4.2 修復腸道

          依據結構和功能的不同,魚類腸壁從內到外可分為黏膜層、黏膜下層、肌層和漿膜層。腸道黏膜層直接與營養物質和腸道微生物接觸,作為黏膜屏障系統具有阻礙腸腔內毒素和細菌入侵的重要功能。對機體而言,正常的腸黏膜形態結構和功能十分重要,腸黏膜形態被破壞,腸道屏障功能發生紊亂,腸道免疫系統失調等,會造成機體眾多疾病的發生。腸黏膜所形成的特殊構造如皺襞高度、絨毛高度及隱窩深度等是腸道發育及其消化吸收功能的重要組織形態學指標。

          魚類飼料中添加抗菌肽在一定程度上能提高腸黏膜皺襞和絨毛高度,增加肌層厚度,促進腸道的消化吸收功能。其影響機制表現在:第一,抗菌肽能提高皺襞高度,從而提高腸黏膜上皮中的吸收細胞和杯狀細胞的數量,吸收細胞的數量增加促進腸道對營養物質的吸收作用,而分布在黏膜皺襞基部隱窩處的杯狀細胞能分泌大量黏液,提高潤滑和保護腸道的作用;平滑肌收縮是腸道蠕動的主要動力來源,抗菌肽促進肌層厚度增加,增加腸道的收縮能力,同樣有助于提高腸道的消化吸收功能;隱窩是腸上皮在絨毛根部下陷至固有層而形成的開口于相鄰絨毛之間的結構,其深度表明腸細胞分化絨毛的能力,而腸道絨毛高度越高、隱窩深度越淺表現為絨毛高度/隱窩深度值越高,其消化吸收功能越強。第二,適量添加抗菌肽可優化腸道菌群結構,改善腸道微生態來維持腸道正常發育。


          4.3 促進生長

          諸多研究表明,抗菌肽可以提高水產動物的生產性能,主要表現在養殖動物的增重率、餌料系數以及生長率等指標上。據相關研究報道,飼料中添加2000~3000mg/kg的抗菌肽提取物時,凡納濱對蝦的成活率、增重率、特定生長率和飼料效率4個指標均顯著高于未添加組;飼料中添加抗菌肽可以顯著提高草魚的增質量速度和相對增重率;添加150和200mg/kg的天蠶素抗菌肽對湘云鯽有促生長效果;添加5~10mg/kg的抗菌肽可以顯著提高吉富羅非魚的增重率,且當添加量為5mg/kg時,特定生長率最高;添加抗菌肽對紅姑魚的增重率、飼料效率和蛋白效率有顯著提高作用。以上研究結果均表明,適量抗菌肽確實可以提高水產動物的增重率、特定生長率并降低飼料系數等。


          4.4 減少耐藥

          與傳統抗生素相比,由于抗菌肽特殊的結構和作用機制的優勢,在藥物中應用抗菌肽將有望解決當下由于抗生素濫用而產生的“耐藥菌危機”。在水產養殖業中,抗菌肽不僅不會產生耐藥性,而且不會污染水體,其分子量小,容易被降解,即使進入人體,也很容易被消化系統分解,不會對人體健康和養殖環境造成危害,符合水產養殖綠色可持續發展的宗旨。另外,抗菌肽還可以作為藥物載體,將不易進入細胞內的藥物載入細胞到達其作用位點,對許多疾病有著良好的治療效果??咕牡膽脽o論是對提高產量,還是對保護環境,都有著重要的意義。




          END


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