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抗菌肽在水产行业应用调研报告

时间:2023-02-17 浏览:1827次
详细说明


调研背景

近年来,由于饲料原料价格上涨,抗生素耐药,国家施行禁抗减抗政策,基于人们对食品安全问题的关注,人们对降本增效和替抗产品的应用越来越重视,市场上的主流替抗产品有酸化剂、抗菌肽、益生菌、酶制剂等。抗菌肽是一种由动植物自身分泌的免疫活性肽,具有高效广谱杀灭病原微生物,增强免疫力,改善肠道健康等功能。目前,抗菌肽已经成为一种主流的替抗方案在饲料中广泛应用,其作用效果也得到了市场的良好反馈



01

抗菌肽应用于水产的生物学功能



1.1 抗菌

抗菌肽具有广谱的抗菌活性,大量研究证明,抗菌肽对多种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有明显的抗菌效果。抗菌肽可以单独发挥其抗菌活性,也可以由多种不同种类抗菌肽结合加强抗菌作用。除此之外,还可以与抗生素发挥协同作用。传统抗生素的作用机制是其具有特定的作用位点,或者通过改变细菌的生长繁殖条件,从而达到杀菌目的。此类作用机制的弊端是容易产生耐药性,而抗菌肽是通过膜透化作用及胞质内靶目标的作用杀灭细菌,因此,很难产生耐药性。两者结合使用,既可以增强药物疗效,又可以拓宽抗生素的抗菌谱,解决耐药性的难题。除抗细菌外,近年来大量的研究表明,枯草三十七肽、果蝇抗菌肽和线肽素等抗菌肽对真菌也有一定的活性,且抗真菌的机理也是多种多样。值得注意的是,抗菌肽的抗真菌活性往往与其相对丰富的极性氨基酸和中性氨基酸有关,由此推测抗菌肽抗真菌活性与其作用对象的结构密切相关。


1.2 抗病毒

目前,所有的抗菌肽均已被证明具有抗菌活性,也有少数抗菌肽被证明具有抗病毒活性。防御素的抗病毒活性最早被报道于1986年,近年来发现防御素对疱疹病毒、水泡性口炎病毒、人类免疫缺陷病毒(HIV)、甲型流感病毒、乳头瘤病毒等都有作用,防御素可以直接作用于病毒颗粒、或者通过间接干预病毒生命周期的各个阶段去阻断病毒的感染。防御素还可以通过改变病毒感染引起的先天免疫反应来发挥其抗病毒活性,其中包括调节并募集T细胞、巨噬细胞和树突状细胞到感染部位,促进伤口的愈合、血管的生成以及树突细胞的分化与成熟,此外,还可以诱导巨噬细胞、肥大细胞和角质形成细胞产生促炎细胞因子,以及参与细胞死亡途径的调节。抗菌肽LL-37可以通过与IAV、HIV-1、RSV、HRV、VACV等病毒的外膜直接作用发挥其抗病毒活性。乳铁蛋白能够阻挡病毒粒子进入靶细胞,早期研究表明,乳铁蛋白在体外具有直接抗呼吸道合胞体病毒的活性,在HEP-2细胞中,乳铁蛋白与病毒粒子孵育后,减少了由于呼吸道合胞体病毒感染诱导的IL-8的产生。乳铁蛋白抑制了呼吸道合胞体病毒进入HEP-2细胞,通过使用乳铁蛋白与呼吸道合胞体病毒的预孵育可以减少病毒的进入,乳铁蛋白可以直接结合呼吸道合胞体病毒蛋白的F1亚基,导致病毒粒子与细胞膜的融合,从而抑制呼吸道合胞体病毒的进入。


1.3 抗寄生虫

抗菌肽对生物体内的寄生虫具有杀灭作用,并对寄生虫在宿主间的传播有预防作用。蛙皮素2是第一个被证明具有抗原虫活性的抗菌肽,可致草履虫肿胀和破裂死亡。抗菌肽的抗寄生虫作用机制尚不明确,推测可能为膜攻击性或胞内杀伤机制。抗菌肽作用于质膜后,损坏质膜形态,形成离子通道或出现暂时性的孔洞,导致膜的完整性破坏和功能丧失,造成细胞崩解或死亡。或是通过影响胞内细胞器、核酸及物质转运等方式干扰细胞的正常代谢过程,从而杀伤寄生虫


1.4 增强免疫

诸多研究表明,抗菌肽具有调节机体免疫活性的生物学功能。抗菌肽能够抑制过度炎症反应,主要是通过直接中和脂多糖(LPS)和抑制生物炎症因子的产生。它还可诱导肥大细胞发生脱颗粒作用,释放组胺和前列腺素D2,引起血管舒张而导致血液中免疫细胞的释放。抗菌肽通过调节某些生长因子与其受体的表达,激活机体相关信号通路,充当单核细胞和中性粒细胞等免疫细胞的趋化因子,与动物非特异性免疫协同作用来增强机体免疫力,从而对机体起到保护作用。还有研究表明,抗菌肽还能启动和调节特异性免疫,抗菌肽LL-37与自身DNA形成复合体,进而通过Toll样受体9(TLR9)信号通路激活浆细胞样树突状细胞(DC细胞),引起干扰素-γ(IFN-γ)的产生与免疫型T细胞的激活,表明抗菌肽可以通过特异性受体激活免疫细胞功能。


1.5 屏障保护

对于水生动物而言,非特异性免疫的重要性远高于特异性免疫,因为水生动物的屏障作用是保护水生动物生命安全的第一道防线。近年来许多的研究表明,很多水生动物的上皮细胞均可表达抗菌肽,抗菌肽可以通过多种信号途径参与机体免疫调节,提高角质层形成细胞功能,从而提高机体对病原微生物的防御能力,即抗菌肽在水生动物黏膜的皮肤防御方面起重要作用。其作用机制就在于抗菌肽可以通过调节紧密连接蛋白Occludin和ZO的表达提高屏障功能。



02

全国水产饲料行业现状分析



2.1 全国饲料分类占比

2022年全国工业饲料总产量30223.4万吨,比上年增长3.0%。分品种看,猪饲料产量13597.5万吨,增长4.0%;蛋禽饲料产量3210.9万吨,下降0.6%;肉禽饲料产量8925.4万吨,增长0.2%;反刍动物饲料产量1616.8万吨,增长9.2%;水产饲料产量2525.7万吨,增长10.2%;宠物饲料产量123.7万吨,增长9.5%;其他饲料产量223.3万吨,下降7.2%。


图1. 2022年全国工业饲料种类占比(%)


2.2 全国水产饲料规模及发展趋势

经过了过去十多年的快速发展期,目前我国水产养殖及水产饲料行业已经进入稳定发展阶段,随着居民消费水平的不断提升,水产饲料消费量还有望继续稳定增加。我国水产饲料在2016-2018年呈现较稳定的增长趋势,年复合增长率超过5%,2018-2020年我国水产饲料产量有所下降,2020-2022年呈现稳定增长趋势,2022年产量为2525.7万吨,同比2021年增长10.2%。


图2. 2016-2022中国水产饲料产量(万吨)


图3. 2016-2022年水产饲料在全国饲料总产量占比(单位:%)


2.3 水产饲料区域分布

从区域发展来看,我国水产饲料行业的产业区域主要集中在东部沿海和中西部长江沿江地区。从各省份产量分布情况来看,2022年全国各区域水产饲料产量排名如下。


表1. 2022年全国各区域水产饲料产量分布(吨)


图4. 2022年各区域水产饲料在全国水产饲料产量占比情况(单位:%)


2.4 特种水产料产量结构及占比情况

特种水产料包括海水鱼料,如大黄鱼、石斑鱼、鲽鲆鳎类鱼、金鲳鱼、海鲈鱼等;以及特种淡水鱼料,如鳗鲡、黄鳝、鲟鱼、虹鳟、黑鱼、中华鳖等。特种水产养殖业的兴起带动了特种水产配合饲料市场蓬勃发展,根据饲料工业协会数据显示,2021年国内特种水产配合饲料产量为220.8万吨,相较2020年的191.8万吨,同比增长15.12%,增速高于同期水产配合饲料行业。


图5. 2016-2021年全国特种水产料产量,万吨


图6. 特种水产配合饲料产品结构占比情况(单位:%)


从产品结构来看,海水鱼饲料、鳖饲料、鳗鲡饲料占主要组成部分,合计在全国特种水产饲料产量中占比近80%。


图7.全国特种水产配合饲料普及率(单位:%)


国内海水鱼养殖配合饲料普及率较低,多用鲜杂鱼直接投喂,随着普及率的提高,会进一步提升特种水产料的产量。目前养殖的主要特种水产动物中,鳗鲡、鳖、鲟鱼、鲑鳟等淡水品种饲料普及率较高,但海水鱼配合饲料普及率仍较低,石斑鱼、大黄鱼等海水鱼配合饲料普及率仅在20%左右。


2.5 水产饲料生产企业

从水产饲料市场竞争格局来看,行业呈现“2+N”竞争格局,2020年,海大集团水产料市占率18.20%、通威股份12.95%、新希望6.17%、粤海4.57%。在市场竞争不断加剧以及下游水产养殖整合推动下,水产料行业整合趋势已经显现,大企业的发展不断加速,部分规模小、技术管理落后的企业逐渐被淘汰,行业集中度逐步提升。


图8. 2020年中国水产饲料行业竞争格局(按销量)


特种水产饲料集中度高,由于下游特种水产养殖行业通常具有养殖技术要求高的特点,使得相比于普通淡水养殖,特种水产养殖户在饲料使用过程中更注重饲料品质及品牌,因此往往大公司大品牌有较高的市场占有率。品质要求高,特种水产配合饲料蛋白需求量高,且动物源性蛋白需求要远高于普通水产配合饲料,对鱼粉依赖性大,配方设计时鱼粉的耗用量相对较高。多年来,不管是企业还是高校,都在做水产饲料中鱼粉替代的工作,现阶段,水产饲料中的鱼粉用量已经有了大幅度的降低。

海鲈料和金鲳鱼料一年产量大概各有20多万吨、生鱼60-70万吨、加州鲈鱼料70万吨左右且增长较快,未来可能会突破100万吨;相比于常规淡水鱼四大集团不到20%的市场占有率,特种水产料行业龙头的占有率普遍较高,市场集中度高。


对于水产饲料企业来说,鱼粉价格多年一直维持高位,并且有上升趋势,另外,鱼粉价格涨跌频繁,且幅度较大,严重影响水产饲料,特别是特种水产饲料利润率的稳定性,所以不管是从经济性上考虑,还是从降低风险的角度,降鱼粉都是必然选择。


03
全国水产饲料添加抗菌肽用量空间

根据2022年数据,全国水产饲料总产量为2525.7万吨,特种水产料按年均8.5%的增长率,2022年特种水产料的产量应该在224万吨左右,按照普水每吨饲料添加300g抗菌肽产品,特种水产每吨饲料添加500g抗菌肽产品,抗菌肽产品的市场用量空间大约为8025吨,而且随着水产养殖行业的进一步发展,特种水产养殖的增加,抗菌肽的用量空间会进一步加大。



04
抗菌肽在水产养殖中的应用方向


4.1 增强免疫

对于水产动物来说,非特异性免疫的重要性远高于特异性免疫,抗菌肽可以提高水产动物的免疫相关酶活性、细胞的吞噬能力以及抗氧化能力,进而提高动物的免疫性能,但是,其适宜剂量因养殖种类和个体生长阶段的不同而不同。在体质健康的动物体内,抗菌肽不仅具有直接杀菌的作用,还可以与动物的免疫系统协同作用,共同提高动物的免疫性能。水产动物的屏障作用是保护水产动物生命安全的第一道防线。近年来研究表明,很多水产动物的上皮细胞均可表达抗菌肽,它可以通过多种信号途径参与机体免疫调节,提高角质形成细胞的功能,从而提高机体对病原微生物等致病生物的抵抗能力,抗菌肽在动物黏膜和皮肤防御方面起重要作用。其作用机制在于抗菌肽可以调控紧密连接蛋白质,相邻细胞间的这些蛋白质的相互作用是紧密连接发挥防御功能的基础,该过程涉及诸多信号通路及相关因子。


4.2 修复肠道

依据结构和功能的不同,鱼类肠壁从内到外可分为黏膜层、黏膜下层、肌层和浆膜层。肠道黏膜层直接与营养物质和肠道微生物接触,作为黏膜屏障系统具有阻碍肠腔内毒素和细菌入侵的重要功能。对机体而言,正常的肠黏膜形态结构和功能十分重要,肠黏膜形态被破坏,肠道屏障功能发生紊乱,肠道免疫系统失调等,会造成机体众多疾病的发生。肠黏膜所形成的特殊构造如皱襞高度、绒毛高度及隐窝深度等是肠道发育及其消化吸收功能的重要组织形态学指标。

鱼类饲料中添加抗菌肽在一定程度上能提高肠黏膜皱襞和绒毛高度,增加肌层厚度,促进肠道的消化吸收功能其影响机制表现在:第一,抗菌肽能提高皱襞高度,从而提高肠黏膜上皮中的吸收细胞和杯状细胞的数量,吸收细胞的数量增加促进肠道对营养物质的吸收作用,而分布在黏膜皱襞基部隐窝处的杯状细胞能分泌大量黏液,提高润滑和保护肠道的作用;平滑肌收缩是肠道蠕动的主要动力来源,抗菌肽促进肌层厚度增加,增加肠道的收缩能力,同样有助于提高肠道的消化吸收功能;隐窝是肠上皮在绒毛根部下陷至固有层而形成的开口于相邻绒毛之间的结构,其深度表明肠细胞分化绒毛的能力,而肠道绒毛高度越高、隐窝深度越浅表现为绒毛高度/隐窝深度值越高,其消化吸收功能越强。第二,适量添加抗菌肽可优化肠道菌群结构,改善肠道微生态来维持肠道正常发育。


4.3 促进生长

诸多研究表明,抗菌肽可以提高水产动物的生产性能,主要表现在养殖动物的增重率、饵料系数以及生长率等指标上。据相关研究报道,饲料中添加2000~3000mg/kg的抗菌肽提取物时,凡纳滨对虾的成活率、增重率、特定生长率和饲料效率4个指标均显著高于未添加组;饲料中添加抗菌肽可以显著提高草鱼的增质量速度和相对增重率;添加150和200mg/kg的天蚕素抗菌肽对湘云鲫有促生长效果;添加5~10mg/kg的抗菌肽可以显著提高吉富罗非鱼的增重率,且当添加量为5mg/kg时,特定生长率最高;添加抗菌肽对红姑鱼的增重率、饲料效率和蛋白效率有显著提高作用。以上研究结果均表明,适量抗菌肽确实可以提高水产动物的增重率、特定生长率并降低饲料系数等。


4.4 减少耐药

与传统抗生素相比,由于抗菌肽特殊的结构和作用机制的优势,在药物中应用抗菌肽将有望解决当下由于抗生素滥用而产生的“耐药菌危机”。在水产养殖业中,抗菌肽不仅不会产生耐药性,而且不会污染水体,其分子量小,容易被降解,即使进入人体,也很容易被消化系统分解,不会对人体健康和养殖环境造成危害,符合水产养殖绿色可持续发展的宗旨。另外,抗菌肽还可以作为药物载体,将不易进入细胞内的药物载入细胞到达其作用位点,对许多疾病有着良好的治疗效果。抗菌肽的应用无论是对提高产量,还是对保护环境,都有着重要的意义。




END


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