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作者：宋协法 孙颉 单位：中国海洋大学水产学院
群体感应的类型根据自诱导物的不同，细菌的群体感应信号系统大体可分为三类:一是由N-酰化高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserinelactones，AHLs)类物质调节的群体感应系统，这种调节机制主要存在于革兰氏阴性菌中。当细菌分泌的自诱导物浓度达到一定临界值后，就可与LuxR蛋白相结合来激活目的基因，调控生理行为;二是在革兰氏阳性菌中存在的以翻译修饰的寡肽作为信号分子的群体感应系统。在这种系统中，细菌通过调节寡肽类物质感应周围环境的变化。目前已在枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、肺炎球菌(Pneumococcus)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)等革兰氏阳性细菌中发现了这种调节机制，而且现有的研究表明没有产生AHLs类信号分子的革兰氏阳性细菌;三是以费氏弧菌(Vibriofischeri)为代表的由luxL酶催化的AI-1系统和luxI酶催化的AI-2系统［7－9］。
AHLs类信号分子的检测方法随着对细菌群体感应系统研究的深入，研究者希望可以通过人为干扰对其进行调控，以达到有益于人类的目的。目前，对革兰氏阴性菌产生的AHLs类信号分子已建立了一套比较完整的检测体系，Paul等和Lars等［10－11］都对AHLs类信号分子的特性和检测方法进行了比较详细的阐述。主要的检测方法可以归结为以下三类:(1)物理方法:主要是利用高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)和气相色谱-质谱法(GC-MS)检测目标菌种，该法不仅简单高效，而且能在没有标样的情况下定性检测AHLs类信号分子［12］;(2)生物方法:主要是利用报告菌是否产生颜色反应来检测AHLs类物质是否存在，目前使用最广泛的是C．violaceum和A．tumefaciens两种细菌生物感应器，它们对不同长度的酰基侧链和不同取代基的AHL分子具有不同程度的敏感性［13］;(3)薄层层析法:通过与标样进行对比可知道检测物中是否含有AHLs类信号分子。根据目前对群体感应系统的认识和研究，不仅可以建立起细菌之间化学信号物质与生理行为的联系，还可以通过人为手段阻断或促进细菌的群体感应系统，从而调控其某种特定功能，以实现其在实际应用上的价值。
群体感应系统在其他领域的应用大多数微生物使用群体感应系统来调控毒性因子的表达和生物膜的形成，这一发现使群体感应成为了抗菌研究的一个备受关注的新手段。Singh等［14］认为铜绿假单胞杆菌的群体感应信号分子与肺部囊胞性纤维症的感染有直接关系。张晓兵等［15］认为利用群体感应与致病菌存在一定的关系，可以把致病菌群体感应系统的检测作为临床细菌感染诊断的潜在生物标志物，另外对群体感应的抑制还可作为临床治疗的一种手段。而在食品领域，由于微生物是导致食品腐败的主要原因，所以利用群体感应系统对食源性细菌进行调控，在防止食品腐败、抑制腐败菌生长等方面有重要意义。Whitehead等［16］认为许多食品腐败有关的特性如果胶水解酶、蛋白水解酶、脂肪水解酶活性及生物膜形成等都是由AHLs调控的。Gram等［17－18］在真空包装的牛肉、禽类产品中也检测到AHLs的浓度与肠杆菌数量的特定关系。此外，他们还发现把产生AHLs并且能水解果胶的胡萝卜软腐病菌添加到豆芽中，能加速豆芽的腐败。
尽管研究发现多数细菌具有群体感应系统，并且群体感应系统能对细菌的生理行为产生一定作用，但是这方面的研究仍然受到许多因素的制约，包括研究方法、研究材料以及细菌本身的特征等等。此外，有关群体感应的多数研究都是以铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、大肠杆菌(E．coli)或费氏弧菌(Vibriofischeri)为对象进行的，对于其他菌种的研究还十分有限，并且在水产领域有关群体感应的报导并不多见。水产养殖业在人们的生活中以至整个社会中都占有重要地位，水产养殖的发展也是学者和社会人士关注的重点，而且水产养殖中的很多方面都涉及群体感应系统的调控作用，因此研究群体感应在水产养殖中的应用是十分必要的。
在养殖污水处理方面的应用养殖水体中的有害物质大多来自残饵、残渣和粪便等有机物的大量沉积，这不仅会引起水体缺氧，而且会产生大量有害的中间产物，危害养殖动物健康，严重时甚至造成死亡［19－21］。目前，养殖污水的处理方法主要有物理法、化学法和生物法三种。生物法又包括生物膜法、人工湿地法、添加高效微生物菌剂和固化微生物等方法。其中生物膜法因具有运行稳定、管理方便、处理费用低的优点［22］，已成为养殖污水处理的主要方法之一，其对水产养殖污水中氨氮和有机物的去除有很好的效果［23－24］。生物膜是一个非常复杂的结构，相对于游离细胞，它具有更强的稳定性，可以提高细菌的存活率，因此自然界中的细菌主要是以生物膜的形式存在的。生物膜的形成过程由可逆性粘附、不可逆性粘附、早期形成阶段、成熟和老化等5个阶段构成［25－26］。生物膜法处理养殖污水的主要作用原理是利用生物膜上微生物的新陈代谢作用，将污水中的有害物质最终分解为CO2和H2O［27－29］。水产养殖中常见的生物滤池法就是使废水与生物膜接触，利用生物膜内微生物的作用将废水中的有机物氧化，使水质得到净化。净化作用主要是通过生物膜上硝化菌、反硝化菌、聚磷菌等细菌的作用来实现的。这些细菌是生物膜法处理养殖污水的关键，影响着生物膜的形成、养殖污水的处理效果等方面。通过单因子实验，发现添加了C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL两种AHLs类信号分子的实验组的养殖污水处理效果发生了变化，其中较为明显的是附着基上的生物量发生了显著改变。与空白对照组和添加乙醇的实验组相比，添加C6-HSL和N-3-oxo-C8-HSL的两组生物膜的生物量明显增加。但具体的调控机制以及群体感应如何对养殖污水处理产生影响、如何大幅提高处理效率等方面的问题，还需要更全面更深入的研究。如果可以通过人为手段，利用群体感应对生物膜上的微生物进行干预，就可达到缩短挂膜时间或提高氨氮去除率的目的。首先在生物膜挂膜启动阶段，通过向系统中投加群体感应信号分子的拮抗物或结构类似物，从而提高挂膜速度和效率;其次可以通过增强或减弱某种群体感应信号分子的浓度来强化或弱化某些种群，优化生物膜的群落组成及结构，进而提高该工艺对特定污染物的去除效果，例如，利用群体感应使降解养殖水体中有害有机物的菌群(如硝化菌群)占据优势地位，提高去除效率;此外，利用化学信号物质干预细菌的信息系统，还能够影响细菌的其它生理行为，例如:某些特定污染物的降解基因通过具有结合转移特性的质粒在种群内的扩散和进化，可以增加生物膜系统对环境变化的适应能力［30］。#p#分页标题#e#
在养殖动物病源菌控制方面的应用细菌是引起养殖动物病害的主要病源之一，其分布广危害大，一旦大面积爆发，带来的损失将难以估算。通过抑制或降解信号分子来干扰群体感应系统，可以达到控制毒性因子表达的目的［31］。如果将此应用于水产养殖的病害防治中，会带来极大收益。目前已发现仿刺参“腐皮综合症”的病发与细菌以AHLs作为信号分子介导的群体感应系统具有密切的相关性［32］。此外郭红等［33］通过实验验证了群体感应抑制剂对凡纳滨对虾的腐败变质有抑制作用。此外，运用群体感应对致病菌进行抑制存在很大的优势:一是利用群体感应系统对致病菌进行调控时，不需要直接杀伤致病菌，因此不会产生像抗生素那样的抗药性;二是这种方法具有较强的专一性，它在抑制有害致病菌的同时不会伤害有益菌，所以不会对养殖动物尤其是养殖动物幼体的生长和健康产生不良影响。
综上所述，群体感应在水产养殖领域目前还属于一门新兴学科。尤其是群体感应在养殖污水处理中应用的研究并不多见。要想弄清与水产养殖相关并能起到有益作用的信号分子及其感应机理，以及群体感应活性菌株的种类、存在形式等，还有待更深入更全面的研究。
