6.3 食品安全和病原体控制方面的生物安全考虑

#6.3.1 食品安全

良好的食品安全和确保动物福利是获得公众支持的高度优先事项。 食品安全专家提出的最常见的问题之一是，在使用鱼类污水作为植物肥料时，人类病原体污染的潜在风险（Chalmers 2004；Schmautz 等人，2017 年）。 最近进行的一项文献搜索以确定水生动物传染病风险的结论是，受污染的摄入水中的病原体或源自温血动物的饲料成分中的病原体可能与鱼肠微生物群有关，即使对鱼类本身没有损害，也可能可能被传递到食物链给人类 (安塔基和贾伊-罗素 2015). 因此，将病原体引入水生生物系统的机制令人关切，最有可能产生粪便大肠杆菌或其他致病细菌来源于鱼的饲料。 从生物学角度来看，这些病原体有可能在生物过滤器中扩散，或者在单循环系统中，通过将空气传播的病原体从开放的植物组成部分引入鱼缸。 虽然在水生养殖系统相对封闭的环境空间中，生物安保风险较低，例如与开放式水产养殖相比，而且在分离式水生养殖系统中，这种系统的部分可以被隔离，但仍有一种看法认为，鱼类污泥可能是潜在危险的时候应用到植物供人类消费。 大肠杆菌 (_E. 大肠杆菌 _) 是一种造成食源性疾病的人肠病原体，一直是农业或水产养殖中使用动物废物作为肥料的主要问题，例如综合猪鱼系统（Dang 和 Dalsgaard，2012 年）。 然而，一般认为它不会对鱼类植物水生物造成风险。 例如，Moriarty 等人（2018 年）曾表明，紫外线辐射处理可以成功地减少大肠杆菌，但也指出，在水生生物系统中检测到的大肠杆菌处于背景水平，不会在鱼道或水培生长的生菜中增殖。实验系统，因此不存在健康风险。 关于这些方面的研究有限，但一些初步研究发现大肠杆菌污染的风险非常低，例如，通过表明对植物应用的灭菌和非消毒 RAS 水处理没有差别（Pantanella 等人，2015 年）。 尽管植物叶片内部的微生物存在潜在风险，从而将其传播到水生植物中生长的一些食用绿叶植物的消耗部分，但其他研究得出类似的结论，即引入潜在危险的人类病原体（艾卢马莱等人，2017 年）。

然而，管理风险，或更重要的是管理对这些风险的看法，仍然是政府当局和水产投资者的高度优先事项。 据认为，饲料投入的质量控制和仔细处理鱼类/鱼类废物可以限制大部分这些潜在问题（Fox 等人，2012 年）。 事实上，据我们所知，目前没有关于水生系统的已知人类健康事件的报告，这可能是因为 RAS 设施和水培温室通常采取良好的生物安全措施，包括严格的卫生和检疫措施观察到。 针对不同水产养殖生产系统评价了建议的生物安全微生物做法，并将建议纳入危害分析关键控制点准则，这是一个国际食品安全控制系统（Orriss 和 Whitehead，2000 年）。 然而，仍然需要更好的科学记录病原体转移给人类的风险，并直接研究水生产这一领域的管理。

#6.3.2 鱼类和植物病原体

在水产养殖、水耕和生物工程方面，现有的专门学科文献可以帮助提高水产养殖中的微生物性能。 例如，微生物群落在鱼类健康方面发挥着广泛的重要作用，包括在饲料的消化和同化以及免疫调节方面发挥关键作用，这些功能以及益生菌在增强水产养殖系统方面的作用得到了充分的审查（Akhter 等(2015 年)。 特别报道了微生物在 RAS 系统中的作用，包括生物过滤器的微生物管理，病原体控制研究，以及各种控制来自 RAS 系统的非味道的技术（Rurangwa 和 Verdegem，2015 年）。 同样，植物根际中的微生物对生根和植物生长具有重要意义（Dessaux 等人，2016 年），同时也对控制水培植物生产中病原体的扩散；Bartelme 等人（2018 年）最近的一份综述对这些领域进行了深入探讨。 然而，对于水生系统各部门之间的微生物群体联系的了解仍然非常有限，这种知识对于最大限度地提高生产力和减少病原体转移至关重要。

对鱼类或植物健康有危险的机会性病原体的扩散是水肺操作经济学中的重要考虑因素，因为任何使用抗生素或消毒剂都可能对生物过滤器功能产生潜在的不利影响，以及破坏微生物稳定在系统的其他区域的关系。 RAS 常用的消毒方案包括用紫外线处理水（Elumalai 等人，2017 年），该方案与臭氧结合使用（通常是两者的组合），包括一线非生物方法来维持水质。 鱼卵/幼虫在引入之前也经常被隔离，并处理任何摄入水，从而减少鱼类病原体直接进入系统的潜在来源。

进入 RAS 的水通常也允许在进入循环系统之前在生物过滤器中 “成熟”。 例如，实验表明，使用硝化细菌混合物接种预生物过滤器，并将其用有机物 “喂食”，直到细菌种群与鱼缸的承载能力相匹配，这意味着饲养罐水不太可能不稳定，并且被机会性细菌（阿特拉马达尔等人，2016 年；鲁朗瓜和韦德海姆 2015 年）。 然而，如果病原体成问题，有时可能需要使用高剂量紫外线、臭氧、化学或抗生素治疗，尽管这种使用通常会破坏系统的其他部分，特别是生物过滤器（Blancheton 等人，2013 年）。 事实上，根据系统内的剂量和位置，对病原体的非选择性治疗实际上会有利于机会主义者的扩散。 例如，高水平的臭氧处理不仅会杀死细菌、原体和病毒，而且还会氧化 DOM 并影响 POM 的聚集，从而对细菌种群产生选择压力（同上）。

关于水生生物系统中植物病原体及其控制的详细讨论载于第 14 章，因此在此不予重申。 然而，值得注意的是，菌种在水产养殖中经常被用作商业益生菌，而且越来越多的证据表明，类似的 _ 芽孢杆菌 _ 物种也对植物有效，这些物种已经在一些商业水培益生菌解决方案中可用（Shafi 等人，2017 年）。 最近的一项研究扩展了有关 _ 芽孢杆菌 _ 的这种研究，以包括水生生物系统的实验（Cerozi 和 Fitzsimmons 2016b）。 在鱼类、植物或生物过滤器中引入益生菌的位置可能很重要，但现有工作并不清楚在鱼类成分中添加益生菌是否对鱼类的生长和健康产生了更好的影响，这对鱼类的潜在益处是否也有更好的影响类似水平的益生菌直接到水培室。

除了标准应用益生菌之外，还有各种创新的生物控制技术，这些技术在今后可能对减少有害微生物的存在和扩散变得越来越有价值。 在最近的一项研究中，根据对鱼类和植物真菌病原体具有抑制作用的能力，从已建立的水生生物系统中选择了细菌分离株。 我们的目标是将这些分离菌培养为疫苗接种，随后可以作为水生系统内疾病的生物控制（Sirakov 等人，2016 年）。 例如，Sirakov 等人证明，它们分离出的一种假单胞菌具有有效的生物控制作用，可以对鱼类的致病真菌寄生虫和植物的 _** 最后一种生物控制。 研究人员还报告了在体外抑制不同的水生隔间的各种其他细菌分离物的作用，但没有测试它们的体内效应。 使用这种分离物作为生物控制品的可能性并不是新的，但 NGS 技术的应用现在可以更多地揭示这种分离物相互作用以及与潜在病原体之间的相互作用，从而有可能最大限度地提供药物的效果。 使用其他 “组学” 技术可有助于揭示整体群落结构和相关的代谢功能，并开始阐明哪些生物体和功能最有益。 今后，这种技术可能允许在微生物群落中选择 “辅助菌株”，或识别具有抗微生物作用的渗出物（Massart 等人，2015 年）。