纳米技术是一种新兴的处理纳米颗粒基(1-100 纳米)有机和无机材料的技术。这种技术在各种工业部门都有着至关重要的作用，包括制药、核能、燃料和能源、电子和生物工程，同时在人类、动物、植物和环境健康方面也有潜在的应用。

尽管纳米材料的应用可以覆盖生物和自然领域的多个领域，但水产养殖部门可获得的信息有限。

如今，水产养殖部门是满足动物蛋白对人类营养需求的最迫切领域，水产养殖疾病爆发以及水环境污染物是生产健康水产品的重大障碍。

当前的研究旨在启发纳米技术在水产养殖业中的方向，同时提供更多关于无机形式的纳米颗粒的具体信息，这些纳米颗粒用于开发几种类型的应用，如抗菌剂、抗菌膜和光催化剂，以及水产养殖领域的水生动物营养。

大量的无机纳米颗粒及其作为动物饲料和水处理的用途已被广泛研究和应用。水产养殖纳米技术的应用有望在未来几年为改善鱼类健康、控制有害微生物和水产纳米输送做出贡献。

纳米粒子在水产养殖中的应用

纳米技术是一个广泛的多学科研究领域，近年来在全球范围内呈爆炸式增长。在渔业和水产养殖业中，这些技术促进了可培养物种的质量，使其可以快速对抗疾病，进行营养素的摄入，比如一些药物、激素和疫苗。

这些都要得益于纳米粒子，已知可以在水产养殖中应用的纳米粒子有：无机纳米粒子，如能纳米粒子、氧化锌米粒子、领纳米粒子、铁纳米粒子、硒纳米粒子和铝纳米粒子，它们涉及各种直接和间接的应用(如下图所示）。

在直接应用中，纳米粒子作为饲料补充剂，有助于水生生物的存活改善，提高其抗氧化状态、生长性能和免疫应答。然而，过量的纳米粒子膳食补充剂也可能对水生物种有毒。

控制由微生物病原体引起的鱼类传染病是纳米粒子的另一个应用，纳米粒子在水产养殖中充当抗茵剂、诊断工具和疫带递送剂。这说明了用于改善营养和疾病控制的无机纳米粒子在水产养殖方面功能的主要类别。

无机纳米粒子的补充会影响水产饲料的营养价值，而这些营养价值已被证明有助于改善红鲷（Pagrus major）和草鱼等鱼类的生长性能免疫力、存活率和抗感染能力。

纳米粒子加工有利于溶解维生素和类胡萝卜素，并提高水产养殖中膳食补充剂的生物利用度。事实上，以纳米级尺寸掺入水产养殖饲料中的微量营养素可以更有效地渗透细胞，并增强它们被鱼类的同化过程。

不同纳米粒子在水产中具有的营养功能

锌纳米粒子

锌是鱼类许多代谢途径、蛋白质合成和能量消耗中隐含的一种必需元素。

众所周知，饮食中补充锌对不同鱼类的体重、生长率、抗氧化状态、抗菌活性和免疫系统的增加有所帮助，例如鲑鱼、非洲鲶鱼。然而，这种效应是剂量依赖性的，因此高锌补充可能对鱼类有害，需要确定最佳剂量。

饮食中以纳米形式给予锌已显示出对生长性能产生积极影响。例如，在50mg/kg的剂量下持续70天，补充锌纳米粒子饲料有助于改善虹鳟幼体的生长、存活和体内营养成分。45mg/kg饲料浓度进行的相同补充有益于草鱼的生长，增强其摄食效率、代谢酶、血清特征和非特异性免疫功能。

然而，在普通鲤鱼摄食中补充10-15 mg/kg的锌纳米粒子引起细胞毒性和氧化生物标志物的一些改变，而5mg/kg饮食掺入未表现出负面反应，且经证明适用于改善鱼类健康。

在为期90天的试验中，使用30 mg/kg的剂量，锌纳米粒子对鱼类的生长性能、免疫应答和血液学参数表现出积极影响。在相同浓度下，锌纳米粒子增强了鱼的存活率、总蛋白和抗氧化能力，并对白细胞介素基因进行了调控。相比之下，60 mg/kg的较高剂量会导致免疫和抗氧化系统受损，并增加炎性反应。

铁纳米粒子

在水生动物中，铁在许多生理过程中起重要作用，并参与氧化还原反应和细胞呼吸、生长率和脂肪酸代谢相关的电子转运。

研究发现铁缺乏会导致溪鳟和普通鲤出现低色素性小细胞贫血。在水生生物摄食中已经证明，纳米形态的铁的膳食补充物在水生物种中诱导了营养有益效应。

例如，在接受含铁纳米粒子饮食60天的金鱼中观察到生长性能和碱性磷酸酶活性增强。此外，为期90天的试验性膳食铁纳米粒子补充剂显示，罗氏沼虾仔鱼的生长反应、消化酶功能、食物摄入、更好的存活和生长有所改善。

然而，较高剂量的铁纳米粒子在淡水对虾中引起了负面反应。

另一项研究显示，30 mg/100g的剂量持续21天是有益的，而较高的剂量50 mg/100g增强了锦鲤生长的血液学和生化参数。

此外，实践证明，山莨菪碱叶提取物铁纳米粒子膳食补充剂不仅对斑马鱼的生长性能有益，而且对斑马鱼的酶活性(蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶)以及生化和血液学参数也有益，最佳剂量为40 mg/kg。而尼罗罗非鱼的最佳投药剂量为63.75 mg/kg。

同样，铁纳米粒子改善了鱼类的存活，极大的降低了死亡率。此外，以40 mg/kg的剂量连续60天补充铁纳米粒子饲料有助于提高鱼类的生长和饲料利用率。这种饮食补充剂是一种廉价友好的方法，对鲶鱼物种至关重要。

相同量的铁纳米粒子 (40 mg/kg)也用于拉博罗希塔，表明生长、存活率、免疫系统和杀菌能力增强活性和抗氧化活性，在30天的实验期间没有观察到负面影响。

然而，即使铁纳米粒子饲料添加剂对鱼类的生理和血液学反应至关重要，但较高剂量的铁纳米粒子会对生长产生负面影响，增加死亡率和毒性现象，如腹泻和肝细胞组织病理学损伤。

硒纳米粒子

硒通过蛋白质生物合成抗氧化活性和免疫功能，促进生长、提高饲料效率、生育力和减少细胞损伤，在水生动物生理中发挥着重要作用。

硒纳米粒子已被证明是许多鱼类的有益膳食补充剂，可提高动物的最终体重和相对增重率、抗氧化状态以及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和肌肉质量。

硒纳米颗粒因其高生物利用度也被认为是水产饲料中的一种有效来源。 然而，它们的作用是剂量和传递形式依赖性的，因为过量的硒纳米粒子可能会对水生动物造成毒性作用。

具体而言，在持续8周的0.5 mg/kg剂量下，硒纳米粒子膳食补充剂对黄尾鲷的生长参数具有显著影响。

通过研究员的研究，可以进一步表明，补充硒纳米粒子(1-2mg/kg)45天可改善红鲷的免疫应答、总蛋白含量和抗氧化活性，同样，在2–11mg/kg的剂量下，在条纹鲶鱼中以膳食方式掺入硒纳米粒子90天，改善了鲶鱼的生长行为、抗氧化能力和肝脏健康状况，且没有负面影响。

此外，饮食中补充硒纳米粒子胶囊形改善了银鲶的生长和抗氧化状态。当与维生素C 联合使用时，膳食补充硒纳米粒子表现出协同相互作用，积极提高了研究鱼类的增重、比生长率和饲料转化效率。

纳米粒子在水产养殖中的污染处理

生物污损和水污染是水产养殖高效生产的主要障碍。无机纳米粒子在水产养殖中的间接应用涉及废水处理、化学和生物污染物的去除以及生物污损的控制。

金属基纳米粒子由于其抗菌膜、抗菌和光催化活性能够处理这些问题。

核动力源是来自水源的成功的抗微生物剂，在水处理过程中起着必不可少的作用。无机纳米粒子用于抑制和消除水传播的病原体。

通过对银纳米粒子进行了抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性鱼类病原体的试验，如海豚链球菌、鲁氏耶尔森菌和嗜水气单胞菌，结论是暴露90分钟就足以对鲁氏耶尔森菌和嗜水气单胞菌产生强效活性。

专门针对水产养殖，银纳米粒子已显示出针对水产病原体的有效抗菌活性，且对水产动物无负面影响。

以辣木提取物为还原剂，以0.8 mg/L的浓度绿色合成的银纳米粒子用于处理水污染物，或用于减少引起尼罗罗非鱼隔膜病的嗜水气单胞菌等细菌性疾病。绿色合成的银纳米粒子的最佳水平对鱼类健康没有负面影响。

此外，构巢艾美耳球虫合成的4μg/ml 银纳米粒子能显著减少铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的生物膜形成。

金纳米粒子是水传播病原体(如大肠杆菌和伤寒沙门氏菌)的强效抗菌药物，分散在沸石上的最小形式的金纳米粒子可在短时间内有效消除90% ~ 95%的大肠杆菌和伤寒沙门氏菌菌落病原体。

铜绿假单胞菌

无机纳米粒子在水产养殖中的潜在风险

在水产养殖中使用无机纳米粒子呈现出明显的效益，无论是直接用于动物饲料或作为补充剂，还是间接作为水和废水中污染物的降解剂。

然而，其应用存在与剂量依赖性毒性和低生物降解性相关的潜在风险。无机纳米粒子可通过潜在易位至各种水生动物组织和器官、释放有毒离子、引起氧化应激、炎症、溶酶体损伤以及随后对蛋白质和酶、细胞膜和DNA的损伤，产生不利的生物学问题、细胞毒性和遗传毒性。（如下图）

结论

纳米技术似乎是一种现代工具，通过控制水生动物的各种细菌和病毒疾病，促进水产养殖和海鲜产业的进步。在水产养殖行业，纳米颗粒被用于不同的应用领域，如废水处理、生物污染控制、鱼塘杀菌、收获包装、动物饲养和动物保健。

本研究发现无机纳米粒子有益于水产养殖中的疾病控制，在动物饲料中以低水平添加无机纳米粒子增强了水生动物的生长、疾病控制、酶促反应和免疫系统反应，而无明显的负面反应，只有一些实验证明，添加了过量的纳米粒子可能会产生毒性。

所以未来的进一步研究可能集中在使用具有成本效益的绿色合成方法开发不同种类的纳米粒子以降低毒性。

参考文献：

1.萨拉，迈德和马托布：“纳米颗粒在鱼类药物中应用的最新进展”纳米技术生物医学，2016，12(3):701-710.

2.福克斯：“纳米技术在科学和工程中的应用综述”，科技前沿，2016，6(4):84-93.

3.卡托里，保罗，洛夫娜：“纳米颗粒对水产养殖物种的影响”，环境科学杂志，2017，24(21):17326-17346

4.鲍尔和贾：“纳米技术在水产养殖和海鲜保鲜中的应用”，食品科学，2020，60(11):1912-1921.