鱼类肠道微生物组的研究逐渐受到关注，其主要由细菌构成，在消化、营养吸收和免疫系统调节等生理功能中发挥关键作用，与宿主健康和生理平衡密切相关，和人类及其他动物类似，动物宿主与肠道菌群存在长期、紧密、复杂的关系。肠道菌群的组成会随时间变化，分为短暂（外来）菌群和持久（本地）菌群，前者多通过饮食进入肠道，虽不永久定植，但能维持宿主生理过程；后者与宿主肠道建立更稳定的共生关系，对肠道的整体健康和功能至关重要。鱼类肠道微生物的发育是一个复杂过程，鱼卵接触的首批微生物主要源于周围水体，孵化后，幼虫接触这些微生物并在胃肠道定植，早期定植为肠道微生物的发展奠定基础。不同鱼类从幼体到幼鱼阶段，肠道微生物组的多样性会发生变化，尽管外部食物来源会影响菌群组成，但在这之前就存在一个稳定的核心微生物群落，新微生物与核心群落相互作用，形成动态的微生物组，有助于宿主健康和内环境稳定。

肠道菌群在鱼类胃肠道内形成复杂生态系统，对宿主的生理、代谢和免疫功能有重要影响。在消化方面，它能分解碳水化合物、蛋白质和脂质等复杂膳食成分，产生鱼类自身可能缺乏的酶，促进消化和营养吸收，还参与上皮细胞增殖和成熟，进一步提高营养吸收效率。研究发现，斑马鱼肠道中的微生物能放大肠上皮细胞内脂质滴的数量和大小，影响脂质吸收和能量平衡；肠道菌群还能通过与 Wnt 信号共同作用，刺激斑马鱼肠道上皮细胞增殖。此外，肠道微生物还能通过分泌多种酶和增强宿主消化酶活性，促进碳水化合物消化，其代谢产物会影响肠道环境。在免疫方面，肠道菌群对鱼类的黏膜先天和适应性免疫系统的发育和调节至关重要。宿主免疫系统与本地微生物共同进化，通过监测肠道微生物的组成和变化，调节肠道菌群平衡，维持肠道健康。鱼类的黏膜免疫系统包括先天免疫和适应性免疫，肠道相关淋巴组织（GALT）在其中发挥重要作用。肠道菌群能通过竞争营养、限制与肠道的直接接触等机制，抵御病原体的定植和增殖，还能分泌抗菌肽（AMPs），与病原体竞争生态位，维持肠道菌群、病原体和肠道黏膜之间的平衡，一旦平衡被打破，宿主易感染疾病，GALT 也会被激活。在其他生理过程方面，肠道菌群还影响鱼类的应激反应、生殖功能和发育过程。给斑马鱼投喂鼠李糖乳杆菌（L. rhamnosus）能增强卵巢功能，影响卵母细胞成熟和排卵，还能促进斑马鱼幼虫发育；在金鱼饲料中添加益生菌，可提高繁殖性能相关指标。同时，肠道微生物组与神经内分泌系统的关系也会影响鱼类的应激反应和行为模式，进而影响其摄食行为和能量平衡，如在斑马鱼中，丰富的微生物群能减轻焦虑相关行为和应激反应，而饲料剥夺则会产生相反效果。

鱼类肠道微生物组的组成受多种因素影响，包括宿主遗传学、发育阶段、摄食习惯、饮食、应激、疾病和环境条件等。环境因素如季节、温度、pH 值、水质和沉积物质量对微生物群落的形成有重要作用。地理区域不同，环境参数存在差异，会影响水生生态系统中微生物的多样性和丰度，进而影响鱼类肠道微生物组的组成，但不同鱼类受地理因素的影响程度不同。季节变化也会对肠道微生物组产生影响，不同季节鱼类肠道微生物的种类和丰度会发生变化。温度是调节动物生理功能的关键因素，对微生物的影响也各不相同，适宜温度变化可能帮助鱼类适应环境，但过高或过低的温度会导致肠道微生物群落失衡，甚至引发疾病。盐度对维持肠道微生物群的组成至关重要，不同盐度环境下，鱼类肠道微生物组会发生变化，且盐度应激会增加水生动物感染的风险。pH 值的变化会破坏肠道微生物群的平衡，促进有害微生物的生长，不同水生动物对 pH 值变化的反应不同。水质和沉积物质量也与肠道微生物组密切相关，水体和沉积物中的微生物群落会影响鱼类肠道微生物的组成。宿主遗传学对肠道微生物组的影响因鱼的种类而异，在某些鱼类中，宿主遗传学对肠道微生物群落的调节作用较强，而在另一些鱼类中则较弱。发育阶段也是影响肠道微生物组的重要因素，不同发育阶段的鱼类，其肠道环境和相关微生物会有所不同，微生物定植也会随时间变化。此外，宿主的饮食对肠道微生物组的影响显著，不同饮食类型会导致鱼类肠道微生物群的差异，禁食期也会影响肠道微生物的平衡。

全球人口增长使得对优质动物蛋白的需求不断增加，水产养殖在满足这一需求方面发挥着关键作用，它也是全球营养和粮食安全的重要组成部分。然而，水产养殖面临诸多挑战，如疾病爆发、抗菌药物耐药性、遗传退化、化学药物使用、盈利能力下降、市场风险认知不足和金融危机等，其中疾病爆发是当前面临的主要问题。为应对这些挑战，人们采取了多种措施，包括良好的养殖实践、使用抗菌产品和疫苗等，但这些方法存在局限性，如病原体的耐药性和疫苗的低效性等。近年来，肠道微生物组研究受到广泛关注，其在维持宿主健康方面的重要性日益凸显。肠道微生物组工程通过操纵肠道微生物群落来改善宿主健康，在人类和其他动物中已有应用，在鱼类养殖中也具有巨大潜力，有望为水产养殖中的疾病防治、生长促进等问题提供解决方案，实现可持续发展。

益生菌是一类对宿主有益的活微生物，适量摄入可在宿主肠道内增殖和定植，有助于维持宿主健康，促进肠道微生物生长，改善消化、吸收、免疫反应和抗病能力，还能通过竞争环境抑制其他致病微生物。在水产养殖中，常用的益生菌有乳酸菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）、链球菌（Streptococcus）等多种菌株，不同菌株在不同水产养殖物种中发挥着不同的作用，如乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）可增强尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）的免疫力，芽孢杆菌（Bacillus）等菌株组合能促进多种鱼类的生长和健康。益生元是一类不可消化的饲料添加剂，可促进肠道有益细菌的生长和活性，主要来源于植物，通过肠道细菌发酵产生的副产物发挥作用，如短链脂肪酸可降低肠道 pH 值，改善肠道环境，促进宿主对营养的吸收和利用，增强免疫力、抗病能力和抗应激能力。水产养殖中常用的益生元有甘露寡糖（MOS）、阿拉伯木聚糖寡糖（AXOS）、低聚果糖（FOS）等，它们在不同鱼类中表现出不同的效果，如 MOS 可增强尼罗罗非鱼对嗜水气单胞菌（A. hydrophila）感染的抵抗力，低聚果糖能促进多种鱼类的生长和消化。合生元是益生菌和益生元的组合，兼具两者的优点，能促进肠道有益细菌的增殖，增强肠道酶活性和消化能力，提高营养吸收效率，刺激肠道上皮细胞分泌免疫功能细胞，增强先天免疫反应，还能作为生物控制剂改善水质，促进动物整体健康。在水产养殖中，合生元已被应用于多种物种，取得了良好的效果，如特定的合生元组合可提高尼罗罗非鱼的生长性能和免疫力，增强对疾病的抵抗力。

噬菌体是一类能感染并杀死特定细菌的病毒，在控制细菌种群方面发挥着重要作用。其尾端能特异性识别并结合细菌表面受体，具有高度的宿主特异性。噬菌体的生命周期包括裂解周期和溶原周期，基于噬菌体的微生物组工程利用其裂解周期，特异性减少目标细菌种群。在水产养殖中，噬菌体疗法可用于控制或预防致病细菌感染，如噬菌体 PZL-Ah152 可有效治疗鲫鱼的肠炎，且能促进肠道微生物多样性的增加，而不破坏其平衡；多种噬菌体鸡尾酒能控制不同养殖物种中的致病菌感染。理想的噬菌体应具有严格的裂解性，不含抗生素抗性和毒力基因，具有多价性、环境耐受性，能与其他噬菌体共存，并具备破坏细菌生物膜的能力。噬菌体可通过多种方法从土壤、水和沉积物中分离，工程噬菌体可通过化学诱变、CRISPR/Cas 等技术提高其特异性。饲料颗粒固定噬菌体是将噬菌体递送至鱼体的有效方法，同时与膳食补充剂和抗菌剂联合使用可增强其疗效，且生物聚合物涂层能提高噬菌体的负载效率和储存稳定性，确保其在目标部位有效激活。

粪便微生物移植（FMT）是将健康供体的粪便微生物群落移植到受体体内，以恢复或改变其正常肠道微生物群的方法，在水产养殖中，细菌菌群移植是 FMT 的常用方式，可通过益生菌、饲料或增加周围水体中细菌浓度来实现。FMT 能恢复抗生素治疗或菌群失调后的肠道微生物多样性，促进肠道损伤修复和代谢物稳定，对鱼类的生长和健康有积极影响，如在大黄鱼幼鱼中，FMT 可促进肠道健康，增强相关酶活性；在虹鳟鱼早期生活阶段实施 FMT，可提高肌肉产量和生长速度。种间肠道微生物移植（IMT）在不同鱼类之间进行，可改善消化机制，维持鱼类健康。除了 FMT，应用植物源、免疫和代谢调节剂也是调节肠道微生物群的策略，如草药种子粉和葱属衍生化合物可调节鱼类肠道微生物组成，RNase 1 在调节肠道微生物群和改善肠道功能方面发挥着重要作用。

生物技术和基因组技术的进步为肠道微生物研究提供了新手段，CRISPR/Cas 技术、合成生物学技术和代谢工程等可用于修饰微生物菌株，改善肠道微生物组多样性。合成生物学通过设计细胞和酶，有效改善细胞间通信，基因编辑工具如 CRISPR/Cas、转录激活因子效应物核酸酶（TALEN）和锌指核酸酶（ZFNs）为合成生物学开辟了新领域。CRISPR/Cas 系统可用于修饰乳酸菌（LAB）的功能基因，实现基因组编辑。原位共轭对肠道微生物组的元基因组改变（MAGIC）是一种合成生物学工具，可通过自然 DNA 交换能力进行基因修饰，实现基因转移。此外，合成生物学还利用分子对接、人工智能技术、纳米技术和翻译后修饰等工具，工程化微生物酶的分泌。

益生菌在水产养殖中对鱼类健康有显著影响，不同的益生菌菌株在不同水产养殖物种中表现出不同的作用，主要包括促进生长、增强免疫力、提高抗病能力和改善肠道健康等。例如，乳酸乳球菌可通过竞争排斥致病细菌，增强尼罗罗非鱼的免疫力，提高食物营养价值；多种芽孢杆菌和其他菌株的组合能促进不同鱼类的生长和健康，改善肠道免疫状态、形态和微生物群落组成。

益生元在水产养殖中的应用效果与益生菌类似，可通过改善免疫力、促进生长、提高抗病能力和存活率等方面，增强鱼类肠道健康。常见的益生元如低聚果糖、半乳糖寡糖、甘露寡糖和菊粉等，在不同鱼类中发挥着不同的作用，如多种益生元组合可对革胡子鲶的生长和健康产生积极影响；菊粉能促进尼罗罗非鱼的生长和免疫反应，增强虹鳟鱼的免疫力。

合生元在水产养殖中通过结合益生菌和益生元的优势，对多种鱼类的生长、免疫力、抗病能力和肠道健康产生显著影响。不同的合生元组合在不同鱼类中表现出不同的效果，如特定的合生元组合可增强尼罗罗非鱼对嗜水气单胞菌感染的抵抗力，提高南美白对虾的生长性能、饲料利用率和非特异性免疫力。

噬菌体介导的载体转移在水产养殖中为调节肠道微生物群落和改善鱼类健康提供了一种有前景的方法，可影响鱼类的生长、免疫力和抗病能力。例如，针对特定细菌的噬菌体应用可改变鱼类肠道微生物群，提高鱼类的免疫力和抗病能力，降低死亡率，如噬菌体 FpV4 和 FPSV-D22 可改变虹鳟鱼的肠道微生物群，噬菌体 PZL-Ah152 对鲫鱼肠道微生物群有积极影响。

肠道微生物组工程在人类领域应用广泛，但在水产养殖中的实施面临更多挑战。目前，益生菌、益生元和合生元在水产养殖中的应用较为普遍，但生物技术方法应用较少，需要更多关注。在益生菌应用方面，菌株的鉴定、分离、安全性和有效性评估，以及在农场层面的应用等都存在挑战，温度、水质等环境因素会影响益生菌菌株的活力，菌株间的基因交换也可能导致其功能改变，甚至引发感染。益生元和合生元在调节肠道微生物群方面也面临类似的局限性，如不同年龄和大小的鱼类对其配方和应用水平的要求不同，需要进行有效性和安全性评估。噬菌体疗法在水产养殖中面临的挑战包括安全噬菌体的配方和给药技术、噬菌体增殖与感染周期的关系、单噬菌体应用的局限性以及毒力基因带来的安全问题等，需要开发有效的最佳安全递送方法。FMT 在水产养殖中的应用需要严格筛选健康的供体和受体，其应用效果与受体的健康状况和年龄有关，且筛选合适的供体菌株较为耗时。CRISPR 方法在水产养殖中成本较高，存在水生基因组数据不完整、基因插入困难和可能带来负面结果等问题，需要精确标准化更安全的编辑技术。

随着对肠道微生物组工程在水产养殖中可持续性的关注增加，其环境影响也受到重视。生物技术在水产养殖中的应用引发了一些担忧，如抗生素耐药性细菌的产生和基因转移，对人类、陆地动物和水生动物都可能产生不利影响。此外，转基因生物在水产养殖中的应用也存在问题，如竞争、栖息地改变、水平基因转移和毒性等，需要采取措施确保其安全性，如实施毒素和抗毒素系统以控制基因转移。虽然噬菌体介导的载体转移技术可替代抗生素，但仍可能出现抗性突变，需要关注其对环境的潜在影响。

肠道微生物组工程在农业领域的应用尚处于新兴阶段，未来研究方向主要集中在治疗和预防应用方面，旨在提高鱼类健康、饲料效率、免疫力和抗病能力，实现可持续水产养殖。为实现这些目标，需要深入了解肠道微生物组的组成、多样性和影响因素，通过多组学、元转录组学和代谢组单细胞基因组学等技术建立完善的数据库，并改进无菌动物模型，促进鱼类肠道微生物群的培养和应用。生物技术创新为肠道微生物组工程带来了新机遇，多种方法的联合应用可取得更好的效果，如噬菌体和益生菌的联合使用可降低鱼类致病菌感染的死亡率，CRISPR/Cas 技术与噬菌体疗法的结合可更有效地消除肠道病原体，工程化关键微生物联合体也是未来的发展趋势之一。

安全问题是水产养殖中所有工程技术面临的主要挑战，包括抗生素耐药病原体的出现及其基因转移风险，以及转基因细菌的潜在致病性和监管限制等。未来需要开发新的技术来解决这些安全问题，同时在水产养殖中应用这些技术时，还需考虑其在水中和水生动物中的适用性、生产成本和储存能力等因素。

肠道微生物组工程涉及多种伦理、监管和安全问题。伦理原则包括确保动物不受伤害、保障动物福祉、尊重动物权利和实现利益平等分配等，涵盖生物伦理、环境伦理和食品伦理等方面。监管方面，全球监管机构对转基因微生物（GEM）的安全控制包括最小化或控制生物遏制，评估其遗传稳定性、生长控制和与天然微生物群落的竞争等。在应用这些技术之前，需要充分考虑其对动物健康和环境的潜在危害，确保符合伦理和监管要求。

水产养殖中肠道微生物组的研究仍处于早期阶段，虽然对其组成和多样性已有较多研究，但为实现水产养殖物种的可持续增长，还需进一步开发微生物组应用。鱼类肠道微生物组主要由梭杆菌、变形杆菌、厚壁菌和拟杆菌等组成，对宿主的生理、消化、营养利用、代谢、免疫功能和应激反应有重要影响。多种生物和非生物因素会影响肠道微生物群落的形成，因此在微生物组工程中需要考虑环境适应性策略。随着水产养殖中疾病爆发的频率增加，过度依赖抗生素和疫苗导致的抗菌耐药性问题日益严重，维持肠道微生物群的平衡对鱼类健康至关重要，肠道微生物组工程为实现水产养殖的可持续发展提供了新途径。目前，益生菌、益生元和合生元在水产养殖中的应用较为广泛，噬菌体介导的载体转移技术也有一定应用，而 FMT 和 CRISPR-CasPER 介导的工程技术在水产养殖中仍处于初期阶段，需要更多研究和应用。这些技术在实际应用中面临着诸多挑战，如在农场条件下的应用、针对不同水产物种的技术开发以及安全性问题等。未来可通过组合不同技术，开发针对各物种的关键微生物联合体，推动水产养殖的可持续发展。

为推动肠道微生物组研究的进一步发展，需要从基础实验层面进行改进，应用先进的多组学技术深入了解肠道微生物群的作用、<