综述：生物技术在可持续水产养殖和鱼类健康管理中的应用对环境和健康影响的评估

水产养殖提供了全球超过一半供人类消费的水生动物产品，对粮食安全至关重要。然而，集约化养殖增加了疾病发生的风险，导致每年遭受重大损失。本研究探讨了生物技术在可持续水产养殖和鱼类健康方面的应用，评估了它们的效果和影响。同时，还讨论了水产养殖中的疾病诱因、病原体类型（细菌、病毒、寄生虫、真菌）以及控制措施。取得的进展包括益生菌、疫苗、噬菌体疗法、分子诊断、选择性育种以及纳米治疗和CRISPR/Cas9等新兴工具。益生菌和疫苗可以减少抗生素的使用并提高抗性，但效果取决于菌株、宿主、剂量和环境因素，且受到标准化和安全性的限制。抗生素的使用仍然普遍，这加剧了抗菌素耐药性和食品安全风险，包括严重的毒性问题。基因干预措施能够增强抗病能力，但面临病原体特异性限制和生态风险。负责任的应用需要改进管理、废水处理、防控策略、协调的治理体系以及将精准水产养殖融入伦理框架，以实现可持续生产，同时保护生态系统和公共健康。

**引言**
水产养殖是一个快速发展的全球产业。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，水产养殖占全球供人类消费的水生动物产量的50%以上，凸显了其在全球粮食系统中的重要性（FAO, 2024b）。它被认为是实现联合国可持续发展目标的关键领域，特别是在消除饥饿和促进可持续农业方面（Wong et al., 2024）。尽管面临诸多挑战，该行业的产量仍在稳步增长，超过了传统渔业的增长速度（Kelling et al., 2023）。研究表明，这种增长对于提供稳定的食品供应以及改善许多地区的生计和经济发展至关重要（Wong et al., 2024）。为了提高产量并满足消费者对鱼蛋白日益增长的需求，水产养殖转向了更加集约化的生产方式，这给渔业和环境带来了更大的压力（Amenyogbe, 2023）。一个关键问题是，在集约化环境中鱼类更容易受到健康问题的影响。集约化养殖方式为病原体的繁殖和传播创造了条件，导致严重的经济损失和可持续性问题（Elgendy et al., 2024）。FAO渔业部门的估计显示，全球约10%的养殖水生动物受到感染，每年造成的损失超过100亿美元（Subasinghe et al., 2023）。早期FAO的报告估计，水产养殖业的疾病爆发每年造成的损失为90亿美元（Kumar et al., 2021）。

生物技术的进步为水产养殖业面临的诸多挑战提供了解决方案。生物技术提供了一套强大的工具和方法，用于进一步发展鱼类健康管理及疾病预防，从而克服了集约化生产系统的紧迫问题（Elgendy et al., 2024）。益生菌是有益微生物，是一类重要的生物技术干预措施，因为它们在养殖场中得到广泛应用，并逐渐被视为替代抗生素的工具，有助于维护宿主健康和水质管理（Fachri et al., 2024; Andriani, 2025）。已知益生菌能够积极调节宿主微生物群落，优化鱼类的胃肠道健康和整体生理功能（Mahato et al., 2023）。其他用于水产养殖疾病管理的生物技术策略包括疫苗、噬菌体疗法、分子诊断和基因选择（Priya and Kappalli, 2022; Elgendy et al., 2024; Amillano-Cisneros et al., 2025）。此外，益生菌组学有助于在分子水平上理解益生菌与宿主的相互作用，从而培育出更具针对性和效果的益生菌菌株（Fachri et al., 2024）。疫苗在疾病预防和减少水产养殖中抗生素使用方面也起着核心作用（Figueroa et al., 2020; Alfatat et al., 2025）。基因选择计划和选择性育种是提高鱼类及其他水生生物（特别是甲壳类动物，如太平洋白虾）抗病能力和整体存活率的实用长期方法（Ren et al., 2022）。这种方法通过系统识别和繁殖具有理想遗传特征的个体，使其对特定病原体具有抗性，从而创建出具有更强抗性的种群（Karami et al., 2020）。最新研究表明，选择性育种可以在抗病能力方面取得显著遗传增益；然而，这些增益通常是病原体特异性的，并受环境和生产条件的影响，而非提供广泛的或普遍的免疫力（Robinson et al., 2023; Nguyen, 2024）。除了这些成熟的技术外，还有许多替代疗法和新的生物技术正在被发现，以进一步减少抗生素、治疗药物和其他化学物质的使用。这些包括植物源抗菌剂（Abdul Kari et al., 2022）、用于输送药物和清洁环境的纳米治疗技术（Sabo-Attwood et al., 2021），以及用于基因培育抗病鱼类的干细胞技术（Ryu et al., 2022; Robinson et al., 2023）。尽管生物技术为水产养殖业提供了重要解决方案，但其使用也带来了一些严重的环境和人类健康问题，主要涉及抗菌素耐药性的出现和传播、野生生物的基因污染以及食物链下游的人类感染风险（Ruben et al., 2025）。本研究旨在全面审视全球在水产养殖管理中的生物技术进展和干预措施，特别关注其在促进可持续和环保型水产养殖生产中的关键作用。我们还讨论了当前的技术进展、益处以及与生物技术应用相关的固有风险（尤其是环境和人类健康风险），并提出了必要的监管和伦理框架、有效的风险缓解策略及相关政策建议。

**水产养殖中的鱼类健康挑战**
疾病是全球水产养殖的主要限制因素，降低了粮食安全（Subasinghe et al., 2023）。大多数致病病原体可分为寄生虫、细菌、真菌/混合感染和病毒（图1）。这些病原体存在于所有类型的鱼类养殖系统中，包括海水、淡水和半咸水养殖以及观赏鱼（Senthamarai et al., 2023）。下表列出了水产养殖中一些常见鱼类疾病、代表性病原体、临床表现和治疗方法。这些病原体的影响通常因高密度养殖、水质差和其他环境压力因素而加剧，这些因素会损害免疫功能，主要通过慢性激活应激反应（例如下丘脑-垂体-肾轴刺激）、皮质醇水平升高、黏膜屏障（皮肤、鳃和肠道）破坏、肠道微生物群改变以及先天性和适应性免疫反应抑制，从而增加疾病爆发和死亡率（Dai et al., 2023; Wright et al., 2023）。疾病爆发的影响不仅限于生物学层面，还会导致重大经济损失、扰乱供应链并威胁粮食安全（Maezono et al., 2025）。因此，迫切需要现代鱼类健康管理方法，强调利用技术来解决当前的水产养殖健康问题。

**图1. 全球水产养殖中最常见的疾病类型。**

**表1. 常见鱼类疾病、代表性病原体、临床表现和治疗方法。**

**水产养殖中使用的一些生物技术工具**
由于持续的应用生物技术，水产养殖不断变革，这些技术提供了先进的疾病控制、生产力和环境可持续性。这些应用包括益生菌、疫苗、抗生素替代品和基因选择，对于满足日益增长的水产品需求同时限制其环境影响至关重要（图2）。每种生物技术的益处、局限性和证据强度以及对可持续性的贡献在表2中进行了总结。

**图2. 水产养殖中使用的生物技术工具。**

**表2. 每种生物技术的益处、局限性和证据强度，以及对可持续性的贡献。**

**益生菌**
益生菌是活的微生物，适量使用时能给宿主带来健康益处（Hoseinifar et al., 2024）。在水产养殖中，多种细菌被用作益生菌来增强鱼类健康。这些微生物通过竞争营养素、铁和附着位点，以及产生抗菌化合物（如细菌素）来抑制病原菌的繁殖（Li et al., 2019; Pereira et al., 2022）。除了抑制病原体外，益生菌还被证明能改善生长性能、增强消化酶活性、促进肠道形态并强化免疫系统，从而提高抗病能力（Soltani et al., 2019; Van Doan, 2021; Ghosh et al., 2023）。多项研究调查了益生菌对鱼类免疫反应、生长和抗病能力的影响。例如，B. bifium在饲料中以10^7个细胞/100克的比例使用98天后，观察到其对尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）抵抗Aeromonas hydrophila的能力增强（Ayyat et al., 2014）。在另一项关于尼罗罗非鱼的研究中，B. bifidum、Enterococcus faecium、乳杆菌属和Pediococcus acidilactici以10^9 CFU/g的比例使用90天后，显著改善了肌肉生长、基因表达和肠道绒毛数量（Silva et al., 2021）。在普通鲤鱼中，B. bifidum、B. breve、B. lactis和不同种类的乳酸菌以3.2 × 10^9 CFU/g的比例使用后，也提高了生长性能和血液学指标（Dima et al., 2022）。此外，Acinetobacter属、Aeromonas属、Alcaligenes属、Enterobacter属、Phaeobacter属和Pseudomonas属等益生菌也被发现能有效改善生长性能、对抗病原体的抗菌/抗细菌活性、上调与生长相关的基因表达以及先天性和适应性免疫（Ramírez et al., 2020; Jinendiran et al., 2021; Makridis et al., 2021）。然而，最近的研究表明，这些效果高度依赖于菌株、宿主种类、给药方法和环境条件，导致现场结果存在差异甚至不一致（Fachri et al., 2024; Ntakirutimana et al., 2025）。益生菌组学有助于发现专为不同养殖条件设计的益生菌菌株（Fachri et al., 2024）。长期使用这些菌株可以显著降低鱼类和其他经济重要水生生物对疾病的脆弱性（Hasan and Banerjee, 2020）。然而，大规模应用仍受到剂量标准化、制剂、储存和保质期评估的限制，这降低了商业条件下的可重复性（Todorov et al., 2024; Mariom et al., 2026）。此外，还提出了关于抗生素耐药基因潜在水平转移的生物安全问题，需要确保益生菌菌株不携带耐药性或毒力因子（Calcagnile et al., 2024; Fachri et al., 2024）。在虾类养殖中，结合益生菌的生物絮凝技术可以有效抵御病原体风险，提高水质和存活率（Kumar et al., 2021）。最新研究表明，生物絮凝系统的效率主要由多样化的微生物群落和营养循环过程驱动，而不仅仅是益生菌的作用。然而，实际应用可能受到操作复杂性和生产成本增加的限制（Okon et al., 2025）。

**疫苗**
在水产养殖中，疫苗的使用不断增加。鱼类疫苗可以是蛋白质疫苗、减毒活疫苗、类病毒颗粒、细菌素和DNA疫苗。一些进展包括基于饲料的多价疫苗，可预防亚洲海鲈鱼的细菌性疾病，如弧菌病和链球菌病（Mohamad et al., 2021）。研究表明，一些市售疫苗对鱼类疾病的防治有效。无论是口服、肌肉注射、腹腔注射、浸浴还是注射，如IHNV质粒疫苗、灭活细菌疫苗、灭活病毒疫苗、DNA质粒、灭活细菌培养物等疫苗，都对治疗传染性造血坏死、肠红口病、耶尔森菌病、锦鲤疱疹病毒病、病毒性神经坏死、Aeromonas veronii感染、弧菌病、流行性造血坏死、传染性胰腺坏死、乳球菌病、肠败血症等疾病有效（Dhar et al., 2014; Leiva-Rebollo et al., 2024）。口服疫苗被认为是一种无压力且劳动效率高的接种方法，可以降低与鱼类处理、下游加工、抗原纯化和冷链运输相关的操作成本（Brooker et al., 2018）。然而，疫苗的大规模应用和整体效果可能会受到经济可行性、劳动力需求、农民采纳率以及不同水产养殖生产系统中疫苗表现一致性的影响（Desbois和Monaghan，2023；Imtiaz等人，2024）。尽管目前的疫苗已经取得了成功，但在疫苗的稳定性和输送方面仍存在问题，特别是对于口服和浸泡型疫苗，抗原降解、剂量不确定性以及口服耐受性可能会限制免疫刺激（Rathor和Swain，2024；Tammas等人，2024）。Figueroa等人（2020）的一项研究表明，宿主遗传变异可能会影响商业疫苗的效果，尤其是在对抗如大西洋鲑鱼（Piscirickettsia salmonis）等病原体时。除了宿主遗传因素外，疫苗的效果还受到给药途径、抗原剂量、环境条件（例如温度和盐度）、处理压力以及病原体菌株多样性的影响，从而导致在田间条件下的保护效果不一（Ben Hamed等人，2021；Wangkahart等人，2023；Imtiaz等人，2024）。此外，福利和生物安全问题仍然重要，因为注射型和减毒活疫苗与不良反应、处理压力有关，在某些情况下还可能与病毒性恢复或向非目标物种传播有关（Tripathi和Dhamotharan，2022）。为了克服这些挑战，人们正在考虑使用基于组学的新技术、基于纳米载体的佐剂以及环保型疫苗，如植物基疫苗，这些疫苗高效且成本效益高，所需剂量小，并且不需要使用抗生素，以增强保护效果，包括亚单位疫苗和DNA疫苗（Shivam等人，2021；Giri等人，2021；Elgendy等人，2024）。这样的创新对于支持可持续的水产养殖实践和减少对抗生素的依赖是必要的；然而，在实施这些创新的同时，必须仔细评估其效果、安全性和实际可行性（Alfatat等人，2025）。

抗生素

多年来，抗生素一直被用于水产养殖中的疾病管理。然而，由于对抗微生物耐药性和人类健康问题的日益关注，规范水产养殖中抗生素的使用变得至关重要（FAO，2018）。常用的抗生素包括氧四环素、氟苯尼考、氧氯苯酸和红霉素，通常通过口服方式给予黄尾鱼、虹鳟鱼和库鲁玛虾等水产养殖物种。停药期差异很大，从5天（例如黄尾鱼的阿莫西林、氟苯尼考）到30天（例如黄尾鱼的红霉素、虹鳟鱼的氧四环素、库鲁玛虾的氧氯苯酸）不等，这突显了防止药物残留和确保水产品食品安全的必要性（Okocha等人，2018）。在一项研究中，Manna等人（2022）发现Pangasianodon hypophthalmus肌肉中的氧四环素残留量低于MRL（最大残留限量），但在肝脏和肾脏中较高，并建议在28 ± 1.5°C的温度下停药4天。在另一项针对GIFT罗非鱼的研究中，Wang等人（2025）报告称，虽然磺胺甲噁唑的残留量在三天内降至安全水平，但皮肤和其他组织中保留的时间更长。因此，该研究建议在收获前至少停药11天以确保消费者安全。Lulijwa等人（2020）报告称，在2008年至2018年间调查的15个国家中有11个国家使用了67种抗生素化合物。其中73%的国家使用了氧四环素、磺胺二甲氧嘧啶和氟苯尼考。平均每个国家使用了15种抗生素，越南（39种）、中国（33种）和孟加拉国（21种）的使用量最高。作者还提供了强有力的证据，表明抗生素的使用与食品安全风险、职业暴露以及抗微生物耐药性的发展有关。

然而，最近的证据表明，抗生素的使用仍然普遍且地区间存在差异，这主要是由于监管执行、使用数据的可用性和监测能力的不同，特别是在低收入和中等收入的水产养殖生产国家（Ferri等人，2022；Hossain等人，2022；Ljubojević等人，2024）。与抗生素使用相关的结果也显示出高度的变异性，并受到物种特异性敏感性、环境和季节因素、饲料实践以及抗菌应用和限制制度差异的影响（Limbu等人，2021；Thiang等人，2021；Raza等人，2022）。此外，水产养殖中抗生素的使用促进了抗抗生素细菌和耐药基因的出现和在环境中的传播，这对水生生态系统、食品安全和公共卫生构成了风险（Hossain等人，2022；Goh等人，2024；Milijašević等人，2024）。这些挑战因当前的监测和检测方法的局限性而加剧，这些方法往往无法捕捉到耐药基因或在不同研究和地区之间提供可比的结果（Farías等人，2024；Milijašević等人，2024）。

在监管方面，几个主要的水产养殖生产国家在抗生素管理方面存在很大差异。在一些国家，如中国、泰国和越南，已经制定了针对可用于水产养殖的化学物质的法规，包括这些化学物质的使用规则（FAO，2013）。孟加拉国和埃及缺乏针对水产养殖的全国性抗生素政策，而俄罗斯仅提供了针对畜牧业的通用治疗清单。在印度，某些抗生素被禁止用于虾类养殖，但没有官方批准的化合物清单（CAA，2022）。相比之下，澳大利亚和英国允许兽医在授权清单之外开具抗生素处方，澳大利亚依赖个案批准（APVMA，2014；VMD，2024）。值得注意的是，挪威和法罗群岛的抗菌药物使用量极少，超出了监管预期（NORM，2024；MFNR，2020）。在欧盟、美国和日本等主要进口市场，严格的抗生素残留标准导致频繁的边境拒收和20-28%的不合规产品被销毁。FAO数据显示，抗生素残留是水产养殖产品进口被拒收的主要原因，尤其是在东南亚和东亚（Geetha等人，2020；FAO，2024a）。虽然在以小型农场为主的低收入和中等收入国家和地区，抗生素的滥用、监管不力和执行不力仍然普遍（Schar等人，2018），但建立全球统一的标准，加强监管和监测能力可以降低抗生素耐药性风险，同时提高贸易透明度和出口收入。此外，推广疫苗、益生菌、噬菌体和植物基疗法等替代品对于减少抗微生物耐药性风险至关重要（Schar等人，2018；Bondad-Reantaso等人，2023），并确保非政府组织和认证机构通过WHO指导的意识和激励计划支持抗生素的合理使用。

植物生物制剂

一种环境可持续的方法是使用具有抗菌特性的植物生物制剂或植物衍生化合物，这些化合物已被证明可以增强水生生物的免疫反应（Abdul Kari等人，2022）。类似的方法是噬菌体疗法，它利用噬菌体来靶向和消除细菌病原体（Elgendy等人，2024）。此外，纳米技术通过使用纳米颗粒来输送药物和抗菌剂，为水产养殖中的疾病管理提供了一种新的方法，而不会对环境造成显著影响（Sabo-Attwood等人，2021）。开发新的免疫刺激剂、益生元和合生元也有助于增强水生生物的免疫力，从而减少它们对抗生素的依赖（Elgendy等人，2024）。

遗传选择

遗传选择是通过累积和可遗传的增益来提高水产养殖中疾病抵抗力和生产力的关键策略。现代育种计划使用数量遗传学和选择性育种方法来增强有益性状，如生长性能和对抗传染病的抵抗力（Sciuto等人，2022）。选择性育种已成功应用于虾类，例如Penaeus vannamei的育种计划提高了对主要病原体的抵抗力并改善了存活率（Ren等人，2022），在鲑鱼中也取得了类似成果，其中与抵抗力相关的位点支持了更精确的选择策略（Karami等人，2020）。然而，遗传选择对抗疾病的结果高度依赖于物种和病原体，因为抗性性状通常是多基因的，涉及许多具有微小累加效应的基因，这增加了育种结果的复杂性和变异性（Robinson等人，2023）。如果管理不当，选择抗疾病性可能会与生长、耐受性或病原体传播等意外效应相关（Robinson等人，2023）。此外，基因型与环境之间的相互作用可能会降低遗传增益，即在核育种群体中表达的抗性并不能完全转化为商业养殖条件下的效果（Kang等人，2025）。遗传选择还面临实际和生态方面的限制。识别抗性个体所需的疾病挑战测试通常成本高昂且耗时，限制了育种计划的规模和可及性，特别是对于中小型生产者（Nguyen，2024）。如果选择强度过高，长期可持续性也可能受到影响，因为这可能会降低种群的遗传多样性，从而影响其韧性（Kang等人，2025）。此外，还有生态风险，例如来自养殖逃逸鱼的基因渗入。根据Besnier等人（2011）的研究，养殖逃逸鱼可能会破坏野生大西洋鲑鱼种群的遗传完整性，来自多个养殖菌株的基因流显著降低了使用中性标记物可检测到的遗传变化。基于九个微卫星位点的模拟显示，当多个养殖菌株参与渗入时，标准分析低估了混合程度，突显了野生种群中隐藏的遗传同质化的生态风险（Besnier等人，2011）。在另一项研究中，对105条河流中超过6,900条野生大西洋鲑鱼的样本分析表明，来自养殖逃逸鱼的基因渗入改变了自然生活史特征，如生长速率加快、迁移年龄提前和性成熟加速，这些效应在不同种群间差异显著。这些发现突显了遗传选择在水产养殖中的生态影响，表明养殖遗传输入可以重塑生长动态，并可能影响野生种群的结构和韧性（Bolstad等人，2021）。因此，在管理养殖和非本地遗传资源时，进行稳健的风险评估非常重要，以维护环境完整性（Sonesson等人，2023）。

生物技术在水产养殖中的应用所带来的相关风险和挑战

尽管生物技术在水产养殖中带来了许多好处，但其广泛使用也带来了一些严重的风险，需要仔细考虑以确保这一重要行业的可持续性。主要问题包括抗微生物耐药性（AMR）的发展、野生种群的基因污染、环境影响和伦理问题（图3）。例如，水产养殖中抗生素的广泛使用施加了选择压力，有利于抗抗生素细菌的生长（Milijasevic等人，2024）。这些耐药微生物及其相关基因通过水产养殖废水和农场排放物进入水生环境，形成了AMR（抗微生物耐药性）的储存库，这对环境和公共卫生构成了重大威胁。同样，整合到陆地栖息地和人类居住区的水产养殖系统促进了耐药细菌在水生-陆地界面之间的传播。重要的是，这些AMR风险主要归因于抗生素的使用本身，而其他生物技术工具，如益生菌、免疫刺激剂、噬菌体疗法和抗菌肽，主要被定位为减少抗生素依赖性的缓解策略，而不是抗性的直接驱动因素（Bondad-Reantaso等人，2023）。

图3

图3. 生物技术在水产养殖中的环境和人类健康影响。抗生素残留物在处理后可能持续存在于水产养殖的水体和沉积物中，促进耐药细菌和耐药基因的出现和传播（Vilca等人，2021）。长期暴露于抗生素残留物可能会改变微生物群落组成和多样性，破坏生态稳定性，并有利于机会性病原体而非有益微生物（Chen等人，2020a）。尽管疫苗接种被广泛采用，但在早期水生生命阶段和适应性免疫系统不发达的物种中，其效果仍然有限（Kumar等人，2023；Robinson等人，2023）。噬菌体对主要的水产养殖病原体（包括Aeromonas、Vibrio、Pseudomonas和Flavobacterium）显示出强烈的效果，提供了环保的、宿主特异性的控制方法，用于控制形成生物膜和多重耐药的细菌。然而，细菌的耐药机制需要针对特定感染的噬菌体选择和基因优化，以改善长期治疗效果（Lim等人，2025）。最近的研究显示了特定菌株的益生菌效果，其中Bacillus和Streptomyces在抑制病原体方面优于Lactobacillus，因为它们具有孢子耐受性和生物活性代谢产物的产生（Giri等人，2024；Hoseinifar等人，2024）。然而，效果会因宿主基因型、剂量和胃肠道存活能力而异。优化的剂量显著改善了生长和存活结果，这突显了需要针对特定物种验证益生菌（Tayyab等人，2025）。另一个重要问题是基因污染，养殖鱼类从养殖系统逃逸可能会改变野生种群的遗传结构，损害其遗传多样性和长期生存能力（Toledo-Guedes等人，2024）。多项研究表明，来自驯养设施的大西洋鲑鱼通过基因渗入对北美和北欧等地区的野生鱼类种群构成了重大威胁（Glover等人，2020；Kolavani和Mather，2024）。此外，非本地养殖类群的建立可能会引发资源竞争、对本地生物的捕食以及将新的病原体引入受体生态系统（Zehra等人，2025）。新的基因技术，包括CRISPR/Cas9，也面临着技术和伦理挑战，例如脱靶突变以及与转基因生物释放到自然生态系统相关的生物安全问题（Puthumana等人，2024年）。因此，由于基因干预在水产养殖中的潜在生态、环境及动物福利影响，以及在许多地区的预防性监管措施，这些技术的大规模应用仍然面临障碍（Amillano-Cisneros等人，2025年）。尽管在水产养殖中使用的替代疗法，如益生菌制剂、植物源添加剂和其他基于饲料的干预措施，常被宣传为环境可持续的解决方案，但它们也带来自己的风险，包括效果不一致、毒性问题、高生产成本和环境持久性（Elgendy等人，2024年）。此外，基于植物的添加剂的可持续性很少超出其抗菌或免疫刺激效果进行评估，对生命周期影响、药用植物资源压力或生产系统可扩展性的考虑也有限（Okon等人，2025年）。在生物技术应用中，监管挑战不仅与立法缺失有关，还与执行差距、标准化程度低以及国际治理框架的显著差异有关（Luthman等人，2024年；Milijašević等人，2024年）。为了确保这些干预措施的长期可持续性，标准化测试协议、明确的操作规范以及针对具体情境的监管监督对于解决与水产养殖生物技术相关的环境、健康和伦理问题至关重要（Amillano-Cisneros等人，2025年）。

**水产养殖中生物技术的环境影响**

一些用于水产养殖的化学物质有助于提高生产力并控制传染性寄生虫和疾病的传播。含有有机磷化合物的杀虫剂也被用来控制池塘中的害虫。然而，这些化合物可能对鱼类和其他水生动物有毒，尤其是在较高浓度下使用时，常常导致环境影响，特别是水污染（Mavraganis等人，2020年）。图3展示了其中的一些环境影响。此外，在水产饲料中加入治疗剂和生长促进剂会增加水产废水的化学物质含量。未经处理的水产废水和排放物排入水生生态系统可能导致营养富集、污染、有毒物质生物累积、疾病扩散和生态退化，从而可能降低生物多样性并威胁经济重要水生资源的可持续性（Ojewole等人，2024年）。当水产养殖中的生物干预措施管理不当，可能会导致水质下降等问题。例如，含有油佐剂的鱼疫苗与饲料效率降低和代谢废物产生增加有关，这会导致集约化系统中溶解无机氮和颗粒有机物的升高。在鲑鱼养殖场的实地观察显示，在反复接种疫苗和高生物量生产周期后，笼子下方的沉积物中总有机碳（TOC）浓度比背景水平高出两到四倍（Bohnes等人，2019年）。此外，益生菌的误用或过量使用会增加生化需氧量（BOD）和微生物呼吸作用，实验表明池塘和循环水产养殖系统（RAS）中的溶解氧减少了15-30%，氨氮（NH3-N）浓度短暂升高至超过0.2 mg/L的阈值，这会损害鱼类健康并加剧接收水域的富营养化风险（Tarnecki等人，2017年；Ringø等人，2020年）。此外，通过水产废水释放活微生物菌株会导致微生物群落结构改变和抗性基因的增殖，宏基因组调查显示，在水产养殖作业附近的沉积物中，抗性决定因子的相对丰度比参考地点高出多达10倍，通过环境储存库间接威胁人类健康（Cabello等人，2016年；Watts等人，2017年）。当饲料配方和喂养制度未优化时，快速生长和高饲料摄入量的遗传选择也被证明会使快速生长菌株的氮和磷排泄量增加20-40%，加剧营养负荷、浮游植物爆发和排水不良系统中的缺氧事件（Troell等人，2014年）。此外，鱼类从水产养殖设施逃逸对鱼类生物多样性和环境构成威胁，包括通过近亲繁殖、杂交和选择性育种改变本地物种的遗传特性（Atalah和Sanchez-Jerez，2020年）。这可能导致物种多样性丧失、野生种群结构受损、几代内的遗传活力下降，最终导致某些特有物种的灭绝。养殖鱼类与野生鱼类之间的反复杂交和基因流动导致撒哈拉以南非洲地区遗传多样性的不可逆丧失、环境适应能力下降、适应性降低以及野生鱼类的局部灭绝（Sanda等人，2024年）。

相反，新兴的生物技术提供了通过可持续的生物解决方案来缓解这些环境影响的有希望的方法。为了解决化学污染问题，创新系统现在利用微藻自然净化废水并回收营养物质，有效减少有毒化合物进入生态系统（Li等人，2021年；Villar-Navarro等人，2022年）。此外，CRISPR-Cas9和营养基因组学等工具可以培育出天然抗病的鱼类，显著降低对有机磷和抗生素的需求（Marchandise，2024年；Iqbal等人，2025年）。然而，这些基因进展必须谨慎管理，以避免加剧逃逸带来的威胁。因此，对养殖鱼类实施生殖不育被视为防止与野生种群基因混合的关键生物安全措施（Robinson等人，2023年；Xu等人，2023年）。

**水产养殖中生物技术对人类健康和食品安全的影响**

鉴于国际市场上近50%的鱼类来自水产养殖，确保水产养殖行业生产安全食品非常重要（Miao和Wang，2020年）。在水产养殖中无差别地使用抗菌剂会导致产品中残留物的出现，并对人类健康产生相关危害。已确定的重大公共卫生问题包括抗菌药物耐药性的发展、过敏反应、致癌性、致突变性、致畸性、骨髓抑制以及正常肠道菌群的破坏（Okocha等人，2018年）。一些研究预测，到2050年，抗菌药物耐药性可能导致多达1000万人死亡和3.8%的全球经济损失（Frei等人，2023年；Kumari等人，2023年）。抗生素残留物、重金属、自然过程和气候变化被认为是水生环境中抗菌药物耐药性的驱动因素（Kusi等人，2022年）。水产产品中的抗生素残留物可能导致消费者出现细菌耐药性和毒性，可能引发疾病和/或死亡。例如，氯霉素残留物会增加癌症风险，即使是在微量情况下，也可能诱发再生障碍性贫血，这是一种阻止骨髓产生红细胞和白细胞的状况，通常是不可逆且致命的（Priya和Kappalli，2022年；Nyamagoud等人，2025年）。其他有害影响包括磺胺甲噁唑、土霉素和呋喃唑酮引起的免疫病理后果和致癌性；庆大霉素引起的致突变性和肾病；以及青霉素引起的过敏反应（Kyuchukova，2020年；Bacanlı，2024年；Oladeji等人，2025年）。

**监管差距和挑战**

在不同地区，由于分配监管风险、经济成本和社会合法性的政策框架不同，水产养殖生物技术的采用存在显著差异（Wray-Cahen等人，2024年）。最明显的差异出现在转基因（GM）和基因编辑生物的监管上，不同的政策不仅影响技术审批，还决定了某些类型创新的优先级以及参与这些过程的利益相关者。在欧盟，根据指令2001/18/EC和法规（EC）No. 1829/2003，实行了基于预防性和过程的GMO制度，要求严格的上市前风险评估、可追溯性要求和标签义务以及上市后的环境监测（GOV.UK，2020年）。虽然这些措施旨在确保安全，但其相关的合规成本和漫长的审批时间表阻碍了GM和基因编辑水生动物的商业使用。因此，创新的重点转向了非GM健康生物技术、疫苗以及传统和基因组选择方法，使得转基因或基因编辑鱼类未能得到充分利用（Christoforou，2012年；Bruetschy，2019年；Dolezel等人，2025年）。相比之下，挪威采用了严格的环境法规，并使用激励性许可工具，如绿色许可、发展许可和生态技术许可。中国通过生产技术的进步（包括喂养策略和种子质量）加强了其水产养殖行业，同时提高了水产品的可追溯性、食品安全标准和常规检查系统，从而提高了整体产品质量（Liu等人，2018年；Han等人，2018年）。这种方法不仅促进了技术和生物技术创新，还展示了如何将严格的监管与激励措施有效结合，以建立可信的治理框架。在南澳大利亚，观察到一种不同的基于分区的做法，即Zone–Lower Eyre Peninsula Policy（2013年），通过指定特定的水产养殖区和允许的物种来应对环境风险。该框架允许逐步采用生物技术，无需直接涉及基因修饰即可引入新品种和健康管理创新（Lauer等人，2015年）。相比之下，在美国和加拿大，虽然法律框架允许采用生物技术，但仍然非常选择性。转基因鱼类作为新动物药物进行个案审查，导致一些批准，例如AquAdvantage鲑鱼，尽管需要巨大的财务和时间成本。这最终限制了资本密集型和高价值企业的采用（Logar和Pollock，2005年；Grossman，2016年）。相比之下，日本、阿根廷和巴西等国家采用了基于产品和风险比例的监管系统，豁免某些缺乏外源DNA的基因编辑生物的GMO法规。这导致与欧盟和北美相比，监管障碍显著减少，商业化速度更快（Hallerman等人，2022年；Lim和Choi，2023年）。中国展示了混合型的国家协调模式，其中战略投资、保险计划和推广服务共同作用，以促进系统级健康生物技术的采用（N’Souvi等人，2025年）。然而，围绕遗传资源和知识产权的严格法规影响了创新的方向和开放性。相反，在撒哈拉以南非洲，主要限制不是来自监管的严格性，而是现有政策的执行不力。虽然大多数国家都有生物安全和水产养殖法规，但机构能力不足、缺乏透明度和无效的推广系统等问题阻碍了技术的采用。可以更容易利用的技术，如激素性别控制和选择性育种，仍然没有得到充分探索（Rege和Ochieng，2022年）。尼日利亚就是一个例子，其《渔业法》（2014年）支持非本地和基因增强菌株的许可。然而，由于执法和监测基础设施不足，先进生物技术的实施停滞不前（Sanda等人，2024年）。

总体而言，这些比较表明，全球标准的不均衡不仅促进了或限制了水产养殖生物技术的发展；它们还关键地影响了哪些技术能够繁荣、投资如何集中以及风险和利益如何在地区间分配。

**在水产养殖中应用生物技术的伦理影响和最佳实践**

在水产养殖中应用生物技术需要谨慎考虑伦理问题，包括动物福利、环境后果和社会正义（Ciliberti等人，2023年）。为了确保食品生产和提高全球食品安全，维护动物福利至关重要（Robinson等人，2023年）。集约化水产养殖设施中的低效福利状况可能导致健康问题、疾病爆发、抗生素消耗增加和生态系统衰退（Gonzalez，2023年）。应特别注意环境问题，包括基因污染和长期生态影响。水产养殖必须平衡环境管理和食品生产的需要。例如，养殖鱼类的逃逸会危及野生鱼类的遗传纯度（Alvanou等人，2023年）。在使用益生菌、疫苗和其他替代疗法时，最佳实践要求以特定方式使用它们，以最大化其效果并减少耐药性。这包括加强抗生素管理，并重视益生菌、益生元和植物源益生菌来预防疾病（Abdul Kari等人，2022年）。监测抗生素残留物和耐药基因至关重要（Chen等人，2020b）。此外，疫苗的开发应侧重于稳定且成本效益高的配方和高效的输送系统。

**可持续水产养殖的植物基解决方案/添加剂**

值得注意的是，水产养殖的长期可持续性需要将生物技术整合到可持续系统中，并实施整体管理系统。这种转变不仅体现在个别干预措施上，还体现在考虑养殖业各个方面的整体方法上。植物源添加剂，如植物源物质或植物源益生菌，正在被纳入水产养殖实践中（表3）。它们最常被添加到水产饲料中，以提高养殖水生生物的抵抗力、生长和健康，同时减少对合成化疗药物和抗生素的依赖（Hossain等人，2024年；Okon等人，2025年）。这些添加剂中含有生物活性的次级代谢物，如酚类、黄酮类、生物碱、萜类和皂苷，它们来源于草药、叶子、种子和精油。这些化合物在水产养殖物种中具有抗菌、抗氧化、免疫调节和促进消化的作用（Ahmadifar等人，2021年；Firmino等人，2021年）。

表3

表3. 用于水产养殖鱼类健康管理的植物基解决方案。诸如生长性能提升和饲料效率提高等因素与植物基膳食补充剂有关，这归因于消化酶活性的增加和肠道形态的改善，尤其是在杂食性物种中，例如尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）和沟鲶鱼（Ictalurus punctatus）（Reverter等人，2014年；Dawood等人，2018年）。例如，牛至油、百里香油和大蒜精油具有显著的抗菌和刺激食欲的特性，可以提高集约化养殖环境中的饲料转化率和存活率（Khalafalaa等人，2025年）。

在植物基添加剂中，辣木（Moringa oleifera）因其高蛋白质含量、均衡的氨基酸组成以及丰富的生物活性化合物（如槲皮素、绿原酸和芥子苷）而成为水产养殖研究的热门对象（Saleh等人，2025年）。将辣木作为叶粉或提取物添加到鱼饲料中已被证明可以改善尼罗罗非鱼和非洲鲶鱼（Clarias gariepinus）的生长、血液学参数、抗氧化酶活性和先天免疫反应，同时增强其对细菌病原体（如嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila）的抵抗力（Nassar等人，2024年）。此外，植物基添加剂通过增强内源性抗氧化防御机制（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶）在减少氧化应激方面发挥着关键作用。这种增强作用有助于提高鱼类在处理、储存和面对环境压力时的生理稳定性（Ahmadifar等人，2021年）。遗传学研究表明，植物源化合物可以调节与免疫、代谢和耐受性相关的基因，突显了它们在宿主生理中的多功能作用（Firmino等人，2021年）。

尽管有这些优势，但植物基添加剂的效果很大程度上受到剂量、配方和物种特异性反应的影响，因为高添加量可能会导致适口性下降或产生抗营养效应（Reverter等人，2014年）。植物化学类型的多样性、农艺条件和提取方法的变化使得跨研究的标准化和可重复性变得复杂（Firmino等人，2021年）。这些挑战强调了在商业化应用前需要制定控制性的配方策略，包括微囊化和全面的剂量优化试验。

生命周期评估（LCA）研究表明，植物源饲料添加剂可以通过提高饲料转化率、减少疾病相关损失以及降低与药物生产和治疗相关的排放来降低水产养殖的环境足迹（Bohnes等人，2019年）。

对药用和芳香植物的需求压力日益增加，这引发了可持续性的担忧，因为对植物源化合物需求的增长可能会加剧野生植物种群的过度采集，威胁生物多样性，并在管理不善的情况下破坏当地生态系统（Firmino等人，2021年）。因此，建议采用基于栽培的采购方式、农生态生产系统以及利用农业副产品或残余生物质作为缓解生态压力的策略，同时确保质量和供应的稳定性（Dawood等人，2018年；Firmino等人，2021年）。

土地利用的权衡进一步复杂化了植物基添加剂的可持续性评估，特别是当饲料添加剂作物与粮食作物争夺耕地、水资源和其他资源时。在没有综合土地利用规划的情况下扩大植物源植物的种植可能会导致森林砍伐、栖息地转换或间接的土地利用变化，从而减少净环境收益（Bohnes等人，2019年）。相反，像辣木这样的物种可以在边际土地上以相对较低的投入进行种植，具有更优的可持续性，并且当整合到多功能农渔系统中时符合循环生物经济的原则（Saleh等人，2025年）。

未来在水产养殖中使用植物基添加剂依赖于系统生物学工具的机制验证、在商业养殖环境中的广泛实地评估以及保证安全性、有效性和环境兼容性的标准化监管框架。经过战略性开发和监管的植物源添加剂，如辣木，为提高水产养殖生产的可持续性和健康性提供了有前景的方法（Firmino等人，2021年）。

为了实现提高生产力和疾病抵抗力的目标，生物技术应用应侧重于支持环境可持续性和促进人类健康的创新（Macwan等人，2025年）。生物技术研究应关注疾病预防、可持续饲料和遗传改良计划，以培育强壮的水产种群（Dunham，2023年；Zhu等人，2024年）。政策应侧重于能力建设，帮助农民进行这些改进，特别是在发展中国家，因为水产养殖在食品安全中起着关键作用（Henriksson等人，2021年）。此外，随着人工智能（AI）的进步，政策应鼓励使用精准水产养殖，利用生物技术创新和人工智能来最大化鱼类健康和效率（Lal等人，2024年）。

促进水产养殖生态系统和环境完整性的政策，特别是在生物技术领域，必须是全面的。主要优先事项应该是改善水产养殖水质和生物多样性保护方面的环境治理（Shamoun-Baranes等人，2021年）。这将需要制定关于水产养殖场废物处理、水资源收费和清洁生产评估的规则。应推广使用有效技术处理含有残留物和污染物的水产养殖废水的政策（Tom等人，2021年；Das等人，2024年）。制定基于政策的情景来评估环境影响将是有益的（Bohnes等人，2021年）。这些政策需要确保严格的控制，以减少基因污染并通过基因编辑生成无菌鱼类（Robinson等人，2023年）。新的水产养殖项目和生物技术应用应接受环境影响评估，包括对其对本地物种、病原体和遗传多样性的影响进行分析。为了实现可持续的水产养殖，需要国际合作来协调法规、分享最佳实践知识，并推广支持环境并满足全球鱼类需求的解决方案（Alleway等人，2023年）。

结论

生物技术是使水产养殖成为一个可行且可持续领域的重要因素。它通过使用益生菌、先进疫苗和遗传选择显著改善了鱼类健康，从而减少了疾病的发生、对抗生素的依赖以及整体运营效率。这些创新对食品安全和环境管理产生了积极影响。然而，这些工具和创新也伴随着许多问题和挑战，包括抗菌素耐药性的增加、野生鱼类种群的基因污染风险以及多种环境、人类健康和生态影响。然而，这些问题必须谨慎且可控地解决。进一步的生物技术研究应专注于开发适合水产养殖生产和增长的环保替代品和可持续技术。这还需要健全和动态的监管框架、全面的监测计划以及提供高伦理标准和环境保护的综合管理策略。