纳米颗粒，在水产养殖中有大作用！养殖高手跟你揭露！

纳米技术在水产养殖领域具有非常巨大潜力，可通过病原体检测和控制应用来降低生产成本、提高养殖效率，同时减少对水产养殖、水生环境的不利影响。目前，纳米技术正向产业化方向快速发展，创造了潜在的市场，满足水产养殖的需求。

一、纳米颗粒结构（纳米粒子）

纳米颗粒合成的方法，包括：

1、物理方法，如：研磨、真空镀膜技术、超声波、或者激光烧制；

2、化学方法，如：溶胶-凝胶、化学真空电镀技术、涂胶或喷涂方法；

3、生物方法，被评价为环境友好型，包括：从植物或微生物中提取合成。

所应用的纳米粒子有两种类型，无机和有机：

1、无机粒子组，包括：硅（介孔二氧化硅）、碳（碳纳米管）、氧化铁（氧化铁）、金、银、铜......；

2、有机颗粒组，包括：聚合物纳米聚合物颗粒、聚合物纳米胶囊、聚合物胶束、脂质体和树枝状聚合物……。

图1：纳米颗粒团的结构、尺寸和形状的图像

常规纳米粒子的主要形状包括：星形、盒形、球形、矩形和圆柱形（图1）。从植物提取物或通过生物体合成纳米颗粒的方法“绿色合成法”如今被评价为安全、友好且广泛应用。利用姜根（Zingiber officinale）、姜黄（Curcuma longa）、黑茴香籽（Nigella sativa）、印度楝（Azadirachta indica）、罗勒（Ocimum tenuiflorum）、芦荟（Aloe vera）等植物提取物制备金属纳米颗粒，提供了一种快速、无毒的合成方法，与传统方法非常相似（图 2）。

图2：从植物提取物中合成环保金属纳米粒子

二、纳米技术在水产养殖中的应用

1、水生动物健康管理中的药物转运

这种递送方法的一般机制是利用纳米颗粒成为载体，将药物结构附着在其系统上，并将其转运至靶器官，从而治疗水生动物疾病。例如，海藻酸盐是由褐藻和细菌中发现的甘露糖醛酸和古罗糖醛酸制成的天然聚合物，其纳米颗粒具有促进鱼类生长和存活的作用，特别是有助于增强免疫反应，帮助石斑鱼和鲤鱼群体抵抗虹彩病毒和链球菌属；此外，纳米颗粒结构中，壳聚糖和海藻酸盐的组合使用提高了三文鱼鱼中疫苗的递送效率。

壳聚糖是一种由甲壳类动物和昆虫的壳中发现的葡萄糖胺结构制成的多糖。一些实验表明，它们的纳米颗粒结构具有有效转运药物的能力，增加了对网箱养殖的鳊鱼和石斑鱼中副溶血弧菌和鳗弧菌的抑制能力。这种对海水鱼类的作用开辟了潜在的研究方向，通过将水生兽药与纳米颗粒相结合来抑制对虾的弧菌，从而提高当今对虾疾病的治疗效率。

2、抗菌活性

银、金、铝、铜和碳等金属纳米颗粒具有不同的细菌抑制活性。最常见的作用模式是通过正负电荷相互作用附着在细菌细胞的膜和壁上，通过破坏电荷（离子）交换来破坏细菌细胞，导致DNA链断裂，从而干扰核糖体组装和酶活性（图3）。同时，金属纳米颗粒还会增加细菌的氧化应激活性，从而破坏其蛋白质、脂质和DNA结构。目前，Nanocheck是一种商业产品，用于通过（40nm）纳米粒子清洁水产养殖池塘。此外，它们还可以通过吸收水中的磷酸盐来抑制藻类的生长。

图3：金属纳米粒子的杀菌效果（Carlor等人，2022）

由新鲜生姜提取物合成的纳米银（Ag-NPs），也被评估具有对抗气单胞菌、乳球菌和链球菌感染，以及鱼类寄生虫的潜力；同时有效抑制白对虾上的副溶血性弧菌和哈维氏弧菌群，不引起毒性，不改变鱼虾的生理活动。其他一些研究也表明，在50-500mg/ml的最大浓度下，能够有效抑制葡萄球菌、大肠杆菌和假单胞菌，其中最低抑制浓度为50mg/ml。效率最高（图4） 。

图4：从生姜提取物（Zingiber officinale）合成的金属纳米颗粒Ag NP的抗菌活性（Alaa等人，2020）

3、治理水污染

水产养殖造成的水污染是一个需要解决的问题，以实现水资源的环境友好和可持续发展。钛纳米粒子被评估为通过形成能够破坏微生物细胞壁和细胞膜的自由基来杀死革兰氏阳性和阴性细菌、真菌、藻类、藻类、病毒和原生动物，从而具有有效处理污染水的巨大潜力。

最近的研究表明，Fe3O4纳米颗粒可以去除水产养殖废水中高达70%的毒素亚硝酸盐（NO2–）和磷酸盐（PO₄³⁻），而使用微藻Chlorella vulgaris的效率达到80%，藻类和纳米颗粒的结合实现了去除效果NO3−(92.33%)、NO2 (89.3%)、NH4+ (93.67%) 和PO43−（89.25%）。

同时，此类纳米颗粒具有去除水产废水中重金属的能力，有研究表明对Pb离子的吸收能力高达360 mg/g。纳米氧化锌（ZnO-NPs）和碳纳米管（CNTs）具有很强的磁性，能够有效吸附高浓度的重金属铬（Chrom）和铜（Cu）来改善污染的养殖水体。因此，纳米颗粒也可用于有效去除水产废水中的各种有机污染物。

4、输送营养物质

水产饲料中添加纳米硒可以促进生长并增强抗氧化系统，可用于鲤鱼促进骨矿物质形成并减轻应激，减少电荷交换和增强消化酶，减少毒性迹象、组织异常和肝酶结构变化。此外，在1公斤饲料中添加16毫克纳米锰，可以增强淡水虾体内的抗氧化系统；铜纳米颗粒可以增强石斑鱼和淡水小龙虾的非特异性免疫反应并提高抗氧化酶的产生水平。据一项研究表明，从芦荟提取物中合成纳米颗粒可以提高西伯利亚鲟（Acipenser baerii）的存活率。并减少氧化应激。

纳米颗粒还可以提高生物活性化合物的生物利用度和保留时间。例如，用壳聚糖纳米颗粒将姜黄中存在的姜黄素化合物以磷脂、胶束、脂质体或水凝胶的形式封装，可以改善姜黄素的储存时间，从而改善生物活性化合物在胃肠道中的转运，尤其是溶解度有限的化合物。

壳聚糖纳米颗粒封装的维生素C与工业饲料结合，能够增加三文鱼（Oncorhynchus mykiss）血清中维生素C的含量，同时增加自然免疫反应，刺激酶的活性：脂肪酶、蛋白酶、过氧化氢酶和淀粉酶，提高饲料利用效率。

三、使用纳米技术的风险评估

许多研究已经证明了纳米克莱在水产养殖中的潜在应用，然而公众对纳米技术的关注是其对水生动物和池塘生态系统、农业和水生环境的生物活动的影响程度。例如，微小的纳米粒子可能成为污染源之一，或更严重的是，可以渗透到细胞中并影响水生动物的遗传结构，并进一步吸引在养殖过程中使用纳米粒子的海鲜消费者（接受程度）。

纳米技术的应用需要对直接对水生动物和间接对消费者的累积和毒性潜力进行更深入的研究。上述担忧当然不能阻碍新型纳米技术的不断发展，及其在水产养殖中的多应用方向，特别是通过生物友好方法合成纳米粒子的发展。然而，在水产养殖作业中应用时，需要更详细的使用说明、详细的使用剂量和频率，以提高效益并最大限度地降低风险。

展望未来，纳米颗粒具有广阔的应用，同时尽量减少对水生动物及其栖息地的影响。