白腿虾（Penaeus vannamei）在臭氧纳米气泡暴露下的氧化应激与免疫反应

臭氧纳米气泡（NB-O3）技术通过改善水质、抑制病原菌和调节虾免疫及抗氧化系统，显著促进南美白对虾（Penaeus vannamei）生长，提升平均日增重、体重和存活率，同时降低氧化损伤指标（MDA）并诱导HSP70基因瞬时表达。

　　

Phan Trong Binh|Phan Thi Van|Nguyen Huu Nghia|Nguyen Minh Quan|Vu Thi Trang|Pham Hong Nhat|Pham Thai Giang

越南北宁市第一水产研究所——水产养殖与环境疾病监测中心

摘要

臭氧纳米气泡（NB-O₃）作为一种新兴技术，在水产养殖中显示出改善水质和疾病控制的前景。然而，其对虾的影响仍知之甚少，尤其是在生化过程方面的影响。本研究评估了NB-O₃对白腿虾（Penaeus vannamei）生长性能、免疫反应、氧化应激和HSP70基因表达的影响。实验中，虾在对照组和NB-O₃处理组中分别饲养21天。研究了生长指标、水质参数、总血细胞计数（THC）、抗氧化酶活性（过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）以及肝胰腺中的HSP70表达情况。结果表明，与对照组相比，NB-O₃处理组最终体重、体重增加量和日均生长率显著提高（p < 0.05）。NB-O₃处理组的水质得到改善，NH₃-N、NO₂-N、COD含量以及弧菌数量均有所下降。实验初期，NB-O₃组中的THC显著升高。抗氧化酶活性（CAT和GPx）在NB-O₃处理组中显著增强，而MDA水平在实验结束时降低，表明氧化损伤减轻。肝胰腺中的HSP70表达在实验第1天达到峰值，表明存在瞬时应激反应，随后逐渐下降，反映了虾的适应过程。这些发现表明NB-O₃能够改善水质，增强抗氧化和免疫反应，并促进P. vannamei的生长，支持其作为可持续水产养殖技术的应用潜力。

引言

臭氧纳米气泡（NB-O₃）技术在水产养殖水质管理中已成为一项有前景的创新。由于其超微小的尺寸和稳定性，NB-O₃可以增加溶解氧浓度，提高氧化还原电位（ORP），并降解NH₃-N和NO₂-N等有毒化合物，从而改善水质和动物健康（Binh等人，2025；Imaizumi等人，2018；Jhunkeaw等人，2021；Nghia等人，2022a；Nghia等人，2021；Trang等人，2025）。然而，NB-O₃对虾的影响，尤其是其对氧化应激和免疫相关生物标志物的影响，仍需进一步研究。在臭氧浓度为1.0 – 3.5 mg/L、ORP约为900 mV的条件下，NB-O₃系统已被证明能有效灭活包括Vibrio parahaemolyticus、Streptococcus agalactiae和Aeromonas veronii在内的病原体（Imaizumi等人，2018；Jhunkeaw等人，2021；Nghia等人，2021）。然而，高浓度（如3.5 mg/L，ORP 960 mV）的臭氧可能对虾有毒，并导致鱼类鳃部损伤（Imaizumi等人，2018）。通过调整臭氧剂量（例如降低浓度50%或在暂存池中预充臭氧），可以在维持抗菌效果的同时将对水生动物的不良影响降到最低（Imaizumi等人，2018）。值得注意的是，Binh等人（2025）报告称，NB-O₃系统产生的0.3 mg/L臭氧浓度适合虾的养殖，能够改善水质并促进动物健康，而不会造成有害影响。尽管取得了这些进展，大多数研究仍集中在生长、存活率或组织病理变化上，而对早期生理反应（尤其是酶水平）的研究仍较为有限。基于酶的生物标志物可以在明显病理症状出现之前揭示亚致死效应，有助于了解NB-O₃如何影响虾的新陈代谢和长期健康。其中，氧化应激和抗氧化防御系统尤为重要，因为它们代表了细胞抵御环境干扰的第一道防线。

氧化应激是一种关键的生物过程，当活性氧（ROS）的生成与抗氧化防御能力失衡时就会发生。在正常生理条件下，ROS（包括超氧阴离子（O₂^-）、过氧化氢（H₂O₂）和羟基自由基（OH^-）的产生会被内源性抗氧化系统有效中和（?ura?ková，2010；Nghia等人，2022a）。过多的ROS积累会损害脂质、蛋白质和DNA等重要生物分子，导致氧化应激（Sies，2015）。在水生动物中，环境压力因素（如病原体感染（Der Knaap，2000；Mathew等人，2007）、盐度和pH值（Han等人，2018；Wang等人，2009）、温度（Xu等人，2018；Zhou等人，2010）、氧气变化（Patkaew等人，2024；Zenteno-Savín等人，2006）和空气暴露（Romero等人，2007；Romero等人，2011；Xu等人，2018）都可能导致ROS过量产生。在全球广泛养殖的白腿虾（Penaeus vannamei）中，由于频繁接触这些压力因素（包括有毒氮化合物NH₃-N、NO₂-N和微生物病原体），氧化应激是一个常见的问题（Chen等人，2019b；Chowdhury和Saikia，2020）。当氧化负担超过虾的天然抗氧化能力时，会损害细胞完整性，抑制免疫反应并增加死亡率（Kulkarni等人，2021；Wang等人，2009）。虾具有完善的抗氧化防御系统，包括过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等酶类成分，以及丙二醛（MDA）等非酶类指标（Li等人，2016；Liu等人，2015；Parrilla-Taylor和Zenteno-Savín，2011；Zhao等人，2025）。抗氧化相关基因（如CAT、GPx和HSP70）的表达通常会在氧化应激下上调。其中，热休克蛋白（HSPs）在应激下的细胞保护中起关键作用。HSPs具有高度保守性，根据分子量和序列同源性进行分类，包括HSP100、HSP90、HSP70、HSP60和HSP40等家族（Qian等人，2012；Roberts等人，2010）。特别是HSP70，在水生动物中因其在蛋白质折叠、细胞修复和免疫调节中的作用而被广泛研究（Roberts等人，2010）。

本研究旨在评估NB-O₃暴露对P. vannamei氧化应激反应的影响。具体分析了总血细胞计数（THC）、抗氧化酶活性（CAT、GPx）、MDA水平和HSP70基因表达，以阐明虾对NB-O₃的适应机制，并评估其作为可持续水产养殖技术的潜力。

部分内容摘要

臭氧纳米气泡（NB-O₃）生成系统

本研究使用的NB-O₃生成系统由三个主要部分组成：氧气浓缩器、臭氧发生器和纳米气泡发生器。氧气浓缩器（型号Yuwell 70F-10，Yuwell，中国）以5 L/min的流速向臭氧发生器供氧。臭氧发生器（型号OMZ-20S，OzoneMaxx，越南）每小时可产生最多20克的臭氧。随后，富含臭氧的气体被引入纳米气泡生成器中

生长性能指标

表3展示了P. vannamei在21天内的生长情况。与对照组相比，暴露于NB-O₃的虾组最终体重（FBW）、体重增加量（WG）和日均生长量（ADG）显著更高（p < 0.05）。具体而言，NB-O₃组的FBW、WG和ADG分别为2.28 ± 0.41 g、1.04 ± 0.04 g和0.049 ± 0.002 g/day，而对照组分别为2.15 ± 0.35 g、0.92 ± 0.05 g和0.044 ± 0.003 g/day。

实验期间未观察到死亡现象

讨论

本研究表明，臭氧纳米气泡（NB-O₃处理可以增强Penaeus vannamei的生长性能，改善水质，并刺激其免疫和抗氧化反应。与对照组相比，暴露于NB-O₃的虾在21天内的最终体重（FBW）、体重增加量（WG）和日均生长量（ADG）显著提高（表2）。类似的研究也表明，接受臭氧处理的虾和鱼类具有生长优势

结论

本研究表明，臭氧纳米气泡（NB-O₃处理能够增强Penaeus vannamei的生长性能，改善水质，抑制弧菌（Vibrio）的数量，并调节其免疫和氧化应激反应。NB-O₃处理显著提高了抗氧化酶活性（CAT和GPx），增加了血细胞计数，并诱导了HSP70表达的短暂上调，表明存在快速但受调控的应激和免疫反应。

作者贡献声明

Trang Thi Vu：研究工作、数据管理。Quan Minh Nguyen：研究工作、数据分析、数据管理。Nghia Huu Nguyen：撰写、审稿与编辑、数据分析。Van Thi Phan：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法论设计、概念构思。Giang Thai Pham：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法论设计、概念构思。Nhat Hong Pham：研究工作、数据管理。BINH TRONG PHAN：撰写、审稿与编辑、初稿撰写

未引用参考文献

科学技术部，2008年；科学技术部，2021年。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了英国政府——卫生与社会护理部（DHSC）、全球抗菌耐药性创新基金（GAMRIF）以及加拿大渥太华国际发展研究中心（IDRC）的财政支持。

Phan Trong Binh获得了VinGroup创新基金会（VINIF）的硕士和博士奖学金项目的资助，项目代码为VINIF-2023-013。