“微藻”與水產美味之間那些你不知道的事兒_風聞

編者按：你一定知道，水是生命之源。你不一定知道，水裏大有乾坤。中科院之聲與中國科學院水生生物研究所聯合開設“水經新注”專欄，在這裏，我們將一起暢遊水世界，探尋水生生物的奧秘，共同守護綠水青山。

中國的美食講究一個“鮮”字。紀錄片《舌尖上的中國》在講述《五味的調和》時説道：“鮮”既在“五味”之內，又超越了“五味”，成為中國飲食中最平常但又最玄妙的一種境界。而一提到“鮮”，你是不是不自覺地想到了魚、蝦、蟹、貝這些水產美味兒呢？

你多半不會把“鮮”與微藻聯繫到一起吧？

説不定你甚至都還沒搞清楚這“微藻”到底是個啥！

其實，這小小的微藻與水產養殖的關係可大着咧！

今天，我們就來叭一叭微藻與水產養殖的那些事兒吧！

首先凡爾賽一下，看看中國的水產養殖到底有多強！中國是水產養殖大國，水產養殖產量佔全球水產養殖產量的60%。據《2020中國漁業統計年鑑》統計，我國2019年漁業產值達到1.29萬億元，全國水產品總量為6480萬噸，其中78%來自於水產養殖。

隨着人民生活品質的不斷提高，對優質水產品的需求也不斷增加。然而，水產養殖業的可持續發展也面臨着一些挑戰， 比如缺少高質量的魚粉替代品等等。

魚粉是水產養殖飼料中主要的蛋白質來源。隨着魚粉供給日趨緊張，價格不斷上漲，水產養殖成本逐年增加。而豆粕、玉米等植物來源的蛋白質替代品飼料轉化率較低，且近年來價格也逐步攀升。因此，能否尋找到高品質的魚粉替代品成為水產養殖業發展瓶頸。

我們做過一個有趣的計算：2019年中國水產飼料產量為2200萬噸，若按照優化的水產養殖飼料轉化率1.5:1來算，那麼這些飼料可以轉化成大約1500萬噸的水產動物。然而2019年中國的水產養殖總產量達到了5100萬噸！那麼，這多出來的3600萬噸水產動物是吃什麼長大的呢？

——我們認為答案是：水體中的微藻和以微藻為食的浮游動物。也就是説微藻本來就直接或間接地擔當了水產動物的主要天然食物來源。那麼，讓我們正式來認識一下微藻吧！

藻類，是一大類光合自養植物，對環境具有極強的適應性，廣泛分佈於各種水體環境中。其中微藻憑藉體積小，生長快，結構簡單，易於培養，富含蛋白質、多糖、多不飽和脂肪酸和色素等多種營養物質的優勢，現已證實在飼料、食品和醫藥等領域具有很好的開發和應用前景。微藻與水產養殖的關係可謂是千絲萬縷，我們可以先看看圖1，微藻在水產開口餌料、飼料添加劑、水質調控和尾水綜合治理等方面都發揮着非常重要的作用呢！下面就從這四個方面來逐一介紹吧！

圖1 微藻在水產養殖中的四個重要用途

微藻是水產動物的天然餌料

在魚蝦貝類等主要水產養殖品種的育苗階段，都需要大量的活藻作為開口餌料。甚至，在牡蠣、蛤、蚌、扇貝等貝類的整個生長過程中，微藻都是無可取代的。用於餌料的微藻多為角毛藻屬（Chaetoceros spp.）、海鏈藻屬（Thalassiosira spp.）、卵囊藻屬（Oocystis spp.）、湛江等邊金藻（Isochrysis zhangjiangensis）等。2019年我國的魚苗、蝦苗和貝類育苗產量分別為12631億尾、18121億尾和25222億粒，據計算，這些水產苗種全年要吃掉大約1.6萬噸的微藻。

目前我國水產育苗場的微藻培養系統還是小作坊式生產模式（圖2）。這種培養模式的缺點顯而易見：效率低、易污染、難以擴大培養；同時很多企業工廠缺乏專業的藻類培養人員，更不具備細胞組分改良的技術和能力。這些問題嚴重製約微藻在水產餌料應用上的經濟效益和長足發展。因此，亟待建立餌料微藻規模化、工業化高效培養流程及標準化微藻餌料產品的開發工業，以提高我國水產育種的效率。

圖2 現階段我國水產育苗場常用的微藻培養體系（攝於國內的多個育苗場）

微藻是優秀的水產飼料原料

與傳統的水產飼料原料（玉米和大豆等）相比，微藻優勢明顯，比如生長週期短、不佔耕地、可高密度培養等，且受季節、氣候、種植區域的影響較小。同時，微藻蛋白質含量高、氨基酸種類齊全，可與魚粉媲美。如蛋白質含量方面，魚腥藻為乾重的40~50%，小球藻、柵藻和衣藻為50~60%，螺旋藻、微囊藻、隱藻和裸藻中甚至可達60~70%。微藻中的必需氨基酸含量與魚粉相當甚至更優，如蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻中的亮氨酸和苯丙氨酸含量，微小色球藻中多種氨基酸含量均超過魚粉，具體參數見表1。

表1 部分微藻與魚粉的必需氨基酸含量對比

微藻中不僅含有豐富的蛋白質，其脂肪酸組成也與魚油相似（如微擬球藻、裂壺藻等海洋微藻），是替代魚油最理想的脂肪源。另外，水產動物生長所必需的另一類重要物質——碳水化合物，在微藻中的含量也非常可觀。如螺旋藻中碳水化合物含量為12%－25%。有些微藻還富含多不飽和脂肪酸、蝦青素、類胡蘿蔔素等功能性成分，這些成分是水產動物生長發育所必需而它們自身又不能合成的。水產飼料中添加富含這些活性成分的微藻，能顯著提升水產品品質。我們的一項動物實驗結果顯示，在飼料中添加了5%的黃絲藻後，顯著增加了虹鱒魚的攝食率和增重率，同時肌肉中POA、EPA和DHA的含量也得到顯著提升，魚肉品質得到較大的提升。此外，黃絲藻飼餵的虹鱒魚的多項免疫指標均有提升，抗病能力也有所增強。

基於微藻的“綠水”技術能有效改善養殖水體質量

“綠水”技術是指通過向水產養殖環境中添加微藻，進行水質調節的方法。其主要原理是：利用微藻去除水體中的氮、增加水體中的氧氣，從而改變水質，同時作為餌料可直接或間接（通過浮游動物的富集或生物絮團形成）為水產動物幼體提供營養，併為濾食性攝食動物（如鰱魚、鱅魚、羅非魚、卡特拉魚等）提供天然餌料。微藻本身具有的抗菌及抗病毒特性也能夠進一步提高養殖水體的安全性。“綠水”體系是一種低成本、容易管理、環境友好的處理方法，並能減少抗生素和化學試劑的使用。據研究者計算，每增加1%的“綠水”生物質生產率，可使世界水產養殖產量增加10萬噸。

微藻還可以用於養殖尾水處理以及營養再利用

養殖尾水中含有大量的廢棄營養鹽，包括NH3, NO2-, NO3-, PO43-, COD等等，而這些成分都可以作為微藻生長的營養來源。因此利用微藻對養殖尾水進行再利用，不僅可達到淨水的目的，而且為微藻生長提供了營養來源，可謂是一舉兩得。

目前很多種類的微藻都已經實現多種形式的大規模培養，如在開放式跑道池和封閉式管道系統中通過光合作用進行自養培養（圖3）和在發酵罐中進行高密度異養培養（圖4）等。培養的微藻可製成濃縮藻液或藻泥直接投入生產，也可以進一步乾燥製成藻粉（圖5），方便保存運輸及後續使用。

圖3 在管道中對微藻進行大規模自養培養（攝於國投微藻生物科技中心）

圖4 在發酵罐中對微藻進行大規模異養培養（攝於國投微藻生物科技中心）

圖5藻粉（從左到右依次為金藻、螺旋藻、佐夫色小球藻，攝於中國科學院水生生物研究所實驗室）

微藻不僅能夠成為水產動物優質的營養來源，還可以作為調節水體生態環境的重要手段。將微藻加入水產養殖體系，特別是工業化設計的水產養殖體系中，構建微藻培養-水產養殖-微生物處理的綠色高效循環水產養殖模式（圖6），將大大提高水產養殖的密度和效率，加速我國工業化水產養殖模式的建立和發展。

圖6 微藻培養+水產養殖=綠色高效循環水產養殖模式

隨着我國對環境保護的加強和控制碳排放的戰略需求，綠色養殖模式會逐步替代傳統的水產養殖模式，微藻將會在水產養殖中發揮更大的作用，相信微藻跟水產養殖未來還會發生更多有趣的事兒，讓我們翹首以待吧！

來源：中國科學院水生生物研究所