劉瑞卿 何梅琳 王長海,3①

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院 江蘇省海洋生物學重點實驗室 南京 210095;2. 南京農(nóng)業(yè)大學 江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210095;3. 江蘇海洋大學 江蘇省海洋生物產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心 連云港 222005)

中國海域棘皮動物種類豐富，其中，海參綱(Holothuroidea)、海膽綱(Echinoidea)中許多種類已成為我國主要海產(chǎn)養(yǎng)殖經(jīng)濟物種(表1)。隨著棘皮動物營養(yǎng)價值逐漸被認可，市場供不應求，因此，亟需擴大棘皮動物的養(yǎng)殖范圍和規(guī)模。棘皮動物養(yǎng)殖期間的死亡率高、生長速度慢、營養(yǎng)品質下降成為限制其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，為滿足幼體和成體的營養(yǎng)需求，優(yōu)質餌料供應是解決這些問題的關鍵(Carboni et al ,2012)。海洋動物需要某些必需脂肪酸(EFA)，特別是n-3 和n-6 多不飽和脂肪酸(PUFA)，以保證其正常的生長、發(fā)育和免疫。已有研究表明，必需脂肪酸的攝入量能直接影響水產(chǎn)養(yǎng)殖動物幼體的發(fā)育和生存(Coutteau et al, 1997; Tocher et al, 2003)。微藻作為魚、蝦、貝類幼體或成體直接或間接的天然餌料，因其富含蛋白質、脂肪、多糖、維生素、抗氧化物質、色素及微量元素等營養(yǎng)物質，在新型水產(chǎn)飼料資源開發(fā)中備受關注(Abinandan et al, 2015)。其中，硅藻在棘皮動物(海參和海膽)生長、發(fā)育、變態(tài)過程中發(fā)揮著關鍵作用(王吉橋等, 2010a)，在棘皮動物餌料開發(fā)中具有廣闊前景。本文將圍繞微藻在棘皮動物生長、發(fā)育、變態(tài)過程中的作用以及微藻餌料在棘皮動物養(yǎng)殖中的應用進行綜述，并對微藻在棘皮動物養(yǎng)殖中存在的問題進行討論并提出建議，以期為棘皮動物養(yǎng)殖提供更多的方案。

表1 我國常見海參、海膽?zhàn)B殖種類Tab.1 Main species of sea cucumber and sea urchins in China

1 微藻在棘皮動物養(yǎng)殖中的應用

1.1 微藻餌料

微藻的大小對海膽生長發(fā)育有重要影響，顆粒過大的微藻無法被海膽幼體攝食，而一些微藻太小，脂肪和蛋白含量較低，飼養(yǎng)效果不佳(史策, 2014)。目前，海參、海膽?zhàn)B殖中在發(fā)育前期常用的餌料藻包括：

1.1.1 硅藻 硅藻屬于單細胞真核藻類，具有硅質化細胞壁，種類豐富，可以在不同環(huán)境下生存，對水體營養(yǎng)狀態(tài)有著較高的敏感性。硅藻分為浮游硅藻和底棲硅藻：浮游硅藻是棘皮動物浮游期的良好餌料；底棲硅藻則是棘皮動物在匍匐期的主要餌料(王吉橋等, 2010a)。硅藻富含EPA(二十碳五烯酸)與DHA(二十二碳六烯酸)等長鏈多不飽和脂肪酸(曾蓓蓓等,2014)，是目前較為常用的養(yǎng)殖餌料。目前，應用廣泛的硅藻包括牟氏角毛藻(Chaetoceros mu elleri)、中肋骨條藻(Skeletonema costatum)、舟形藻、纖細角毛藻和三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)。

1.1.2 金藻 金藻沒有細胞壁，個體微小，內(nèi)部含有大量的胡蘿卜素和天然色素，顏色多為黃綠色或金褐色。金藻以多糖和脂肪為主要貯藏物，無淀粉，其胞內(nèi)和胞外多糖以及DHA 等活性物質具有重要的開發(fā)價值(Bonfanti et al, 2018)。金藻無細胞壁，容易被水產(chǎn)動物幼體消化吸收，因此，被廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，是海膽、刺參幼體的優(yōu)良鮮活開口餌料(Castilla-Gavilán et al, 2018)。

1.1.3 鹽藻 鹽藻是一種無細胞壁的嗜鹽單細胞真核藻類，其細胞外有糖蛋白包被，可以在高鹽環(huán)境下生存，具有非常強的繁殖能力。鹽藻富含甘油、胡蘿卜素、多糖、蛋白質以及微量元素(Brown, 1991)，在天然色素和功能性食品領域具有極高的研究價值和應用價值(伍先紹等, 2008)。此外，鹽藻多糖能夠增強體內(nèi)巨噬細胞的吞噬功能，從而提高養(yǎng)殖動物機體免疫能力(鐘閏等, 2020)。Basch(1996)研究表明，杜氏鹽藻(Dunaliella ter tiolecta)是海星幼體的適口餌料，能夠促進海星幼體生長和發(fā)育。

1.2 微藻的營養(yǎng)價值和作用

微藻幾乎含有所有必需氨基酸，且大部分氨基酸與一些水產(chǎn)動物所需氨基酸組成接近(Brown, 1991)。微藻中長鏈多不飽和脂肪酸是水產(chǎn)動物的關鍵營養(yǎng)成分，其在生長性能、膜滲透性、酶活性、免疫功能等方面具有獨特的調(diào)控作用，能夠提高水產(chǎn)動物的存活率、抗氧化能力、抗應激和抵御疾病的能力(吉紅等, 2016; Shahidi et al, 2018)。Qi 等(2018)發(fā)現(xiàn)，微藻脂肪酸組成及差異對中間球海膽和光棘球海膽主要卵黃蛋白(MYP)的表達有顯著影響，MYP 在海膽體內(nèi)物質營養(yǎng)運輸儲存、滲透壓調(diào)節(jié)、免疫功能上發(fā)揮著重要作用。在中間球海膽?zhàn)B成期，投喂牟氏角毛藻的 MYP 表達量顯著高于杜氏鹽藻和球等鞭金藻(Isochrysis gal bana)。同時，提出在該研究中牟氏角毛藻EPA/DHA 和EPA/ARA(二十二碳六烯酸)比值明顯高于球等鞭金藻，證明了EPA、DHA 和ARA 在海膽性腺發(fā)育中發(fā)揮著重要作用。此外，微藻富含Ca、P、Mg、K、Na、Zn 和Fe 等礦物元素，能夠滿足水產(chǎn)動物營養(yǎng)需求(Levassor et al, 2020)。

1.3 微藻增強水產(chǎn)動物抗病能力

微藻富含維生素、植物甾醇、多糖和多酚類等活性物質，能夠增強機體免疫力(Dineshbabu et al, 2019;王吉橋等, 2010b)。微藻還富含類胡蘿卜素、蝦青素和葉黃素等重要的天然色素，其中，類胡蘿卜素作為維生素A 的前體，同時可作為免疫增強劑(王吉橋等,2012)，促進水產(chǎn)動物生長和提高存活率。王吉橋等(2012)探究了β-胡蘿卜素和蝦青素對仿刺參生長及抗氧化能力的影響，發(fā)現(xiàn)在仿刺參餌料中添加一定量的β-胡蘿卜素，生長速率與對照相比提高100%，同時抗氧化能力也有所提高，而蝦青素對仿刺參抗氧化能力影響更加顯著。

細菌是水產(chǎn)動物集約化養(yǎng)殖中的主要致病因素，且耐藥細菌病原體的數(shù)量在不斷增加。微藻和其含有的天然活性成分都具有抗菌活性，在魚蝦養(yǎng)殖過程中可以用來殺滅病原菌(趙偉等, 2019)。微藻多糖已被證明具有重要的理化和生物學特性，鹽藻多糖能夠抑制金黃色葡萄球菌感染。這些作用可能與鹽藻多糖結構中帶有硫酸基團，能進一步活化免疫細胞、增強巨噬細胞的吞噬能力(尹鴻萍等, 2006; Carballo et al,2020, 鐘閏等, 2020)。作為一種新的免疫刺激劑具有替代生物活性藥物潛力，減少傳統(tǒng)的抗生素使用，為水產(chǎn)動物養(yǎng)殖保健提供新的思路。

1.4 微藻餌料影響棘皮動物脂肪酸組成

不同的餌料對海膽性腺脂肪酸組成有顯著影響(George et al, 2010; Cook et al, 2000)。因此，投喂不同種類的藻類或人工飼料能影響海膽性腺品質。Carboni 等(2012)對比了人工飼料和褐藻對海膽性腺脂肪酸組成的影響，發(fā)現(xiàn)海膽幼體胚胎發(fā)育過程中會消耗一些特定的脂肪酸。高攝食油脂含量、DHA/EPA比值以及高EPA/ARA 比值的n-3LC-PUFA(n-3 長鏈多不飽和脂肪酸)是促進生長的最佳組合。Liu 等(2007)研究表明，特定 LC-PUFA (DHA/EPA 和EPA/ARA)之間的比例與它們的絕對含量同樣重要，且較高的20:3n-3 和20:4n-3 水平有利于幼體的發(fā)育。性腺是海膽的主要食用部分，其營養(yǎng)成分直接影響產(chǎn)品品質。Carboni 等(2013)發(fā)現(xiàn)，海膽有能力將十八碳多不飽和脂肪酸轉化為LC-PUFA：飲食輸入的LC-PUFA 生物合成途徑的脂肪酸底物(18:2n-6 和18:3n-3)與它們在性腺中的含量之間的正相關性(Eroldo?an et al ,2013)，表明這2 種脂肪酸的組織水平受餌料水平影響，從而進一步影響性腺品質。

刺參體壁是主要食用部分，其營養(yǎng)成分直接影響產(chǎn)品品質。左然濤等(2017)研究表明，飼料中DHA水平顯著影響成參體壁營養(yǎng)成分，在餌料中添加一定量DHA 時，刺參體壁中DHA、n-3 PUFA、DHA/EPA和n-3/n-6 PUFA 顯著上升，且不同程度地提高了刺參體壁中酪氨酸、纈氨酸、蛋氨酸等氨基酸的含量。微藻富含多不飽和脂肪酸，有作為水產(chǎn)動物餌料脂肪來源的潛力，從而提高水產(chǎn)動物品質。

1.5 微藻改善養(yǎng)殖水體環(huán)境

除能量供給外，微藻能夠吸收水產(chǎn)動物幼體排出的CO2和N、P 元素，并通過光合作用轉化為O2，達到 水 體 中“CO2-HCO3-” 平 衡、 pH 平 衡 的 效 果(Abinandan et al, 2015; Gon?alves et al, 2017)。多種微藻共同使用，還可使水體中的菌相(菌類結構與數(shù)量)處于穩(wěn)定狀態(tài)(Pankratova et al, 2008)，有利于水生動物的健康生長，能有效改善養(yǎng)殖水體環(huán)境，且將轉化分解的營養(yǎng)物質繼續(xù)用于自身生長，并作為水產(chǎn)餌料供給水產(chǎn)動物，對于改善育苗池的水質有重要作用(常亞青等, 2004)。

1.6 微藻作為飼料添加劑

微藻除了直接作為水產(chǎn)動物的適口餌料外，還能代替魚粉、魚油，作為人工配合飼料的添加劑，提高飼料的營養(yǎng)成分(胡冬雪等, 2019; 喬洪金等, 2016)。Cirino等(2017)用螺旋藻、石莼(Ulva lactuca)、貽貝、玉米為主要原料制備海膽?zhàn)D料，發(fā)現(xiàn)比在自然環(huán)境中野生型海膽生長效果更好，海膽性腺發(fā)育至成熟期的時間明顯縮短，表明微藻配合餌料比自然環(huán)境微藻餌料提供更均衡的營養(yǎng)成分，飼養(yǎng)效果更好。

張寶龍等(2018)研究發(fā)現(xiàn)，黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco)投喂含有小球藻(Chlorella vu lgaris)藻粉的飼料，對黃顙魚生長、體色以及免疫力有顯著影響，飼料中添加1.60%小球藻藻粉能誘導機體一氧化氮合酶(NOS)表達，產(chǎn)生適量的一氧化氮(NO)。NO 通過NOS 經(jīng)一系列復雜反應合成，其通過非特異性的抑制或殺滅細菌、真菌、病毒和寄生蟲等，進而增強機體的非特異性免疫(王廣軍等, 2009)。微藻所含蝦青素對日本沼蝦(Macrobrachium n ipponense)、金魚(Carassius auratus)、虹鱒(Oncorhynchus mykiss)等水產(chǎn)動物生長有促進作用(金征宇等, 1999; Rehulka,2000)，且可提高水產(chǎn)動物生長速率及抗氧化能力，增強機體免疫力(Savoure et al, 1995; 趙淑銳等, 2015;梁英等, 2016)。盡管目前少有微藻作為飼料添加劑在棘皮動物養(yǎng)殖中的報道，但大量水產(chǎn)動物的研究表明，微藻在棘皮動物養(yǎng)殖中有廣闊的應用前景：未來可將高富油脂、蛋白質的微藻作為飼料添加劑，降低魚油、動物性蛋白的需求；加強微藻活性物質的應用，開發(fā)藥源微藻產(chǎn)品，代替?zhèn)鹘y(tǒng)抗生素、保健品，增強棘皮動物天然免疫能力。

2 微藻對棘皮動物生長發(fā)育的影響

棘皮動物生活史復雜，海膽受精卵孵化成浮游幼體后，幼體尋求合適的基質，沉降轉入底棲生活，開始進行變態(tài)并成為稚膽，再由稚膽至成年性成熟。浮游幼體到稚膽，是海膽?zhàn)B殖中最關鍵的一步。攝食習性也從浮游微藻轉向底棲微藻(Sonnenholzner-Varasa et a l, 2018)。海參也需要經(jīng)歷這一過程(Hu et al,2013)。在樽形幼體前，刺參處于浮游階段，主要攝食浮游單細胞藻類；進入樽形幼體階段后，幼體從附著生活轉變?yōu)榈讞樾际承陨?隋錫林, 1989)，表2總結了不同微藻飼養(yǎng)海參、海膽研究，證明微藻對棘皮動物生長發(fā)育、變態(tài)、存活有重要影響。

表2 不同微藻對海參、海膽生長發(fā)育的影響Tab.2 Effects of different microalgae on the growth and development of sea cucumber and sea urchin

2.1 海膽

Carboni(2012)研究了不同微藻對擬球海膽生長發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)微藻餌料可有效提高海膽幼體變態(tài)能力，但不同微藻投喂的幼體成活率和生長存在顯著差異。其中，以顆石藻(Cricosphaera elongate)為餌料的幼體存活率比其他藻株高3 倍，生長速度快20%。Carboni(2012)還發(fā)現(xiàn)，海膽幼體發(fā)育過程中，海膽幼體口后腕長有顯著差異。Kelly 等(2000)推測，口后腕的縮短可能與海膽幼體過度進食有關，也可能是當食物充足時，幼體在早期蛻變時分配能量的穩(wěn)態(tài)反應(Strathmann et al, 1992; Fenaux et al, 1994; Sato et al,2006)。研究表明，微藻餌料能夠很好地滿足海膽幼體的營養(yǎng)需求。

Brundu 等(2016)研究了等邊金藻、杜氏鹽藻和纖細角毛藻3 種微藻混合液作為餌料對海膽幼體生長發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)所有攝食組均促進幼體生長發(fā)育。受精卵培育10 d 后，3 種藻株混合投喂的海膽幼體生長速度最快，達到八腕幼體的占(79.9±7.8)%，但幼體變態(tài)延滯，完成變態(tài)的海膽存活率僅為(4.2±3.5)%，顯著低于其他處理組(61.8±16.5)%～(78.4±10.2)%。表明3 種微藻混合餌料是海膽發(fā)育前期較優(yōu)的選擇，但不適合在海膽變態(tài)期投喂，這可能是由于不同藻類間他感作用(Gross, 2003)分泌的可沉降物質，使底棲環(huán)境改變，導致海膽幼體匍匐期變態(tài)后的存活率降低。

此外，微藻形成的生物膜有助于海膽浮游幼體向底棲幼體轉變(Kawamura et al , 1995; Jimmy et al ,2003)。Xing 等(2007)比較了8 種底棲硅藻作為餌料對蝦夷馬糞海膽匍匐期幼體附著率的影響，發(fā)現(xiàn)海膽幼體在菱形藻和雙菱縫舟藻(Rhaphoneis suri rella)上的附著率達到 40%，但在咖啡雙眉藻(Amphora coffeaeformis)上的附著率僅為6.6%。作者推測該現(xiàn)象與微藻生物膜中分泌的胞外分泌物有直接關系。Castilla-Gavilán 等(2020)研究表明，底棲硅藻形成的生物膜有助于海膽幼體變態(tài)發(fā)育，菱形藻形成的生物膜對幼體附著率顯著高于雙眉藻形成的生物膜，進一步說明這種差異的原因可能由于生物膜成分的差異，特別是細胞外聚合物質的數(shù)量。

2.2 海參

海參營養(yǎng)需求的研究尚處于摸索階段，營養(yǎng)需求標準缺乏，飼料研究落后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。微藻餌料同樣對海參生長發(fā)育有促進作用。許翠婭(2019)對池塘養(yǎng)殖仿刺參過程中附著基上底棲微藻的種類組成、細胞密度和生物量變化進行分析，發(fā)現(xiàn)池塘養(yǎng)殖仿刺參稚參的產(chǎn)量和成活率與附著基上底棲微藻的生物量密切相關。Shi 等(2013)發(fā)現(xiàn)，攝食14%鮮活菱形筒柱藻與86%海泥混合飼料的刺參有良好的生長速度和能量分配模式。史策(2014)選取營養(yǎng)物質含量更高的叉鞭金藻(Dicrateria i nornata)、小新月菱形藻(Nitzschia cl osterium f. min utissima)和鈍頂螺旋藻(Spirulina pl atensis)混合飼料喂養(yǎng)刺參，發(fā)現(xiàn)刺參的生長率反而低于攝食營養(yǎng)物質含量較低的菱形筒柱藻的刺參。作者發(fā)現(xiàn)，刺參糞便中的多數(shù)菱形筒柱藻細胞發(fā)生了較大形變，表明刺參可以較好地破解菱形筒柱藻。水生動物利用微藻細胞內(nèi)容物的先決條件是通過物理咀嚼或者胃酸、生物酶破壞微藻的細胞壁(Bitterlich, 1985)。雖然菱形筒柱藻蛋白、脂肪含量較低，但其易破解和高比例的呈味氨基酸的特性彌補了營養(yǎng)上的不足，因而其對養(yǎng)殖刺參的飼料效果較好(蘭嵐等, 2012)。

白偉(2018)探究了不同微藻對刺參浮游幼體生長、免疫、消化及氨基酸組成的影響，發(fā)現(xiàn)鹽藻對刺參浮游幼體早期飼養(yǎng)效果最好，但鹽藻飼喂的耳狀幼體期發(fā)育緩慢，推測由于鹽藻沒有細胞壁，在幼體發(fā)育的初始階段更容易被消化。角毛藻在刺參大耳狀幼體時期促生效果最好，對幼體的發(fā)育和變態(tài)有著積極作用。但隨著幼體消化系統(tǒng)的逐步完善，營養(yǎng)優(yōu)勢較其他藻種下降，多元化的餌料來源才可滿足幼體的營養(yǎng)需求。

3 微藻餌料應用在棘皮動物養(yǎng)殖領域存在的問題與前景

3.1 微藻應用在經(jīng)濟棘皮動物養(yǎng)殖中存在的問題及建議

隨著國內(nèi)棘皮動物養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，水產(chǎn)餌料的需求日益增加。由于海參、海膽的幼體攝食能力低下，餌料范圍窄，在不同時期對餌料中營養(yǎng)物質的需求不同，要求針對不同時期的幼體營養(yǎng)需求來配套提供高品質的餌料。但多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)自有的微藻餌料生產(chǎn)工藝粗放，難以滿足高品質餌料的要求。目前，國內(nèi)外對海參、海膽幼體發(fā)育的營養(yǎng)需求特征與微藻餌料關鍵營養(yǎng)因子的相關性研究不足，也阻礙了根據(jù)幼體營養(yǎng)需求開發(fā)適口商品餌料的進程。另外，棘皮動物幼體對外界養(yǎng)殖環(huán)境極為敏感，營養(yǎng)不全面或不適合的餌料，可能會導致營養(yǎng)供給不足、幼體生長緩慢和變態(tài)發(fā)育存活率低等一系列問題，因此，微藻餌料作為棘皮動物幼年期必需的餌料，其產(chǎn)量和品質已成為棘皮動物苗種規(guī)?；闹饕萍s因素之一。目前，市場上微藻餌料產(chǎn)品面臨的主要問題：沒有統(tǒng)一的質量標準，商品化的產(chǎn)品稀缺，產(chǎn)品質量和功效不穩(wěn)定，鮮活餌料保存不易，鮮餌供應與育苗期不匹配等。

針對棘皮動物幼體的營養(yǎng)需要與餌料相關性的研究不完善的問題，有必要進一步加深相關的基礎研究，對餌料的關鍵營養(yǎng)因子，如微藻多不飽和脂肪酸的種類、含量和比例與棘皮動物生長發(fā)育相關性進行全面研究，為開發(fā)特定營養(yǎng)因子配比的定向高品質餌料提供基礎數(shù)據(jù)。同時，根據(jù)微藻的營養(yǎng)特點和生物學功能，培養(yǎng)選育更有價值的不同藻種，擴充微藻餌料的品種。微藻及其生物活性物質作為飼料添加劑，也在棘皮動物養(yǎng)殖中具有極高的應用潛力。微藻高附加值產(chǎn)物，如蝦青素、多酚、甾醇等，作為飼料添加劑，可提高棘皮動物免疫力、抗氧化能力，為降低大量抗生素的使用提供可能性。

此外，相關行業(yè)應基于微藻高密度培養(yǎng)和營養(yǎng)關聯(lián)分析盡快制定全面的微藻餌料產(chǎn)品的標準和規(guī)范，改善現(xiàn)有的粗放式餌料生產(chǎn)工藝，引導微藻餌料行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展，推進新型高效微藻餌料的創(chuàng)制和發(fā)展。鮮活餌料產(chǎn)品的開發(fā)則一方面需要選育生長迅速、抗逆性強、營養(yǎng)價值高的品種，改善培養(yǎng)工藝來降低生產(chǎn)成本；另一方面則要充分考慮下游企業(yè)育苗需求的時效性，做好餌料供應和育苗時間的精準對接，真正形成與棘皮動物育苗配套的鮮餌生產(chǎn)工藝及產(chǎn)業(yè)鏈。只有加速微藻餌料產(chǎn)品的開發(fā)和標準化，降低餌料微藻培養(yǎng)和活性物質提取工藝生產(chǎn)成本，才能擴大微藻餌料在棘皮動物養(yǎng)殖中的應用，促進棘皮動物養(yǎng)殖業(yè)的進一步發(fā)展。

3.2 微藻在經(jīng)濟棘皮動物養(yǎng)殖中的應用前景

微藻富含蛋白質、維生素和脂肪酸等營養(yǎng)物質，作為幼體動物的鮮活餌料，在新型水產(chǎn)飼料資源開發(fā)中備受關注。隨著對微藻生理生化研究的深入，對微藻高附加值提取物加工工藝的優(yōu)化，開發(fā)特定營養(yǎng)因子配比的定向高品質餌料將極大提高經(jīng)濟棘皮動物養(yǎng)殖效率，且該模式將成為未來動物餌料應用的典型。微藻餌料資源也將為動物餌料工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供廣闊的發(fā)展前景。