單環刺螠育苗養殖及綜合利用研究進展

黃 棟, 秦 松, 蒲 洋, 焦緒棟

單環刺螠育苗養殖及綜合利用研究進展

黃 棟1, 2, 秦 松1, 3, 蒲 洋2, 焦緒棟1, 3

(1.中國科學院 煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003;2. 魯東大學 農學院, 山東 煙臺 264025; 3.中國科學院 海洋大科學研究中心, 山東 青島 266071)

單環刺螠()是我國北方沿海常見的一種海洋底棲無脊椎動物, 也是具有較好市場開發前景的新型海水養殖品種之一。本文概述了單環刺螠的基礎生物學、人工育苗和養殖現狀, 以及高附值開發潛力, 并提出了構建單環刺螠新型海水養殖產業鏈的可行性。

單環刺螠(); 人工育苗; 養殖模式; 綜合利用

1 單環刺螠的基礎生物學

單環刺螠()屬螠蟲動物門、螠綱、無管螠目、刺螠科、刺螠屬, 俗稱海腸, 海雞子[1]。作為海洋底棲濾食性無脊椎動物, 生活于潮間帶及潮間帶下區幾米至數十米深的泥、沙質海底。主要分布于日本本洲和北海道、朝鮮半島部分海域、俄羅斯遠東海區和我國黃渤海沿岸, 是我國唯一分布的無管螠目生物[2]。

1.1 單環刺螠的形態構造

單環刺螠的形體呈臘腸狀, 成體多呈粉紅、紫紅或黑紅色[2]。萊州灣地區的群體多呈粉紅色, 體壁較薄; 渤海灣其他地區, 如大連、秦皇島等地群體多呈紫紅或黑紅色, 體壁較厚。但基于群體基因序列的分析發現, 各地群體尚無明顯的地理種群分化[3]。

單環刺螠的體長10~30 cm, 寬2~3.5 cm; 吻部呈匙狀位于身體前段, 口在吻部中央, 尾部中央為肛門, 圍繞肛門單圈叢生9~13根剛毛。單環刺螠的身體構造簡單(如圖1所示), 主要由體壁、體腔液及內臟組成[1]。無血液循環系統, 體腔液呈紅色充滿于體腔中, 體腔液中存在數量和種類眾多的體腔液細胞, 分別起到營養運輸、免疫防御和多功能分化等功能; 內臟部分主要包括消化系統, 由口、咽、食道、嗉囊、砂囊、胃、中腸、呼吸腸、直腸和肛門組成[4]; 身體腹側中央有一下陷縱溝, 內為白色線狀的腹神經索, 與吻神經相連, 止于肛門[2]; 具腎管2對, 繁殖期用于排泄成熟的精、卵[5-7]。

1.2 單環刺螠的生活習性

單環刺螠在海底營造非標準的U型洞穴生活[2], 在洞穴入口處時有煙囪狀凸起呈現(圖2A, 2C)。在營造洞穴時, 單環刺螠利用伸縮的半管狀吻部挖掘、探索砂石間的細小縫隙, 利用尾部吸入海水, 使體壁由后向前逐步擴張, 推動軀體在泥沙中潛行。單環刺螠體表分泌的黏液可固定軀干四周的泥沙, 形成較為牢固的洞穴。在洞穴中, 利用尾部的不斷吸排海水, 使海水從洞穴中穿流, 濾食海水中的食物殘渣、單細胞藻類、細菌等微生物(圖2B)。

單環刺螠生存溫度15~26℃、鹽度20~37、pH 6~9[8-9], 在15℃濕沙無水干露條件下可正常存活48 h以上[10]。渤海灣單環刺螠的天然盛產期約為每年的4月~ 5月和10月~11月[11], 此時常見有大量成熟個體從其棲居的海底洞穴中乘夜色浮游而出。有時會因洋流、海浪等作用在某處海灘集中成批出現, 研究發現這一現象與單環刺螠的生殖周期相吻合, 與其繁殖行為有關[12]。

圖1 單環刺螠身體結構示意圖[1-2]

圖2 單環刺螠的海底洞穴觀察

注: A. 煙囪狀洞口; B. 洞穴內部圖; C. 洞穴外部圖

1.3 單環刺螠的生活史

單環刺螠為雌雄異體, 性成熟的個體會排放精子或卵子到合適的環境中, 通過體外受精實現種群的繁衍。其生活史從受精卵開始, 根據其主要生物學特征, 人為可將其分為卵裂、囊胚、原腸胚、擔輪幼蟲(又可分為前期擔輪幼蟲和后期擔輪幼蟲)、體節幼蟲、蠕蟲狀幼蟲、幼螠等幾個時期(圖3所示), 各發育階段的特點及在人工培育條件下的大體時間如表1所示[13-14]。

2 單環刺螠人工育苗和養殖現狀

2.1 人工育苗技術

經過我國水產學者及相關企業的多年聯合攻關, 目前單環刺螠的人工育苗技術已日趨成熟。山東煙臺、威海、濰坊, 遼寧大連、河北昌黎等地已有相關育苗和養殖企業實現了單環刺螠小規模的人工育苗。據已發布的公開報道, 2013至2019年間, 昌邑、煙臺、威海等地陸續實現規格苗種繁育逾億尾。各地所采用的育苗技術流程大同小異, 主要采集臨近海區的自然種群進行人工繁育, 主要技術要點經歸納匯總如表2所示[15-22]。相關育苗及保苗技術規程已形成或正在組織形成或申報企業及地方標準。

2.2 單環刺螠的養殖現狀

根據實施地的具體環境條件, 單環刺螠的養殖可采用池塘養殖、工廠化養殖和灘涂人工增殖等方式[20]。主要考慮因素包括養殖地區的自然環境條件、綜合經濟成本與收益等。近年來根據單環刺螠的食性和改良池底環境的特性在與其他經濟品種混養方面進行了有益的嘗試(表3)。

2.2.1 池塘養殖

在有充足海水供應的池塘進行單環刺螠的單養或混養具有成本低、易收獲、出現問題易控制等優勢。目前在山東濰坊、煙臺[23-25]等已成功開展。根據單環刺螠的底部濾食特性和改良池底環境的功能, 目前已開展了單環刺螠與刺參()[23]、日本對蝦()[24]和南美白對蝦()[25]等混養。實踐表明, 池塘混養模式不僅可以節約養殖成本, 增加單位水體的產量, 同時也有益于池塘生態環境的改善, 具有較好的經濟和生態效益(表3)。

圖3 單環刺螠生活史示意圖[13, 20]

表1 單環刺螠的發育周期及主要生物學特征

表2 單環刺螠人工育苗主要流程及特點

表3 單環刺螠與其他類經濟海水養殖生物混養模式

注: “—”未測試

2.2.2 工廠化養殖

工廠化養殖具有培養密度高、單位產量大、養殖產品安全可控等優勢。目前在大連、威海、煙臺等沿海育苗和養殖企業相對密集的地區, 已有企業開展了單環刺螠工廠化養殖[26-28], 大連[27]、秦皇島[28]等地已開展單環刺螠工廠化混養(表3)。但工廠化養殖仍存在如專用飼料供應、夏季高溫期管理、養殖發育停滯等問題亟待解決。

2.2.3 灘涂人工增養殖

在單環刺螠的自然棲息海域, 有條件的實施灘涂人工增養殖具有補充和恢復自然種群、改良水域生態環境、增加漁民收入等優勢。2014年起, 單環刺螠底播增殖放流在濰坊昌邑、煙臺、威海等地實施。在遼寧大連的部分地區, 因地制宜實施的單環刺螠灘涂人工增養殖也獲得成功, 產生了較好的經濟和社會效益。但灘涂增養殖存在收獲方式改進、避免出現移灘等現實問題, 有待進一步解決。

3 單環刺螠的開發利用潛力

作為有著悠久歷史的海洋食材, 單環刺螠營養豐富, 體內含有多種生物活性物質[2], 在食品、保健品、特殊醫用食品、化妝品、醫用材料等諸多方面具有很好的應用開發前景。

3.1 單環刺螠的營養成分

單環刺螠味道鮮美, 營養成分含量豐富(表4)。作為主要食用部分的體壁所含氨基酸占干重的57%, 包含8種人體必需氨基酸和5種鮮味氨基酸(Asp、Arg、Glu、Gly、Ala)[29]。同時含有K、Ca、Mg、Fe、Zn、Na等無機鹽成分[30]。作為加工副產物的內臟中, 營養成分含量也很豐富, 特別是不飽和脂肪酸占比量大, DPA、EPA、DHA可占總脂肪酸含量的56%、21%、4%, 值得進一步開發利用[31]。

表4 單環刺螠的營養成分(%)[30-31]

注: “—”未測試

3.2 生物活性物質

雖然目前單環刺螠的基因組、蛋白質組解析工作尚未完成。但研究者已從單環刺螠的體壁及體腔液中分離鑒定出具有抗氧化、抗菌、溶解血栓、抑制血栓形成、體外抗腫瘤效果的多糖、多肽、大分子蛋白質等活性物質(表5)。特別是單環刺螠體內的多種活性分子均展示出較好的抗凝溶栓活性, 值得深入研究, 以期為后期的綜合開發和高值利用提供理論支撐。

表5 單環刺螠中已發現的生物活性物質

3.3 單環刺螠開發利用

單環刺螠味道鮮美、鮮滑脆爽, 自古以來就是有名的海洋食材。在我國渤海灣沿岸的大連、煙臺、青島等地均有以其體壁制作菜肴的傳統。海腸餃子、海腸撈飯、韭菜炒海腸、蒜蓉海腸等系列菜品廣受當地人們的喜愛。韓國亦有鮮食其體壁的傳統, 每年的市場需求量也很大。

單環刺螠中存在豐富的風味氨基酸[29], 是一種天然的鮮味食品, 以其制作調味品有著悠遠的歷史, 可用于天然調味料的開發[59-60]和加工成干制品[61]。

目前在其生物活性物質的開發方面, 多通過生物酶解技術結合色譜分離和熱水浸提法提取多糖[54-55]、多肽[57-58]、血紅蛋白[38-39], 部分技術已實現實驗室小規模制備, 為產業化生產提供了條件。目前還是主要受限于原料的采集和供應。

針對單環刺螠中具有較強生物活性的酶類、多肽的制備, 利用基因工程技術進行體外的純化和生產是最好的替代方法之一。目前研究者圍繞纖溶酶[43-47]、溶菌酶[37]、速激肽[32-36]等已建立起體外重組表達工藝, 為后續的產業化開發提供了條件。

4 展望

改革開放以來, 我國沿海地區的經濟發展十分快速。特別是近十年來, 沿海地區的圍海造田、港口開發、油氣開采、房地產及交通旅游業均實現了迅猛發展, 為國家及當地經濟發展作出了重大貢獻。但與此同時, 單環刺螠的自然棲息地卻因此遭受人為的不當干預和破壞, 加之其不斷增長的市場需求以及不合理的采收方式等, 使得單環刺螠的這一自然生物資源逐年減少。

4.1 人工育苗與養殖

開展人工育苗和養殖是保護自然生物資源, 貫徹資源可持續利用的必由之路。隨著單環刺螠人工育苗和養殖技術的日趨成熟, 渤海灣的許多地區已經出現專業的育苗和養殖公司。有望形成我國北方沿海海水養殖產業新的增長點。但仍需關注人工養殖面臨的專用餌料、飼料短缺, 全周期生產和管理技術尚未成熟、與育苗和養殖相關的品種選育、病害防控、食品安全控制等關鍵技術尚未實現突破等問題。

4.2 綜合開發利用潛力

單環刺螠的營養價值豐富, 含多種具有醫學開發前景的生物活性物質。具有優良的綜合利用前景。但圍繞其綜合利用的相關技術尚欠缺, 目前仍集中于初級加工方面, 產品的形式較為單一, 產品附加值較低, 尚需大量鮮活單環刺螠作為原材料。這也是制約產業鏈條發展的關鍵要素之一。利用基因工程技術和細胞工程技術, 實現單環刺螠體內活性物質的外源批量提取和制備, 是具有很好的市場應用前景的方式, 仍需繼續研究和深入實踐。

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Advances in studies of artificial breeding and culturing techniques and the comprehensive utilization of

HUANG Dong1, 2,QIN Song1, 3, PU Yang2, JIAO Xu-dong1, 3

(1. Yantai Coastal Zone Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shandong, Yantai 264003, China; 2. Agronomy College, Rudong University, Shandong, Yantai 264025, China; 3. Center for Ocean Mega- Science, Chinese Academy of Sciences, Shandong, Qingdao 266071, China)

; artificial breeding; culturing technique; comprehensive utilization

As one of the common marine benthic invertebrates living in the waters of the northeastern coast of China,has the potential to become a new marine culture species with valuable market prospects. This paper presents the biological basis and practical application experiences of artificial breeding and culturing of this species. This study proposes the feasibility of constructing a new type of marine aquaculture industry chain of.

Feb. 26, 2020

Talent program of youth innovation promotion association of the Chinese Academy of Sciences; Yantai marine economic innovation and development demonstration program No. YHCX-SW-L-201703; Fuzhou marine economic innovation and development demonstration program, No. FZHJ04]

Q178.53

A

1000-3096(2020)12-0123-09

10.11759/hykx20200226001

2020-02-26;

2020-07-25

中國科學院青年創新促進會人才計劃項目; 煙臺市海洋經濟創新發展示范城市項目(YHCX-SW-L-201703); 福州市海洋經濟創新發展示范城市項目(FZHJ04)

黃棟(1995-), 男, 重慶人, 碩士研究生, 主要從事海水養殖及綜合利用研究, 電話: 19853567938, E-mail: donghuang7777@ 163.com; 焦緒棟, 通信作者, 高級工程師, 主要從事海岸帶生物資源及開發利用, E-mail: xdjiao@yic.ac.cn

(本文編輯: 康亦兼)