單環(huán)刺螠育苗養(yǎng)殖及綜合利用研究進(jìn)展

黃 棟, 秦 松, 蒲 洋, 焦緒棟

單環(huán)刺螠育苗養(yǎng)殖及綜合利用研究進(jìn)展

黃 棟1, 2, 秦 松1, 3, 蒲 洋2, 焦緒棟1, 3

(1.中國科學(xué)院 煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003;2. 魯東大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 山東 煙臺 264025; 3.中國科學(xué)院 海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071)

單環(huán)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(fā)前景的新型海水養(yǎng)殖品種之一。本文概述了單環(huán)刺螠的基礎(chǔ)生物學(xué)、人工育苗和養(yǎng)殖現(xiàn)狀, 以及高附值開發(fā)潛力, 并提出了構(gòu)建單環(huán)刺螠新型海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈的可行性。

單環(huán)刺螠(); 人工育苗; 養(yǎng)殖模式; 綜合利用

1 單環(huán)刺螠的基礎(chǔ)生物學(xué)

單環(huán)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(qū)幾米至數(shù)十米深的泥、沙質(zhì)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(yuǎn)東海區(qū)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(huán)刺螠的形態(tài)構(gòu)造

單環(huán)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(qū)的群體多呈粉紅色, 體壁較薄; 渤海灣其他地區(qū), 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(fā)現(xiàn), 各地群體尚無明顯的地理種群分化[3]。

單環(huán)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(huán)刺螠的身體構(gòu)造簡單(如圖1所示), 主要由體壁、體腔液及內(nèi)臟組成[1]。無血液循環(huán)系統(tǒng), 體腔液呈紅色充滿于體腔中, 體腔液中存在數(shù)量和種類眾多的體腔液細(xì)胞, 分別起到營養(yǎng)運輸、免疫防御和多功能分化等功能; 內(nèi)臟部分主要包括消化系統(tǒng), 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(cè)中央有一下陷縱溝, 內(nèi)為白色線狀的腹神經(jīng)索, 與吻神經(jīng)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(huán)刺螠的生活習(xí)性

單環(huán)刺螠在海底營造非標(biāo)準(zhǔn)的U型洞穴生活[2], 在洞穴入口處時有煙囪狀凸起呈現(xiàn)(圖2A, 2C)。在營造洞穴時, 單環(huán)刺螠利用伸縮的半管狀吻部挖掘、探索砂石間的細(xì)小縫隙, 利用尾部吸入海水, 使體壁由后向前逐步擴(kuò)張, 推動軀體在泥沙中潛行。單環(huán)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(xì)胞藻類、細(xì)菌等微生物(圖2B)。

單環(huán)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(huán)刺螠的天然盛產(chǎn)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(xiàn), 研究發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象與單環(huán)刺螠的生殖周期相吻合, 與其繁殖行為有關(guān)[12]。

圖1 單環(huán)刺螠身體結(jié)構(gòu)示意圖[1-2]

圖2 單環(huán)刺螠的海底洞穴觀察

注: A. 煙囪狀洞口; B. 洞穴內(nèi)部圖; C. 洞穴外部圖

1.3 單環(huán)刺螠的生活史

單環(huán)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(huán)境中, 通過體外受精實現(xiàn)種群的繁衍。其生活史從受精卵開始, 根據(jù)其主要生物學(xué)特征, 人為可將其分為卵裂、囊胚、原腸胚、擔(dān)輪幼蟲(又可分為前期擔(dān)輪幼蟲和后期擔(dān)輪幼蟲)、體節(jié)幼蟲、蠕蟲狀幼蟲、幼螠等幾個時期(圖3所示), 各發(fā)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(huán)刺螠人工育苗和養(yǎng)殖現(xiàn)狀

2.1 人工育苗技術(shù)

經(jīng)過我國水產(chǎn)學(xué)者及相關(guān)企業(yè)的多年聯(lián)合攻關(guān), 目前單環(huán)刺螠的人工育苗技術(shù)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(guān)育苗和養(yǎng)殖企業(yè)實現(xiàn)了單環(huán)刺螠小規(guī)模的人工育苗。據(jù)已發(fā)布的公開報道, 2013至2019年間, 昌邑、煙臺、威海等地陸續(xù)實現(xiàn)規(guī)格苗種繁育逾億尾。各地所采用的育苗技術(shù)流程大同小異, 主要采集臨近海區(qū)的自然種群進(jìn)行人工繁育, 主要技術(shù)要點經(jīng)歸納匯總?cè)绫?所示[15-22]。相關(guān)育苗及保苗技術(shù)規(guī)程已形成或正在組織形成或申報企業(yè)及地方標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 單環(huán)刺螠的養(yǎng)殖現(xiàn)狀

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

2.2.1 池塘養(yǎng)殖

在有充足海水供應(yīng)的池塘進(jìn)行單環(huán)刺螠的單養(yǎng)或混養(yǎng)具有成本低、易收獲、出現(xiàn)問題易控制等優(yōu)勢。目前在山東濰坊、煙臺[23-25]等已成功開展。根據(jù)單環(huán)刺螠的底部濾食特性和改良池底環(huán)境的功能, 目前已開展了單環(huán)刺螠與刺參()[23]、日本對蝦()[24]和南美白對蝦()[25]等混養(yǎng)。實踐表明, 池塘混養(yǎng)模式不僅可以節(jié)約養(yǎng)殖成本, 增加單位水體的產(chǎn)量, 同時也有益于池塘生態(tài)環(huán)境的改善, 具有較好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益(表3)。

圖3 單環(huán)刺螠生活史示意圖[13, 20]

表1 單環(huán)刺螠的發(fā)育周期及主要生物學(xué)特征

表2 單環(huán)刺螠人工育苗主要流程及特點

表3 單環(huán)刺螠與其他類經(jīng)濟(jì)海水養(yǎng)殖生物混養(yǎng)模式

注: “—”未測試

2.2.2 工廠化養(yǎng)殖

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

2.2.3 灘涂人工增養(yǎng)殖

在單環(huán)刺螠的自然棲息海域, 有條件的實施灘涂人工增養(yǎng)殖具有補(bǔ)充和恢復(fù)自然種群、改良水域生態(tài)環(huán)境、增加漁民收入等優(yōu)勢。2014年起, 單環(huán)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(qū), 因地制宜實施的單環(huán)刺螠灘涂人工增養(yǎng)殖也獲得成功, 產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。但灘涂增養(yǎng)殖存在收獲方式改進(jìn)、避免出現(xiàn)移灘等現(xiàn)實問題, 有待進(jìn)一步解決。

3 單環(huán)刺螠的開發(fā)利用潛力

作為有著悠久歷史的海洋食材, 單環(huán)刺螠營養(yǎng)豐富, 體內(nèi)含有多種生物活性物質(zhì)[2], 在食品、保健品、特殊醫(yī)用食品、化妝品、醫(yī)用材料等諸多方面具有很好的應(yīng)用開發(fā)前景。

3.1 單環(huán)刺螠的營養(yǎng)成分

單環(huán)刺螠味道鮮美, 營養(yǎng)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(jī)鹽成分[30]。作為加工副產(chǎn)物的內(nèi)臟中, 營養(yǎng)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(jìn)一步開發(fā)利用[31]。

表4 單環(huán)刺螠的營養(yǎng)成分(%)[30-31]

注: “—”未測試

3.2 生物活性物質(zhì)

雖然目前單環(huán)刺螠的基因組、蛋白質(zhì)組解析工作尚未完成。但研究者已從單環(huán)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(zhì)等活性物質(zhì)(表5)。特別是單環(huán)刺螠體內(nèi)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(fā)和高值利用提供理論支撐。

表5 單環(huán)刺螠中已發(fā)現(xiàn)的生物活性物質(zhì)

3.3 單環(huán)刺螠開發(fā)利用

單環(huán)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(tǒng)。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(dāng)?shù)厝藗兊南矏?。韓國亦有鮮食其體壁的傳統(tǒng), 每年的市場需求量也很大。

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

目前在其生物活性物質(zhì)的開發(fā)方面, 多通過生物酶解技術(shù)結(jié)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(shù)已實現(xiàn)實驗室小規(guī)模制備, 為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了條件。目前還是主要受限于原料的采集和供應(yīng)。

針對單環(huán)刺螠中具有較強(qiáng)生物活性的酶類、多肽的制備, 利用基因工程技術(shù)進(jìn)行體外的純化和生產(chǎn)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(dá)工藝, 為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供了條件。

4 展望

改革開放以來, 我國沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分快速。特別是近十年來, 沿海地區(qū)的圍海造田、港口開發(fā)、油氣開采、房地產(chǎn)及交通旅游業(yè)均實現(xiàn)了迅猛發(fā)展, 為國家及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。但與此同時, 單環(huán)刺螠的自然棲息地卻因此遭受人為的不當(dāng)干預(yù)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(huán)刺螠的這一自然生物資源逐年減少。

4.1 人工育苗與養(yǎng)殖

開展人工育苗和養(yǎng)殖是保護(hù)自然生物資源, 貫徹資源可持續(xù)利用的必由之路。隨著單環(huán)刺螠人工育苗和養(yǎng)殖技術(shù)的日趨成熟, 渤海灣的許多地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)專業(yè)的育苗和養(yǎng)殖公司。有望形成我國北方沿海海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)新的增長點。但仍需關(guān)注人工養(yǎng)殖面臨的專用餌料、飼料短缺, 全周期生產(chǎn)和管理技術(shù)尚未成熟、與育苗和養(yǎng)殖相關(guān)的品種選育、病害防控、食品安全控制等關(guān)鍵技術(shù)尚未實現(xiàn)突破等問題。

4.2 綜合開發(fā)利用潛力

單環(huán)刺螠的營養(yǎng)價值豐富, 含多種具有醫(yī)學(xué)開發(fā)前景的生物活性物質(zhì)。具有優(yōu)良的綜合利用前景。但圍繞其綜合利用的相關(guān)技術(shù)尚欠缺, 目前仍集中于初級加工方面, 產(chǎn)品的形式較為單一, 產(chǎn)品附加值較低, 尚需大量鮮活單環(huán)刺螠作為原材料。這也是制約產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展的關(guān)鍵要素之一。利用基因工程技術(shù)和細(xì)胞工程技術(shù), 實現(xiàn)單環(huán)刺螠體內(nèi)活性物質(zhì)的外源批量提取和制備, 是具有很好的市場應(yīng)用前景的方式, 仍需繼續(xù)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(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會人才計劃項目; 煙臺市海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展示范城市項目(YHCX-SW-L-201703); 福州市海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)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(yǎng)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(fā)利用, E-mail: xdjiao@yic.ac.cn

(本文編輯: 康亦兼)