用细胞工程技术发展我国的紫菜养殖业.pdf

生物工程进展2000 ,Vol. 20 ,No. 6 评 论 用细胞工程技术发展我国的紫菜养殖业 戴继勋 (青岛海洋大学 青岛 266003) 摘要 利用酶法将紫菜叶状体分离成单细胞和原生质体作为种苗用于紫菜养殖生产。此法与传 统育苗法相比,能大幅度提高紫菜产量和质量,育苗周期由半年时间缩短到5天左右,经济效益可 提高数倍。 关键词 紫菜 细胞工程技术 种苗 养殖 1 我国紫菜养殖现状 紫菜是味道鲜美、 富含蛋白质、 不饱和脂肪酸的 海产珍品和保健食品。我国紫菜产量约占世界总产 量的1/ 4 ,位居日本、 韩国之后,处于世界第三位。 我国的紫菜85 %属出口外销,是畅销的出口海产 品。目前由于紫菜生产存在技术水平较低、 育苗时 间长、 病害多、 采苗受季节限制、 苗源的数量和质量 不稳定等多种因素的影响,紫菜生产的发展受到严 重的制约。现在紫菜生产的能力和技术,远不能满 足国内外市场的需求,而且由于产量有限,优质菜在 国内市场上也很少供应。 2 发展紫菜养殖具有重要的战略意义 我国的海洋国土中,水深15米以内的近海和潮 间带有近两亿亩。北起辽宁,南到海南、 西至广西都 有紫菜。根据生态条件,我国沿海各省都适宜紫菜 养殖。但目前,紫菜养殖仅限于江苏、 浙江和福建, 近年在山东省也有少量养殖。紫菜养殖总面积约十 万余亩。因此,紫菜的养殖潜力巨大。在当今世界 面临着人口、 资源和环境三大危机的情况下,大力发 展紫菜养殖,对于开发 “蓝色国土”,实施 “科教兴国” 和 “持续发展” 战略,具有重要的意义。 可以预计,随着我国人民经济生活水平的提高, 人们需要改进膳食结构的要求将不断提高,市场需 求也将有进一步的增长。紫菜生产属于高附加值产 业,它包括育苗、 养成、 加工等多层次生产和销售环 节。我国有1215亿人口,如以每人每年食用011kg 紫菜(约为日本的1/ 5) ,可消耗紫菜1125107公 斤,需要养殖紫菜1125105亩,可提供6070万 人就业。其产值可达60亿元以上。同时还可带动 相关产业的发展,如网具生产和交通运输等行业。 其经济效益和社会效益都非常巨大。另外,紫菜养 殖可大量吸收海水中的氮、 磷、 有机物和二氧化碳, 并放出氧气,能有效解决沿海城市和近海水域的富 营养化问题,净化海洋环境,调节近海水域的生态平 衡,有利于海洋动物和藻类综合养殖的持续发展,具 有良好的环境效益和生态效益。 3 紫菜育苗的研究简况 常规育苗过程是春天紫菜叶片上的生殖细胞成 熟受精,产生果孢子,然后将放散的果孢子采集到贝 壳上,在室内培养贝壳丝状体,到秋天丝状体发育成 壳孢子,再将壳孢子采集到网帘上,最后放到海里养 殖叶状体。整个育苗过程需要半年之久。由于这种 育苗存在着孢子混杂、 杂藻和病害多等缺点。60年 代后,国内外开始实验用游离丝状体采苗(Iwasaki , 1961 ;陈国宜,1980)。它与常规采苗相比较,存在着 占用空间小,节约贝壳等特点。但也需要培养丝状 体,采苗用样受季节的限制。 为了省去丝状体培养,有人采用单孢子采苗(船 野隆,1971 ;李世英,1980)。即将紫菜网晒干冷藏, 采苗时用紫菜放散单孢子作为苗源,单孢子采苗,由 于孢子放散的数量少,且放散时间不集中,因此不能 形成规模生产。 80年代,开始了紫菜叶状体营养细胞育苗的探 索,其中有利用微生物发酵紫菜叶状体,生产单细胞 再生苗(卢澄清等,1981)。另外有人用机械研磨紫 菜叶状体,产生单细胞再生苗(赵焕登等,1984)。这 些方法都可获得单细胞,并能再生叶状体。但这两 种方法中,前一种引起的细胞毒性大,后者细胞受到 机械损伤严重,两者细胞死亡率都很高,不能直接应 3 用于生产。 4 紫菜细胞工程酶法育苗的国内外研究现状 早在20世纪80年代初,我们研究室就利用酶 法分离、 培养紫菜细胞和原生质体,并获得再生叶状 体1 ,2,随后在一些国家对紫菜属的一些物种进行 了原生质体的分离培养研究36。在国内,从1982 年至1985年,我们进行了紫菜酶法育苗和海上养殖 实验,并首次报道了紫菜酶法育苗和海上养殖获得 成功7 ,8。随后上海水产大学开展了紫菜的分离培 养工作和海上养殖9,厦门水产学院也进行类似工 作。 紫菜酶法育苗属国家 “七五” 和山东省 “八五” 、 “九五” 科技攻关课题。1998年育苗养殖12亩,其 规模接近中试水平。1999年6月,在第二届国际亚 太藻类学术研讨会上,我们报告了酶法育苗的情况, 引起了同行专家的极大注意。 1990年3月,有 “日本紫菜养殖之父” 之称的东 京水产大学藻类养殖学家三浦昭雄参观了我们的工 作,认为紫菜酶法育苗是21世纪紫菜养殖的方向。 日本海藻养殖和市场流通性杂志 紫菜与海藻,发 表了编辑部文章 “在中国以紫菜为对象的生物技术 研究” 一文,文中详细地介绍了我们的情况,特别在 编后语中提到 “有关这些内容都是很重要的,要特别 留意下一步研究动向10。 在研究紫菜酶法育苗的同时,我们也开展了紫 菜体细胞的诱变育种和单细胞克隆育种工作11 ,12, 这为紫菜生产优良品种的克隆育苗打下了良好的基 础。 5 用细胞工程技术,改革传统的紫菜育苗技术 紫菜的传统育苗是春天采集果孢子。培养贝壳 丝状体,秋天采集壳孢子进行海上养殖。紫菜细胞 工程育苗是将紫菜叶状体冷冻保存,用酶法将叶状 体分离成单细胞和原生质体,作为种苗用于紫菜养 殖。 紫菜细胞工程育苗与传统育苗相比存在如下的 优点 :(1) 传统紫菜育苗属有性繁殖,存在基因的重 组和分离,种苗的遗传性存在差异。而新法属无性 繁殖,能够保证良种苗的纯度 ; (2) 传统育苗需要5 6个月时间,新法只需5天左右 ; (3) 新法省去丝 状体培养,避免了丝状体病害 ;(4) 简化了生产工艺, 大大节约人力物力 ;(5) 新法摆脱了只在秋季短时间 生产种苗的缺点,变为全年生产种苗,可使分散的小 作坊式生产变为集约化大生产 :(6) 新法能有效利用 海况条件,开展多品种养殖和多茬养殖。如高温季 节养殖南方品种,低温季节养殖北方品种,以提高海 区的复种指数。同时还把过去一次性放苗、 多次收 菜的方式,变为多次放苗多次收菜的方式,从而大幅 度提高紫菜的产量和质量。 预计新法育苗比现在的传统育苗,其经济效率 可提高5倍以上。 6 展望 过去在党和国家各级政府的领导下,海洋生物 技术在海水养殖中的应用,已经有很大的发展。我 国是一个海洋大国,却不是一个海洋强国。人们预 言,21世纪将是生物技术的世纪,也是海洋的世纪。 在即将到来的海洋开发的新世纪,我国紫菜养殖生 产的产量、 质量和技术与日本,韩国相比还有很大差 距。只要我们勇攀科技高峰,加大科研资金投入,尽 快实现科技成果向现实生产力的转化。尽早建立科 技示范点,作为科技转化的孵化器。把育苗、 养殖、 加工和营销融为一体,使之成为龙头企业,逐步向全 国推广。我国传统的紫菜养殖业将会得到改造和提 高。目前尚未开展紫菜养殖的海域辽阔,一个新兴 的紫菜产业,在不久的将来也会实现。我们深信我 国紫菜养殖的产量、 质量和效益一定能够走在世界 的前列。 参考文献 1 唐延林。山东海洋学院学报,1982 ,12 :3750. 2 Liu Wanshun et al.Developments in Hydrobiology. 11th intern. seaweed symp. 1984 ,319324. 3 Polne2Fuller ,M and Gibor ,A.J. 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Key words Staphylokinase(Sak) ,Plasminog(en) ,Protein engineering (上接第4页) Development ofPorphyraCultivation with Cell Engineering Dai Ji2xun (Ocean University of Qingdao ,Qingdao ,266003) Abstract Single cells and protoplasts were isolated from the thallus ofPorphyraby enzyme method. This method can increase the