藻类养殖研究

1 藻类养殖研究 王潮岗 2 提纲 微藻养殖大型藻养殖 3 养殖藻类有什么用 人类的食物 藻类尤其是海藻的氨基酸含量非常丰富 人体必需氨基酸最全 小球藻的蛋白质含量高达50 工业生产的原料 琼脂 不饱和脂肪酸 药物 类胡萝卜素 虾青素 褐藻胶等 饵料 水体中鱼 虾 贝类等生物的食物 尤其是幼体的开口饵料 4 第一章微藻养殖 开放式培养 传统培养模式 场地要求不高 成本低 产品得率也低 适合具有明显竞争优势的藻株 如螺旋藻 小球藻 封闭式培养 能够培养更多种类的微藻 产率较高 全年生产期较长 能够维持较高的藻液浓度 能一定程度地降低采收成本 能够更好地控制培养条件 如温度 PH等 能有效地降低污染 如产油藻 基因工程藻 5 开放式培养 1 易受外界环境影响 难以保持较适宜的温度与光照 2 会受到灰尘 昆虫及杂菌的污染 不易保持高质量的单藻培养 3 光能及CO2利用率不高 无法实现高密度培养 它只适合少数能耐受极端环境的微藻培养 如螺旋藻 小球藻及盐藻等少数 封闭式 对温度等培养条件适应性较差 种群竞争能力较弱 有较高卫生要求的微藻产品以及基因工程微藻 缺点就是很难大规模生产 优点是可以大规模的培养 优点是容易控制 6 微藻培养时需要考虑的因素 光照强度 pH值 温度 营养盐浓度 氧气 二氧化碳浓度 7 第一节微藻培养模式 批次培养 微藻批次培养模式具有操作简单 成本低的优点 是实验室内普遍采用的一种培养方式 流加培养 在培养过程中向培养液中添加一种或多种营养物质的培养方法 半连续培养 是指在一次性培养的基础上 当藻细胞达到一定浓度后 收获一定量的藻液 补充等量培养液继续培养 8 连续培养 是指以一定的流速连续向培养系统内添加新鲜培养液 同时以相同的速度流出培养液 使反应器内的细胞生长环境处于恒定状态 9 第二节培养装置 1 摇瓶培养 小规模培养实验室 1 15升 10 11 2 跑道池反应器 较大规模露天培养 用混凝土修建类似跑道的水池 它是占地面积1000 5000m2 深度15cm左右的环形浅池 以自然光为光源和热源 靠叶轮转动的方式使培养液于池内混合 循环 防止藻体沉淀并提高藻体细胞的光能利用率 可通入空气或CO2气体进行鼓泡或气升式搅拌 为防止污染 减少水分蒸发 生产中常在池体上方覆盖一些透光薄膜类的材料 使之成为封闭池 12 13 3 大池培养 大规模的露天培养 工业化生产 修建类似鱼塘一样的培养池 规模可以非常大 到上千升 甚至更多 14 15 4 光生物反应器 封闭式培养 品质容易控制 生长速度快 但成本较高 一般指用于培养光合微小生物及具有光合能力的植物组织 细胞的设施或装置 通常具有光 温 PH 营养盐 气体交换等培养条件的调节控制系统 能进行半连续或连续培养并具有较高的光能利用率 因而能获得较高的生物密度和单位面 体 积产量 16 管道式光生物反应器一般采用透明的直径较小的硬质塑料或玻璃 有机玻璃管 弯曲成不同形状 利用透明的管道 借助外部光源条件下进行工厂化繁殖生产藻类的方式 管式光生物反应器 17 18 由于该类型的反应器具有光利用率高 易放大培养 易清洗 其内部的贴壁生长和外部的盐沉淀容易处理 结构相对简洁 以随意调节放置角度以便使其获得最佳的取光效果 板式光生物反应器 19 20 柱状气升式光生物反应器 混和体系是光生物反应器结构设计的关键之一 柱状气升式反应器的主体通常由外桶和内桶组成 通过气流传动使藻液在内外筒间循环 提高藻类的光能利用效率和传质效率 同时防止培养液中溶解氧过饱和 21 22 23 搅拌式光生物反应器 机械搅拌式生物反应器是广泛用于规模培养微生物的生物反应器 具有技术条件成熟 易于控制等优点 只要配套光源 就可成为培养微藻的光生物反应器 24 25 聚乙烯薄膜袋 它有受光面积大 保温性能好 污染机会小 成功率高 成本低 操作简单的优 在提高藻种的密度和纯度上取得了良好的效果 26 27 第三节具有应用前景的微藻培养 螺旋藻 蛋白质含量高 富含人体所需的各种氨基酸 已经商品化 28 小球藻 蛋白质高达50 富含人体所需的氨基酸 29 雨生红球藻 提取虾青素 具有很强的抗氧化活性 30 盐藻 可提取类胡萝卜素和甘油 31 产油藻 可提取各种不饱和脂肪酸 EPA DHA 亚麻酸等 32 33 第二章主要大型养殖海藻 紫菜裙带菜羊栖菜龙须菜 34 早在1400多年前 中国北魏 齐民要术 中就已提到 吴都海边诸山 悉生紫菜 以及紫菜的食用方法等 唐代孟诜 食疗本草 则有紫菜 生南海中 正青色 附石 取而干之则紫色 的记载 至北宋年间紫菜已成为进贡的珍贵食品 明代李时珍在 本草纲目 一书中不但描述了紫菜的形态和采集方法 还指出了常食紫菜的好处 长期以来紫菜苗只能依赖天然生长 来源有限 故养殖活动的规模不大 1949年英国K M 德鲁首先发现紫菜一生中很重要的果孢子生长时期是在贝壳中度过的 这为研究天然苗的来源开辟了道路 接着 日本黑木宗尚和中国曾呈奎分别于1953年和1955年揭示了紫菜生活史的全过程 为人工育苗打下了理论基础 此后 紫菜养殖才进入全人工化生产时期 产量开始得到大幅度提高 第一节紫菜养殖 35 紫菜 36 37 一紫菜的经济价值食品 美味 营养丰富的食用海藻 药用 降低胆固醇含量 软化血管 降低血压 富含EPA和DHA 可以预防人体衰老 紫菜所含的多糖具有明显增强细胞免疫和体液免疫功能 并可以促进淋巴细胞转化 提高机体的免疫力 工业原料 含有10 15 的琼胶 38 二紫菜的生物学特性1 紫菜的分类地位红藻门Rhodophyta原红藻纲Protoflorideophyceae红毛菜目Bangiales红毛菜科Bangiaceae紫菜属Porphyra 2 紫菜的分布和种类 广温性海藻 主要分布在岩礁底质 我国从南到北均有分布 世界有70多种 我国大约10多种 目前主要养殖种类有两种 条斑紫菜和坛紫菜 39 条斑紫菜 长12 30cm 少数可达70cm以上 宽2 6cm 少数可达15cm以上 藻体叶片状 卵形或长卵形 紫红或略带蓝绿色 边缘有皱褶 边缘细胞排列整齐 厚35 50 m 单层细胞 雌雄同体 繁殖期2 3月 生长期11 6月 舟山群岛以北海域 40 坛紫菜 长12 18cm 少数可达28cm以上 宽3 5cm 少数可达8cm以上 藻体披针状 亚卵形或长卵形 暗紫绿色 边缘无或稍有皱褶 边缘细胞排列具稀疏锯齿 厚65 110 m 单层细胞 局部双层 多雌雄异体 少数同体 繁殖期11 3月 生长期9 3月 分布福建 浙江沿海 我国特有种类 甘紫菜 华北半叶紫菜边紫菜圆紫菜绉紫菜广东紫菜越南紫菜长紫菜 41 3 常见紫菜的生活史 条斑紫菜生活史 42 坛紫菜生活史 43 2 紫菜的形态与生长发育 紫菜的二个发育阶段 叶状体 由丝状体放散出的壳孢子萌发形成 丝状体 由叶状体放散出动的果孢子萌发形成 44 孢子囊枝成熟 壳孢子放散 壳孢子附着 苗网育成 紫菜的育成 2 3 4 5 6 孢子囊枝形成 7 果孢子萌发 1 紫菜叶状体 8 9 45 三紫菜的生长发育与环境的关系 一 紫菜叶状体1 光照对强光的适应 5000lx光合作用最高 超过也不受害 对弱光的适应 补偿点较低 300 500lx 2 温度影响叶状体的生长 影响生殖细胞的形成 46 3 营养盐光合作用需要 二氧化碳 磷 氮 4 海水流动适当的流速 海区流畅 5 海水密度适应广 半咸水区域较好 6 干露时间具较高的耐干能力 47 二 紫菜丝状体1 生长基质紫菜的果孢子和丝状体具有溶解碳酸钙的能力 能够在贝壳等物质附着 并钻入生长 以文蛤壳 牡蛎壳最好 2 温度影响到果孢子萌发 丝状体生长 膨大藻丝形成 壳孢子形成与放散等 3 光照时间与强度影响果孢子萌发和丝状体形成与生长 48 4 营养盐常用硝酸盐 磷酸盐 例如KNO3 KH2PO4 5 pH对果孢子萌发和丝状体形成与生长影响大 6 海水密度对果孢子钻孔及萌发有明显的影响 过低受影响 7 干露自然界生活于低潮线以下 对干露的耐干力较差 8 海水流动壳孢子的形成与放散对水流很重要 49 四 紫菜的育苗技术 一 丝状体的培养 以条斑紫菜为例 1 基本设备同前 包括培养室 培育池 沉淀池 水泵及其它常用工具 50 2 采集果孢子培养基质的准备以壳高6 8cm的文蛤壳最优 果孢子采集时间比叶状体生长最盛时期稍推迟 一般5 6月份 种菜的选择处理特征鲜明 藻体较大 孢子囊多的成熟健壮个体 一般1m2的培育面积用1g左右的阴干种菜 51 果孢子放散和采集放散 500g种菜加500g水采集 密度控制在200 300个 cm2 52 3 丝状体的培养 1 培养方式 平养 挂养 2 培养管理 洗刷后和换水 采集后1周可进行第一次洗刷 同时结合换水 调节光照 丝状体生长阶段 平养3000lx 挂养1500 2500lx 膨大藻丝形成阶段 8月前1500lx 之后750lx 壳孢子形成阶段 减弱到500 800lx 控制水温 利用室内自然水温 28 搅拌池水 目的施肥 氮肥和磷肥 一般KNO3 KH2PO4 53 条斑紫菜各个发育阶段的生态要求 发育阶段适合温度 最适温度 光照度 1000lx 盐度 叶状体0 5 188 103 524 37果孢子放散5 265 20324 37果孢子萌发15 2020324 37丝状体生长5 3020 251 2 324 37膨大藻丝12 5 3020 25324 31壳孢子形成12 5 22 5201 5 324壳孢子放散5 237 51 5 324 54 二 紫菜的人工采苗利用秋季自然降温 促使人工培养的成熟丝状体在预定时间集中大量放散壳孢子 并通过人工控制 使壳孢子按照一定的密度均匀附着在人工基质上 采苗日期 海面温度在20 时进行 采苗密度 用筛绢检查时3 5个 mm2 若海区浮泥杂藻较多 以5 10个 mm2为宜 采苗基质 以维尼纶网帘为主 其它如棕绳帘 55 4 全人工采苗 1 检查壳孢子放散量 水温25 时可见到壳孢子 在日放散量达到10万个以上时就可生产性采苗 2 调整光线 提高到3000lx 3 铺放网帘 将经过处理的网帘铺放在平养的贝壳上面 保持10cm水深 4 搅动池水 冲水式采苗 流水式采苗 通气搅拌式采苗 回转式采苗 5 网帘下海 当壳孢子密度达到要求后 网帘出池挂到海区的养殖筏上 56 5 新的培苗方法传统的贝壳培苗费工 费时目前新的培苗方法有 单孢子采苗 梅俊学等 2001 自由丝状体培苗 朱建一 1997 离体组织再生苗 梅俊学 2000 57 五 紫菜的养成1 养殖海区的选择 海湾的地理状况 底质与坡度 潮位 潮流 风浪 营养盐等因素 58 2 养殖方式 1 菜坛养殖 利用海区岩礁 2 支柱式养殖 在潮间带设木桩或竹桩 3 半浮动式养殖 筏架兼有支柱式和全浮动筏特点 4 全浮动式养殖 适合于不完全干露的深海海区 59 以上养殖方法的缺点 由于干露不足 容易滋生硅藻 绿藻及病害 60 61 5 插杆式养殖 适合于浅海海区 通过风吹日晒 可以有效地防止绿藻及硅藻滋生 减少病害 毛竹 10 11米长 粗端直径10 11cm 细端直径4cm左右 粗端切成尖形 间隔打数孔 入泥2米左右 细端也打一孔 用于适时调节升降 最高潮位时吊帘 最低潮位时打桩 海区选择 相对缓流 水深不超过10米 潮差不超过7米 底部平坦 62 3 出苗期养殖从下海到网帘上全部为1 3cm长的紫菜苗覆盖 全苗 的时期内 为出苗期 1 养殖方式 半浮动式最好 2 适宜潮位 半浮动式冬季大潮线以上1 5 1 8m 3 网苗的管理 污泥 杂藻 施肥 一是适时晒网 把杂藻消灭在萌芽状态二是网帘全苗后 成菜养育开始以前 密挂网帘疏散前 进行一次较为彻底的晒网 把绿藻晒死三是利用其耐低温较绿藻强的特点 进行短时期冷冻处理四是日本利用柠檬酸剂处理 4 成菜期的养殖 紫菜1 3cm长以后的管理 63 六 紫菜的收获与加工1 收获期 秋苗30 50天就可第一次采收 一般20 30cm左右时采摘 2 收获方法 剪收 分摘等 机械分摘时 第一次一般遗留8 10cm 平均10 15天收割一次 一般亩产700KG左右 浅海竹杆式养殖的长速较快 可以多产1 2茬 亩产翻倍3 加工 64 虽然从日本和朝鲜引进移植时间不长 只有二十多年的历史 但我国裙带菜人工栽培发展很快 我国南北均产 主要分布在辽宁 山东等沿海地区 现已成为我国北方沿海进行大规模养殖的主要海产品 近年来养殖面积不断扩大 辽宁大连市产量现已跃居世界第一 裙带菜属温水性大型褐藻 能忍受较高水温 故浙江海区裙带菜生长也较好 舟山群岛是我省裙带菜的主要养殖区 浙南洞头裙带菜也已试养成功 第二节裙带菜养殖 65 裙带菜 66 食品 含有丰富的蛋白质 还含有脂肪 糖 无机盐等 2 药用 预防和治疗甲状腺疾病 含有碘 降血压 增加血管弹性 预防心脏疾患 含有能提高抗肿瘤效果的特殊成分 3 工业原料 含有大量的褐藻胶 琼胶 卡拉胶等 一裙带菜的经济价值 67 二裙带菜的生物学特性 1 裙带菜的分类地位与常见种类1 分类地位 褐藻门Phaeophyta褐藻纲Phaeospore海带目Laminariaes翅藻科Arariaceae裙带菜属Undaria2 常见种类 裙带菜 U pinnatifida 中国薄叶裙带菜 U undariaoides 日本绿裙带菜 U peterseniana 日本 68 2 裙带菜的外部形态 1 植物全形2 幼株3 根部示木耳状孢子叶 假根 柱状双叉分枝柄 扁平孢子叶 生于柄二侧 木耳状叶片 羽状裂叶中肋 贯穿整个裂叶 69 3 裙带菜生活史孢子体世代 2n 时间1年 配子体世代 n 时间短 10天 70 三裙带菜育苗1 低温育苗 可利用培育海带幼苗的低温育苗设备来培育裙带菜幼苗 只不过温度要求不需要海带那么低 北方采苗时间以六月中旬为宜 水温不宜超过22 孢子体在室内暂养度夏 2 常温育苗 是自然海水温度下培育的幼苗 北方采苗时间以7月中旬为宜 配子体在室内度夏 此法简便而易于推广 71 上图是裙带菜配子体在严格控制温度和光照强度的培养室内培养后的照片 利用可以营养生长的裙带菜雌雄配子体的特点 可以丰富培养和增加配子体的生物量 每一个雌配子体细胞从理论上讲都可以发育排卵并进一步受精形成一个孢子体 利用配子体克隆技术进行育苗就是基于这样一种理论的指导 另外 杂种优势的应用可以借助于配子体克隆技术的特点大规模地实现 节约了育种的时间 72 羊栖菜又名鹿角尖 海大麦 属暖温带性海洋大型褐藻 药典 本经 药性论 本草纲目 中药学 等 均有记载 我国北起辽东半岛 南至雷州半岛的低潮带岩石上 均有它的分布 尤以浙江福建沿海最多 它喜丛生在浪大流急的礁石上 株高一般为30 50厘米 最高可达200 220厘米 境外欧美餐厅或夜总会餐厅 流行着羊栖菜沙拉 日本是世界上羊栖菜销量最大的国家 我国养殖工作始于20世纪50年代末 90年代初 由于国外巿场的需要 掀起了养殖热潮 但所需种苗完全依靠天然苗种 至2000年经过数年的努力 才突破了较大培育的难关 并取得了较好的经济效益 第三节羊栖菜养殖 73 羊栖菜 74 食品 营养丰富 钾含量相当于十倍纯牛奶 铁含量相当于四倍猪肝药用 富含硒及海藻多糖 对防治甲状腺肿大 高血压 风湿病 大肠癌以及消除大脑疲劳 促进皮肤光滑等均有显著疗效 3 工业原料 藻体含有10 20 的褐藻胶 1 的甘露醇和碘等 均可作为工业原料 一羊栖菜的经济价值 75 二羊栖菜的生物学特性 羊栖菜的分类地位褐藻门Phaeophyta墨角藻目Fucales马尾藻科Sargassaceae马尾藻属Sargassum羊栖菜S fusiforme 76 藻体黄褐色 高60 80cm 区分为根 茎 叶 气囊四部分 根 圆柱形 生有分枝 匍匐固着在基质上生长 茎 直立 细长 圆柱形 有分枝 主枝分枝区分明显 叶 卵圆形 互生或轮生 气囊 纺锤形 2 羊栖菜的外部形态 77 三羊栖菜的生态习性暖温性多年生藻类 集中分布于低潮带 固着基质以岩石为主 2 对盐度和干旱有较强的耐受力 好浪喜光 尤其适宜于水清流急浪大的海域3 生长适宜温度为25 以下 最适生长水温为10 20 不耐高温 每年夏季高温期藻体会腐烂脱落 仅留基部假根度夏 秋后再从匍匐假根上长出新幼苗 78 四繁殖无性繁殖 羊栖菜的无性繁殖 营养繁殖 是指它的假根具有很强的再生能力 全年都会再生苗 一年内萌发再生苗有两个相对集中的阶段 水温15 23 羊栖菜的再生苗有着性决定的规律 即从雌性藻株萌发的再生苗全是雌性 雄性藻株萌发的再生苗全是雄性 1 春再生苗 即春末 4 5月份 萌生的 量少 以幼苗的形式度夏 2 秋再生苗 即秋季 9 11月份 萌生的 量大 生命力强 79 有性繁殖 羊栖菜藻体雌雄异株 雄性藻体一般稍大于雌性藻体 雌雄生殖托都生在叶腋处 雌生殖托较粗短 雄生殖托略细长 一般在水温15 时形成 当水温上升到20 以上时 生殖托由基部向顶部逐渐成熟 在浙江海区 每年5月上中旬开始形成生殖托 6