【中國科學報】科學“打滸” “苔”里找“糖”

  

  滸苔是一種有著極強環境適應能力與繁殖能力的石莼科、滸苔屬的大型海藻,在各沿海國家近海廣泛分布。它雖無毒,但大規模暴發會影響海底藻類和養殖水產品的生長,甚至對其他海洋生物造成不利影響。

  自2007年以來,滸苔綠潮已連續15年侵襲我國黃渤海海域,呈現連年增加的趨勢?!吨袊Q鬄暮珗蟆方y計數據顯示,2008年暴發的滸苔綠潮,在山東省、江蘇省沿岸和近海海域最為嚴重,造成直接經濟損失達13.22億元。

  在此背景下,如何有效“打滸”、更好地挖掘其生物資源價值,成為熱點話題。

  中科院亞熱帶農業生態研究所和青島海大生物集團股份有限公司聯合共建的海藻源無抗飼料研發實驗室,先后聯合中外研究機構開展系列研究,攻克了海藻酶解多糖與金屬離子螯合技術,開發出具有生物活性、高效穩定的滸苔多糖飼料添加劑,為滸苔新用開辟了道路。

  猜想:滸苔能否改善動物腸道健康? 

  大規模暴發的滸苔雖招人厭,但它并非一無是處。一些研究發現,滸苔中某些成分可以有效治療皮膚癌,有著良好的藥理作用。在能源利用方面,它也可以制成生物質油,成為一種制造新能源的原材料。

  “我國醫籍和民間經驗認為,大型綠藻不僅有豐富的營養價值,而且具備清熱解毒、抗菌消炎、降膽固醇、消腫利尿化疾等功效?!敝锌圃簛啛釒мr業生態研究所研究員吳信表示。

  滸苔多糖是滸苔的主要活性物質,可通過生物酶解后提取得到。大量研究表明,滸苔多糖擁有獨特的海洋硫酸基團,具有免疫調節、抗腫瘤、抗突變、抗輻射、抗凝血及抗病毒等多種功效。

  中國工程院院士管華詩曾開發第一個海洋藥物藻酸雙酯鈉,用于心腦血管疾病治療。在動物營養領域,已有酵母細胞壁多糖、香菇多糖、黃芪多糖、殼寡糖等作為飼料添加劑被使用。這給研究團隊一個啟示:滸苔多糖是否也能在動物腸道健康等方面發揮作用,進而應用于動物營養領域?

  其實,國際上以海藻粉作為水產及畜牧飼料已有幾十年的歷史。海藻粉含有極為豐富而獨特的營養物質,很多試驗和研究證明海藻對動物無毒副作用,用作飼料添加劑能改進飼料的營養結構并提高飼料利用率,對多數鰻魚、蝦、蟹有較好的促生長作用。

  吳信介紹,我國近10年來對海藻飼料粉進行了一些研究,但與發達國家相比,生產和應用水平還相去甚遠。

  “滸苔的環境適應能力強,在低光照和低溫等不利條件下都可以繁殖。綜合上述相關因素,我們團隊考慮將滸苔和動物腸道健康聯系起來,并最終研制出了海藻多糖飼料添加劑?!眳切耪f。

  難點:發現滸苔多糖最出色的片段 

  通過開展系列研究,他們攻克了海藻酶解多糖與金屬離子螯合技術,開發出具有生物活性、高效穩定的海藻多糖系列飼料添加劑,并在企業中開展了一系列動物“替抗”試驗。

  “滸苔多糖的結構十分復雜,如何在高效利用主要活性成分且不干擾其他成分發揮功效的同時結合金屬離子發揮雙重作用,是該研究最大的難點?!眳切沤榻B,從產生滸苔多糖降解酶微生物的篩選,到酶的高通量制備,再到滸苔多糖的分子量精準制備,團隊進行了無數次試驗,最終得到了最出色的高活性多糖片段。

  研究結果表明,滸苔多糖可改善動物機體生長性能,促進腸道發育,提高腸道免疫應答,調節腸道微生態。滸苔多糖及其金屬絡合物在肉雞、仔豬飼養以及母仔豬一體化方面都有生產效率上的提升。

  “研究發現,滸苔多糖可以代替抗生素預防仔豬腹瀉,提高仔豬天然免疫能力、降低腸道炎癥因子的表達。肉雞試驗表明,滸苔多糖組的飼糧體重和平均日增重均顯著高于基礎飼糧。我們在飼糧中添加滸苔多糖鋅絡合物后發現,滸苔多糖鋅可調節肉雞回腸氨基酸表觀消化率,從而改善生長性能?!眳切耪f。

  同時,研究人員發現,飼喂滸苔多糖的雞空腸和回腸組織的絨毛高度明顯增長,隱窩深度較短,絨毛高度與隱窩深度比值較高。在蛋雞日糧中分別添加滸苔多糖1%、2%和3%,3種添加比例的滸苔多糖均可顯著提高蛋雞的產蛋率和日產蛋量;滸苔多糖鐵可改善缺鐵性貧血,提高仔豬對鐵的吸收,還可提高母豬繁殖性能,提高仔豬初生重、生長速度和免疫力。

  展望:將數十萬噸滸苔變廢為寶 

  數據顯示,僅青島海域2021年滸苔的最大覆蓋面積就達1746平方千米,那么,這項研究成果能為治理滸苔貢獻多少力量?

  “2021年全國飼料總產量為2.9億噸,其中豬飼料產量1.3億噸,按照每噸飼料添加500克滸苔多糖飼料添加劑計算,如果這一技術規?;瘧?,每年可將數十萬噸新鮮滸苔變廢為寶,實現良好的經濟效益和社會效益?!眳切耪f。

  目前,青島海大生物集團股份有限公司已完全具備將滸苔規?;瘧玫膶嵙?,生產的一級滸苔粉的純度達99%,一級粉的產率達到90%,可直接用于生物降解。該公司還能生產多種分子量的功能性滸苔寡糖及相關修飾產物。

  除了用作飼料添加劑,滸苔還有其他價值?!拔覀儓F隊目前還可將剔除的、含沙量大的滸苔粉制備的土壤調理劑系列產品用于改良酸性土壤,并開發了滸苔葉面肥、有機肥、沖施肥以及土壤調理劑等滸苔肥料產品?!眳切耪f。

  2020年開始,我國正式邁入養殖飼料禁用抗生素時代?!啊埂?,市場上涌現了中草藥提取物、精油、抗菌肽等一大批‘替抗’產品,但經過一年多的發展,飼料企業配方師開始有選擇性地‘做減法’,真正有價值、有效果的產品開始脫穎而出,而滸苔鋅化多糖在推廣過程中獲得了越來越多企業的認可,讓飼料企業多了一種來自海洋的‘替抗’新選擇?!眳切耪f,相信在當前農業發展趨勢下,滸苔將會有廣闊的發展空間。

  該研究系列成果先后發表于《食品與功能》《動物營養》《動物科學與生物技術》《營養前沿》等期刊。

  相關論文信息:http://dx.doi.org/10.1186/s40104-021-00648-1 

  http://dx.doi.org/10.3389/fnut.2021.783819 

  http://dx.doi.org/10.1039/D1FO02171K 

  http://dx.doi.org/10.3389/fnut.2021.747928 

  http://dx.doi.org/10.1016/j.aninu.2021.01.008 

  http://dx.doi.org/10.1080/10408398.2022.2043823 

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