【中国科学报】科学“打浒” “苔”里找“糖”

  

  浒苔是一种有着极强环境适应能力与繁殖能力的石莼科、浒苔属的大型海藻,在各沿海国家近海广泛分布。它虽无毒,但大规模暴发会影响海底藻类和养殖水产品的生长,甚至对其他海洋生物造成不利影响。

  自2007年以来,浒苔绿潮已连续15年侵袭我国黄渤海海域,呈现连年增加的趋势。《中国海洋灾害公报》统计数据显示,2008年暴发的浒苔绿潮,在山东省、江苏省沿岸和近海海域最为严重,造成直接经济损失达13.22亿元。

  在此背景下,如何有效“打浒”、更好地挖掘其生物资源价值,成为热点话题。

  中科院亚热带农业生态研究所和青岛海大生物集团股份有限公司联合共建的海藻源无抗饲料研发实验室,先后联合中外研究机构开展系列研究,攻克了海藻酶解多糖与金属离子螯合技术,开发出具有生物活性、高效稳定的浒苔多糖饲料添加剂,为浒苔新用开辟了道路。

  猜想:浒苔能否改善动物肠道健康? 

  大规模暴发的浒苔虽招人厌,但它并非一无是处。一些研究发现,浒苔中某些成分可以有效治疗皮肤癌,有着良好的药理作用。在能源利用方面,它也可以制成生物质油,成为一种制造新能源的原材料。

  “我国医籍和民间经验认为,大型绿藻不仅有丰富的营养价值,而且具备清热解毒、抗菌消炎、降胆固醇、消肿利尿化疾等功效。”中科院亚热带农业生态研究所研究员吴信表示。

  浒苔多糖是浒苔的主要活性物质,可通过生物酶解后提取得到。大量研究表明,浒苔多糖拥有独特的海洋硫酸基团,具有免疫调节、抗肿瘤、抗突变、抗辐射、抗凝血及抗病毒等多种功效。

  中国工程院院士管华诗曾开发第一个海洋药物藻酸双酯钠,用于心脑血管疾病治疗。在动物营养领域,已有酵母细胞壁多糖、香菇多糖、黄芪多糖、壳寡糖等作为饲料添加剂被使用。这给研究团队一个启示:浒苔多糖是否也能在动物肠道健康等方面发挥作用,进而应用于动物营养领域?

  其实,国际上以海藻粉作为水产及畜牧饲料已有几十年的历史。海藻粉含有极为丰富而独特的营养物质,很多试验和研究证明海藻对动物无毒副作用,用作饲料添加剂能改进饲料的营养结构并提高饲料利用率,对多数鳗鱼、虾、蟹有较好的促生长作用。

  吴信介绍,我国近10年来对海藻饲料粉进行了一些研究,但与发达国家相比,生产和应用水平还相去甚远。

  “浒苔的环境适应能力强,在低光照和低温等不利条件下都可以繁殖。综合上述相关因素,我们团队考虑将浒苔和动物肠道健康联系起来,并最终研制出了海藻多糖饲料添加剂。”吴信说。

  难点:发现浒苔多糖最出色的片段 

  通过开展系列研究,他们攻克了海藻酶解多糖与金属离子螯合技术,开发出具有生物活性、高效稳定的海藻多糖系列饲料添加剂,并在企业中开展了一系列动物“替抗”试验。

  “浒苔多糖的结构十分复杂,如何在高效利用主要活性成分且不干扰其他成分发挥功效的同时结合金属离子发挥双重作用,是该研究最大的难点。”吴信介绍,从产生浒苔多糖降解酶微生物的筛选,到酶的高通量制备,再到浒苔多糖的分子量精准制备,团队进行了无数次试验,最终得到了最出色的高活性多糖片段。

  研究结果表明,浒苔多糖可改善动物机体生长性能,促进肠道发育,提高肠道免疫应答,调节肠道微生态。浒苔多糖及其金属络合物在肉鸡、仔猪饲养以及母仔猪一体化方面都有生产效率上的提升。

  “研究发现,浒苔多糖可以代替抗生素预防仔猪腹泻,提高仔猪天然免疫能力、降低肠道炎症因子的表达。肉鸡试验表明,浒苔多糖组的饲粮体重和平均日增重均显著高于基础饲粮。我们在饲粮中添加浒苔多糖锌络合物后发现,浒苔多糖锌可调节肉鸡回肠氨基酸表观消化率,从而改善生长性能。”吴信说。

  同时,研究人员发现,饲喂浒苔多糖的鸡空肠和回肠组织的绒毛高度明显增长,隐窝深度较短,绒毛高度与隐窝深度比值较高。在蛋鸡日粮中分别添加浒苔多糖1%、2%和3%,3种添加比例的浒苔多糖均可显著提高蛋鸡的产蛋率和日产蛋量;浒苔多糖铁可改善缺铁性贫血,提高仔猪对铁的吸收,还可提高母猪繁殖性能,提高仔猪初生重、生长速度和免疫力。

  展望:将数十万吨浒苔变废为宝 

  数据显示,仅青岛海域2021年浒苔的最大覆盖面积就达1746平方千米,那么,这项研究成果能为治理浒苔贡献多少力量?

  “2021年全国饲料总产量为2.9亿吨,其中猪饲料产量1.3亿吨,按照每吨饲料添加500克浒苔多糖饲料添加剂计算,如果这一技术规模化应用,每年可将数十万吨新鲜浒苔变废为宝,实现良好的经济效益和社会效益。”吴信说。

  目前,青岛海大生物集团股份有限公司已完全具备将浒苔规模化应用的实力,生产的一级浒苔粉的纯度达99%,一级粉的产率达到90%,可直接用于生物降解。该公司还能生产多种分子量的功能性浒苔寡糖及相关修饰产物。

  除了用作饲料添加剂,浒苔还有其他价值。“我们团队目前还可将剔除的、含沙量大的浒苔粉制备的土壤调理剂系列产品用于改良酸性土壤,并开发了浒苔叶面肥、有机肥、冲施肥以及土壤调理剂等浒苔肥料产品。”吴信说。

  2020年开始,我国正式迈入养殖饲料禁用抗生素时代。“‘禁抗’后,市场上涌现了中草药提取物、精油、抗菌肽等一大批‘替抗’产品,但经过一年多的发展,饲料企业配方师开始有选择性地‘做减法’,真正有价值、有效果的产品开始脱颖而出,而浒苔锌化多糖在推广过程中获得了越来越多企业的认可,让饲料企业多了一种来自海洋的‘替抗’新选择。”吴信说,相信在当前农业发展趋势下,浒苔将会有广阔的发展空间。

  该研究系列成果先后发表于《食品与功能》《动物营养》《动物科学与生物技术》《营养前沿》等期刊。

  相关论文信息: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