編 寫 李振、承豪、子鈺、Candela
還記得那一期乾貨滿滿的"魚菜共生"專題嗎？（戳我了解）本期X檔案為大家奉上新的一篇"微藻"專題資訊。小編熬夜學習藻類知識，還拉上了清華大學蘇州環境創研院的藻類研究專家李振老師把關內容的科學性，力圖為您呈上一份清晰易懂的科普大餐。（全文3500字，閱讀時間7分鐘）
在大自然中，藻類是水體生態不可缺少的一部分。自然養殖水體主要由「初級生產者、消費者和分解者」三者構成完整生態閉環。
其中，以藻類為主的初級生產者通過光合作用吸收二氧化碳，高效利用無機物（如氨氮）製造有機物，並產生氧氣（水生生物的主要氧氣來源）；包括輪蟲等浮遊動物以及魚、蝦、蟹、貝等水體生物在內的消費者，也會通過攝食藻類獲取有機營養；而以芽孢桿菌、乳酸菌等微生物為主的分解者則通過分解消費者產生的殘餌、糞便和死屍，將這些有機物分解為氨氮、各種離子等無機物，便於作為初級生產者的藻類再次循環利用。
水體生態系統示意圖（圖源：google image）
上述模型是一個簡單的水體生態系統閉環，而在商業水產養殖中，養殖池塘水體中通常有大量的消費者（魚、蝦、蟹、貝）和分解者（細菌），初級生產者（藻類）則相對較少，造成水體中對水生動物有害的氨氮含量超標。為了提高養殖池塘水質，人為定向培養並增加水體中有益的初級生產者就成為了當下流行的解決方案之一。
近年來，初級生產者之一的藻類中體積最小的微藻在水產養殖中的特殊優勢越來越受關注。微藻能通過光合作用為養殖水體增氧，有著抗菌和益生作用，同時還是營養豐富的天然水產飼料。這些優勢幫助微藻在水產養殖中發揮豐富作用，也是本期專題的主角。
顯微鏡下的微藻：雨生紅球藻（圖源：李振）
藻類（algae）是低等植物的一種。相比多細胞結構的高等植物，藻類的結構更為單一，沒有根、莖、葉等器官分化，多數為無性繁殖，通常具有細胞壁、細胞膜、細胞核和色素體。簡單來說，藻類是無胚胎而具葉綠素的自養葉狀體孢子植物。
藻類在地球上廣泛分布，絕大多數生活在水體中，大小不一。直徑小如小球藻（Chlorella）僅有3~5微米，大如巨藻（Macrocystis phrifera）則將近60米。藻類學家一般將藻類分為11個門：藍藻門、金藻門、黃藻門、硅藻門、甲藻門、隱藻門、裸藻門、綠藻門、輪藻門、褐藻門、紅藻門。其中，體積很小、肉眼難以識別的微藻常見於前八個門，而大型藻類常見於後三個門。
咱常吃的海帶(褐藻門)是一種大型藻類(圖源:李振)
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目前藻類有超過三萬個已知品種，不同品種在水產養殖中的應用場景和功能都不盡相同，甚至同一種藻在活著和死亡時的應用效果也不一樣。因此，根據實際需求和條件來選擇並調整藻類在養殖環境中的應用形式極為重要，需要反覆的實驗和嘗試。其中，水產養殖中常使用的微藻品種主要為硅藻、金藻和綠藻等。
由於我國人口眾多，對食品的需求巨大，集約化養殖模式或將成為我國水產養殖的主要發展方式。集約化養殖採用了網箱、網欄等設施隔離出養殖空間，採取封閉式管理，有嚴格的疾病防治措施，追求規模化、高效率的生產，穩定地供應市場。
而這種養殖模式的主要挑戰之一，是含有大量顆粒有機物、未消化的飼料和糞便溶解的營養素的廢水對環境造成影響。這些汙染物會推動接收水域的富營養化過程，導致浮遊植物大量繁殖、衰老和解體，導致水體溶解氧不足，最終產生危害養殖場的汙染物。密集養殖魚類的廢水的主要物質是銨(NH4+)，而清理這種物質目前使用的細菌系統價格昂貴，增加了養殖成本。
相比細菌濾池，微藻濾池具有較好的抗菌和益生作用，可抑制病原菌的增殖。微藻具有較高的光合效率、銨離子吸收率及氮素吸收速率，經廢水培養的微藻還可產生高價值的生物量。細菌的優勢是在去除銨離子時比微藻使用更少的碳，減少了潛在的氨的形成，然而細菌會將氨轉化為硝酸鹽，間接導致水體富營養化。綜合來看，使用微藻濾池能更有效地處理廢水，吸收和循環利用水產養殖廢水中的營養物質和重金屬。
儘管細菌和藻類在水質處理上各有優勢，但在養殖水體生態中，它們並非「敵對」關係。在養殖池塘中，微藻等藻類和細菌在消化效率低、新陳代謝緩慢的天生「直腸子」的魚類所產生的高濃度養殖廢水中「繁榮生長」，形成了共生系統。藻類生物濾池可以幫助好氧細菌利用藻類光合產生的氧氣。相應的，細菌氧化有機碳化合物形成的二氧化碳被藻類利用。這些共生作用實現「藻類平衡細菌群落、細菌調節藻類生長」的雙贏。養殖池塘還可以添加附生植物，作為藻類、細菌以及其他微小生物的「家」，其截留作用十分顯著，能大大加強水質淨化的效果。在安全養殖方面，藻類也能助魚一臂之力。定向培養藻類能避免水體富營養化，降低水華爆發的機率。例如，微藻能夠通過減少養殖水體中氨、氮、亞硝酸鹽等對水產動物有害物質的含量，保證了水體安全，避免養殖魚蝦等水產動物中毒死亡。
02 作用之二：水體增氧
微藻在進行光合作用時會釋放氧氣，養殖戶可以藉此機制，通過在養殖池塘中投放微藻對水體進行立體增氧。微藻等浮遊生物產生的納米級氧氣氣泡可以成為養殖池塘主要的溶氧來源，減少了養殖池塘對增氧泵的需求，節約電力和養殖成本。
投放了藻類的水產養殖池（圖源：李振）
然而，養殖戶的工作並非僅僅投放微藻這麼簡單。為了穩定維持水體溶氧度，養殖戶需要隨時按需施肥調整水中微藻群的規模。當微藻群數量維持在合理範圍內時，這些微藻能夠吸收氨氮和亞硝酸鹽等對魚蝦的有害物質，微藻產生的氧氣同時促進硝化細菌對上述物質的硝化作用。然而，如果某種藻類在水體營養過度的條件下爆發生長，在池塘中形成水華，將釋放大量氨氮和亞硝酸鹽，消耗溶氧，造成水中魚蝦死亡。為了避免水華，養殖戶需要對養殖池塘進行實時監測，依靠經驗與知識進行判斷，及時採取措施對水質進行調整控制。
微藻不僅能對水體增氧、淨化水質，還是水產動物的優質天然飼料。相比水產飼料主要成分之一的魚粉，微藻有著更高的胺基酸含量，並且含有魚蝦幼期生長所需的多不飽和脂肪酸（如我們常說的omega－3和omega－6）、蝦青素和β-胡蘿蔔素，使微藻成為一種營養豐富的水產飼料。
圖源：水產資料大全
同時，微藻還可以作為次級飼料提高其它動物飼料的營養含量，滿足魚、蝦、蟹、貝等各類水產品種對不同飼料的需求。以微藻為食的輪蟲是常見的水產動物開口飼料，實驗證明輪蟲可以提高泥鰍、鱅魚、真鯛稚等品種幼魚的生長速度和成活率。投餵微藻給輪蟲，能夠提高輪蟲含有的不飽和脂肪酸和維生素等營養含量，意味著微藻不僅自身是營養豐富的飼料，還可以用於提高輪蟲等動物飼料的營養含量，效益翻倍。值得一提的是，輪蟲在池塘中爆發性增長也會大量消耗水體氧氣，造成水產動物缺氧死亡，屍體的分解過程同時汙染水質。因此，養殖管理需要進行多方面監測，生態閉環中的任何一個群體的驟增或驟減，都會影響養殖環境的穩定。包括微藻在內的許多藻類在水產養殖中扮演了重要角色，本文僅僅是管中窺豹。除了微藻，藻類中體積較大的大藻也是常見的水產養殖「外援」，如目前常規的藻類生物濾池多為大藻濾池。然而，大型藻固然是被更多眷顧的一群「幸運兒」，微藻也有其特殊優勢。微藻所具有的高光合效率和氮素吸收率、抗菌和益生作用，甚至是作為魚、蝦、蟹、貝最優的天然開口餌料所具備的高價值，讓微藻在競爭殘酷的水產養殖技術中佔據了一席之地。藻類未來在水產養殖的應用前景十分光明，還需我們持續關注。
[1]https://www.btlliners.com/types-of-cultured-algae
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/TD5fKWsdujDjoy2jXEXdWQ
[3]https://www.21ks.net/lunwen/scfzlw/161831.html
[4]http://www.shuichan.cc/article_view-61326.html
[5]https://zhuanlan.zhihu.com/p/42942668
[6]https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyMTM0ODg5NQ==&mid=2247484689&idx=1&sn=fee84787162767269ca26509df8da17f&mpshare=1&scene=1&srcid=0913k2QwN3z24tbqCU3DoFFh#rd
Fredrick Kpamber 和 Kingsley Safo這兩位西非企業家對水產養殖有著濃厚的興趣，兩人都注意到在加納和奈及利亞養殖羅非魚具有較大的商機，並很快創辦了一家名為「生物綠色農業」的企業。該企業採用「魚菜共生」模式，在羅非魚養殖池中投放藻類和其他植物，使其既可用作魚類飼料，又可用作農業肥料。
水產養殖研究與發展中心 (ARDEC) 通過研究發現，像羅非魚這種雜食性魚類在多樣化的飲食選擇面前，它本能地偏愛植物性餌料（某些類型的藻類）和一些天然餌料。當這些資源充足時，羅非魚的免疫力（魚體健康）、外貌、味道、肉質、繁殖力和魚苗存活率都呈現出積極的狀態。
Safo和Kpamber在參觀歐洲的魚菜共生系統展會時讚嘆道，歐洲養殖公司可以為了生產幾千克的魚，而開發各類高科技投入到他們的魚菜共生養殖設施中。他們認為，如果非洲要從魚菜共生系統中受益，那麼必須努力開發效率更高的系統，減少限制，培育出羅非魚鍾愛的植物餌料並將其作為農業肥料，推動生態驅動型優化。
▍來源
編譯 鈺潔 毒舌 顏溢
水產養殖業是世界上最大的魚粉魚油「消費者」。人工養殖魚的飼料中含有大量魚粉和魚油，而魚油是由小型野生飼料魚製成的，這些物種是海洋食物網的重要組成部分。然而，隨著氣候變化對海洋產生的巨大影響，許多這類海洋生物的種群數量正在減少或瀕臨滅絕。
為走出餌料魚原料減少的困境，UCSC（加州大學聖克魯茲分校）的兩位教授通過研究檢驗了微藻（微型藻類）的替代性價值，這種單細胞海洋生物能夠代替魚粉和魚油，用於生產飼料。研究人員計劃啟動鱒魚養殖項目，為鱒魚提供團隊自行生產的不同配方的飼料，並監控鱒魚的健康和成長。鑑於鱒魚以昆蟲和其他魚類為食，研究人員通過採用在飼料中混合不同類型微藻的方式，減少魚原料含量，降低使用藻類作為鱒魚飼料的難度。
科學家的可持續水產養殖計劃不僅僅開發了一種對海洋更「友好」的飼料配方，他們還計劃回收生產過程中的廢水。水產養殖廢水中含有植物所需的氮和磷，為此，研究人員通過創建一個閉環系統，該系統將對廢水進行處理，使水在水箱內循環，通過徑流澆灌並種植農場的有機蔬菜，能夠避免徑流產生的水華並降低破壞自然生態系統平衡的風險。
水產養殖是人類糧食系統的重要組成部分，並且在未來將朝著環境可持續的方向不斷發展。
▍來源
藻類除了用作魚類養殖以外，也是貽貝育苗的優質飼料。近日，蘇格蘭海洋科學協會（SAMS）發現以「定製」的藻類餵養貽貝幼體，可獲得最高生長率。
蘇格蘭的貽貝養殖目前主要依賴於野生苗種，因此野生種群的數量便在一定程度上限制了該產業的發展。而定製藻類的出現，則為人工育苗帶來了一線希望。SAMS所說的「定製」並非基因改造，而是利用藻類本身的進化能力，如創造營養元素、光照、溫度等適宜的生長條件來使藻類生長出合適的大小和營養成分。以人體來類比，相比無選擇性的胡吃海塞，有效管理的飲食會使人更健康。啟動該養殖系統將需要一筆初始成本，但從長期來看，成規模的育苗成本則會大大減少。
類似的育苗模式已在20世紀90年代見於紐西蘭的青口貝育苗業，到現在該育苗場已佔據全國青口幼苗30%的市場份額。
https://thefishsite.com/articles/designer-algae-could-make-bivalve-hatcheries-10-times-more-efficient在海上的日子讓我知道了風的顏色是藍色，浪花裡也會有彩虹。世界被大海相連，我們在海上相遇結緣，看著同樣的日出和月圓，其實沒有什麼起始，我們都只是在經歷著而已。
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