“大小”并进 藻类育种新作为

文/本刊记者 杨阳

藻类营养物质含量丰富，不仅可供食用，还是医药、纺织、化工产业重要的原料。 我国是藻类养殖、消费和贸易大国，也是世界第一养殖大国。 据渔业统计年鉴数据显示，2019 年我国海洋藻类水产品养殖产量255.58 万吨。 藻类产业作为国家战略产业的重要组成部分，发展潜力巨大。

我国是藻类养殖大国，但并非严格意义上的藻类强国，我国藻类产业发展亟需发挥科技的支撑作用。 在养殖新对象和新种质开发方面， 需要培育易繁殖、不易脱苗、抗病烂、耐高温的优良种质，形成完善的育苗养殖体系；在养殖技术方面，创建新型养殖模式，推广绿色养殖技术， 做到安全清洁高效养殖；在加工技术方面，优化藻类产品加工工艺，实现藻类就地商品化、加工精深化，增加藻类效益。

国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项“重要养殖藻类种质创制与高效扩繁”项目（以下简称“项目”）聚焦培育主导养殖藻类新品种， 研发新型藻类育种技术，开发养殖藻类新对象，评估其生态适应性和安全性， 创新规模化制种和高效扩繁技术工艺，构建育、繁、推一体化技术体系，并进行示范推广。项目实施以来， 在培育新品种、 创新新技术、 开发新产品等方面取得一系列重大成果， 引领和支撑我国藻类养殖产业的健康、稳定、可持续发展。

新品种：耐高温坛紫菜“闽丰2 号”

坛紫菜是我国特有的一种可人工栽培的海藻，也是我国重要的特色经济海藻。 我国坛紫菜新品种只有4 个，良种覆盖率较低，不能满足多变的海域环境对新品种的需求。

参与项目的集美大学藻类研究团队在诱变、 杂交等传统选育技术基础上， 创新性地运用丝状体克隆育种技术，选育出品质优、耐高温和生长快的“闽丰2 号”。 该品种是以从福建平潭岛采集的野生坛紫菜中经细胞工程技术提纯培养获得的野生纯系为母本，以从平潭岛采集的野生坛紫菜中经60Co-γ射线辐照选育获得的诱变选育纯系为父本，杂交后获得的子一代群体作为选育基础群体，以生长速度和品质为目标性状，采用群体选育技术，辅以细胞工程技术，经连续4 代选育而成。

“闽丰2 号”极大缓解了坛紫菜产业良种匮乏、 高温烂菜损失严重等问题。与传统养殖品种相比，“闽丰2 号”耐高温上限均提高到30 摄氏度，有效应对了养殖期间的高温回暖天气。

耐高温是“闽丰2 号”的主要经济性状之一。 在实验室中，“闽丰2 号”在30摄氏度水温下培养10 天， 仍可正常生长，藻体只出现少量点状白烂，而传统养殖品种几乎完全腐烂。 在野外养殖过程中， 在秋季高温期海区栽培的‘闽丰2号’生长正常，而同海区栽培的传统养殖品种则发生大面积腐烂。

不仅耐高温，“闽丰2 号” 还具有高品质、生长速度快的优点。 在相同的栽培条件下，“闽丰2 号”与未经选育的坛紫菜相比， 生长速度平均提高25%，粗蛋白含量提高35.6%、 色素蛋白含量提高100.8%、4 种呈味氨基酸含量提高76.0%。

和另一坛紫菜品种“闽丰1 号”相比，“闽丰2 号”生长速度相当，但粗蛋白含量提高20.4%，4 种呈味氨基酸的含量提高14.8%。

坛紫菜“闽丰2 号”（左）与传统养殖品种在秋季高温期生长对比（图片提供：项目组）

在制种方面，“闽丰2 号”也有优势。“闽丰2 号” 叶状体成熟时易发育形成果孢子囊，方便规模化制种。“闽丰2 号”已经在山东烟台海域试养成功，使得‘南菜北养’的范围进一步扩大。

目前，坛紫菜“闽丰2 号”已累计在水产上示范应用超过8 万亩，其高产、优质和抗逆性状得到了养殖户的高度肯定， 对促进我国坛紫菜产业的持续健康发展、扩大“南菜北养”具有重要意义。

在主导养殖藻类育种技术及新品系（种）培育方面，除了坛紫菜“闽丰2 号”新品种外，项目还培育个体粗大“根系”发达海带新品系、稳产高品质条斑紫菜新品系、生长快、抗逆性强的龙须菜等新品系；在种质库构建方面，项目组已构建主导养殖藻类种质库4 个，包括坛紫菜核心种质库1 个、海带种质库1 个、条斑紫菜种质库1 个、江蓠属种质数据库1 个。

新技术：经济藻类的分子精准设计育种技术

我国藻类养殖规模居世界之首， 但品种培育仍主要依赖于选择和杂交等传统育种技术。 传统育种技术周期长、良种数量少，导致我国藻类良种制种和扩繁效率低下。 基因组编辑技术是未来精准育种的关键，是保障相关产业健康发展的重中之重。基因组选育和基因组编辑等一些新兴的精准分子设计育种技术目前主要基于陆地农作物， 将其应用于经济藻类育种实践在该项目实施前还面临关键技术瓶颈。

项目牵头单位中国科学院海洋研究所藻类研发团队在重要经济海藻基因组编辑及其分子精准设计育种技术研发方面取得突破， 实现了大型经济海藻条斑紫菜基因组编辑， 使条斑紫菜成为继水稻之后具有模式生物物种特点的水生经济生物， 具有广泛深远的意义。所谓模式生物，即生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究， 用于揭示某种具有普遍规律的生命现象， 这种被选定的生物物种就是模式生物。

项目组聚焦重要大型经济海藻， 也就是目前主要的食用藻类条斑紫菜， 利用基因组编辑技术进行精准育种技术研发。 利用优化后的基因密码子，完成重要功能原件的组装， 构建出多个需要的基因质粒载体。 通俗来讲，这种质粒载体类似“运输工具”，利用这种“运输工具”可以高效导入紫菜叶状体和丝状体中，使其把特定的基因敲升、敲降或者敲除。

通过一系列的技术操作， 项目团队实现了功能基因在条斑紫菜中的过表达与反向沉默， 并利用这一方法已获得多个具有重要性状的基因编辑藻株。 这是首次在大型经济海藻中实现基因组编辑， 尽管具有重要经济性状的藻株还没有培育出来，但是关键技术已经突破。 除了将相关技术运用在大型经济藻类上， 项目组也在经济微藻上进行了相关研究，主要是三角褐指藻。

针对经济微藻三角褐指藻， 项目团队进一步优化了基因转化技术， 发明了利用微生物技术将外源质粒载体导入受体三角褐指藻细胞的新方法，进行了功能基因的批量敲除，实现了多个基因的敲除，基因组编辑效率高达80%以上，实现了基因组的精准编辑。

利用精准分子设计育种技术，项目培育了具有重要经济性状的基因组编辑新种质，成功培育了高岩藻黄素含量三角褐指藻新种质，在实验室培养条件下岩藻黄素相对含量提高20%以上。这是在国际上首次获得了经过基因组编辑的具有重要经济性状的微藻新种质。

这一新种质是藻类良种创制方面取得的重大技术革新成果， 为我国系统开展精准设计育种奠定了基础，将有效驱动我国藻类养殖产业转型升级，引领了藻类传统育种到分子精准设计育种的创新发展，构建具有国际竞争力的新型藻类产业生产体系。

新产品：贝虾类饵料“藻倍”和“藻佳”

水产养殖可以看成是一种物质转化的过程，也就是通过水产养殖， 把饵料或肥料转化为水产养殖生物的过程。 水产养殖单位面积产量的高低和经济效益的好坏， 在很大程度上取决于使用的饵料是否合理和投饵的技术是否科学。 水产养殖的重要工作之一就是构建饵料体系， 目前贝虾类养殖场一般采用养殖活体微藻饵料， 但活体微藻养殖存在很大的风险性。

针对贝虾类养殖过程中微藻饵料的需求， 项目参与团队国投生物科技投资有限公司和中国科学院水生生物研究所利用等鞭金藻在室外管道式光生物反应器放大培养工艺，批次培养规模体积达到了50吨，细胞培养浓度可达1.7 克/升。 培养出的金藻产品生物质品质较好，营养物质高，DHA 含量为1.5～2.7%，岩藻黄素含量为1.2～1.8%，蛋白含量为40～50%，总脂肪酸含量为12～14%。

在此基础上，项目相关团队将其开发成贝类育苗饵料“藻倍”“藻佳”等产品。80%的‘藻倍’替代活藻的贝类育苗效果与传统活藻育苗效果相当，能很好地替代现有贝类育苗活藻饵料， 用于扇贝、牡蛎、文蛤、青蛤、菲律宾蛤、泥蚶、缢蛏等贝类的育苗。 经过试验可提高虾夷扇贝出苗量1 倍，还能提高文蛤苗整齐度和抗气温波动能力，提高了饵料稳定性。“藻佳”是虾苗的首个人工开口饵料，同时可用于虾苗育苗全周期使用， 与现有虾苗饲料相比，可提高虾苗存活率5～20%。

这两个产品是国内首创， 为水产配合饲料的开发及人工育苗技术的改进提供了理论和实践指导， 是藻粉在水产饵料领域应用的一次重大探索与实践。

“藻倍”、“藻佳”两款产品可以有效地避免在育苗期间因饵料供给不足而引发的减产甚至绝产问题，对提高水产动物育苗稳定性和苗种质量，为我国水产养殖的健康发展提供了重要的保障，对推动饵料行业工业化进程具有积极意义。

在一些特殊情况下，“藻倍”“藻佳”还有新的优势。 活藻饵料需要微藻专业技术人员进行培育，在新冠肺炎疫情这种特殊时期，采用“藻倍”“藻佳”可有效避免减少人员聚集，同时也解决因相关人员不能到岗影响育苗生产的问题。

目前，“藻倍”和“藻佳”已经在山东、河北、浙江、福建、辽宁等区域进行了推广销售，并与烟台海益苗业有限公司、黄骅海壬水产种业科技有限公司等公司签订了销售合同。