我國裙帶菜人工育苗技術研究進展

2015-06-24 11:25:43曹淑青李保全

河北漁業 2015年6期

曹淑青李保全

裙帶菜（Undaria pinnatifida）是溫帶性一年生大型褐藻，在生物學分類系統上屬褐藻門、褐子綱、海帶目、翅藻科、裙帶菜屬，是中國三大經濟海藻之一[1-2]。裙帶菜營養物質含量豐富，包括多種氨基酸和維生素，還含有人體必需的不飽和脂肪酸，其營養和保健功能也越來越引起人們重視。裙帶菜富含褐藻糖和碘，可用來降血脂和預防甲狀腺腫。此外，裙帶菜也是提取褐藻膠的重要原料[3]。

裙帶菜是北太平洋特有種，自然分布在中國、日本和朝鮮等國。我國自然生長的裙帶菜主要分布在浙江省的舟山群島及嵊泗島，垂直分布于低潮線的上部或潮間的小池沼中，藻體長度很少超過1 m。大連及山東半島地區的裙帶菜則經過朝鮮半島從日本移植過來的[2]。我國裙帶菜苗種培育和人工栽培的基礎研究始于20世紀60年代，80年代開始進行大規模人工栽培，90年代以來，為了從根本上解決大規模苗種的工廠化生產問題，我國進行了較大規模的裙帶菜室內全人工育苗試驗并獲得成功。至2012年我國裙帶菜的栽培規模已達10萬臺浮筏，年產量達32萬t鮮品，良種覆蓋率達100%，產量已大幅度超過韓國的出口量和日本的國內生產量，我國已成為名副其實的裙帶菜生產與出口大國[4]。近年來，隨著裙帶菜栽培規模的不斷擴大和人們對其營養與保健功能認識的的日益提高，國內外學者圍繞裙帶菜的生長發育、生殖生理、人工育苗、育種、栽培技術及營養保健食品的開發做了大量的研究工作。本文對近年來我國裙帶菜人工育苗技術研究進展做一綜述。

1裙帶菜的生物學

1.1外部形態和內部構造

裙帶菜的大型藻體稱孢子體，藻體分為固著器、柄部和葉片三部分，固著器呈叉狀分支固著在基質上，柄稍長略隆起貫穿葉片中央形成中肋，中肋兩側為羽狀裂葉形成的葉片。在孢子體成熟時，柄部兩側形成木耳狀重疊的孢子葉，孢子葉表面形成單室孢子囊群。裙帶菜的內部基本構造由表皮、皮層和髓部組成。裙帶菜的特征構造有粘液腺和叢生毛。粘液腺是由表皮細胞特化而成的多角形腺體，是由多個細胞形成的腔體，開口于表皮表面，主要分布在葉片基部和中部。叢生毛生于葉片表面的毛窩內，約十余根，藻體長度達30 cm以上時，在葉片的中上部即出現叢生毛。隨著藻體的長大，叢生毛數量逐漸增多。一般情況下，生長在水溫較高和營養鹽含量較低海區的裙帶菜叢生毛出現的時間早，長度較長[1-3]。

1.2繁殖和生活史

裙帶菜的生活史是由大型葉狀體的孢子體世代和小型絲狀體的配子體世代相互交替所組成，屬于典型的異型世代交替生活史類型。孢子體世代細胞染色體為2n，配子體世代細胞則為n。在自然狀態下，我們所見到的裙帶菜藻體為孢子體，生長期為一年生，而配子體生長時間很短，只有一個月左右的時間。

裙帶菜的繁殖方式有無性繁殖和有性生殖兩種方式。無性繁殖時，在藻體柄部木耳狀的孢子葉邊緣上形成單室孢子囊，單室孢子囊成熟之后放散出游孢子，萌發形成雌、雄配子體。有性生殖則進行卵式生殖，由雌、雄配子體產生卵囊和精子囊，成熟后形成卵子和精子，精卵結合后形成幼孢子體[2-3]。

2裙帶菜的人工育苗

裙帶菜人工育苗法可分為兩類：一類是目前生產上廣泛采用的常規采孢子的育苗方法，可分為海上半人工采孢子育苗法和室內常溫度夏全人工育苗法。另一類是配子體采苗和育苗法，利用無性繁殖的配子體進行育苗，又稱細胞工程育苗法或單倍體克隆育苗法[2，5]。

2.1半人工育苗（人工采孢子海區育苗）

半人工育苗是在早年海底自然繁殖育苗法的基礎上進一步完善而形成的，是一種較原始的育苗方式。該方法應用局限于夏季水溫較低，高水溫期較短的北方沿海，也是我國北方和日本北部沿海主要采用的育苗方式。其大體程序是：在種藻成熟的季節采集種藻的孢子葉，經陰干刺激后在室內池中大量放散游孢子，將栽培苗繩浸入高濃度的游孢子水中進行短時間附著，然后將栽培苗繩直接掛在浮筏上進行海區育苗。待海區水溫下降至21 ℃，苗繩上幼苗肉眼可見時，即可將苗繩分散、平養，不用再進行后期的分苗。這種育苗方式的優點是省略了室內培育、分苗等程序，易被生產單位接受。其缺點是育苗期間雜藻、浮泥及貽貝、藤壺等生物的大量附著和海上風浪的影響，出苗不穩定，同時加大了育苗管理的勞動強度。另外，由于配子體成熟后在海區內受精，優良品種在自然海區中易與野生種混雜，其優良性狀難以維持，影響裙帶菜的產量和質量[5-6]。目前在我國裙帶菜栽培生產中已經極少采用這種育苗方式。

2.2全人工育苗（室內全人工育苗）

全人工育苗是采孢子及育苗的全過程均在室內人工控制條件下進行幼苗培育的方法。一般大連地區在6月中、下旬采苗，9月底出庫，育苗過程持續三個多月時間，整個培育過程都是在常溫、自然光條件下進行。全人工育苗具有育苗密度大、出苗率穩定和管理操作簡單等優點，是一種先進的育苗方式。該種育苗方式自70年代以來在日本南部和韓國沿海被廣泛使用，目前也是上述地區裙帶菜苗種的主要生產方式。我國在90年代初試驗成功并大規模投入生產，從根本上改變了我國裙帶菜栽培生產單純依賴半人工苗種的現狀，不僅有效地彌補了半人工苗種生產不穩定造成的苗種數量不足問題，極大地提高了栽培裙帶菜的產量，而且通過分苗有效地控制了栽培密度，保證了優良品種的遺傳性，大幅度提高了產品的質量和在日本市場上的競爭力。目前人工苗種在大連地區栽培裙帶菜中的使用率超過90%，并且呈逐年增加的趨勢[7-9]。

與半人工育苗方法相同，全人工育苗也是首先在室內采孢子，采苗用的附著基是用維尼綸繩或棕繩編制成的苗簾。孢子水的最適濃度是50～60個游孢子/視野（100×），附著時間2～3 h以上，游孢子附著后在室內育苗池中萌發形成雌、雄配子體。全人工育苗在室內育苗期間要經歷配子體生長，配子體休眠，配子體成熟，幼孢子體生長4個階段。

該項育苗技術的關鍵是光照的控制和營養鹽的補充，同時開窗通風結合換水來達到降低水溫的目的。因此針對全人工育苗室內培育的4個階段要采取不同的管理措施。

2.2.1配子體生長階段該階段是指采苗后至高溫期（23 ℃）到來之前的培育階段，管理目的是既要使配子體長到足夠大小，又不要使其大量成熟，同時要注意控制硅藻、藍藻等雜藻的大量繁衍，一般光照要控制在2 000 lx以下。

2.2.2配子體休眠階段當培育水溫達到23 ℃以上時為裙帶菜配子體渡夏階段。此階段起止時間的早晚和持續時間的長短因地區緯度不同而異，大連地區一般在8月初至9月初約30 d左右的時間。此階段管理要點是光照強度的控制，光照強度過低或者黑暗會使配子體失去活力，待水溫下降后配子體重新生長發育的恢復時間較長，導致出庫時間延后，難以達到早出苗、出大苗的目的；光照強度過高，將造成硅藻、藍藻的大量繁衍，影響育苗效果。此階段光照強度控制在300～500 lx。

2.2.3配子體成熟階段在培育水溫降至23 ℃以下的9月初，裙帶菜配子體逐漸從休眠階段轉入成熟階段。此期間主要是配子體從休眠中恢復細胞活力開始發育，是能量積累的重要時期，此階段光照強度逐漸增強至3 000 lx左右。

2.2.4幼孢子體生長階段受精卵經過多次細胞分裂后成為多細胞的幼孢子體，進入幼孢子體的生長階段，此階段培育水溫的變化及光照強度的控制對幼孢子體的生長有很大的影響。在21～19 ℃水溫條件下，將光照強度控制在3 000～4 000 lx范圍內能促進幼孢子體快速生長[4，10]。

2.3配子體采苗及育苗

配子體采苗及育苗又稱裙帶菜細胞工程育苗技術或單細胞克隆技術，是80年代末出現的一種全新的育苗技術。配子體采苗是采用人工大量培養裙帶菜的配子體，在適宜的時機將配子體切碎，使其附著在苗簾上并培養出裙帶菜幼苗。配子體采苗及育苗的大致過程是：選擇優良種藻，分離出雌、雄配子體，進行配子體的快速豐富培養，在水溫合適時利用大量增殖的裙帶菜配子體進行育苗。

與孢子采苗相比，配子體采苗及育苗有其本身的優點：可以利用少量具優良品質的種藻的配子體培育出大量裙帶菜幼苗；由于配子體的增殖培養是在室內控制環境條件下完成的，因而在一年四季均可進行采苗，不受種藻繁殖季節限制，從而使育苗時機的選擇變得靈活。可以避開夏季高水溫期，只在水溫適宜的季節里育苗，省略了配子體生長、渡夏等培養階段，直接進入配子體的成熟階段，從采苗至幼苗出庫僅需30 d左右。這樣便減少了雜藻的危害和偶發性水溫回升的不利影響，同時縮短了育苗周期，提高了育苗的穩定性，還可使育苗成本得到降低。這種方法對在室內育苗的時間達4個月以上的山東以南沿海具有較大的利用價值。這一方法的另一個優點是在一年內可以進行多次育苗，使多茬栽培成為可能[11-13]。

但在生產中也有缺點：（1）生產中配子體的來源不好解決，擴大培養時易被雜藻污染；（2）配子體采苗的難度比較大，不僅存在密度問題，而且需要注意配子體的切碎大小（這同配子體的成活率密切相關）；（3）配子體附著時間的把握要很準確，在大規模生產中操作困難。

3小結

我國裙帶菜苗種培育和人工栽培的基礎研究始于20世紀60年代，80年代開始進行大規模人工栽培，其育苗方式以半人工育苗為主。90年代以來，我國進行了較大規模的裙帶菜室內全人工育苗試驗并獲得成功，改變了裙帶菜栽培生產的苗種單純依賴半人工育苗，苗種生產不穩定和栽培裙帶菜種質混雜的狀況，極大地提高了栽培裙帶菜的產量、質量和在日本市場的競爭力，為我國裙帶菜產品大量進入日本市場奠定了良好的基礎。目前裙帶菜栽培生產中全人工苗種的使用率達到90%。配子體采苗及育苗技術由于配子體在室內保藏及擴大培養過程中易受雜藻污染，無法為裙帶菜大規模栽培生產提供苗種，但這種育苗方式在雜交育種、種質改良方面有重要意義[14]。

我國目前栽培裙帶菜全部為日本引進種，良種覆蓋率達100%，主要是“三陸裙帶菜”和“鳴門裙帶菜”。引進的裙帶菜種菜在我國海域經過幾代栽培后，會出現柄加長、葉片變窄、藻體變薄、色澤變淺等明顯的性狀退化現象。在2011年日本大地震引起核泄漏之前，我國每年或隔幾年要從日本引進裙帶菜種苗進行苗種的更新換代和種質改良。因此，在當前裙帶菜人工育苗技術日臻完善的形勢下，培育優良的裙帶菜栽培新品系將成為今后育苗研究的主要方向。

與海帶相比，裙帶菜栽培在育種方面的研究較少，傳統的育種技術主要采用雜交篩選的方法，但這種方法育種有明顯的周期長、優良性狀分離的缺點。裙帶菜單倍體克隆是將游孢子或配子體分離克隆后培養，在適當的條件下，這些單倍體克隆能進行有絲分裂快速生長。條件適宜時，又可以發育產生形態正常的孢子體。實踐表明，裙帶菜單倍體克隆在保存和培養過程中遺傳物質非常穩定。隨著現代生物技術的發展，采用單倍體克隆雜交、細胞質融合、轉基因等一些先進的技術進行育種，真正實現快速、定向的新品種培育，這將對裙帶菜育種工作產生深遠的影響。

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