海洋公益性科研专项“高产卡拉胶海藻新技术”纪实

2011-10-26 08:37 来源: 科学时报
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造福一方百姓 助力蓝色经济

  我国的海藻栽培规模居世界首位,主要以在温带栽培褐藻海带、裙带菜和红藻紫菜等为主。但是在热带海藻栽培方面,此前只有从菲律宾引进的长心卡帕藻实现了规模化栽培,再加上长期以来对我国独有的、生物特征明显的热带产胶红藻资源研发重视不够,使我国用于生产卡拉胶的海藻原料缺口很大,80%以上的海藻原料要依赖进口。

  以此为背景,作为首批国家海洋公益性科研项目之一的“高产卡拉胶海藻的规模栽培、高值加工与近海环境治理新技术示范”重点项目应运而生。该项目旨在进一步开展热带产胶海藻的公益性和基础性研究,建立一套热带产胶海藻栽培技术和高值化加工技术,通过平台示范进行技术推广,为热带海藻和胶产业可持续发展作出实际贡献。

  该项目由中科院海洋研究所研究员刘建国担任首席科学家,国家海洋局一所、上海北连食品有限公司和海南豪天实业等协助承担。这也是海洋研究所首个国家海洋公益项目立项课题。三年多的实践证明,该项目已初步建立起“高产卡拉胶海藻良种选育→规模栽培+环境治理→高值利用”的产业链条和“政府+科研单位+企业+农户”的产业发展模式,并取得显著的生态、经济和社会效益。

  入选首批海洋公益性科研项目 意义重大

  2007年,国家海洋局在北京召开了首批海洋公益性科研项目启动会,首批31个项目共获得支持经费约1.23亿元。

  国家海洋局副局长陈连增表示,海洋公益性科研专项的实施既是支撑海洋事业健康发展、促进海洋经济又好又快发展的一件大事,也是全面落实国家“十一五”海洋科技规划、提升海洋科技创新能力、建设国家海洋科技创新体系的一件大事。

  作为海洋科技发展新的着力点,海洋公益性科研专项充分体现了海洋科研的特点与重点,与国家科技计划海洋项目和海洋专项合理区分层次,并与国家科技计划项目相衔接,重点解决海洋经济又快又好发展过程中的科技成果转化与应用、高新技术产业化培育和发展等问题。

  作为首批海洋公益性科研项目之一的“高产卡拉胶海藻的规模栽培、高值加工与近海环境治理新技术示范”项目是在国家科技体制改革大背景下,为加速经济建设和社会发展步伐而特别设立的项目,不仅适应了国家公益性行业部门的需求,更体现了国家对海洋事业发展的高度重视。项目负责人刘建国介绍,该项目主要针对热带产胶海藻进行公益性和基础性研究,开展热带产胶海藻新品种育种和繁殖生物学研究,产胶海藻新品种规模化高效栽培模式技术和示范,优质卡拉胶分级和工业化提取及节水、节能新技术研究,栽培热带海藻,保护和治理海洋水环境新途径研究等多项任务。

  刘建国表示,该项目所研究的产胶海藻是目前我国唯一在热带海域实现规模栽培的大型经济藻类,在地域海洋生态调控和水环境治理方面的作用不可替代,工作进展和成果技术对我国广阔的热带海洋资源开发以及特殊地域海藻研究都发挥了示范价值和带动作用。

  创新成果突出 科研产出良好

  2011年6月15日,首批海洋公益性行业科研专项验收会议在杭州召开,“高产卡拉胶海藻的规模栽培、高值加工与近海环境治理新技术示范”项目顺利通过验收和成果鉴定。

  会上,以中科院院士匡廷云为组长的专家委员会对该项目组围绕热带产卡拉胶海藻资源开发上中下游形成的产业链条给予充分肯定。专家们一致认为,该项目成果总体上达到国际先进水平,部分成果属国际领先,建议下一步加强项目成果推广,带动我国热带海藻资源开发产业的整体提升。

  该项目采用产学研结合模式,从多学科不同角度系统开展了热带产胶海藻基础研究,获得了大量科研资料,取得如下成果:

  第一,项目从国内外获得了20个株系的热带产卡拉胶海藻种质,成功利用四分孢子技术多批次培育出154株性状分化明显的单倍体(其中43株下海栽培),建立了我国首个热带产卡拉胶海藻资源库;获得了不同种质的生长速率、抗病能力、胶含量、胶特点、凝胶强度和黏度等重要生产性状信息,筛选出适应不同季节和海域栽培的藻株,为热带产卡拉胶海藻资源开发提供了种质基础。

  第二,项目确定了热带产卡拉胶海藻的主要病害为附生藻和冰样白化病。鉴定出主要附生藻为新管藻,建立了新管藻治理专利技术,在国际上率先解决了困扰热带产卡拉胶海藻产业化发展中的附生藻危害问题;提出了减少冰样白化病病害的技术与管理措施,通过平台示范与产业化推广,效果良好。

  第三,项目建立了利用KOH提取κ型卡拉胶的新工艺,提取率提高21.8%,凝胶强度增加48.9%;研发了提胶后藻渣综合加工利用技术,开发了新型农业肥料,田间试验表明茄子和黄瓜产量分别提高14.6%和19.4%;研发了从废水中回收卡拉胶新技术、卡拉胶寡糖及其衍生物制备技术,提高了经济效益并可实现节能减排。

  第四,项目通过连续系统检测栽培海区水质变化,评估了栽培的海藻吸收氮磷能力及对生态碳汇的贡献;发现了长心卡帕藻具有明显的抑制病原弧菌生长、调节微生物种群的能力,在2~3天内,可使鳗弧菌菌株65、副溶血弧菌菌株87-1及MM21、溶藻胶弧菌菌株21-1和弗氏弧菌菌株MM5的数量从106~107 cfu/ml下降到10cfu/ml左右。

  第五,项目构建了长心卡帕藻cDNA文库,开展了基因表达序列标记分析及色素突变体遗传基础研究;研究了热带产卡拉胶海藻亲缘和系统进化关系,为热带产卡拉胶红藻种质资源多样性研究和遗传改良打下了基础。

  刘建国总结说:“通过3年的基础性和公益性工作,我们建立起了一套热带产胶海藻栽培技术和高值化加工技术。经过平台示范进行技术推广,带动了产业链条的全程发展,保护和治理栽培海区水环境,为热带海藻和胶产业可持续发展作出了一定的实际贡献。”

  刘建国告诉记者,在公益项目资助下,通过对比附生藻与栽培海菜的生物代谢差异,该项目在国际上率先找到可杀死附生藻同时又能保活热带产胶海菜的技术方法;构建的藻类处理系统,通过生物工程方法降低溶解在水中的富营养化物质和改善水质、减少赤潮发生和实现节能减排,形成了多种功效兼顾、效果显著的新技术;通过改变生产工艺将废物藻渣处理成为有机农肥,提高作物产量,同时减少了环境污染,增加了卡拉胶产量,提高了综合经济效益,实现了一举数得的多赢新技术等。

  项目从实践中发现了限制产业发展的问题,通过攻关生产中急需解决的相关理论和技术问题,然后由栽培平台基地示范推广,已迅速应用到生产中,实现了成果转化,带动了行业发展。同时,还培养起众多专业人才,并通过与菲律宾、印度尼西亚、马来西亚等热带产胶海藻主要栽培国家进行国际交流,也为实现我国在该领域技术上的国际领先地位打下了基础。

  “最终,项目建立了高产卡拉胶海藻良种选育→规模栽培+环境治理→高值利用的产业链条,获得具有自主产权的热带产胶海藻种质资源,申请国内外发明专利4项,形成研究论文20余篇,仅2009年在节能减排和新资源生产上就直接获得2402万元的经济效益,取得了显著的生态、经济和社会效益。”刘建国说。

  然而,刘建国也坦言:“项目执行期间,重大自然灾害频发,造成了巨大损失。虽然在海洋公益项目资助下,实验平台基地从事苗种苗源工作取得很大成绩,但发展一套成熟技术,稳定地提供高质量苗种苗源,还需要更多详细的工作和更长时间。”

  造福一方农户 助力蓝色海洋经济

  我国海南沿海有大量富余的闲散劳动力,如何解决其生存和就业压力一直是当地政府关注的民生问题。热带产胶海藻栽培属于劳动密集型产业,需要大量劳动力。项目执行过程中,2008年夏季暴发的大规模病害,使当地菜农种的菜全部腐烂死亡,直接导致上万菜农失去就业机会和经济来源。而在热带产胶海藻的新品种推广过程中,仅在第一年就直接解决了当地数百位菜农就业,在一定程度上缓解了社会问题,受到当地菜农的欢迎。

  2009年夏季以来,我国栽培的热带海藻受到附生藻危害。项目组当即开展相关研究,找到合适的去除处理技术,作为唯一保存下的菜苗,目前在海南核心农户中推广应用;项目组还积极联系地方政府和技术推广部门,一起组织重点农户进行技术培训和交流,并结合实地平台展示,使鲜菜数量从十几斤不断繁殖扩大到数千吨。刘建国说,正是这样一个“政府+科研单位+企业+农户”的产业发展模式,保证了项目的执行在实现服务企业发展的同时,也对地方发展产生了一定的社会效益。

  此外,项目的进展还取得了显著的生态效益。刘建国指出,大型海藻栽培对于海区水环境修复具有不可替代的作用。前期的研究工作已经证明,长心卡帕藻栽培区无机氮明显下降,该藻具有去除海水富营养化和净化水质功能。据测算,在海南黎安海湾,栽培该藻每年可生产3000吨干藻产品,从海湾中去除33吨氮素,特别是在近年来近岸水环境污染严重、赤潮频发的情况下,发展大型海藻养殖对于净化水质具有重要的生态调节作用。

  另外,卡帕藻属栽培对于固定二氧化碳也具有重要的作用。按照丰收年每年我国的长心卡帕藻干藻产量为1万吨计算,将干藻的水分和盐分含量去除后,每年卡帕藻养殖所产生的碳汇粗略计算可以达到6000吨以上。在当今温室效应加剧的状况下,大力发展大型海藻养殖,对改善治理环境具有非常重要的现实意义。

  据介绍,长心卡帕藻是目前热带海域养殖的最重要的经济型海藻。在适宜的生长条件下,卡帕藻每周可实现生物量翻倍。中国具有广阔的热带和亚热带海域,但目前中国卡帕藻属的全年养殖面积仅有3000亩左右。因此,若能实现卡帕藻属栽培的规模化推广,将收到经济效益和环境效益双赢的效果。

  麒麟菜属海藻是一种经济价值很高的热带藻类。虽然麒麟菜产业在规模上还不能跟现在的海带养殖产业相比,但在热带藻类养殖中,麒麟菜养殖产业可以说是居于首要位置。“麒麟菜属和卡帕藻属海藻具有多种不同的色泽和形态,包括翠绿、橄榄绿、咖啡色、红褐色等。因此,养殖麒麟菜属海藻除了可以获得很好的经济效益外,如果在养殖过程中加入艺术设计思路和生态旅游概念,利用多种不同颜色的麒麟菜属和卡帕藻属海藻打造美丽的海底梦幻花园,对于我国倡导的发展服务型经济产业和蓝色海洋经济产业也可能是个具有很大潜力的新途径。”刘建国表示。