基于类胡萝卜素向虾蟹传递规律的海洋微藻高值转化科学基础

The nutrient composition of aquatic products is generally poor than that of wild products. Based on our hypothesis that variant feed structure and changes of food chain could greatly influence the quality of aquatic products. Carotenoids that are essential for the growth of aquatic animals but would not be de novo synthesized are selected for nutrients enrichment feedstuff in this project. Simple food chains including marine microalgae, zooplankton and crustaceans (shrimp and crab) were constructed and studied for i) the carotenoid biosynthesis in microalgae, types/ structure/ contents changes of carotenoids in microalgae and zooplankton, rule of carotenoid transmission in this food chain and influence of feed structure on quality of aquatic products; ii) the regulation of feed structure on growth, disease resistance and microbial communities of aquatic products. In combination with physiological and omics study, internal mechanism leading to this difference will be clarified; iii) the investigation of high value aquatic biological products supplemented with carotenoids. This project provides new ideas/ approaches and scientific theories for marine microalgae resources development, and also to provide innovative biological products and key processing technologies for the transformation, upgrading and quality improvement of marine aquatic products in China.

本申请针对养殖水产制品在营养质量上普遍低于野生品的现象，从食物结构和链条改变入手，围绕水产动物生长发育必需且不能自主合成的功能性类胡萝卜素，选择典型海洋微藻、浮游和甲壳动物虾/蟹构建简易食物链，①探讨类胡萝卜素在微藻体内的合成代谢过程与途径，分析其在微藻和动物饵料体内的种类/结构/含量变化；比较类胡萝卜素经过不同食物链条向水产生物逐级传递和转移规律，对比食物结构改变对水产生物制品质量的影响。②阐明上述变化和定向调控对水产动物生长发育、抗病能力及其体内外微生态菌群结构的影响；结合生理生化、代谢及组学研究，综合分析并筛选出造成人工与野生水产制品在营养品质上产生差异的可能原因，阐明导致该差异发生的内在机制。③研制基于海洋微藻类胡萝卜素的系列高值化水产生物制品。目的为海洋微藻资源开发提供新思路/途径和科学理论，也为我国海洋水产转型升级和提质增效，提供创新生物制品和关键加工技术。

养殖水产动物体弱多病其制品营养质量普遍低于野生产品是水产养殖产业长期难以解决的共性问题。团队大胆提出并通过搭建简易食物链条系统研究率先证实：人工养殖中食物结构改变，导致水产动物生长发育必需、但不能自主合成的功能性营养物质（如类胡萝卜素等）亏缺，是造成上述现象发生的原因；项目构建了从“0”到“1”的科技创新理论，从中发掘关键技术并研制出功能性营养强化制品，有效解决了制约水产养殖产业发展的上述共性问题，提升了水产制品营养品质和推动水产养殖产业发展，主要成果包括：.在理论上，1）阐明了类胡萝卜素及其异构体在红球藻/盐藻和小球藻等体内合成积累机制，揭示了类胡萝卜素及其异构体经过食物链在浮游动物轮虫和裸腹溞中的富集规律，探明了微藻类胡萝卜素向凡纳滨对虾和中华绒螯蟹等水产动物传递规律及分布沉积特性；2）确定了类胡萝卜素促进水产动物生长发育、提高抗病力的量效关系，阐明导致养殖与野生水产品在色香味美和营养上显著差异的原因。形成1项颁布国家标准，英文专著章节2篇，55篇标注研究论文。包括：51篇SCI论文（含Top论文20篇、5篇影响因子>9、34篇Q1论文，总影响因子198.74），4篇中文核心论文。.在关键技术上，挖掘出借助水产提质增效的微藻高值转化原理技术，形成经济微藻优化培养和资源高效开发模式，研制了适用于虾蟹不同发育阶段的藻基饵料/饲料产品配方，开发出水产鲜活饵料浓缩液、营养强化饲料和优质虾蟹等高值生物制品。获3项授权国家发明专利和5项申请发明专利。.在产业应用中，通过学术科普报告宣传及示范基地应用推广，展示了微藻类胡萝卜素资源开发及在水产虾蟹养殖中应用的提质增效作用，获得国内外同行广泛认可，人工添加类胡萝卜素成为水产养殖的新共识与发展趋势，对我国水产业健康发展作出了贡献，仅山东合作单位已新增产值>6千万元。.项目培养一支30余人组成、专注于微藻资源开发和虾蟹健康养殖的科研团队，获TS生态农业团队荣誉称号，团队2人晋升为教授、3人晋升为副研究员，培养硕士生15人、博士生9人、博士后3人。