■吉 红 肖芬芬 邢君霞 李汉东

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌712100）

近20 年来，全球鱼粉鱼油产量总体呈波动下滑趋势[1]。随着全球对水产品需求量的提高和水产动物集约化养殖模式的发展，日益增加的水产饲料需求量与鱼粉、鱼油供应不足的矛盾愈发尖锐。据统计，水产养殖业消耗了约60.8%的鱼粉和70.35%的鱼油用于饲喂水产动物[2]。有鉴于此，开发可替代鱼粉/鱼油的新型饲料原料已成为确保今后水产养殖业可持续发展的关键。一些动物蛋白源（肉骨粉、鸡肉粉、血粉）、植物蛋白源（豆科植物、油料种子和谷物蛋白）资源量丰富、价格稳定且低廉，被广泛应用于水产饲料中，但因诸多不利因素限制了其在水产饲料中的添加量，如动物副产品氨基酸不平衡、饱和脂肪酸比例较高；植物蛋白源普遍存在抗营养因子、适口性差、纤维素含量高等缺陷，长期使用会阻碍水产动物对营养的吸收利用并影响水产品的风味[3]。与此同时，一些动物性油脂（猪油、家禽脂肪、油脂、下脚料油和牛羊油）和植物油（棕榈油、豆油、玉米油、椰子油、菜籽油、葵籽油、亚麻籽油等）也被作为鱼油替代源应用于水产饲料中，但从水产动物对脂肪酸的需求及消费者健康的角度看，由于这些动、植物脂肪源普遍缺乏n-3 多不饱和脂肪酸（PUFA），动物脂肪含有较多的饱和脂肪酸，植物油如豆油含有较高水平的亚油酸，上述脂肪源并非理想的鱼油替代源[4]。

微藻（Microalgae）是一群体型微小（1～60 μm）、能进行光合作用的低等植物的总称，包括真核和原核两大类[5]，其没有真正的根、茎、叶的分化，主要以单细胞的孢子或合子繁殖，多为光合自养型，极少数为异养型和兼性营养型[6]。近年来，微藻资源因其富含蛋白质、脂肪（n-3 PUFA）、多糖、维生素、抗氧化物质、色素及微量元素等的特性，在新型水产饲料资源开发中备受关注。一方面，微藻作为PUFA 的原始生产者可为鱼、虾、贝类幼体或成体提供直接或间接的天然饵料；另一方面，随着水产养殖业从以往注重产量到如今追求品质的逐步转型，营养丰富且均衡的微藻符合健康养殖理念的升级和消费者的需求。此外，微藻生产对环境压力小，主要体现在生产占地面积少、适应性强等方面，上述优点为微藻缓解鱼粉、鱼油资源短缺问题提供了可行性。

目前，已有约20多个属、40多种微藻用于虾贝育苗、浮游动物营养强化或被用作水产饲料原料及饲料添加剂[6]。迄今为止，实现规模化培养并应用于水产动物养殖生产实践的饵料微藻主要包括蓝藻门[钝顶螺旋藻（Spirulina platensis Geitler）、鱼腥藻（Anabeana）、极大螺旋藻（S.maxima）]、黄藻门[异胶藻（Heterogloea sp）]，硅藻门[中肋骨条藻（Skeletonema costatum）、小新月菱形藻（Nitzschia closterium f.minutissima）、三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）、牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）]、绿藻门[盐藻（Dunaliellasalina）、亚心形扁藻（Platymonas subcordiformis）、雨生红球藻（Haematococcus plutialis）、小球藻（Chlorella）、微绿球藻（Nannochloropsis sp.）]，金藻门[湛江等鞭藻（Lsochrysis zhanjiangensis）、等鞭藻（Isochrysis galbana Parke）、绿色巴夫藻（Pavlova viridis）]等[5-6]。

本文概述了可应用于水产饲料生产的微藻的主要种类、营养特点、应用方式和效果、存在问题及解决策略，旨在为其在水产饲料行业的开发利用提供参考依据。

1 微藻的特征及其营养组成

1.1 微藻特征

微藻约占全球已知藻类的70%[6]，全球现已发现的微藻种类超过6万种，其中6千余种被记载，涉及科学研究中的约几百种，而应用于生产实践的仅有几十种[5]。微藻具有分布广、生物量大、生长周期短（对数生长期时间为3～5 d）、光合效率高、环境适应性强和易于遗传改良等突出特点[7-8]，可进行大规模培养。

1.2 微藻的营养组成

1.2.1 蛋白质和氨基酸

生长环境、种类和培养基成分影响微藻蛋白质的含量和组成，其中种类是决定性因素。一般被用作水产饲料蛋白源的微藻都含有大量蛋白质，如小球藻、螺旋藻、栅藻(Scenedesmus)和微拟球藻（Nannochloropsis）的蛋白质含量高达 40%～70%[5，9]。微藻氨基酸组成的种间差异较小，但含量相差较大[10]，在许多种类中，天门冬氨酸和谷氨酸含量最高，而含硫氨基酸、蛋氨酸和半胱氨酸含量则相对较低[11]。部分微藻的氨基酸组成平衡，优于传统的鱼粉替代蛋白质源，如玉米、豆粕等传统植物蛋白源中赖氨酸为第一限制性氨基酸，而微藻中的赖氨酸含量可达0.57%～2.27%。小球藻和螺旋藻作为蛋白源最早应用于水产饲料行业，小球藻的必需氨基酸总量与鱼粉相似，且高于大豆饼、肉骨粉、玉米蛋白粉等常用鱼粉替代源；螺旋藻氨基酸组成均衡且易于消化，能够满足水产动物的营养需求，显著促进其健康生长，因此享有“最理想的高蛋白源”的美誉[6]。一些常见微藻的蛋白质和主要氨基酸组成见表1。

1.2.2 脂类

微藻的生化成分和营养价值与脂类组成及含量有关[14]。微藻中的脂类主要是以甘油（含量最多）和脂肪酸酯形式存在，大部分是碳链为中长链的直链分子[15]。微藻脂类又可以分为非极性脂类（甘油三酯和游离脂肪酸）和极性脂类（甘油、磷脂和糖脂等）[13]，它们在维持生物正常的生理活动中发挥着重要的功能。人们对微藻中脂肪酸组成的深入研究始于1980年左右，微藻中含有丰富的多不饱和脂肪酸，部分微藻（如微绿球藻和裂殖壶藻）总体的脂肪酸组成与鱼油相似，因此，微藻作为水产饲料中鱼油的理想替代物的研究越来越受到关注。尤其是海洋微藻作为海洋食物链中多不饱和脂肪酸（PUFA）的初级生产者，含有大量对人体有益的n-3 LC-PUFA[16-17]，特别是二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）和二十二碳六烯酸（docosahexenoic acid，DHA）。n-3 LC-PUFA 不仅在治疗心血管疾病、人类致盲性视网膜疾病、癌症、糖尿病、老年痴呆等疾病方面具有突出疗效[18]，还在动物能量供应、细胞膜组分、调控脂质代谢和免疫功能上发挥重要作用[19]。有研究表明，适量的n-3 LC-PUFA有节约饲料中的蛋白质，调控鱼体脂质蓄积、提高鱼体健康免疫和繁殖性能等积极作用，如饲料中添加0.52% n-3 LC-PUFA 可有效节约蛋白质，调控草鱼脂质蓄积[20]；ARA能够显著降低草鱼脂肪组织和肝胰脏PPAR-γ、FAS等基因的表达，同时降低血清中促炎因子 TNF-α和 IL-6 的浓度[21]；EPA 可通过调控LPL，PGC-1α等脂代谢基因的表达抑制草鱼前体脂肪细胞的分化[22]，发挥降脂的作用；长期用n-3 LC-PUFA饲喂的草鱼肝脾脏中非特异性基因TLR22 和MyD88的表达水平显著上升[21]。

表1 部分微藻的蛋白质和主要氨基酸占总氨基酸比例组成（%）[10，12-13]

一般认为，n-3 LC-PUFA 主要存在于鱼油和某些微藻中。与鱼油相比，微藻油产量不受季节波动，且不易受重金属汞和持续性有机污染物的污染，因此微藻油的稳定性、安全性更高。鱼体需要利用磷脂尤其是胆固醇和甘油三酯来吸收饲料中的脂类，微藻油中甘油三酯型的DHA 相对于鱼油的乙酯型DHA 而言，更有利于生物体吸收利用[23]。含有PUFA 的常见微藻种类有红藻门的紫球藻及破殖壶菌科的裂殖壶藻和破囊壶藻（Thraustochytriumroseum）、硅藻门的小环藻（Cyclotella sp.）、三角褐指藻、菱形藻（Nitzschia sp.）；隐/甲藻门的隐鞭藻（Cryptomonadaceae）、绿藻门的细小微胞藻（Micromonas pusilla）、缺刻缘绿藻（Parietochloris incisa）[5]。虽然微藻中 PUFA 的积累受一些理化条件的影响，例如氮磷浓度、光照、温度、微量元素、pH 值、盐度等，但其脂肪酸组成仍保持着藻种特殊性[7，24]，比如：微绿球藻和新月菱形藻富含 EPA[25]；裂殖壶藻DHA 含量高达30%～40%以上[26]。表2 为几种常见微藻与鱼油中n-3 PUFA组成。

表2 常见微藻和鱼油中重要的n-3 PUFA组成（总脂肪酸含量百分比）（%）[24，27]

1.2.3 碳水化合物

微藻的生物质中储存了光合作用合成的碳水化合物，主要以淀粉、纤维素等形式存在于细胞质体内和细胞壁中，内层细胞壁主要是纤维素、半纤维素和其他物质，外层细胞壁通常由各种多糖组成。微藻可消化物中碳水化合物的占比很大[13，28]，例如螺旋藻细胞壁以易于被生物体消化吸收的半纤维素为主[29]。微藻的总糖含量在5%～23%，其中单糖组成较为复杂且多带硫酸化修饰，葡萄糖是最主要的单糖，占总含量的21%～87%，其次是半乳糖和甘露糖（1%～20%和2%～46%），剩余为阿拉伯糖、岩藻糖、鼠李糖、核糖和木糖（0%～17%）；酸性杂多糖是主要的微藻多糖，常见的有紫球藻多糖、螺旋藻多糖、盐藻多糖、小球藻多糖和红球藻多糖，因微藻多糖中的活性物质具有抑菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、提升免疫力等作用而备受水产行业的重视[30-31]。表3 展示了常见微藻多糖的组成和结构特点。

表3 常见微藻多糖的组成和结构特点[32]

1.2.4 色素

微藻含有丰富的色素，其类别主要分为三大类：藻胆蛋白、类胡萝卜素、叶绿素，其中叶绿素和类胡萝卜素等亲脂色素构成了干藻类生物量的3%～5%[33]。这些色素在藻类中主要起光保护剂、辅助光收集色素和亲光性等作用，部分色素作为一种抗氧化剂，可保护细胞免受自由基的侵害，防止脂质过氧化，保持光合作用的稳定和功能。不同的藻种，所含色素的种类各异，例如：小球藻富含高达4%～6%的叶绿素a和b[34]；雨生红球藻为天然虾青素含量最高的一种微藻[35]；斜生栅藻（Scendesmus obliquus）可积累大量类胡萝卜素[36]。藻胆蛋白主要包括藻红蛋白（Phycoery thrin）、藻蓝蛋白（Phycocyanin）、藻红蓝蛋白（Phcoerycyanin）和异藻蓝蛋白（Allophycocyanin）四大类[37]。藻蓝蛋白在螺旋藻和丝囊藻（Aphanizomenon）中含量丰富[38]。常见微藻所含色素如表4所示。

表4 常见微藻所含色素[13，33，37，39]

1.2.5 维生素与矿物质

微藻也是维生素和矿物质的良好来源，目前在微藻中发现的维生素主要包括维生素A、B、C、E、K、H、生物素、泛酸、叶酸、烟酸和肌醇等[40]。已有研究表明，螺旋藻、小球藻和栅藻中的维生素A、B1、B2、E 和烟酸的含量比菠菜和面包酵母还要高[41]。造成微藻维生素含量差异的原因除了环境因素外，与采集后的处理方式和干燥方法也有相当大的关系。对于热不稳定维生素B1、B2、C 和烟酸等，它们的浓度在干燥过程中会有所降低。Brown 等[42]通过检测扁藻、巴夫藻（Pavlova）、裂丝藻（Chaetoceros）、微拟球藻中维生素的含量发现，不同藻种间的维生素含量差值在2～4倍，具体见表5。可以认为，水产养殖中使用混合微藻饵料更有利于动物维生素需求的平衡。微藻含有丰富的矿物盐营养素，包括：Ca、P、Mg、K、Na、Zn、Fe、Cu、S等[43]，这些存在于微藻中的天然矿物质比人工合成矿物质更易于生物的消化与利用。用富含矿物质的微藻饲喂商品化鲑鱼更健康、活力明显增强，且鱼肉的口感和品质更佳[44]。微藻矿物盐含量受其生理状态、培养条件、培养基种类以及检测方法等因素的影响。这些矿物营养素在水产动物体内的作用主要体现在作为细胞组织和酶等物质的组成成分，调节渗透平衡，参与物质运输，肌肉收缩，参与营养物质代谢等过程。研究发现，裂殖壶藻中含有大量的Ca、Mg、Fe、Na，少量的Mn、Al、Cu、Zn，微量的Pb，不含Se、Cd、As、Hg[45]。目前，已有微藻作为矿物质添加剂取代水产动物饵料中常用的无机矿物盐的研究，表明微藻在这方面具有很大的应用潜力和市场空间。

表5 部分微藻的维生素组成及含量[42]

2 微藻资源作为水产动物饲料原料的应用

2.1 应用方式及研究方向

从20 世纪50 年代至今，将藻类应用于水产饲料的研究从未间断。微藻在水产养殖中的应用主要有两种形式，一是作为活饵直接投喂幼体，等鞭金藻、巴夫藻、扁藻（Tetraselmis suecica）、奇异假等鞭金藻（Pseudoisochrysis paradoxa）、钙质角毛藻（Chaetoceros calcitrans）、中肋骨条藻和假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）、纤细角毛藻（Chaetoceros gracilis）等微藻已成功应用于水产动物的苗种培育中。微藻能够吸收幼苗排出的CO2和N、P元素，并通过光合作用转化为O2，达到水体中“CO2-HCO3-”平衡，pH平衡的效果。多种微藻共同使用还可使水体中的菌相（菌类结构与数量）处于稳定状态，有利于水生动物的生长健康[5]。二是以藻粉或藻油的形式用作制作配合饲料的原料，以提供蛋白质、脂质、碳水化合物、维生素和矿物质等营养素，或作为着色剂、抗氧化剂和免疫增强剂等功能添加剂的来源[46-47]。一些经加工提油后的脱脂微藻因蛋白含量高可作为优质的鱼粉替代源，如脱脂小球藻、脱脂微拟球藻、脱脂雨生红球藻的蛋白含量依次为49.22%、45.2%、40.3%[47-49]。还有一些微藻因其特有的营养特性添加于水产饲料中满足水产动物特殊的营养需求，如集约化养殖造成水产品中n-3 PUFA 含量严重缺乏，用富含DHA的裂殖壶藻的饲料饲喂水产动物可有效提高生物体内n-3 PUFA的蓄积量；雨生红球藻可用于提升水产品体色。一般情况下，微藻主要是以藻粉、藻油和藻渣/藻粕的形式添加到水产饲料中，相关研究涉及替代鱼粉鱼油、功能性饲料添加剂和新型饲料原料的开发。

据2018 年4 月农业部公告第22 号显示，现已有10 种藻类及其加工产品被列入饲料原料目录（见表6）。

2.2 微藻作为饲料原料应用于水产饲料的效果

2.2.1 微藻对水产动物生长性能的影响

大量研究表明，微藻可成功应用于水产饲料中且不会对水产动物的生长性能产生负面影响。一般来说，蛋白含量较高（40%～70%）的微藻可用于完全或部分替代鱼粉。研究发现，螺旋藻可部分替代虹鳟(Oncorhynchus mykiss)（10%）、异育银鲫（Carassiusauratus gibelio）（20%）日粮中鱼粉，并对其特定生长率和饲料转化率无显著影响[52-53]，同样的结果出现在用舟形藻（Navicula sp.）和微拟球藻替代鱼粉饲喂红姑鱼(Sciaenops ocellatus)（10%）的试验中[54]。在金头鲷（Sparus aurata）日粮中以栅藻替代鱼粉的结果表明，栅藻不会对鱼类的养分利用效率产生负面影响[55]，三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）可成功取代6%的鱼粉，而不会对大西洋鲑鱼的消化率产生不利影响[56]。适量的微藻粉添加有利于鱼体的生长，如罗非鱼日粮中添加10 g/kg的螺旋藻可以显著提高罗非鱼（Oreochromis niloticus）的生长性能和存活率[57]；日粮添加10%螺旋藻显著提高了鲟鱼（Huso huso）和珊瑚鳟鱼（Plectropomus leopardus）的生长性能[58-59]；螺旋藻可作为蛋白源加入到金色无须魮（Puntius gelius）的日粮中用以增加体重[60]；小球藻替代6%～8%的鱼粉时，可以显著提高罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）的生长率[61]。在关于微藻替代鱼油的研究中发现，当微拟球藻完全替代鱼油时，牙鲆（Paralichthys olivaceus）的生长性能和饲料效率均无明显变化[62]；用微拟球藻和绿色巴夫藻替代50%～100%的鱼油时对欧洲鲈鱼(D.labrax)的生长性能和饲料利用率无不良影响[63]。Sarker 等[64]发现用裂殖壶藻100%替代饲料中的鱼油会对罗非鱼（Oreochromis niloticus）的生长和饲料利用起促进作用。

表6 饲料原料目录中的藻类及其加工产品[50-51]

微藻脱脂后得到的藻渣也可用于水产饲料的配制，为饲料提供蛋白、脂质或色素等有益成分，提高了微藻的资源利用率，如脱脂微拟球藻可替代欧洲鲈鱼饲料中15%的鱼粉，而不影响鱼类生长性能以及前肠的微观形态[48]；日粮中添加3%的脱脂雨生红球藻粉可以促进南美白对虾的生长，提高饲料效率，且可有效富集对人体健康有益的虾青素[49]；使用脱脂眼点拟微绿球藻（Nannochloropsis oculata）替代罗非鱼饲料中33%鱼粉时，罗非鱼生长性能与对照组无差别[65]。目前关于脱脂裂殖壶藻在水产上的应用研究鲜有报道。本实验室在框鳞镜鲤日粮中添加不同水平裂殖壶藻渣（脱脂裂殖壶藻粉）的研究发现，50.7～101.5 g/kg的藻渣添加量不会对鲤鱼的生长产生负面影响。此外，脱脂微藻更易被水产动物吸收利用，因为难以消化的微藻细胞壁会在加工过程中被破坏，使位于细胞内的营养物质被释放出来。

2.2.2 微藻对水产动物脂质代谢的影响

研究发现，一些微藻在促进水产动物脂质代谢，节约蛋白质方面作用效果显著[66]。早在1985年，Nakagawa 等[67]就发现在含有4%鱼油的香鱼（Plecoglossus altivelis）日粮中添加1%小球藻提取物，可显著降低香鱼肌肉中脂肪含量，抑制肌肉蛋白的耗竭，同时，血清蛋白和脂质含量明显下降，这可能与藻类添加物能显著提高脂肪酸β-氧化关键物质有关。使用裂殖壶藻粉和微绿球藻粉饲喂星斑川鲽（Platichthys stellatus）幼鱼时发现两组全鱼粗脂肪均显著下降；微绿球藻组血清中的甘油三酯（TG）显著下降，肝脏中的脂蛋白酯酶（LPL）和总脂酶（TLP）的酶活力显著升高，而脂肪酸合成酶（FAS）和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）均显著下降。这说明微藻粉替代星斑川鲽幼鱼饲料中的鱼油在一定程度上可提高机体的脂肪代谢能力[68]。Van等[69]发现在用40%裂殖壶藻油替代鱼油饲喂鳕鱼（Scortum barcoo），可有效蓄积肌肉中的n-3 LC-PUFA，尤其是DHA的含量。在大西洋鲑上的试验得出，用11%的裂殖壶藻粉替代鱼油，鱼肉中n-3 LC-PUFA含量与全鱼油组无显著差异，持久性有机污染物水平在藻粉组鱼肉中最低[70]。本实验室研究发现，裂殖壶藻油组对鱼促生长性能优于鱼油组，裂殖壶藻油中的DHA 比鱼油中的更高效地沉积在鱼体中，节约了从头合成DHA 所需的能量，促进了脂质水解作用并抑制蛋白质分解[71]。然而，研究表明，用裂殖壶藻粉喂养的大西洋鲑鱼的日粮和肌肉中低含量的EPA 会降低其整体的营养价值[70]。因此，探索不同藻种的组合使用可能会更有效地改善水生动物的脂质组成和质量，全面提高鱼体中n-3 PUFA的蓄积能力。

2.2.3 微藻对水产动物肌肉品质的影响

随着水产养殖业的快速发展，以及人们消费水平的提高，水产品品质与安全成为了水产行业的关注点。已有研究表明，由于含有丰富的蛋白质、脂肪酸、氨基酸以及其他营养物质，微藻能够明显改变水产品品质。一些研究发现，微藻在提高肌肉蛋白质，降低脂质方面效果显著，如三角鲤日粮中添加3%的螺旋藻可以提高肌肉中粗蛋白含量[72]；黄带拟鲹（Pseudocaranx dentex）摄食添加5%的节旋藻（Arthrospira）的饲料，肌肉的脂质含量显著降低，肌肉的口感和质地也有所提高[73]。罗非鱼日粮中含有40 g/kg 的裂殖壶藻时肌肉中DHA水平显著上升[74]。当日粮中含有裂殖壶藻时可以刺激大西洋鲑鱼肌肉或组织的发育[75]。在摄食小球藻提取物后的香鱼，其鱼肉口感和肉质明显得到改善，这可能与藻类中游离氨基酸和其他小分子化合物有关[67]。谢少林等[76]发现在改良鲫（Carassius auratus）日粮中添加1%的螺旋藻后，肌肉中的鲜味氨基酸和必需氨基酸含量均显著提高。在河蟹饲料中添加0.35%的雨生红球藻时，河蟹肌肉中的味氨基酸和味道强度值（TAV）显著提高，这可能与虾青素对某些物质合成代谢调控有关。另外，河蟹肌肉中n-3/n-6脂肪酸比例、DHA和EPA含量也显著提高，可能与虾青素的强抗氧化能力有关，其阻断了动物体内过氧化链式反应，防止不饱和脂肪酸的氧化[77]。Gong等[78]的研究表明，在低鱼粉日粮中添加10%以上的栅藻可显著提高大西洋鲑肌肉中n-3 PUFA 的含量。然而，Tibaldi 等[18]在欧洲鲈鱼（Dicentrarchus labrax L.）日粮中以冷冻干燥的金藻（Isochrysis sp.）替代鱼粉的研究中发现，可食性肌肉组织脂质和能量消化率下降，n-3 LC-PUFA 含量有一定程度的降低。造成这种差异的原因有可能是养殖对象种类、大小以及所用的微藻种类以及加工方式不同。

2.2.4 微藻对水产动物体色的影响

水产动物的体色和肌肉颜色不仅能反映其健康状况，还可决定其交易价格和消费者选择。Khatoon等[79]指出，鱼类的体色与日粮中类胡萝卜素关系密切，而大多数动物包括鱼类自身不能从头合成类胡萝卜素，必须从食物中获取。在水产养殖过程中，为了获得色泽鲜艳、健康的水产品，以谋求更大的经济效益，有必要在鱼类饲料中添加类胡萝卜素或富含类胡萝卜素的物质。微藻富含类胡萝卜素、虾青素、角黄素等色素，因此，水产饲料中添加微藻对改善水产动物着色具有广阔前景。目前，微藻在改善水产动物着色方面的研究，涉及的养殖品种多集中于观赏鱼或具有高价值的水产品，例如南美白对虾（L.vannamei）、彩虹鲷（Oreochromis sp.）、锦鲤（Cyprinus carpio）、中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis H.Milne-Edwards）等[49，80-82]。用于改善体色的微藻主要包括雨生红球藻（虾青素）、钝顶螺旋藻杜氏藻（β-胡萝卜素）、小球藻（角黄素和虾青素）和螺旋藻（玉米黄质和蓝藻叶黄素）等。张饮江等[83]发现，中华绒螯蟹成蟹的体色随着饲料中螺旋藻干粉的增加而加深。在关于黄尾鲷（Pseudotropheus acei）的实验中，螺旋藻显著增加了鱼体的红度，尾部红度和黄度，且总类胡萝卜素含量与微藻添加剂量呈正相关[84]。七彩神仙鱼（Symphysodon haraldi）皮肤、鳍条、肌肉和肝脏中虾青素含量随着雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）添加量的增加而升高，各组织中虾青素的含量在添加量超过6.66 g/kg 趋于稳定[85]。南美白对虾摄食脱脂雨生红球藻后，体色显著提高，所含游离和酯化虾青素显著高于对照组，这与微藻粉中的类胡萝卜素可改善虾体色素沉淀有关[49]。

2.2.5 微藻对水产动物健康的影响

近年来，由于抗生素耐药性及滥用问题，寻找可以替代抗生素并调节动物免疫功能的新型饲料添加剂成为研究热点[86]。有研究指出，5.0～10.0 g/kg 的螺旋藻补充剂有望成为罗非鱼养殖中预防疾病替代抗生素的有效替代品[87]，日粮中添加1%的螺旋藻能提高罗非鱼抑菌活性、吞噬活性和溶菌酶活性[88]。日粮中补充5%～10%的螺旋藻时，鲟鱼的血清免疫球蛋白和溶菌酶活性均显著提高，当添加量为10%时可有效维持鲟的整体健康状态[58]。添加10%螺旋藻可以改善珊瑚鳟鱼（plectropomus leopardus）肝脏抗氧化状态，增强其免疫能力和对V.harveyi感染的抵抗力[59]。5%～10%的杜氏盐藻（Dunaliella salina）增强了斑节对虾（Penaeus monodon）的免疫抗氧化因子如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等[89]。微藻增强水产动物免疫，促进水产动物健康的影响机制可能与以下三个方面有关：微藻中的类胡萝卜素、n-3 PUFA和微藻可作为病原相关分子模式。微藻富含的类胡萝卜素能够提高水产动物抗应激能力、抗氧化能力以及免疫能力。有研究发现，当机体受到疾病感染时，类胡萝卜素具有提高虾、鱼以及其他甲壳类动物的存活率的作用[90]。其次，n-3 PUFA 也可能对水产动物的免疫力造成影响。中国鲎（Tachypleus tridentatus）在摄食金藻后免疫力得到改善，有研究者将原因归结于金藻中高含量的EPA[91]。在南美白对虾的研究中发现，饲喂含有大量LC-PUFA（DHA 和ARA）的藻粉，可显著提高南美白对虾的免疫参数，如血细胞总数、酚氧化酶活性、超氧化物歧化酶活性等，并且还提高了幼虾对哈维氏弧菌的抗性[92]。另外，微藻细胞壁上大量的多糖可能作为病原相关分子模式，来激活机体模式识别受体，引起水产动物的免疫应答，从而提高水产动物免疫能力。

3 微藻资源饲料化面临的问题及对策

微藻作为新型饲料源在水产行业中的优越性有目共睹，越来越多的微藻种类被应用于水产养殖中，有的甚至被列入饲料原料目录。但总体来看，微藻资源在水产行业中的开发和利用还面临着诸多挑战。

3.1 面临问题

①生产成本高，开发规模小。目前，生产成本高成为制约微藻规模化生产的主要瓶颈问题之一。微藻的生产成本约占整个养殖成本的20%～30%，使用生产能力为100 t/a 的培养设施，每生产1 t 微藻的成本高达3 000 美元[93]。首先，用于生产微藻的原料成本高，CO2作为主要的微藻培养原料，产量少，回收成本高，生产1 t微藻生物柴油所花费的CO2回收处理费用就高达约5 400 元[94]。其次，微藻加工过程中的脱水和干燥也是成本和耗能较高的环节，干燥和己烷抽提占总过程能量的90%[95]。微藻培养的大多数技术依然停留在试验规模阶段，开发规模小，尚未形成产业化发展。

②采集困难，加工工艺不成熟。随着水产集约化养殖的迅猛发展，除了要提高微藻的产量，还要改进加工工艺，以满足水产饲料化的发展。微藻个体微小、采收困难、离心分离过程耗能大。富含类胡萝卜素的微藻虽然在水产动物增色方面效果显著，但其较厚的细胞壁影响了水产动物对微藻中色素的吸收和利用。一些微藻作为优质的开口饵料，鲜活状态下会显著提高水产动物的存活率和生长性能，所以需要提高微藻的活性保存技术。此外，微藻中热不稳定维生素（VB1、VB2、VC和烟酸等）的含量在干燥过程中会降低，对其营养价值有一定的影响。

③缺乏统一的质量标准。饲用微藻类产品没有相应统一的质量标准，难以对产品进行准确的功效评价和质量控制，导致微藻质量参差不齐。微藻培育过程中常出现种质混乱，容易受细菌、真菌、生物（鞭毛虫等）污染的问题，这些因素都会降低微藻的质量和品质。

④缺乏系统的研究。现有的关于微藻在水产养殖中的研究大多专注于应用效果，对其作用机制的研究薄弱。例如，虽已确认一些微藻具有改善水产动物的健康状况、免疫能力和繁殖能力的作用，但其改善水产动物的免疫机制、提高水产动物繁殖能力的具体原因尚不明确。除了缺乏对相关作用机制的研究，现阶段对藻类的营养特点和生物活性物质的特性、不同发育阶段的水产动物饲料中各种藻种的适宜添加量的研究也较欠缺。

⑤存在安全性问题。一些微藻作为水产饲料的安全性有待考核确认。微藻中的抗营养因子，潜在毒素势必会危害水产动物的健康。利用废水、废气培养的微藻，易造成重金属富集、细菌污染等问题，且不同的加工过程和分析技术也会增加微藻中有机溶剂残留过量，这些污染物也会影响水产动物的健康，间接影响人类的健康。因此，加强微藻产品的安全性评估刻不容缓。

3.2 解决对策

以上问题制约了微藻在水产养殖和水产饲料中的开发利用。若要实现微藻在水产养殖和饲料中大规模应用，需着重考虑以下方面的问题。

①降低成本。要筛选优化生物量大或产油率高的藻种，通过提高单位面积产量来降低成本；强化工业化生产工艺，潜心钻研微藻培养技术；运用基因工程技术调控微藻的代谢途径，达到提高藻株产量和稳定性的目的；调查市场需求，选择性地培养商业价值高的藻种，以满足水产饲料业的需求；可考虑适当降低微藻在水产饲料中的添加比例或将生产成本较高的微藻作为添加剂应用于水产饲料中，这样既能充分发挥微藻中的生物活性物质（如类胡萝卜素、免疫多糖等）对水生动物的有利作用，同时可降低其应用成本。

②突破加工工艺瓶颈。通过生产设备的创新，减少微藻生产加工过程中的耗能，尤其加强在微藻的采集、分离、干燥、加工、破壁、保存等环节的工艺上的突破，力争研制出环保节能、高效保质的工艺和设备。

③制定质量标准。微藻产品生产行业应专门针对饲用微藻制定一套完整全面的质量标准体系，包括感官指标、微藻生物量、藻油产率、高不饱和脂肪酸纯度、菌落数量、重金属含量等方面的指标。

④加大研究力度。在未来的研究中，可运用现代分子生物技术，深入探索微藻的脂肪酸、蛋白等合成和代谢途径；根据微藻的营养特点和生物活性特性，开发其在水产饲料和养殖领域的潜在功能和价值；研究各种微藻产品在不同水产动物或水产动物不同的生长发育阶段和作用机制以及适宜添加水平，为微藻在水产饲料中的应用和推广提供科学依据。虽然某些微藻的营养价值可与鱼粉相媲美，但某些营养素含量不足的问题也依然存在，在水产饲料的应用中，应明确不同藻种的营养缺陷并予以针对性的补充，确保微藻资源在水产饲料中的高效应用。

⑤加强安全性评估。首先要规范微藻培养的操作步骤，从源头上遏制重金属等污染源的问题，要完善微藻产品有机溶剂、重金属等污染物含量的标准条例，以此加强微藻产品的安全性评估。其次，要检测和评估微藻产品中存在的有可能损害水产动物生长和健康的成分，优化加工工艺并提升动物的免疫力和耐受性，减轻或消除此类成分对水产动物的不利影响。

4 研究展望

微藻在水产饲料中综合开发利用前景广阔。为更好地利用微藻产品，必须深入了解不同藻种的营养特点和生物学功能，充分挖掘微藻资源的价值。在今后的研究和发展中，首先要对微藻产品进行准确定位并细分，明确不同种类微藻的蛋白质、脂质、脂肪酸和色素的含量，实现精准使用，系统评估不同形态微藻产品的应用价值，注重其功能性的发挥。其次，随着人们对水产品肌肉品质和外形体色等品质方面要求的提高，将微藻的特性与水产品品质提升的需求相对应就显得极为重要，要努力打造“微藻生物质→高附加值饲料原料产品→高品质水产品”的新产业链条。最后，要使产学研有效融合，协同开发微藻应用技术。应聚焦多功能微藻产品的研发及生产，多方合作，系统深入地开展微藻产品的应用效果评估和解决梳理瓶颈问题。此外，除了提高微藻资源的利用率，还要加大微藻生产过程中的中间产物和副产物在饲料业的开发利用，增加微藻的利用价值。