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      鉆瓜田科技成果推薦第12期:海洋生物農藥、肥料/果蔬降農殘產品開發前沿科技

      目前國內外市場上化學殺菌劑仍占很大比重,這些農藥的長期使用引起了嚴峻的抗性、環境問題并嚴重制約了我國的農產品出口。我們通過對海洋生物活性物質殼聚糖的改性、修飾研究,研制開發了甲殼低聚糖衍生物新型殺菌劑。該殺菌劑對多種農作物病原菌如對番茄早疫病菌、蘋果腐爛病菌、棉花枯萎病菌等具有很強的抑制作用,抑制率達可達80%以上,該類殺菌劑同時其還具有增強植物抗逆功能,可以促進植物的生長,使作物增產10%以上。

      1、海洋生物農藥產品的研發與產業化

      目前國內外市場上化學殺菌劑仍占很大比重,這些農藥的長期使用引起了嚴峻的抗性、環境問題并嚴重制約了我國的農產品出口。我們通過對海洋生物活性物質殼聚糖的改性、修飾研究,研制開發了甲殼低聚糖衍生物新型殺菌劑。該殺菌劑對多種農作物病原菌如對番茄早疫病菌、蘋果腐爛病菌、棉花枯萎病菌等具有很強的抑制作用,抑制率達可達80%以上,該類殺菌劑同時其還具有增強植物抗逆功能,可以促進植物的生長,使作物增產10%以上。是一種具有殺菌、誘導抗病、促進生長等多種功能活性的海洋生物農藥。已熟練掌握海洋生物農藥的先進生產技術和工藝,可建立年產500噸的產業化生產線。

      該殺菌劑無毒副作用,可作為高效、低毒的農用殺菌劑,用于農作物病害的防治。目前國內外市場上化學殺菌劑仍占很大比重,這些農藥的長期使用引起抗性、環境問題和農產品的出口限制。因此,開發高效、低毒,與環境友好的海洋生物源農藥,替代部分化學農藥,確保無農藥殘留污染,提高農產品的品質和質量,將極大增強我國農產品的國際競爭力,對于我國農業的可持續發展具有重要意義。

      2、新型海洋生物肥料

      從海洋生物中提取具有特殊結構和功能的活性物質,經改性、修飾等高技術研制而成的可用于農作物、蔬菜、水果抗病增產的生物肥料,是國內首次開發成功的農用海洋高技術產品。該產品顯著特點是能誘導增加種子和植物體內酶的活性,促進植物細胞的新陳代謝,激活植物的抗病因子,提高植物免疫力,因而有明顯的抗病、增產效果。該產品還具有抗菌(尤對真菌)和保濕功能,對種子和幼芽起到保護作用,對促進根系發育效果顯著,并能改善土壤環境,且無毒、無害、無污染,是新型的生態農業產品。能誘導增加種子和植物體內酶的形成,提高植物免疫力,有明顯的促生長、抗病、增產效果。已熟練掌握海洋生物肥料的先進生產技術和工藝,可建立年產3000噸的產業化生產線。

      食品安全問題直接關系到人民的生活水平和身體健康,也關系著生產者的產品價位和效益的高低。如今環境保護的意義已為人們所共識,消費者對化學農藥、肥料的關注度越來越高,即對食品安全的擔憂;其次是對農藥、肥料造成環境污染的關注度越來越高,即對環境安全的擔憂?;貧w自然、享受自然食品和綠色食品已成為社會發展的一種標志,無公害產品已經成為國際農副產品貿易的基本要求。本技術和產品將顯著提高蔬菜的品質和質量,增強我國農產品的國際競爭力,對于我國農業的可持續發展具有重要意義。經濟社會效益顯著。

      3、果蔬降農殘產品的開發

      當今社會,人們對經濟效益的過度追求導致農藥的不規范使用,人體的不健康大部分來自食物不凈和大部分農藥殘留造成。因此,研制出既能有效去除農產品表面的農殘、微生物及灰土泥沙,又能不污染環境,且清洗快捷方便的強力清洗劑成了全世界關注的熱點。扇貝殼的原料為全天然素材,不會對人體產生不良影響。人們生活中常用的某些洗滌劑,在降農殘的同時也會被人體攝入,無法排出體外,尤其含氯洗劑并無去農殘效果。扇貝殼粉除了降農殘之外,也有食物保鮮作用,洗后的食品吃起來口感更好。果蔬降農殘產品對農藥的清除率可達93%,與日本此類產品相比,農殘清除率顯著提高。扇貝殼粉100%安全,從環境保護的角度考慮,其排放不會影響河川水質。因此,利用廉價,安全的扇貝殼降農殘必然成為未來國內市場果蔬清洗劑的主導趨勢。

      目前日本開發的貝殼粉降農殘產品包括:天然貝殼粉洗菜粉,貝力凈貝殼粉/水果蔬菜清潔劑,美食之素貝殼粉果蔬清洗劑,殘清靈貝殼粉農藥清洗劑等等。本項目將制作扇貝殼粉節省了能源與生產成本,在國際市場競爭當中存在價格優勢。并通過添加無毒無害的輔助劑,表面活性劑,穩定劑等成分,更進一步提高了扇貝殼粉降農殘效果,在果蔬表面農藥清除率方面優于日本產品,且價格低于日本產品,因此在國際市場方面也具有很好的競爭優勢。

      4、特定聚合度和乙酰度的殼寡糖的制備技術

      殼寡糖主要通過殼聚糖的酸解,氧化降解,和酶解三種技術得到。然而,這些技術制備的殼寡糖產物是一個非常復雜的混合物,其中含有各個分子量和各種乙酰度的殼寡糖。殼寡糖的生物活性與其分子量和乙酰度關系密切,以制備的殼寡糖混合物進行生物活性實驗,很難明確具體是哪個或哪些殼寡糖分子發揮生物活性,這成為研究殼寡糖組分的構效關系以及相關的活性機制的瓶頸。本課題組通過離子交換色譜-固相萃取技術聯用制備了七種高純化的全脫乙?;膯我粴す烟?,包括殼二糖(>99%)、殼三糖(>98%)、殼四糖(>98%)、殼五糖(>99%)、殼六糖(>99%)、殼七糖(>92%)和殼八糖(>70%)。另外,在此基礎上,通過定點乙?;夹g制備了多種部分乙?;膯我粴す烟?,各糖的純度均在90%以上。為研制新型海洋生物藥用制劑奠定基礎。

      目前純度在90-98%的殼二糖到殼六糖的市場售價為1500元/50毫克,且沒有殼七糖,而以我們的工藝生產的殼二糖到殼六糖的純度已達到98%以上,且可分離得到目前市場上沒有的殼七糖和殼八糖,經濟效益十分顯著。

      5、魷魚下腳料中高品質β-殼聚糖的規?;苽浼夹g

      甲殼素/殼聚糖同樣可由魷魚軟骨中提取,魷魚軟骨相比于蝦蟹殼其礦物質、脂肪含量較低,不存在重金屬超標問題,得到的β-甲殼素/殼聚糖具有比α-甲殼素/殼聚糖更好的生物可降解性、相容性以及聚集活性,因此,β-甲殼素/殼聚糖在醫藥、食品等高端領域具有α-甲殼素/殼聚糖不可比擬的優勢。目前國內關于β-甲殼素/殼聚糖的制備少有報道其僅局限于實驗室水平,未見有規?;a。

      該項目將研究從魷魚軟骨中提取高品質β-殼聚糖的關鍵技術,確定從魷魚軟骨中提取β-殼聚糖的工藝與設備;建立β-殼聚糖的質量檢測、生物活性評價體系;建立產品的中試生產技術。本項目研發將解決我國目前生產高品質殼聚糖存在的瓶頸問題,填補β-殼聚糖規?;a領域的國內空白。對相關產業發展具有促進、支撐和示范作用。已熟練掌握β-殼聚糖的先進生產技術和工藝,可建立年產10噸的產業化生產線。

      目前殼聚糖尤其是高品質殼聚糖呈現出供求不足的狀況,β-殼聚糖由于其高活性及在醫藥衛生等領域特殊用途和應用價值其市場需求將日益旺盛。而目前僅有韓國和臺灣地區有個別企業實現β-殼聚糖小規模生產,且其銷售價格昂貴。據統計,目前市售的β-殼聚糖售價約為500元/千克,而β-殼寡糖的售價可達2800元/千克,是α-殼聚糖/殼寡糖的3-5倍。若將來本項目能達到年產β-殼聚糖10噸、β-殼寡糖5噸的生產規模,保守計算,按β-殼聚糖40萬元/噸、β-殼寡糖150萬元/噸,則可實現年產值1150萬元。如果將β-殼聚糖/殼寡糖進一步深加工,提高其產品附加值,則經濟效益將更加可觀。

      6、斑石鯛親魚培育及苗種規?;a

      斑石鯛,俗稱:斑鯛、黑金鼓,鱸形目(Perciformes),石鯛科(Oplegnathidae),石鯛屬(Oplegnathus),我國沿海、日本西南部近海、韓國南部的沿海海域及夏威夷群島沿岸、黃渤海魚類調查報告該魚魚類資源甚稀少。屬于溫熱帶近海沿岸中下層魚類,礁石性、肉食性,無明顯的盛漁期。該魚種在日韓料理中具有“刺身絕品”之譽,在項目實施前該魚種的人工繁殖一直未得到突破。

      2014年一舉攻克育苗關鍵技術難題,實現斑石鯛親魚培育及苗種規?;a,填補國內空白。利用野生親本進行繁育,孵化率70%,育苗成活率15%,共培育優質苗種200余萬尾。并建立了斑石鯛生殖調控和人工育苗及養殖關鍵技術和苗種規?;a技術及工藝。

      斑石鯛在養殖過程中表現出生長速度快,一年可長成一斤多的規格;抗逆性強,適鹽、適溫范圍廣,養殖成活率達90%以上;耐長途運輸,操作方便;另一方面它口感獨特,市場認知度高,市場價格600元/公斤以上,斑石鯛被水產界稱為可遇而不可求的名貴品種,深受業界關注。

      2014年斑石鯛已在山東、天津、浙江、海南等地進行養殖推廣200余萬尾,包括封閉循環水養殖、網箱養殖、池塘養殖、工廠化養殖等多種養殖模式,養殖過程中斑石鯛表現出生長快、成活率高、抗逆性強等特點,深受養殖企業的歡迎,成為目前我國海水養殖另一個極具潛力的新名貴魚種。

      7、海灣生境資源修復和海洋牧場建設關鍵技術

      1.以萊州灣、榮成灣和海州灣典型海灣為研究海區,針對海洋牧場建設及海灣生境受損現狀,研發了1種平鋪地毯式種子播種技術,種子萌發率由自然萌發率不足15%提高到38%,兩年后形成斑塊草床,平均植株密度可達68.8株/m2;研發了5種大葉藻植株移植技術,植株移植成活率均達80%以上(國際上低于50%)。研發了新型專用人工魚礁,實現了海灣受損生境的改良和修復:設計制作了4種新型人工魚礁,通過人工魚礁結構與功能優化設計,“因灣制宜”綜合應用以上設施,拓展了資源增殖生態空間,修復效果顯著。

      2.突破了關鍵種擴繁技術,為海灣資源養護提供了優質苗種保障:研制了刺參生態苗種培育立體多層新設施,建立了池塘刺參生態苗種培育新技術,9個月苗種平均增重達59.5倍,平均成活率達52.5%,規格0.55g/頭苗種平均密度達28.4頭/m2。首次解決了幼蟲漂浮粘連難題,構建了幼蟲穩定高效培育技術,培育密度比常規方法提高2-3倍,突破了櫛江珧苗種繁育的瓶頸。

      3.針對海洋牧場生物資源管理、資源養護效果評價技術體系的匱乏,首次建立了刺參T型標記法、石灰環嵌套標記法,突破了刺參和長期標記的技術難題,刺參3個月標簽保留率達93.3%。開發了濕重視頻測量技術、VPS(水下定位系統)生物遙測技術和雙目立體視頻測量技術,有效解決了刺參、魚類在海區生活狀態下活體質量難以準確測量的難題,視頻測量技術實現刺參濕重的非接觸式快速準確測定(預測模型相關系數R2高達0.92);魚類VPS生物遙測結合生物標記技術實現了魚類游泳瞬時速度的測定和游泳軌跡的追蹤,接收器最大跟蹤距離500m,三維定位精度1m;魚類雙目立體視頻測量技術水下測量精度達1.2cm,誤差僅為5%。

      設施和技術簡便實用,效果明顯,易于推廣,有效拓展資源增殖的生態空間,有效提高海區投放生物的成活率和海灣生態系統的穩定性,有力促進山東省海洋經濟生物資源的高效持續利用,實現經濟效益與生態效益的和諧統一。

      8、刺參良種生態高效增養殖設施和關鍵技術

      1.建立了耐高溫速生刺參品系選育關鍵技術:研發了刺參活體稱重和雌雄鑒別技術;構建了國內首個耐高溫刺參種質資源庫,選育的耐高溫速生刺參與常溫刺參相比可提前17天解除夏眠,耐高溫性提高約1℃,選育品系幼參生長速度比未選育組提高29%。近5年間共培育耐高溫速生刺參三代,苗種1537萬頭,在夏季高溫條件下苗種生長速度比未選育苗種提高28.3%-80.3%,成活率提高15%。

      2.突破了特色健康苗種培育技術:建立了白刺參選育技術,三年累計培育出大規格苗種131.5萬頭。研發了刺參“原生態”苗種培育設施;建立了刺參“原生態”苗種繁育技術,3000頭/kg的苗種20天成活率為97.3%,體重增加了20%;4個月后成活率為71.2%,體重增加了489%。建立了刺參池塘生態苗種培育技術和工藝,建立和優化了天鵝湖大葉藻生態系統刺參資源修復技術,共培育刺參生態苗種30.1萬頭,資源量提高20%以上。

      3.研發建立了多種刺參生態高效增養殖新設施及新模式:闡明了不同人工礁型參數對刺參的集聚效果,突破了刺參長期標記的技術難題,研發了多種人工礁體,建立了生境改良型刺參圍堰增養殖模式,苗種成活率提高40%,產量增加40%以上;建立了生境改良型刺參海灣底播養殖模式,成活率達70%,回捕率達50%,產量比改良前增加30%。根據刺參的生態位特征及其與魚、貝、藻(草)的相互關系,建立了人工礁區“藻鮑參”、離岸島嶼“藻魚參”和天然潟湖“草參貝”多元化增養殖新模式。

      該成果已在山東威海、煙臺、青島、日照、東營、濱州等地,在山東東方海洋科技股份有限公司、山東藍色海洋科技股份有限公司、馬山集團、日照市嵐山區前三島水產開發有限公司、青島龍盤海洋生態養殖有限公司等水產養殖企業得以推廣應用,其中,投放刺參約1.4億頭,直接應用面積6.3萬畝,新增利潤8.06億元;推廣應用面積21.1萬畝,新增產值33.84億元,促進了產業技術升級,具有廣闊的應用前景。

      9、貝類苗種工廠化高密度培育設施與關鍵技術

      大規格健康苗種的穩定供應是建設海洋牧場的重要保障。本研究成果為牡蠣大規格健康苗種生產提供了一種集約化、環保、高效的養殖模式。該生產設施與工藝是在深入研究牡蠣幼蟲攝食與運動行為學基礎上建立的,包括一整套適合高密度養殖牡蠣幼蟲的循環水設備、適應于0.5mm到5mm單體牡蠣稚貝高密度上升流培育設備,以及相應的投喂管理方法。該設施成功解決了幼蟲循環水高密度培育容器的結構設計,流速、濾鼓面積、篩絹孔徑等參數的確定、餌料循環利用功能的實現等技術難點。利用該技術成果進行牡蠣苗種的生產,可實現眼點幼蟲培育密度在50個/ml以上,養殖管理過程更便捷高效,可有效降低水、熱能損耗,提高餌料利用效率,生產勞動環境得到有效改善和提高。該成果的創新點在于:填補了國內貝類幼蟲高密度循環水培育技術的空白;創新設計了貝類幼蟲高密度循環水培育設施,設備易組裝、易清潔、無死角、能耗低、幼蟲培育密度高,餌料、海水可循環利用,系統高度可控,水環境穩定性好。

      利用該技術成果進行牡蠣苗種的生產,可實現眼點幼蟲培育密度在50個/ml以上,與傳統水泥池培育模式相比,培育密度提高10倍以上,節約餌料30%以上,節約用電20%以上,節水90%以上,節約人工管理成本70%以上。

      10、貝類下腳料高值利用與產業化關鍵技術

      課題組對整個扇貝下腳料包括扇貝殼、裙邊、內臟囊進行系統的研究,開發出扇貝裙邊和內臟囊的酶解與發酵技術、蛋白質提取技術、不飽和脂肪酸提取技術、糖胺聚糖提取技術、?;撬崽崛〖夹g;研制成功蛋白粉、磷酸氫鈣等2-3個高附加值產品。內臟提取的蛋白質應用于飼料添加劑,效果顯著優于進口魚粉;磷酸氫鈣、氯化鈣等產品優于市售產品。該技術的實施將對提升扇貝養殖、加工業和提高養殖戶的收入起到巨大的作用,促進循環經濟的發展;也對其他低值魚類、貝類等產品及下腳料的高值開發利用起到示范作用;該技術研制成功的產品可應用于食品、保健食品、飼料添加劑等,可推動食品、保健品、飼料等行業的發展;同時,該技術將大量的扇貝加工過程中產生的裙邊、內臟和殼等直接利用,減少了資源的浪費和環境污染,意義重大。

      扇貝下腳料中蛋白含量豐富,營養價值甚至超過魚粉,而且資源豐富,價格低廉,開發前景廣闊。經本課題組研究表明扇貝內臟多不飽和脂肪酸含量(49%)雖然較深海魚油的低,但其EPA+DHA含量高達44%,因此,脂肪油含量高且脂肪酸成分豐富的扇貝內臟作為魚油產品的開發是非常好的原料。扇貝下腳料殼中鈣含量巨大,且生物活性好,生物利用度高,如能將其充分利用,將是一個很好的鈣源。扇貝下腳料高值化利用技術充分利用了我國貝類資源,具有非常好的經濟與社會效益。

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