水產養殖動物營養與飼料工程發展戰略研究

解綬啟，張文兵，韓冬，麥康森

（1.中國科學院水生生物研究所，武漢 430072；2.中國海洋大學水產學院，山東青島 266003）

水產養殖動物營養與飼料工程發展戰略研究

解綬啟1，張文兵2，韓冬1，麥康森2

（1.中國科學院水生生物研究所，武漢 430072；2.中國海洋大學水產學院，山東青島 266003）

本文綜述了我國水產養殖動物營養學研究和飼料工程方面近期的研究，分析了產業發展的問題，探討了下一步的政策措施?？梢园l現，過去10多年里，水產動物營養與飼料的發展在營養素需求、動物的攝食與投喂、仔稚魚飼料、親本營養、添加劑等方面取得了重要的進展，但仍然存在餌料系數高、環境排放大、飼料成本高、效益不穩定等問題。下一步的研究應該以“安全高效，節約環?！睘槟繕耍肷鷳B學和現代組學理念，開展水產動物營養代謝的分子機理、動物的營養需要與精準飼料配方技術、飼料質量控制與加工工藝、精準投喂技術、品質調控技術等方面的研究，同時在政策上應該擴大學科交流、實行長期穩定支持等。

水產養殖；動物營養；飼料；發展策略

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.03.005

一、前言

我國是世界水產大國，水產養殖產量從1978年的2.33×106t上升到2014年的4.748×107t，36年間增加約20倍（數據來源于《中國漁業統計年鑒》）。水產養殖業的快速發展對營養飼料科技進步的依賴

越來越大。沒有現代的飼料工業，就沒有現代的水產養殖業（見圖1）。在這期間，我國水產動物營養研究與飼料開發應用在養殖業中的貢獻率在40 %左右，對我國水產養殖業的健康快速發展起到了決定性作用并占有不可替代的地位。飼料成本占養殖成本的60 %～70 %[1]，因此，營養與飼料的科技貢獻率占有更加重要的地位。

20世紀80年代是我國水產飼料工業的萌芽期，到1991年我國水產飼料產量僅為7.5×105t，2013年達到1.9×107t，22年間增加了約24倍，占世界水產飼料總產量的41 %（見圖1），也產生了世界最大的水產飼料生產企業，逐步建立了較為完整的水產飼料工業體系。一些飼料品種質量達到世界領先水平，已成為有40余萬人就業、年產值達800多億元的產業，推動了我國水產動物營養研究與水產飼料工業的高速發展?，F在，我國已經成為國際上一個全新的水產動物營養研究中心、水產飼料生產中心，走出了一條符合我國國情、獨具中國特色的發展道路，發展為世界第一水產飼料生產大國。

從2013年的養殖產量來看，按70 %精養投喂飼料(即3.183×107t水產品需使用飼料)估算，扣除30 %濾食性魚類的鰱魚、鳙魚等，即2.228×107t水產品需用飼料，飼料系數按1.5計算，估計需要飼料約3.342×107t，而2013年水產配合飼料總產量約為1.9×107t，缺口還比較大（數據來源于《2013中國漁業統計年鑒》）。由此可見，我國的水產飼料工業在數量上還需要跨越式的發展。目前的飼料技術仍然不能滿足快速增長的產業發展需求，出現飼料系數偏高、飼料成本高、飼料利用效率低、廢物排放高等問題。因此，水產養殖產業的發展對飼料的需求和營養學研究有著迫切的需求。

二、我國水產養殖動物營養與飼料工程發展現狀

（一）水產動物營養需要與高效飼料配制技術研究

我國的水產養殖在世界上具有顯著的特殊性，地域分布、養殖種類、食性類型、養殖模式等都具有高度的多樣性，種類更替也非?？靃2]。我國的水產動物營養與飼料利用的研究比國外起步晚了近半個世紀、投入又相對有限，難以短期內完善諸多養殖種類的營養需要參數。

近年來，通過國家攻關（支撐）、產業技術體系建設、農業行業專項及國家“863”“973”等相關科技計劃，完成了草魚、異育銀鯽、羅非魚、團頭魴、中華絨螯蟹、對蝦、大黃魚、鱸魚、軍曹魚、大菱鲆、牙鲆和半滑舌鰨等養殖魚類不同生長階段營養素的需要參數及常規水產飼料主要原料的利用研究，逐步完善我國主要水產養殖動物的營養參數公共平臺，為飼料企業的配方設計提供了科學依據，為我國水產飼料工業的興起與發展奠定了基礎。同時，部分大型飼料企業自行開展了主要養殖品種商業配方的營養需求研究，為商業配方的應用提供了科學數據。

圖1 我國水產養殖產量與水產飼料產量的關系(數據來源于《中國漁業統計年鑒》，1988—2016)

（二）水產動物攝食與飼料投喂技術的研究

水產動物的攝食較為復雜，不僅與其本身的遺傳背景有關，還隨年齡、環境因子，如季節、食物

豐度等發生變化。研究發現飼料的營養水平會影響到水產動物的攝食率，動物循環系統中的代謝產物水平、攝食節律及禁食均會通過一系列與食欲控制有關的調節控制攝食。腦神經肽Y（NPY）的水平已經被證實受到常量營養素的影響。飼料的營養成分如氨基酸等會影響生長激素、胰島素樣生長因子1 (IGF-1)的分泌[3,4]，從而影響魚類的攝食，而不同營養素之間還存在著復雜的交互作用。前期攝食印記及補償期攝食特征得到證明，消化道中食物的刺激也可以通過神經和化學信號傳送到腦的食欲控制中心而調節攝食。

科學投喂能夠顯著提高飼料效率、養殖效益和環境效益。最佳投飼頻率和投飼量與養殖品種、不同生長階段、養殖環境及氣候變化密切相關。合理的投喂可以顯著降低飼料消耗，提高飼料轉化率，降低成本,改善產品品質[5]。通過改變投喂頻率，可以提高部分鯉科魚類對晶體氨基酸和蛋白質的利用效率[6,7]。

（三）仔稚魚營養及微顆粒飼料的研發

我國在仔稚魚的攝食行為、消化生理和營養需要方面的研究相對薄弱。研究發現不同的餌料選擇、粒徑大小和投喂技術對仔稚魚的存活、生長、消化酶發育等影響較大[8,9]。蛋白源對仔稚魚的影響很大[10]。飼料中添加外源性消化酶可以顯著提高半滑舌鰨仔稚魚的生長，對于體內消化酶的影響卻不顯著[11]。低分子量小肽對于魚體的生長和消化道發育起到一定促進作用[12]。飼料中適宜含量的脂肪水平、磷脂可以改善半滑舌鰨仔稚魚的生長、存活及酶活力，飼料脂肪和脂肪酸水平還能夠在轉錄水平上不同程度地影響脂肪合成及分解代謝相關基因的表達[13,14]。一些添加劑可促進消化道發育和提高免疫力[15]。

但我國已有的人工微顆粒飼料，其品質與國外知名品牌相比，存在較大差距，主要表現在水中穩定性、誘食性、可消化率等方面，還有待提高。因此，加工工藝的改進是亟待解決的重要問題。

（四）親魚營養與繁殖性能和幼體質量

親魚的營養和幼苗開口后的營養攝入對魚蝦幼苗的成活率和質量起著決定性的作用。為獲得大量的優質苗種，親魚的培育顯得尤為重要，而使親魚獲得足夠的營養物質又是關鍵。近年來對有關必需脂肪酸和抗氧化物質對于鲆鰈類親魚的影響進行了研究，在飼料中添加維生素A、E、C，牛磺酸以及適宜的n-3/n-6多不飽和脂肪酸等均可以有效提高大菱鲆和半滑舌鰨等親魚性腺發育，如提高相對產卵量、受精率、產卵次數和孵化率，以及提高子代質量等[16,17]。飼料特定的氨基酸（如精氨酸）和蛋白質會影響異育銀鯽親魚的生長、代謝和飼料效率[2,3]。飼料豆粕的添加會使魚類成熟的時間提前[18]。而有些有毒有害物質,如藻毒素會明顯影響魚類的繁殖能力[19]。

（五）飼料添加劑研制技術

飼料添加劑工業是飼料工業發展水平的一個重要標志。進入21世紀以來，飼料添加劑工業有了長足發展。品種大幅度增加，質量提高，產量快速增長，改變了完全依賴進口的局面，許多產品還進入了國際市場。近年來，開發了環境友好的非抗生素類微生物（態）飼料添加劑，或水環境質量調節劑——益生素和益生菌制劑及免疫增強劑，以調節養殖消化道的微生態平衡,或通過免疫增強劑激活免疫系統提高養殖動物的健康水平，實行健康養殖管理，減少乃至停止抗生素的使用[20～22]。此外，光合細菌、拮抗菌（如Pseudoalteromonas sp., Flavobacterium sp., Alteromonas sp., Phaeobacter sp., Bacillus sp., Bdellovibrio sp.等）、產酶或分泌營養物質的微生物（如乳酸菌、酵母等）和微生物發酵產物等一些益生素類物質、植酸酶、免疫增強劑等對提高我國健康養殖水平，保證水產品安全起到越來越重要的作用。

（六）水產飼料加工工藝與裝備技術研究

我國水產飼料機械設備在改革開放后才逐步發展起來。直到20世紀80年代中期我國尚無真正適用的水產飼料機械設備。即使從美國、荷蘭、法國以及我國臺灣地區引進的設備，在熟化調質、制粒、干燥等技術環節也不能完全符合我國實際情況的要求。近10多年來微粉碎設備和膨化成套設備的國產化逐步普及，對提高我國水產飼料加工工藝水平和飼料質量起到重要的作用。

三、國外水產養殖動物營養與飼料工程發展現狀

隨著科技發展和產業需要，先進國家的水產

動物營養調控已經超越傳統的僅僅對養殖產量的追求，現在的目標更加多元化，要求調控更加精準化?；趯I養物質（或可通過飼料途徑的非營養成分）的調控機制的詳盡研究，就可能通過營養飼料學途徑對養殖動物的繁殖、生長、營養需要、健康、行為、對環境的適應能力、養殖產品質量、安全性、甚至養殖環境的持續利用等都可以精準地調控。

（一）繁殖性能和幼體質量的營養調控

已經發現適量和比例適當的長鏈多不飽和脂肪酸，磷脂，膽固醇和維生素A、E、C對魚類和甲殼動物的繁殖性能及早期幼體質量都有重要的調控作用，能顯著改善性激素合成、性成熟、繁殖力、受精率、孵化率和仔稚魚的質量。類胡蘿卜素、蝦青素等色素不僅影響水產養殖動物的體色，而且對其卵子質量和早期幼體的健康有顯著的改善作用。

（二）營養素定量需要的調控

國際上近來的研究更加關注營養素代謝的生理生化過程及其分子生物學調控基礎。開始更加關注系統性，關注營養素之間的相互作用及與環境因子的關系，如在研究必需氨基酸作用的同時，開展了條件性必需氨基酸或非必需氨基酸（如?；撬?、谷氨酰胺、脯氨酸、甘氨酸等）功能的研究。新的生物技術手段如組學（基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組等）等技術及模式水生動物研究的引入，使得對水產動物的營養代謝機制的了解更深入、更準確、更全面[23～25]。

（三）動物健康的營養調控

近10多年來，基因組學、蛋白質組學等生物技術的進步，對營養素與動物的免疫功能、抗病力的關系及作用機制的闡明起到了巨大的推動作用，為動物免疫力和疾病預防及治療的營養調控提供了科學依據。考慮到增強免疫功能，飼料維生素C和E的含量往往是滿足其生長需要量的10～100倍。而有些無機鹽如鐵、鋅等在飼料中含量的適當提高，對魚抗病能力的提高有一定的效果。為了提高越冬魚類對病害的抵抗能力，適當投喂具有明顯的效果，不僅可以保證養殖魚類的體重，還可以有效提高攻毒后的存活率及對愛德華氏菌的抗體滴度和吞噬細胞指數。飼料中葡聚糖和核苷酸的添加可降低虹鱒感染鰻弧菌后的累積死亡率。近期對益生素與抗病的關系研究也成為熱點[26]。

（四）動物行為的營養調控

動物行為尤其是攝食行為調控機制的研究對養殖管理十分重要。國際上的研究發現，攝食調控的內在因素包括激素、神經和代謝（營養素），外部調節因子包括環境因子和食物（飼料）。飼料的營養水平會影響到水產動物的攝食率，動物循環系統中的代謝產物水平、攝食節律及禁食均會通過一系列與食欲控制有關的調節控制攝食。

根據動物行為的營養調控原理，我們可以通過飼料配方的調整，以改變動物一些不良的行為，為生產服務。如果在其飼料中適當提高色氨酸的含量，就可能減少相殘行為，提高成活率。例如,在飼料中適量添加L–色氨酸能有效地抑制虹鱒幼魚的自相殘殺行為，并能減少應激反應的負面影響。

（五）動物對環境適應能力的營養調控

良好的營養狀態能提高養殖動物的抗環境應激能力，如適當提高飼料中維生素C的含量，長吻可以有效地應付環境中的高濃度氨和氮[27]。通過不同環境因子對營養代謝影響的研究，可以更為有效地結合養殖環境的變化，精確研究魚類的營養需求和飼料技術。

（六）養殖動物產品質量與安全的營養調控

發達國家早在10多年前就開始研究養殖產品的調控問題了，對大西洋鮭和虹鱒等的研究也證明了營養與飼料對其顏色、外觀、風味、口感、質地、營養價值和食用安全的直接影響。替代蛋白源和脂肪源取代日益短缺的魚粉、魚油后對水產養殖產品的風味、營養價值的影響也受到廣泛關注，國外的研究者特別關注魚肉產品中脂肪酸組成的變化，并深入到分子層面，探討替代油脂對去飽和酶和碳鏈延長酶基因表達的影響[28]。

研究有毒有害物質在養殖動物體內的代謝、積累、排出規律和動物的解毒機制，將為通過飼料途徑添加螯合劑、促解毒劑等手段以達到營養調控主動排毒的目的提供科學依據。

（七）養殖環境持續利用的營養調控

保護養殖環境、保證養殖業的可持續發展是當今人們追求的另一個重要目標。水產養殖的自身污染是養殖業可持續發展重要的限制因素之一。為了保護環境，丹麥早在1989年就限制餌料系數不得超過1.2，1992年就限制餌料系數不得超過1.0。并且對飼料中氮、磷最高含量均有限制。通過科學的配方、提高飼料效率，減少氮、磷、硫的排出，是實現營養調控，保證養殖環境可持續利用的重要途徑。

四、我國水產飼料產業發展存在的問題

（一）配合飼料使用比例不高，飼料系數偏高、浪費嚴重、環境排放大

我國水產飼料生產發展很快，但是目前的配合飼料使用比例仍然不超過40 %，海水魚配合飼料的普及率不到30 %[1]。飼料系數在1.2～1.8，部分品種仍然偏高，僅少部分在1左右。養殖中直接投喂鮮雜魚或飼料原料，配合飼料偏高的飼料系數不僅導致生產成本提高，而且造成資源浪費，增加環境污染。水產養殖在帶來經濟收入的同時，其廢物排放也帶來了水環境的污染[29]。

（二）飼料原料缺口大、飼料成本偏高

我國雖然是一個農業大國，但不是一個飼料資源大國。我國飼料原料的數量和質量都不能完全滿足我國飼料工業高速發展的需要[30,31]。近幾年魚粉價格經幾輪飛漲，豆粕、玉米等大宗原料也不斷上漲。國內飼料原料供應缺口越來越大，主要飼料蛋白源魚粉和豆粕70 %以上依靠進口，50 %以上的氨基酸依靠進口，成為飼料行業和水產養殖業發展的極為核心的制約因素。國內部分飼料添加劑的供應量嚴重不足，存在品種單一，產品生產成本偏高等問題，在質量和數量上均難以滿足需要。

（三） 配合飼料的養殖效益不穩定

由于我國地區跨度較大，養殖模式多樣化，加上加工工藝的差別、養殖管理技術的差別，同樣的飼料配方在不同養殖模式下其養殖效益差別很大。此外，由于加工工藝等問題,膨化飼料的推廣受到限制，國內還不到20 %[32]。對膨化技術研究和設備開發工作做得還很不夠，對膨化顆粒飼料加工工藝及技術參數進行系統研究的工作很少，造成膨化顆粒飼料生產線生產效率不高、能耗高、產品性能穩定性不夠。

（四）飼料市場競爭環境有待規范

飼料企業生產規模小、起點低。我國水產飼料企業眾多，6家大型飼料企業水產飼料占總產量的85 %以上[32]。但仍有1 000多家中小水產飼料企業年均產出8 000 t。專業化程度不高，科技含量低。80 %以上的水產飼料生產企業是綜合型或加工型。市場以次充好、惡性競爭等現象仍然存在。在飼料原料質量控制、配方管理、生產經營等方面沒有形成系統的標準，或者有些標準是參考國外的而不適合國內的養殖品種導致執法部門執法困難等。

五、我國水產動物營養與飼料發展的戰略選擇

為實現水產養殖業“高效、優質、生態、健康、安全”的可持續發展戰略目標，水產動物營養與飼料工業發展需要圍繞“安全高效，節約環保”的中心，通過從基礎理論到應用技術的全創新鏈的系統研究，從動物營養代謝、飼料原料利用、飼料加工工藝、飼料與養殖環境關系，以及水產品安全等多方面，結合現代分子生物學及“組學”手段，深入研究水產養殖及產品加工全過程中密切相關的營養學和飼料學的理論技術問題。

水產動物營養與飼料工業的發展目標是：通過系列研究與典型示范，揭示水產動物營養需求與攝食、代謝調控的基本理論，闡明飼料利用的過程，深度優化飼料配方，開發新型飼料原料替代品及綠色環保添加劑，加快飼料生產及投喂管理技術升級，建立現代飼料工業體系，以提高養殖產品品質、降低飼料成本、減少環境污染；積極發展現代水產飼料與加工流通業，提高市場信息化水平，加強飼料源頭和過程控制，利用物聯網和溯源技術，保障水產品的品質和安全；此外，還要重視動物福利，最終實現水產養殖業的綠色、生態、健康和可持續發展。

（一）利用分子手段進行水產動物營養代謝研究

將動物營養生理、生物化學、免疫學、分子生物學及“組學”等學科相結合，在動物環境、動物

組織細胞、動物體內營養物質的分子代謝水平等不同層次上，進行水產動物的營養需要量、代謝調控機制的研究，為促進水產養殖動物生長發育、提高其抗病能力、最大程度地實現動物的遺傳潛能提供理論和技術支持。

（二）動物的營養需要與精準飼料配方技術的研究

加強對水產動物飼料原料的營養價值評定研究，根據飼料的有效養分、水產動物不同生長階段和不同養殖條件下的營養需求量、養殖水體可持續精養的營養調控和市場需要等方面，開發精準環保飼料配方，以滿足養殖動物的生長、健康、品質及市場要求。

（三）飼料質量控制與加工工藝

從原料、配方、工藝和參數配置與管理等方面進行水產飼料的質量控制，以穩定飼料品質，并在飼料加工過程中注意提高飼料轉化效率、鈍化飼料中抗營養因子、消除致病菌和霉菌毒素等有害物質，從而降低糧食浪費和漁業的次生污染、保證食品安全。

（四）科學規范的投喂技術

根據養殖種類、健康體征、動物營養需求、環境因素以及飼料營養成分等，確定投喂量和投喂頻率，建立數據庫，最終形成一整套針對不同種類水產動物的投喂技術規范，以便達到飼料的最高利用效率并減少廢物排放。

（五）水產品品質調控技術

研究水產品中有毒有害物質的攝入、代謝、積累及清除關系，揭示水產品中異味物質的形成和清除機制，建立水產品營養、風味、口感等形成及其調控的營養學技術，以實現水產動物養殖中的營養適宜、環境穩定和品質安全。近期的研究任務主要在以下幾個方面開展。

（1）水產動物主要營養素的利用與調控機制研究：主要包括水產動物對不同原料組成飼料的攝食選擇及其調控機制，水產動物對主要營養素的營養代謝調控網絡構建，基于不同的生理階段、環境和飼料組成條件下的水產動物營養素需求量的動態變化，營養和飼料對水產動物機體健康和品質的影響。

（2）水產動物與微生物的功能研究：主要包括水環境微生物對宿主與養殖環境的相互作用機制、腸道微生態的營養生理功能、腸道微生態與營養素消化吸收及信號網絡的交互作用機制、益生菌（元）的營養調控作用。

（3）水產動物的營養遺傳性狀改良：主要包括水產動物營養性狀的遺傳學特性研究、水產動物營養基因組學的研究、水產動物營養狀況改變營養遺傳性狀的表觀遺傳學研究、水產生物現有不同遺傳品系間營養代謝差異的機制研究。

（4）水產品品質形成的營養學機制研究：主要包括魚類肌肉理化性質的調節機制、魚類富集高度不飽和脂肪酸等生物活性物質的機制、魚類體色調節的機制研究、水產品風味物質形成機制研究。

（5）水產飼料理化性質與水產動物營養過程的相互關系研究：主要包括水產飼料不同理化特性對水產動物飼料利用效率和氮磷排放的影響及其生物學機制、水產飼料不同理化特性對水產動物健康與水產品品質的影響及其生物學機制、在體內外改善水產飼料理化性質以提高飼料利用效率的生物技術原理基礎研究。

同時，開展水產動物分子營養學研究體系構建、水產飼料新蛋白源的開發與示范推廣、精準功能性飼料的合理設計等方面工作。

六、我國水產動物營養與飼料發展的政策建議

（一）加強科技持續支持，深入研究與營養代謝有關的生理生態學過程

因農業科技發展的長期性和連續性，應該加強對水產動物營養與飼料研究的長期持續支撐，以保障科技研發可以圍繞產業發展開展持續研究。同時加強對產業示范項目的科技支持，這樣才能促進科技與產業的結合。

（二）加強飼料和養殖管理，推進良好操作規范

推行飼料生產和養殖企業的產品質量可溯源制度，完善養殖產品質檢體系建設，保障飼料與水產品食品安全。建立飼料和水產品的全程可追溯體系，是當前保障水產品安全的重要措施。在當前互聯網和物聯網日益普及的時代，采用電子條碼、電子標

簽等現代標志技術，對不同批次的飼料或者水產品進行標志，并在生產、流通、使用/消費各環節進行電子掃描并保存相關信息，可以有效保證產品質量安全體系。

（三）加強人才培養，提高產業發展能力

必須加強對水產養殖動物營養與飼料工程領域研究人才的扶持力度，擴充科研和應用開發力量。需要國家加大人才的扶持力度，通過有針對性地設立重點、重大項目和高層次人才基金，建立若干具有國際一流水平的科研團隊和學科帶頭人，扶持一批具有科研潛力的青年研究人員，打造出一支具備國際一流水平，團結高效，能為我國水產養殖動物營養與飼料工程領域獲得跨越式發展奠定堅實科學基礎的強大研究團隊。

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Study on the Developmental Strategies for the Engineering of Aqua Nutrition and Feed

Xie Shouqi1, Zhang Wenbing2, Han Dong1, Mai Kangsen2
(1. Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China; 2. Fisheries College, Ocean University of China, Qingdao 266003, Shandong, China)

This paper reviews the research in nutrition and feed development in aquaculture animals in recent years, and analyzes the problem and future development of feed industry. In past 10 years, great advances have been achieved in aquaculture animal nutrient requirements, feeding, larval feed, broodstock nutrition, additives etc. But there are still some problems regarding aquafeed including high feed conversion ratio, high environmental discharge, high feed cost and unstable profit. In the near future, the research and development of aquaculture nutrition and feed should focus on “high efficiency, safety, economic and environmental neutral”. New concepts from ecology and genomics technologies should be applied in the study on molecular mechanism of nutrition and metabolism, nutrient requirements and accurate feed and feeding, feed quality control and processing, animal quality regulation, etc. The government should provide more opportunities for cooperation between scientists from different areas and long term support.

aquaculture; aqua nutrition; feed; developmental strategy

S963.16

A

2016-05-03；

2016-05-18

解綬啟，中國科學院水生生物研究所，研究員，研究方向為水產動物營養與飼料；E-mail:sqxie@ihb.ac.cn

中國工程院重點咨詢項目“水產養殖業十三五規劃戰略研究”(2014-XZ-19-3)

本刊網址：www.enginsci.cn