1 单环刺螠的基础生物学

单环刺螠(Urechis unicinctus)属螠虫动物门、螠纲、无管螠目、刺螠科、刺螠属, 俗称海肠, 海鸡子^[1]。作为海洋底栖滤食性无脊椎动物, 生活于潮间带及潮间带下区几米至数十米深的泥、沙质海底。主要分布于日本本洲和北海道、朝鲜半岛部分海域、俄罗斯远东海区和我国黄渤海沿岸, 是我国唯一分布的无管螠目生物^[2]。

1.1 单环刺螠的形态构造

单环刺螠的形体呈腊肠状, 成体多呈粉红、紫红或黑红色^[2]。莱州湾地区的群体多呈粉红色, 体壁较薄; 渤海湾其他地区, 如大连、秦皇岛等地群体多呈紫红或黑红色, 体壁较厚。但基于群体基因序列的分析发现, 各地群体尚无明显的地理种群分化^[3]。

单环刺螠的体长10~30 cm, 宽2~3.5 cm; 吻部呈匙状位于身体前段, 口在吻部中央, 尾部中央为肛门, 围绕肛门单圈丛生9~13根刚毛。单环刺螠的身体构造简单(如图 1所示), 主要由体壁、体腔液及内脏组成^[1]。无血液循环系统, 体腔液呈红色充满于体腔中, 体腔液中存在数量和种类众多的体腔液细胞, 分别起到营养运输、免疫防御和多功能分化等功能; 内脏部分主要包括消化系统, 由口、咽、食道、嗉囊、砂囊、胃、中肠、呼吸肠、直肠和肛门组成^[4]; 身体腹侧中央有一下陷纵沟, 内为白色线状的腹神经索, 与吻神经相连, 止于肛门^[2]; 具肾管2对, 繁殖期用于排泄成熟的精、卵^[5-7]。

1.2 单环刺螠的生活习性

单环刺螠在海底营造非标准的U型洞穴生活^[2], 在洞穴入口处时有烟囱状凸起呈现(图 2A, 2C)。在营造洞穴时, 单环刺螠利用伸缩的半管状吻部挖掘、探索砂石间的细小缝隙, 利用尾部吸入海水, 使体壁由后向前逐步扩张, 推动躯体在泥沙中潜行。单环刺螠体表分泌的黏液可固定躯干四周的泥沙, 形成较为牢固的洞穴。在洞穴中, 利用尾部的不断吸排海水, 使海水从洞穴中穿流, 滤食海水中的食物残渣、单细胞藻类、细菌等微生物(图 2B)。

单环刺螠生存温度15~26℃、盐度20~37、pH 6~9^[8-9], 在15℃湿沙无水干露条件下可正常存活48 h以上^[10]。渤海湾单环刺螠的天然盛产期约为每年的4月~ 5月和10月~11月^[11], 此时常见有大量成熟个体从其栖居的海底洞穴中乘夜色浮游而出。有时会因洋流、海浪等作用在某处海滩集中成批出现, 研究发现这一现象与单环刺螠的生殖周期相吻合, 与其繁殖行为有关^[12]。

1.3 单环刺螠的生活史

单环刺螠为雌雄异体, 性成熟的个体会排放精子或卵子到合适的环境中, 通过体外受精实现种群的繁衍。其生活史从受精卵开始, 根据其主要生物学特征, 人为可将其分为卵裂、囊胚、原肠胚、担轮幼虫(又可分为前期担轮幼虫和后期担轮幼虫)、体节幼虫、蠕虫状幼虫、幼螠等几个时期(图 3所示), 各发育阶段的特点及在人工培育条件下的大体时间如表 1所示^[13-14]。

2 单环刺螠人工育苗和养殖现状 2.1 人工育苗技术

经过我国水产学者及相关企业的多年联合攻关, 目前单环刺螠的人工育苗技术已日趋成熟。山东烟台、威海、潍坊, 辽宁大连、河北昌黎等地已有相关育苗和养殖企业实现了单环刺螠小规模的人工育苗。据已发布的公开报道, 2013至2019年间, 昌邑、烟台、威海等地陆续实现规格苗种繁育逾亿尾。各地所采用的育苗技术流程大同小异, 主要采集临近海区的自然种群进行人工繁育, 主要技术要点经归纳汇总如表 2所示^[15-22]。相关育苗及保苗技术规程已形成或正在组织形成或申报企业及地方标准。

2.2 单环刺螠的养殖现状

根据实施地的具体环境条件, 单环刺螠的养殖可采用池塘养殖、工厂化养殖和滩涂人工增殖等方式^[20]。主要考虑因素包括养殖地区的自然环境条件、综合经济成本与收益等。近年来根据单环刺螠的食性和改良池底环境的特性在与其他经济品种混养方面进行了有益的尝试(表 3)。

2.2.1 池塘养殖

在有充足海水供应的池塘进行单环刺螠的单养或混养具有成本低、易收获、出现问题易控制等优势。目前在山东潍坊、烟台^[23-25]等已成功开展。根据单环刺螠的底部滤食特性和改良池底环境的功能, 目前已开展了单环刺螠与刺参(Stichopus japonicus)^[23]、日本对虾(Penaeus japonicus)^[24]和南美白对虾(Penaeus vannamei)^[25]等混养。实践表明, 池塘混养模式不仅可以节约养殖成本, 增加单位水体的产量, 同时也有益于池塘生态环境的改善, 具有较好的经济和生态效益(表 3)。

2.2.2 工厂化养殖

工厂化养殖具有培养密度高、单位产量大、养殖产品安全可控等优势。目前在大连、威海、烟台等沿海育苗和养殖企业相对密集的地区, 已有企业开展了单环刺螠工厂化养殖^[26-28], 大连^[27]、秦皇岛^[28]等地已开展单环刺螠工厂化混养(表 3)。但工厂化养殖仍存在如专用饲料供应、夏季高温期管理、养殖发育停滞等问题亟待解决。

2.2.3 滩涂人工增养殖

在单环刺螠的自然栖息海域, 有条件的实施滩涂人工增养殖具有补充和恢复自然种群、改良水域生态环境、增加渔民收入等优势。2014年起, 单环刺螠底播增殖放流在潍坊昌邑、烟台、威海等地实施。在辽宁大连的部分地区, 因地制宜实施的单环刺螠滩涂人工增养殖也获得成功, 产生了较好的经济和社会效益。但滩涂增养殖存在收获方式改进、避免出现移滩等现实问题, 有待进一步解决。

3 单环刺螠的开发利用潜力

作为有着悠久历史的海洋食材, 单环刺螠营养丰富, 体内含有多种生物活性物质^[2], 在食品、保健品、特殊医用食品、化妆品、医用材料等诸多方面具有很好的应用开发前景。

3.1 单环刺螠的营养成分

单环刺螠味道鲜美, 营养成分含量丰富(表 4)。作为主要食用部分的体壁所含氨基酸占干重的57%, 包含8种人体必需氨基酸和5种鲜味氨基酸(Asp、Arg、Glu、Gly、Ala)^[29]。同时含有K、Ca、Mg、Fe、Zn、Na等无机盐成分^[30]。作为加工副产物的内脏中, 营养成分含量也很丰富, 特别是不饱和脂肪酸占比量大, DPA、EPA、DHA可占总脂肪酸含量的56%、21%、4%, 值得进一步开发利用^[31]。

3.2 生物活性物质

虽然目前单环刺螠的基因组、蛋白质组解析工作尚未完成。但研究者已从单环刺螠的体壁及体腔液中分离鉴定出具有抗氧化、抗菌、溶解血栓、抑制血栓形成、体外抗肿瘤效果的多糖、多肽、大分子蛋白质等活性物质(表 5)。特别是单环刺螠体内的多种活性分子均展示出较好的抗凝溶栓活性, 值得深入研究, 以期为后期的综合开发和高值利用提供理论支撑。

3.3 单环刺螠开发利用

单环刺螠味道鲜美、鲜滑脆爽, 自古以来就是有名的海洋食材。在我国渤海湾沿岸的大连、烟台、青岛等地均有以其体壁制作菜肴的传统。海肠饺子、海肠捞饭、韭菜炒海肠、蒜蓉海肠等系列菜品广受当地人们的喜爱。韩国亦有鲜食其体壁的传统, 每年的市场需求量也很大。

单环刺螠中存在丰富的风味氨基酸^[29], 是一种天然的鲜味食品, 以其制作调味品有着悠远的历史, 可用于天然调味料的开发^[59-60]和加工成干制品^[61]。

目前在其生物活性物质的开发方面, 多通过生物酶解技术结合色谱分离和热水浸提法提取多糖^[54-55]、多肽^[57-58]、血红蛋白^[38-39], 部分技术已实现实验室小规模制备, 为产业化生产提供了条件。目前还是主要受限于原料的采集和供应。

针对单环刺螠中具有较强生物活性的酶类、多肽的制备, 利用基因工程技术进行体外的纯化和生产是最好的替代方法之一。目前研究者围绕纤溶酶^[43-47]、溶菌酶^[37]、速激肽^[32-36]等已建立起体外重组表达工艺, 为后续的产业化开发提供了条件。

4 展望

改革开放以来, 我国沿海地区的经济发展十分快速。特别是近十年来, 沿海地区的围海造田、港口开发、油气开采、房地产及交通旅游业均实现了迅猛发展, 为国家及当地经济发展作出了重大贡献。但与此同时, 单环刺螠的自然栖息地却因此遭受人为的不当干预和破坏, 加之其不断增长的市场需求以及不合理的采收方式等, 使得单环刺螠的这一自然生物资源逐年减少。

4.1 人工育苗与养殖

开展人工育苗和养殖是保护自然生物资源, 贯彻资源可持续利用的必由之路。随着单环刺螠人工育苗和养殖技术的日趋成熟, 渤海湾的许多地区已经出现专业的育苗和养殖公司。有望形成我国北方沿海海水养殖产业新的增长点。但仍需关注人工养殖面临的专用饵料、饲料短缺, 全周期生产和管理技术尚未成熟、与育苗和养殖相关的品种选育、病害防控、食品安全控制等关键技术尚未实现突破等问题。

4.2 综合开发利用潜力

单环刺螠的营养价值丰富, 含多种具有医学开发前景的生物活性物质。具有优良的综合利用前景。但围绕其综合利用的相关技术尚欠缺, 目前仍集中于初级加工方面, 产品的形式较为单一, 产品附加值较低, 尚需大量鲜活单环刺螠作为原材料。这也是制约产业链条发展的关键要素之一。利用基因工程技术和细胞工程技术, 实现单环刺螠体内活性物质的外源批量提取和制备, 是具有很好的市场应用前景的方式, 仍需继续研究和深入实践。