利用富营养化水域天然浮游植物驯化轮虫作为动物饲料的创新系统

为解决全球动物蛋白需求激增与饲料资源短缺的矛盾，中国研究人员提出了一种创新性轮虫驯化系统。该研究通过集中培育轮虫种子（Brachionus spp.）与分散式生物量扩增相结合的策略，利用富营养化水域的天然浮游植物作为饲料来源，实现了每公顷水体年产1000-1500吨干轮虫的潜力。这一系统不仅为水产养殖提供了可持续的活体饲料解决方案，还为治理水体富营养化提供了生物调控新思路。

　　

随着全球人口预计在2050年达到97亿，动物蛋白需求将推动饲料产业面临前所未有的压力。传统鱼粉资源日趋枯竭，而微藻、昆虫等替代蛋白来源又面临成本高、规模化难等瓶颈。更棘手的是，全球水体富营养化引发的蓝藻水华正威胁生态系统健康，现有治理手段往往治标不治本。在这一背景下，如何将环境治理与饲料生产协同解决，成为可持续农业的关键课题。

青岛的研究团队在《npj Sustainable Agriculture》发表的研究中，构建了一套革命性的轮虫驯化系统。该系统创新性地将轮虫种子集中培育与生物量分散扩增相结合：种子阶段采用自养/异养微生物（如微藻Chlorella、酵母Saccharomyces cerevisiae）或基因编辑微生物（如CRISPR修饰的Brachionus manjavacas）进行高密度培养；扩增阶段则直接泵入富营养化湖泊的天然浮游植物作为廉价饲料。通过优化溶解氧（>5 mg L^-1）、温度（26-32°C）等参数，淡水轮虫Brachionus calyciflorus密度可达33,500 ind. mL^-1，预计每公顷水体年产量相当于传统鱼粉市场价值的1333-1666美元/吨。

关键技术包括：1）建立轮虫高密度培养体系（连续/半连续培养）；2）利用CRISPR对轮虫发育基因（vasa）进行编辑；3）采用γ-氨基丁酸（GABA）等生长促进剂；4）开发拦截式收获技术替代能耗高的微藻过滤；5）整合C1代谢微生物（如甲基营养菌）降低培养成本。

研究结果分为四个关键发现：

1. 轮虫生物学特性：证实Brachionus plicatilis复合种（含B. rotundiformis等）能耐受盐度10-20，在连续培养中维持>1,000 ind. mL^-1密度，且通过水平基因转移获得辐射抗性DNA连接酶基因。

2. 营养强化策略：维生素B₁₂强化的小球藻（Chlorella vulgaris）使轮虫生长率提升2倍；Schizochytrium sp.提供的DHA/EPA显著提高海水鱼苗存活率。

3. 天然浮游植物利用：通过高压脉冲电击（>10 kV/cm）预处理富营养化水源，有效杀灭病原体，使轮虫在含微囊藻毒素的水体中仍能通过调整生命策略（如休眠卵形成）持续生长。

4. 经济环境效益：模型显示，年产1500吨干轮虫的系统可同步去除水体中12.0 mg L^-1以下的NH₃-N，且太阳干燥工艺进一步降低能耗。

这项研究的突破性在于创建了首个将环境治理与饲料生产耦合的系统框架。通过轮虫对浮游植物的级联转化，不仅规避了微藻收获的高能耗瓶颈，还实现了氮磷污染物的生物移除。未来通过优化海洋轮虫品系（如B. plicatilis sensu stricto）的高密度培养，该系统有望扩展至咸水水域应用。作者团队由李 Guo、刘 Hang 和杨 Guanpin 组成，研究获得崂山实验室科技创新项目（LSKJ202203205）和国家自然科学基金（32102757）支持，为可持续农业提供了兼具经济与环境效益的解决方案。