脆肉或许将不再局限于全蚕豆,也将不单局限于草鱼!这是整个水产养殖产业“提质增效”的利好!
文/ 水产前沿实习编辑 曾铃程
图/ 珠江所水产养殖与营养团队
1973年,广东中山首次在中山长江水库培育出脆肉鲩。也是从这里开始,脆肉鲩产业逐渐壮大。到2018年,东升镇脆肉鲩养殖面积达16309亩,占水产养殖总面积60%,脆肉鲩年产值约9亿元,占全镇农业总产值的70%。但是脆肉鲩已经不单是一个地方产业,也代表着国内大宗水产品品质提升的最靓丽的名片之一。
可是打了几十年“蚕豆牌”,脆肉鲩的瓶颈也越发明显,养殖周期长,赊欠比例大,流通渠道单一等也是现实中不得不面对的问题。从生产上来讲,就是生产体系和市场供需之间还没有找到最佳适配,或许这也是脆肉鲩产业迫切需要的突破点。当然近些年,业界也想了不少办法,但更多还是普水料和膨化料之间的博弈,对于草鱼脆化的关键环节尚缺少重大突破。而这个遗憾,被珠江所谢骏研究员领导的水产养殖与营养团队所填补。
珠江水产研究所谢骏研究员领导的水产养殖与营养团队(一排左三为谢骏研究员)
近日,国际知名期刊《Food Chemistry》(2020年,影响因子IF=6.306)在线发表了谢骏团队的文章,系统阐述了天然食物蚕豆改变脆肉鲩(脆化草鱼)肌肉质构的ROS作用机制。该论文得到国家大宗淡水鱼产业技术体系项目资助。珠江所郁二蒙博士和付兵硕士为该论文的共同第一作者,珠江所研究员谢骏和美国休斯顿维多利亚大学教授Kaneko为该论文共同通讯作者。
“我们可以告诉产业界的朋友,草鱼脆化已经有了新的方向!”而且,由于作用机理更加清晰,脆肉或许将不再局限于全蚕豆,也将不单局限于草鱼!这也是整个水产养殖产业“提质增效”的利好!
郁二蒙博士在测量质构参数
付兵硕士在测量质构参数
十余年潜心研究,讲好中国故事
水产前沿:能不能跟我们介绍一下,当时团队涉及这项研究的背景?
谢骏:一是有历史,1973年是脆肉鲩首次被发现,到现在已经有三十多年。我们作为广东的本土研究机构也很早就开始介入其中。
二是有规模,脆肉鲩在东升镇成了一个产业,不仅覆盖广东,还覆盖全国,甚至是在欧美也有销售,虽然目前销售量还不大。
三是对于我们科学工作者而言,这是一个非常典型的研究材料。通过天然的食物——蚕豆,投喂之后有一个非常显著的效果,就是我们讲的口感,科学术语就是质构,它是数倍于普通草鱼。
当然我们也是为了解决产业所存在的问题。产业发展也到了一定瓶颈,虽然有特色,但是没有被充分发挥,在养殖过程中间也会出现溶血、半脆、不脆等问题。
水产前沿:其实也挺意外,脆肉鲩作为一个区域品牌,居然也得到了国际上的高度认可!这应该相当不容易?
谢骏:这十几年,我们陆陆续续在国际期刊上发了十几篇文章。在这个过程中,我们也在国际上不断地接触交流,也推动了国际上对我们的认知。
而且,我们目前已经在《Food Chemistry》杂志发过两篇文章。这个杂志是食品领域顶级杂志,目前的影响因子是6.306,这说明国际上对这个东西越来越认可,也将我国的水产养殖研究工作在国际上进一步推广。
另一方面,我们自己中国人要讲好中国故事,作为本土研究机构也要讲好广东故事,这是我们的职责所在。
层层递进,分子层面理清脆化机制
水产前沿:从什么时候开始立项的呢?这其中有没有遇到大的波折?
谢骏:我们没有严格的立项,最开始也是兴趣,到现在我们的研究已有13年了。
郁二蒙:从2007就已经开始了。
谢骏:这中间有个过程,最开始我们也很困惑。
首先,我们困惑的是这吃蚕豆,不像一般的饲料学实验。我们没有办法设置成单一组分,就像我们吃的中药一样,要发表文章,让大家去认可,会遇到一个很大的障碍,这也是我们遇到的第一个障碍。还有当时我们去发文章,因为这毕竟是通过蚕豆投喂改变了鱼的生长和结构,饲料学相关杂志几乎都不接受。因为饲料相关研究,讲究等氮等能。可是蚕豆是大品类,组分是不稳定的,这就是一个难题。所以在前期,我们的确是很难把这个东西阐述给国内国外的学界。
后来,还是发挥了郁二蒙博士的特长。他以前是做分子生物学,也是借助了分子生物学的手段来更深刻的研究这种现象。分子生物学里面,我们最早找到的一个手段就是基因芯片。通过基因芯片,来做脆化和非脆化的普通草鱼的对比,基因表达有什么区别。但当时没有现存的关于草鱼的基因芯片可供我们使用,只有斑马鱼的基因芯片。因为斑马鱼是世界公认的模式动物。但是斑马鱼和草鱼也有个共同点,他们都是鲤科鱼类。我们也去做了基因比校,它们也非常接近,所以当时我们也冒险采用了斑马鱼的基因芯片。那时候是2013年左右,发在了一个当时影响因子2.0左右的期刊上,从这里开始就可以发文章了。
之后,我们又碰到一个障碍。基因表达和蛋白表达不是完全同步,蛋白表达的东西和功能还不一样是完全一样的,所以我们又去做了蛋白表达这一块儿。这个阶段花费了好多年,从蛋白质组学技术刚出来,我们就开始做,折腾到2017年,才终于发了篇文章在《nature》子刊《Scientific Reports》。
在解决了蛋白表达之后,我们又找到了一个新方法——RNA-seq转录测序技术。这就摆脱了斑马鱼基因芯片的限制,而是针对自身基因表达的变化。这就完善了我们在前面不能使用草鱼基因芯片的缺憾。
后来,郁二蒙博士又找到了一个新的方法,是关于表观遗传方面。
郁二蒙:就是蛋白修饰,修饰后蛋白才会有活性,也就是蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。我们在这方面也做了很多细致的研究。
水产前沿:也就是这里面有个研究过程,从一个方向转到另一个方向?
郁二蒙:层层递进,也是得益于近些年科学技术的发展,从而把整个过程研究得更加透彻。从最开始研究肌肉组织,到后面我们从整个代谢,也就是通过投喂蚕豆,经过肝脏、肠道等途径引起肌肉质构的改变,把整个过程都给梳理清楚了。
水产前沿:ROS应该是里面的核心机制,能不能再谈谈这方面?
谢骏:ROS是生物体内活性氧簇分子,这类分子和细胞代谢、分化、转移的过程是密切相关的,相当是类信号分子。
郁二蒙:它包括自由基和非自由基,像过氧化氢(H2O2)、羟自由基(OH-)这些物质,它们都是活性氧簇分子。
谢骏:就像在健身房运动,有有氧运动和无氧运动的区别。一般在激烈运动的时候,做了很多hit动作,这样的无氧运动之后,机体内ROS的含量就会非常高。ROS是不断涌现、不断消除、不断参与生命过程的一类东西,不仅仅是一种途径,而是多种途径都能产生。
水产前沿:那我最开始的理解可能还是有偏差。我本以为ROS是一种调节机制,但是它们实际是指一类物质的总称。但是在谢老师团队的研究后,发现这类物质是草鱼脆化整个过程中的关键指标,也就是信号因子。
郁二蒙:可以这么理解。
不再单纯全蚕豆,生长速度还快1倍
水产前沿:那从产业的角度,是不是意味着这个过程我们可以进行针对性的调节?
谢骏:这些年我们也关注了脆肉鲩产业的一些情况。单纯使用蚕豆会有几个问题,比如说容易引起肠炎;在过程中,容易半脆不脆;在脆化的后期,也容易出现溶血。
我们对脆化过程进行很细致的研究,认为热应激是草鱼脆化过程中蛋白调控的关键因素,也就是温度是一个核心要素。积温不够的时候,那一年蚕豆脆化的效果就会比较差。在去年温度就比较合适,所以蚕豆就用得少了。所以如果养殖户能够控制好合适的水温,那么脆化所用的蚕豆就会比较少,别人16斤,那可能就才用14斤,甚至11斤。
第二点,我们找到已经找打了蚕豆的真正有效组分,而且进行了实验验证。这意味着不用再投喂全部蚕豆了,吃有效成分也可以达到同样的脆度。同时我们的(投喂有效组分的)生长速度会快1倍,也比普通的饲料也略快一点点。我们可以告诉产业界,新的方向已经出来了。
水产前沿:这应该是个重大的突破!
谢骏:只是我们现在存在一个什么问题呢?那就是如果大规模生产,我们对于产品和技术的成本还是未知的,还需要进行一个更大规模的试验。这打算跟企业合作,已经有意向性的企业正在关注这方面,也有过长期的合作。
第三点,在市面上也有其他脆肉品种,比如说脆罗非。实验结果发现,不仅仅是罗非鱼,通过我们研究出来的这个ROS调节机制,几乎目前所有养殖鱼类都能进行品质改良、质构调整。这也包括肉食性的鱼类,比如生鱼、加州鲈,都可以通过类似的手段、思想和方法来实现。在疫情结束之后,我们后续也会开展相关的工作。
第四点,实际上我们不一定要完全依靠营养调控。ROS机制告诉我们,只要能够精准的调控ROS的话,就能得到相关的质构改变效果。这方面比如说跑道鱼,以后我们也会以ROS作为指标,通过改善水质、生长环境等方面,使用双重手段来进行鱼类品质的改进和调控。
虽然我们研究取得了重大进展,但在大规模应用的一公里还没有突破,严谨一点讲,我们还只算是给产业提供了一个新的方向。
珠江水产研究所养殖与营养团队介绍
水产养殖与营养团队,现有在编职工8人,其中高级职称5人,中级职称3人。研究室为农业部热带亚热带水产资源利用与养殖重点实验室、广东省大宗淡水鱼科技创新中心等,现有质构仪、实时原子吸收仪、水质在线监测系统、定量荧光PCR仪、冷冻高速离心机、倒置荧光显微镜、凝胶成像系统、核酸蛋白浓度分析仪等大型仪器设备30台套。针对水产养殖学科领域开展了水产动物健康养殖技术、水产动物营养饲料与品质提升、养殖水域环境修复技术等相关研究,相关成果获2020年度广东省技术发明一等奖和2018年度广东省科学技术进步二等奖。目前本团队承担国家产业技术体系项目、国家自然科学基金、国家科技支撑计划课题等40余项,每年科研经费近500万,发表论文200余篇,获授权专利40余件。
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