1、聚羟基丁酸酯（Poly-β-hydroxybutyrate, PHB）是原核生物细胞中储存的一类含碳聚合物。最新研究表明,PHB可在水产动物肠道内全部或部分降解为 -羟基丁酸,通过改善养殖动物肠道微生物区系、提高免疫力和消化力等,促进动物生长和抗病力,是一种具有应用潜力的水产养殖生物控制剂。PHB作为饲料添加剂,可代替或减少抗生素和化学药物使用,改善养殖生态环境,促进水产养殖业的可持续健康发展。

2、将研究成果“PHB促进水产动物生长和抗病力”在海淡水经济养殖品种养殖中进行进一步研发和转化,利用自有高效积累PHB的盐单胞菌Halomonas菌株,优化发酵条件和参数,生产菌体PHB,确定其在饲料中的最佳比例,形成菌体PHB发酵工艺及其应用于海水鱼养殖的技术规范,进行中试规模的养殖示范,为菌体PHB在健康养殖中的应用提供技术支撑。

3、创造性

1) PHB为脂溶性 -羟基丁酸聚合体,其在动物肠道中降解为 -羟基丁酸单体,通过降低肠道pH,平衡养殖动物肠道微生物区系,提高机体免疫力和消化能力,促进动物生长和提高抗病力,是一种具有应用潜力的新型生物控制剂。本研究首次在国内提出将 Halomonas胞内储存物质PHB应用于水产养殖。

2) 提出直接应用菌体PHB的思路。与从细菌中提取的结晶态PHB颗粒物相比,菌体PHB为无定形态结构,更易被动物所利用;而且菌体中富含单细胞蛋白和多糖等,可提高饲料营养价值。同时菌体PHB的使用可避免使用有机溶剂提取PHB对环境造成的负面影响。

4、先进性

1）形成了发酵生产Halomonas-PHB菌体的关键技术,明显缩短了发酵时间、提高了菌体PHB含量和产量。

碳源种类和添加量是细胞PHB积累的必要条件。本研究在前期摇瓶法研究成果的基础上,采用不同尺度的发酵装置,将CM培养基进行改良,确定适宜碳源、碳源添加量、补碳时间及频率。

Halomonas积累PHB需要偏碱性和好氧条件,因此发酵过程中溶解氧和pH的调控是发酵条件优化的关键。本研究采用全自动发酵装置,实时监测发酵过程中物理参数的变化,探索出最佳发酵盐度、pH和溶解氧水平等工艺参数。

细胞中PHB的积累一般在营养缺乏的生长稳定期,此时细胞分裂受到限制。

本研究采取两步发酵法,即通过前期添加碳源和氮源发酵获得大量Halomonas菌体;后期提高C/N,在氮源缺乏的条件下使PHB在细胞内大量积累,提高菌体PHB含量。

2）成功将Halomonas菌体PHB作为饲料添加剂应用于海水鱼和虾类养殖。

将菌体PHB成功应用于半滑舌鳎、龙胆石斑鱼和凡纳滨对虾小试养殖,明确1~3% PHB配合饲料中添加或卤虫强化可显著提高养殖动物的存活率、生长率和抗病力。

在此基础上,将菌体PHB应用于中试规模的半滑舌鳎养殖中,取得了良好效果。

5、存在的问题和改进意见。

作为天津市科技支撑重点项目,本项目充分利用了前期的应用基础研究成果,在提高Halomonas菌体中PHB含量和发酵产量方面取得了突破性进展,菌体PHB在鱼类和虾类经济水产养殖品种中的应用取得了良好的效果,为该科技成果的进一步转化和示范应用奠定了坚实的基础。

今后将在本项目的研究成果基础上,进一步降低菌体PHB的发酵生产成本。

碳源占PHB生产成本的50%。

若能利用价格低廉的碳源或以工业生产中产生的废物为碳源来生产PHB，不仅可进一步降低PHB的生产成本，还有利于保护环境。

同时还将努力争取政府和企业资金支持，将菌体PHB应用于更多的养殖品种和更大的养殖规模，促进水产养殖业可持续和健康发展。

本项目应用于微生物发酵和水产养殖领域,涉及的技术原理包括微生物培养和发酵技术、生物饵料营养强化和饲料制备技术和水产养殖相关技术等。

发酵生产高PHB含量Halomonas菌体,菌体生物量达到31.75 g dw/L, PHB含量达到80% cdw;分离出1株高效降解PHB的草酸青霉菌株,4天内颗粒PHB降解率达到90%,第1天降解率达到40%;将菌体PHB在饲料中添加,并应用于半滑舌鳎、龙胆石斑、凡纳滨对虾养殖中。

极大降低了半滑舌鳎发病率（实验组存活率45.51%,HM组存活率14.22%,对照组存活率8.01%）;制定了菌体PHB应用于半滑舌鳎和石斑鱼的技术规范,进行了中试规模养殖示范,并向周边养殖企业推广。

本项目在天津市海发珍品实业发展公司循环水养殖设施进行半滑舌鳎养殖,取得了良好的效果,对周边养殖户形成了很好的示范作用,可针对不同的养殖模式和不同养殖品种,向全国海水育苗、养殖企业和农户进一步推广。

本项目在国家自然科学基金

    （31172427）、天津市应用基础与前沿技术研究计划项目（10JCYBJC08800）的研究基础上,得到天津市科技支撑重点项目（16YFZCNC00810）的支持。