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作者｜Daniel 导语：水产养殖是人类蛋白质和必需脂肪酸的重要来源。然而，水产养殖业的可持续发展面临着优质饲料和饲料短缺、水产品安全质量下降等诸多挑战。本综述探讨了使用微藻作为水产饲料成分如何有助于解决这些问题。微藻因其高营养价值和合适的细胞大小而成为双壳类幼虫、虾和鱼的重要食物来源。特别是，双壳类在整个生命周期中都依赖微藻作为直接饲料来源。微藻也是次要活体猎物（包括轮虫、卤虫和桡足类）不可缺少的食物来源或营养补充剂。含有大量蛋白质和脂质的微藻可作为水产饲料中鱼粉和鱼油的替代品。此外，微藻富含ω-3多不饱和脂肪酸、类胡萝卜素、维生素和β-葡聚糖。这些生物活性物质可作为饲料添加剂，提高水产动物的生长速度、肤色、抗氧化能力、免疫力和成活率。然而，微藻生产成本较高，限制了其在水产养殖中的广泛应用。近年来微藻集约化培养技术，特别是发酵技术的进步，显着提高了生产效率，降低了生产成本。因此，如果要实现可持续水产养殖，加速使用微藻作为水产饲料至关重要。审查最后讨论了将微藻纳入可持续水产养殖所涉及的机遇和挑战，并提出了前进的方向。 鱼类、甲壳类、软体动物和其他水生动物等水产品为人类提供重要的蛋白质和必需脂肪酸 (EFA)。尽管全球水产养殖产量多年来迅速增长，从 1950 年的 2000 万吨增至 2020 年的 8800 万吨，但若干挑战阻碍了其可持续性。一个主要问题是为未来越来越多的养殖水生动物找到合适的饲料来源。活体猎物仍然是水生动物幼体的主要食物来源，但由于缺乏利用池塘自然生长和野生捕获来生产活体猎物的集约化养殖技术，导致供应不可靠，常常导致幼体繁殖失败。确保水产品的安全和质量是另一个挑战。过度使用水产饲料会导致水污染，水环境退化的水生动物更容易感染病原体，导致过度使用抗生素和药物来控制疾病。化学药物的过度使用可能会在水产品中积累，导致食品安全问题和生态灾难。水产饲料缺乏优质原料导致水产动物品质下降是另一个值得注意的问题，全民脂肪酸水平下降，这可能会损害水产品的营养价值。因此，利用经济可行且环境友好的技术应对这些挑战以实现可持续水产养殖至关重要。
微藻与水产养殖相关的作用 微藻是普遍存在的光合微生物，栖息于水生环境中，作为水生生态系统的初级生产者至关重要。在水产养殖中，微藻发挥着多种作用，从对水环境的影响到作为食物来源的作用（图 1）。微藻是野生捕获鱼类的直接或间接食物来源，对鱼粉和鱼油生产至关重要。对于幼体水生动物，微藻由于其适当的尺寸和营养价值而主要用作活的猎物。它们也是其他活体猎物的重要食物来源和营养补充剂，包括轮虫、卤虫和桡足类动物。微藻中蛋白质、脂质和碳水化合物的含量分别占细胞干重 (DCW) 的 12%–65%、2%–23% 和 5%–26%。此外，微藻富含生物活性化学物质，如 omega-3 长链多不饱和脂肪酸 (ω-3 LC-PUFA)、色素、多糖和维生素，使其适合作为可持续水产饲料添加剂。就水产动物产品的质量而言，含有微藻的日粮被发现可以增强肤色并提高必需脂肪酸和虾青素的水平。因此，微藻是养殖水生动物的重要食物来源，也可用作水产饲料的潜在蛋白质/脂质来源和添加剂。此外，鱼类养殖系统中的微藻可以通过利用多余的营养物质并将CO 2转化为O 2来繁殖，这对于水生动物的生命至关重要。简而言之，如果要实现可持续水产养殖，加速利用微藻作为水产饲料至关重要。 本综述概述了微藻在水生动物营养中的应用，包括用作幼体水生动物和其他活体猎物的活体猎物、鱼粉和鱼油替代品以及水产饲料中的功能性添加剂。它还比较和分析了微藻的各种大规模养殖方法，并讨论了微藻融入可持续水产养殖的潜力以及相关的机遇和挑战。 微藻作为水生动物的直接活体猎物水产养殖需要水产动物后代为前提，食物营养是保证水产动物后代健康成长的重要因素。微藻具有较高的营养价值和合适的细胞尺寸（3-50μm），是双壳类、虾和鱼不可或缺的食物来源，特别是在幼体和幼鱼阶段（图2 ）。此外，微藻还广泛应用于海参、螃蟹孵化场。
微藻通常用作水产养殖中的活猎物。(a)穆勒角毛藻；(b)中肋骨条藻；(c)三角褐指藻；(d)海链藻属；(e)安芙兰属；(f)张江等鞭金藻；(g)盐生杜氏藻；(h) Tetraselmis sp.；(i)小球藻；(j)栅藻属；(k)微拟球藻属；(l)螺旋藻属。比例尺 = 5 μm。 双壳类双壳类动物属于软体动物门，其特征是有两个对称或不对称的壳。全球养殖双壳类（包括牡蛎、贻贝、扇贝和蛤）的产量估计超过 1,490 万吨。双壳类的生命周期由受精期、D幼体、成熟幼体、幼体早期、幼体和成体6个阶段组成。在D-幼虫阶段，双壳类开始以微藻为食，大多数双壳类在随后的发育阶段都依赖微藻作为主要食物来源。双壳类动物利用鳃过滤水或悬浮液，没有选择性地进食。尽管其他物质，如细菌、酵母和干微藻，已被探索作为双壳类的替代食物来源，但尚未发现它们在营养上足以替代活微藻。常用于生产双壳类的微藻种类有角毛藻、假微型海链藻、等鞭金藻、路氏巴甫洛藻和三角褐指藻。然而，选择微藻作为双壳类活体猎物通常是基于经验而不是定量数据。一些研究人员试图通过分析野生双壳类动物的肠道内容物来确定双壳类食物的最佳微藻，但由于饲料消化率的差异，获得的数据往往存在偏差。另一种选择是使用基于 DNA 的方法，针对 18S rRNA 基因来筛选可能作为双壳类食物的微藻。在不同的生长阶段，双壳类动物需要不同数量和种类的微藻。先前的研究13表明，早期双壳类幼虫（例如 D 型幼虫和成熟幼虫）比硅藻更容易摄入金藻，而已完成变态的幼虫则更喜欢以硅藻为食。这可能是由于不同生命阶段的双壳类动物对营养的需求不同，其中金藻类和硅藻类的胆固醇和其他营养素的含量存在显着差异。此外，随着双壳类的长大，微藻的消耗量也会增加。但值得注意的是，双壳类对微藻的需求量大多是根据经验确定的，对其数量需求仍知之甚少。 虾虾是一种具有重要商业价值的甲壳类动物，到 2020 年，全球养殖虾产量将达到 950 万吨。常见养殖虾包括南美白对虾 ( Penaeus vannamei )、克氏原螯虾 ( Procambarus clarkii )、斑节对虾 ( Penaeus monodon )、东方河虾（Macrobrachium nipponense）和巨型河虾（Macrobrachium rosenbergii）。其中，白对虾是优势品种，占 2020 年养殖虾总数的 61%。虾的生命周期复杂，依次经历卵、无节幼体、幼体、糠虾、后期幼体、幼体和亲虾阶段。无节幼体阶段，对虾幼体主要依靠内源营养。当它们从无节幼体阶段过渡到幼体阶段时，虾幼虫开始以猎物为食，主要是过滤微藻。在幼虫阶段之后，即糠虾阶段和幼虫后阶段，虾幼虫仍然以微藻为食，尽管程度较小，因为它们倾向于偏爱浮游动物，例如轮虫、丰年虫和桡足类动物。虾苗生产中常用的微藻包括硅藻（如中肋骨条藻、三角藻、Conticribra weissflogii和Chaetoceros gracilis）、叶绿藻（如小球藻属和Tetraselmis chuii）和金藻类（如等鞭金藻） 。）。据记载，角毛藻属和等鞭金藻属是对虾养殖最有效的微藻属。然而，不同微藻物种的组合（例如， C. weissflogii和C. gracilis作为印度对虾的猎物之间的结合）可以提供更均衡的营养，通常会产生最佳性能。已证明微藻的使用可有效改善虾的存活、生长、免疫反应、变态和色素沉着。此外，饲喂微藻的对虾幼体肌肉二十碳五烯酸（EPA）含量显着高于饲喂其他饲料的对虾幼体，表明微藻还可以提高虾的产品品质。 鱼长期以来，微藻一直被用作大多数海洋鱼类和一些淡水鱼类（尤其是滤食性鱼类）幼体的初始活饵料。然而，这些鱼类幼虫只能在短时间内以微藻为食，很快就会转向浮游动物，例如轮虫和桡足类动物。由于鱼类幼虫在不同阶段需要不同的活饵料，因此很难同时培养多种活饵料以根据鱼类幼虫的具体需求来喂养它们。“绿水”是指以微藻为主的池塘或蓄水池，并伴有浮游动物和细菌，通常由农场或家庭废物施肥产生，偶尔也由化肥产生。由于“绿水”可以同时提供微藻和浮游动物，满足鱼类幼体不同阶段对不同活体猎物的需求，因此在鱼类幼体的饲养中得到了广泛的应用。此外，某些淡水鱼，例如全球产量为 490 万吨的鲢鱼1，也在其整个生命周期中以“绿水”微藻为食。据估计，每年鱼虾将消耗约2.5亿吨“绿水”微藻鲜重。 微藻在饲养其他活体猎物中的作用除了微藻之外，其他浮游生物在鱼类幼体的培育中也发挥着重要作用。其中以轮虫和卤虫最为常用，桡足类的利用较少。这些浮游动物通过在整个生长周期或生长周期的特定阶段以微藻为食来获取必需的营养物质，例如必需的多不饱和脂肪酸、色素和维生素。因此，微藻可以被认为是水产养殖中活体猎物的根本来源。 轮虫轮虫通常用作水产养殖中的活猎物，特别是用于饲养鱼和虾幼体。它们对于 60 多种海洋鱼类和 18 种甲壳类动物的早期阶段至关重要。据估计，需要 1-2.5 吨湿重轮虫，相当于大约 400-10000 亿个轮虫个体，才能维持 1000 万只新孵化的鱼幼体，直到它们能够依靠替代食物来源生存。轮虫有 19 种，例如B. rotundiformis、B. calyciflorus和B. plicatilis，是水产养殖中最常用的轮虫。虽然最初是使用面包酵母培养的，但用微藻小球藻喂养的轮虫由于其必需脂肪酸含量较高，更有利于幼鱼的生长。为了达到适当的必需脂肪酸含量，轮虫通常富含微藻，例如小球藻、微拟球藻、Tetraselmis和I. galbana。轮虫的大规模培养可以通过分批培养、半连续培养和连续培养来实现。使用微藻作为轮虫的食物来源可以是活微藻、干燥微藻粉末或微藻浓缩物的形式。由于活微藻对水质有积极影响，因此它们可以长时间维持稳定的轮虫培养，但它们的运输和储存可能存在问题。使用微藻干粉在供应稳定和营养成分方面具有优势，但生产成本较高，并且微藻干粉不能长期维持轮虫培养。然而，值得注意的是，轮虫对冻干微藻粉末的摄入可接受性和摄入率与用活微藻细胞观察到的相当。浓缩微藻越来越受欢迎，特别是在半连续和连续轮虫培养中。这些浓缩形式能够维持微藻的细胞活性，并且它们还提供稳定的供应和营养成分。食物密度是影响轮虫滤食行为的关键因素。如果食物浓度太低或太高，都会导致轮虫的摄食率和生长率降低。为了将轮虫培养物中的食物浓度维持在最佳范围内，应采用低强度和高频率的策略添加微藻。报道的最高浓度的培养轮虫（160,000 个个体 mL -1）是通过使用连续培养以小球藻糊为食来实现的。 卤虫丰年虫，也称为丰年虾，是一种原始节肢动物，在高盐度栖息地（例如沿海盐田和内陆盐湖）中繁衍生息。卤虫的生化成分在不同发育阶段差异较大，蛋白质含量为39.4%～67.4%，脂质含量为0.3%～30.6%。其休眠包囊由于保存时间长、运输、储存和使用方便，在水产动物幼体养殖中被广泛用作活体猎物。全球水产养殖每年对卤虫包囊的干重需求约为3000吨，其中一半被中国市场消耗。全球大部分卤虫包囊产品均取自天然盐湖，但这些天然盐湖生产的卤虫包囊产量不稳定，且每年差异较大，导致卤虫包囊价格波动较大，从而导致卤虫包囊价格波动较大。中国市场的价格范围为 10 至 70 美元 kg −1 。尽管如此，随着全球水产养殖业的发展，对卤虫包囊的需求逐年增加。人工生产卤虫已成为解决卤虫包囊潜在短缺问题的替代方案，特别是通过日光盐场与盐的综合生产。中国是卤虫卵的主要生产国，产量约为 900 吨（占世界产量的三分之一），而渤海湾盐场的产量约占中国总产量的 20%。微藻通常用作水产养殖中卤虫的富集产品和食物来源。尽管卤虫无节幼体因其易于获得而被广泛使用，但由于其可能缺乏必需的多不饱和脂肪酸，因此它们并不是水生家畜幼虫的理想食物来源。为了提高卤虫无节幼体的营养质量，使用了各种富集产品，包括微藻、微胶囊产品、酵母和细菌。其中，微藻特别受欢迎，因为它们作为卤虫无节幼体的食物来源，具有合适的颗粒尺寸，以及富含多不饱和脂肪酸、蛋白质和维生素等各种营养素。几种微藻，例如Tetraselmis、Dunaliella、Cryptomonas、Chaetoceros、Isochrysis和红单胞菌已成功用于喂养卤虫。 桡足类桡足类是淡水和咸水环境中发现的一组小型甲壳类动物，在超过 35 种海水鱼类的水产养殖中被用作活体猎物。Calanoida 科，包括Acaria、Eurytemora、Gladioferens和Centropages，是水产养殖中最常用的桡足类动物。以桡足类作为唯一饲料来源，或以富含轮虫和/或丰年虫的混合饲料喂养的鱼类幼虫，与仅以丰富轮虫或丰年虫喂养的鱼相比，表现出更高的存活率和生长率以及更理想的肤色。这一益处可归因于桡足类富含多不饱和脂肪酸（总脂质的 8.3%–24.6% EPA 和 DHA 13.9%–42.3%）、类胡萝卜素虾青素（干重的 0.4%–1.4%）以及某些维生素和维生素。微量元素。此外，桡足类尺寸范围从无节幼体阶段的 50 至 500 微米到成虫阶段的 1-2 毫米，有利于幼体在饲养期的任何阶段有效摄取。30 种桡足类培养物显示出促进鱼类各个阶段生长的巨大潜力。野生捕捞的桡足类动物生产的不可预测性导致了各种大规模养殖方法的发展。然而，建立具有成本效益的大规模生产协议仍然是一个挑战。主要瓶颈之一是合适猎物食物的不可靠供应，因为桡足类动物对其饮食具有高度选择性，并且其高水平的 ω-3 PUFA 和类胡萝卜素是通过食物链生物积累从浮游植物饮食中获得的。根据微藻的生化组成、细胞形态、移动性和可用性，选择微藻作为食物来源，是这些桡足类培养物的主要决定因素。迄今为止，用于桡足类培养的常见微藻包括Rhodomonas、Isochrysis、Tetraselmis、Cyclotella和Heterocapsa。单一微藻饲料来源可能会导致产蛋量低，因此需要两种或多种微藻的组合才能满足桡足类的营养需求，特别是 ω-3 PUFA。 微藻作为鱼粉和鱼油的替代品鱼粉和鱼油分别提供蛋白质和脂质，是水产饲料中不可缺少的成分。水产饲料中鱼粉/鱼油含量的比例根据养殖动物的种类和发育阶段而有很大差异。一般来说，海水鱼类和甲壳类动物需要的鱼粉（20%~60%）和鱼油（5%~20%）比例高于淡水鱼类（鱼粉低于20%，鱼油低于5%）。幼年水生动物需要的鱼粉含量比成年水生动物多 3%–15%。鱼粉和鱼油主要来自捕获的水生动物和鱼类加工厂的副产品。然而，全球水生动物捕捞有限且不断减少，导致全球鱼粉（每年约 500 万吨）和鱼油（每年约 100 万吨）产量受到限制，其中 60%–80% 和 70% %–80% 分别用于水产养殖。鉴于不断扩大的水产养殖业对鱼粉和鱼油的需求不断增长，寻找适当的鱼粉和鱼油替代品对于可持续水产养殖至关重要。 鱼粉的替代鱼粉是水产饲料的重要组成部分，因为其蛋白质含量高、必需氨基酸均衡、适口性、消化性、矿物质和 omega-3 脂肪酸。虽然植物饲料（例如大豆、油菜、玉米、大麦和小麦）和动物蛋白饲料（例如家禽内脏、肉骨粉和血粉）是水产饲料中鱼粉最丰富的替代蛋白质来源，它们都有一些局限性。一般来说，植物蛋白源含有抗营养化合物（例如单宁、皂苷和可溶性非淀粉多糖），并且一种或多种必需氨基酸不平衡，而动物蛋白源的必需氨基酸也不平衡，且含量较高。饱和脂肪酸，会对水产饲料的保存产生不利影响。因此，这些替代蛋白源不能完全替代鱼粉，不同植物和动物蛋白源的最大替代水平分别为干物质的 2% 至 30% 和 1% 至 25%。 微藻是一种单细胞蛋白质，在营养方面比传统鱼粉替代品具有几个明显的优势。首先，微藻蛋白质含量高，螺旋藻、小球藻、微拟球藻等几种微藻的蛋白质含量达到50%~70%（表 1）。其次，微藻的氨基酸谱对于水生动物饲料来说是非常平衡的，因为微藻可以从头合成所有氨基酸，并且形成的蛋白质与其他替代蛋白质相当。此外，微藻含有多种功能分子，例如多不饱和脂肪酸、色素、维生素和活性多糖，可能有助于增强水生动物的免疫反应、抗氧化能力、抗菌活性和着色能力。因此，微藻被认为是优于某些传统蛋白质来源（例如大豆）的鱼粉替代品。如表1所示 ，螺旋藻和小球藻是水产饲料中常用的替代鱼粉的微藻，生长性能分析表明它们可以完全替代某些水生动物日粮中的鱼粉，对抗氧化能力、免疫系统、和/或观察到的着色。然而，不同研究中的替代百分比有所不同，这可能取决于水生动物种类和生长阶段、对照日粮中鱼粉添加水平以及微藻蛋白质含量等因素。从经济角度来看，目前微藻的生产成本过高，阻碍了其在水产养殖中的广泛利用。螺旋藻的生产成本超过5美元kg ，小球藻超过10美元kg , 而鱼粉的价格仅为1.5美元kg 。然而，养殖技术的最新进展显着降低了微藻的生产成本，使其成为替代鱼粉的更可行的蛋白质来源。例如，在超高密度发酵条件下，小球藻的生产成本仅为1.6美元kg ，接近鱼粉的生产成本。
鱼油的替代鱼油是水产饲料的另一个重要组成部分，是能量和功能性微量营养素的来源，特别是 ω-3 LC-PUFA，它对于水生动物和人类的神经系统、免疫力和某些器官的发育至关重要。尽管替代油（包括毛棕榈油、大豆油、菜籽油、棉籽油、玉米油、猪油和家禽脂肪）已被评估为水产饲料中鱼油的替代品，但它们的 ω-3 LC-PUFA 含量，特别是它们的EPA和DHA含量有限，导致水产品的生长性能和健康受到影响。例如，由于使用替代油， 2006 年至 2015 年间，养殖大西洋鲑鱼的 ω-3 LC-PUFA 含量下降了 50% 。由于鱼类是人类 ω-3 LC-PUFA 的重要来源，养殖鱼类中 ω-3 LC-PUFA 含量的下降降低了这些产品的营养价值，要求消费者消耗更多数量才能满足建议摄入量。 微藻由于其高脂质含量而成为水产饲料中替代鱼油的有前途的候选者。在不利或造成生理应激的环境条件下，产油微藻的总脂质含量可达到 45% DCW，某些物种甚至超过 60% DCW。虽然微藻脂质可用作水产饲料中的能源和碳源，但其生产成本和与其他陆地油的可替代性使它们更适合作为 LC-PUFA 的替代来源，以替代水产饲料中的鱼油。微藻可以从头合成ω-3 LC-PUFA，可以满足养殖水生动物的EFA需求。微藻的脂肪酸组成因物种而异，一些微藻含有大量的ω-3 LC-PUFA，占总脂肪酸的37%–67%（表2 ）。控制培养条件，例如光强度和营养状况，可以优化脂质组成并提高脂质产量和生产力。例如，P. lutheri细胞中的 DHA 和 EPA 分数随着光强度的降低而增加。使用微藻作为水产养殖 ω-3 LC-PUFA 的可持续来源已有充分记录，微藻 DHA 的商业化生产也取得了成功。裂殖壶菌是水产饲料中常用的替代鱼油的微藻，在多种水生动物物种中均取得了成功，例如大西洋鲑鱼Salmo salar、尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus、和橄榄牙鲆Paralichthys olivaceus。除了实现鱼油的完全替代之外，在水产饲料中添加裂殖壶菌还可以改善生长性能、免疫反应和肌肉组织中的 ω-3 LC-PUFA 含量。此外，通过将植物油与商业微藻 ω-3 LC-PUFA 产品相结合，成功地完全替代了虹鳟Oncorhynchus mykiss饲料中的鱼油。除了裂殖壶菌属 (Schizochytrium)之外，还有等鞭藻属(Isochrysis sp.)。和三角褐指藻已被确定为用于水产饲料的 PUFA 的有前景的来源。然而，由于栽培和生物质加工技术的限制，从这些微藻中大规模生产PUFA目前在经济上不可行。来自自养微藻的二十碳五烯酸 (EPA) 和二十二碳六烯酸 (DHA) 等价物（假设 6% EPA + DHA）的估计生产成本为 39.1 至 73.9 USD kg −1 ，明显高于鱼油的成本（ 8 美元 kg −1 EPA 和 DHA 等价物）。然而，随着生产力的提高以及养分和能源成本的降低，预计微藻生物质生产 EPA 和 DHA 的成本可降至 11.9 美元 kg -1，使其与鱼油具有竞争力。
微藻功能生物分子作为水产饲料添加剂水产饲料添加剂是为了达到特定功能而添加到水产养殖饲料中的物质，例如提高水产饲料对水产动物的适口性、增强其免疫反应和抗病能力、提高水产品的品质等。微藻富含ω-3 PUFA、类胡萝卜素、多糖和维生素，这些都可以作为水产养殖的饲料添加剂。本节重点介绍微藻类胡萝卜素、β-葡聚糖和维生素在水产饲料中的积极作用。 类胡萝卜素类胡萝卜素是在动物、高等植物和光合微生物中发现的脂溶性色素，在医疗保健、营养保健品、化妆品和动物饲料中具有广泛的应用。类胡萝卜素的全球市场估计约为12.4亿美元。在水产养殖中，虾青素、β-胡萝卜素、叶黄素和角黄素等类胡萝卜素是重要的饲料添加剂，因为它们是水生动物维生素 A 前体、有效抗氧化剂、免疫增强剂和生长促进剂。此外，类胡萝卜素影响水产品的色泽，消费者将其视为新鲜度、健康度、营养价值、口味和观赏价值的指标。由于水生动物不能从头合成类胡萝卜素，因此必须将类胡萝卜素或其前体添加到水产饲料中。合成类胡萝卜素常用于水产养殖，市场份额超过 95%，但来自微藻、酵母、细菌和高等植物等来源的天然类胡萝卜素被认为更安全、更有效。 微藻是水产养殖中生产类胡萝卜素的理想来源，因为它们可以生物合成多种类胡萝卜素，并且比其他天然来源具有更高的类胡萝卜素含量。微藻类胡萝卜素的含量和组成因物种而异，并受培养条件的影响。虾青素主要由雨生红球藻和绿球藻产生；β-胡萝卜素主要由盐藻、钝顶螺旋藻、栅藻产生；叶黄素由布氏葡萄球菌产生；角黄素由微拟球藻产生；岩藻黄质是由硅藻产生的。微藻在营养缺乏或高光强度等生理应激条件下可以积累更高的类胡萝卜素含量。因此，增加微藻类胡萝卜素的含量可以通过菌株选择和培养条件优化来实现。例如，在特定条件下，通过DCW，雨生红藻可含有1%~4%的虾青素，而其他微藻含有低于0.5%的虾青素。10同样，在最佳条件下， D. salina中的 β-胡萝卜素可达到 DCW 的 5%–16%。 源自雨生红藻的虾青素和源自盐藻的β-胡萝卜素已因其在水产养殖中的应用而得到广泛研究。干物质推荐剂量24～380 mg kg -1已被证明可有效提高鱼、虾、蟹等水生动物的肤色、体内类胡萝卜素、生长速度、免疫力和成活率（表 3） 。此外，与合成来源相比，雨生红球藻中的天然虾青素在颜色增强方面表现出卓越的性能。然而，应该指出的是，许多研究采用完整的微藻细胞或粗提物，其中含有各种生物活性分子，有助于产生附加效应。例如，补充有雨生红球藻细胞的饮食在促进鱼类生长方面表现出比添加从雨生红球藻中分离出的虾青素的饮食更有效的效果。因此，考虑到提取成本以及提取可能导致的功效降低，未来的应用应优先考虑含有高浓度类胡萝卜素的微藻，而不是纯化的类胡萝卜素。
β-葡聚糖在水产养殖中，β-葡聚糖（又名β-1,3-葡聚糖）是一种重要的免疫增强剂，用于增强鱼、蟹、虾等水产牲畜的特异性和非特异性免疫力。β-葡聚糖可增加溶菌酶、补体成分、细胞因子和非特异性抗体的产生，并上调免疫相关基因的表达。最近的一项研究表明，β-葡聚糖还可以调节水生动物的肠道菌群，增加有益菌与有害菌的比例。因此，与对照组相比，施用或饲喂 β-葡聚糖的水生动物在感染病原体（例如嗜水气单胞菌）时具有更高的存活率。已发现超过 25 种水生动物受益于 β-葡聚糖，其机制已得到广泛审查。 β-葡聚糖是一种由葡萄糖组成的活性多糖，广泛分布于酵母、细菌、微藻、小麦、大麦、海藻、蘑菇等微生物和植物细胞中。β-葡聚糖的结构因来源不同而有很大差异，但该术语通常指具有不同程度 β-1,6-葡聚糖和/或 β-1,4-葡聚糖支化的 β-1,3-葡聚糖。β-1,3-葡聚糖主要负责与β-葡聚糖相关的生物活性。最常用的 β-1,3-葡聚糖是从酿酒酵母的细胞壁中获得的。微藻是β-葡聚糖的丰富来源，如裸藻门中的裸藻淀粉和异藻门中的金藻多糖，具有免疫刺激作用，促进水生动物生长，增强对病原体感染的抵抗力。与其他来源的β-葡聚糖相比，微藻β-葡聚糖作为鱼类免疫刺激剂具有多种优势，其含量高、位于微藻细胞内、易于提取和纯化。例如，裸藻淀粉通常占细小裸藻干重的50%~70% ，异养条件下的金银植物Poteriochromonas malhamensis中的金索罗米宁含量也可达到干重的50%。相反，酵母中细胞壁相关的 β-1,3-葡聚糖的含量通常低于干重的 7%。此外，从硅藻和金藻中提取的高硅藻多糖已被证明具有卓越的抗氧化能力和更强的促进尾鳍再生的能力，使其成为比酵母 β-葡聚糖更好的免疫刺激剂。 维生素维生素是水产动物不可或缺的微量营养素，对于维持正常细胞功能、生长发育至关重要。然而，由于动物无法合成足够量的维生素，因此需要在其饮食中补充额外的维生素。水产动物必需的维生素分为脂溶性（A、D、E、K）和水溶性（B、C）。维生素 C 是一种抗氧化剂，是水生动物最需要且研究最广泛的维生素。不同水生动物物种的维生素需求量有所不同，甲壳类动物通常比鱼类需要更高的维生素剂量（表 4）。水生动物饲料中维生素的剂量直接影响其生长和健康，因为维生素主要充当生物体中酶的辅助因子。水生动物饲料中维生素缺乏会导致酶活性降低，导致生长迟缓、高死亡率和对病原体的易感性增加。相反，水生动物饮食中大剂量的维生素（例如维生素 C）可以提高其生长速度和免疫反应。例如，已发现幼虾日粮中维生素 C水平为 20–130 mg kg -1只能维持其正常生长，而日粮中维生素 C 水平增加到 2000 mg kg -1可以改善虾的生长。受病原菌感染的虾苗存活率。微藻富含多种维生素，可提供水生动物所需的全部维生素（表 4）。野生水生动物还从其主要食物来源浮游植物中获取维生素。虽然微藻可能缺乏某些维生素，但选择混合微藻饮食可以提供水生动物所需的所有维生素。此外，通过改变培养条件或收获阶段可以进一步增加微藻的维生素含量。饲料加工过程中微藻复合体内部维生素的稳定性可能使其成为比纯维生素更稳定的维生素来源，而纯维生素在挤压过程中不稳定。
其他微量元素（如铁、铜、锰、锌和硒）是水生动物饲料的重要组成部分，是体液、非酶大分子和酶反应中的辅助因子的组成部分。微藻富含微量元素，可以部分甚至完全满足水生动物对矿物质的需求。例如，在饲料中添加干物质3.5%~5.7%的微藻，如Tetraselmis suecica、Isochrrysis galbana、Dunaliella tertiolecta和Chlorella stigmatophora ，可以满足海水鱼类大菱鲆对矿物质的需求。 种藻胆蛋白主要从螺旋藻和束丝藻等蓝绿藻中提取，已被发现具有免疫调节活性、抗炎和抗氧化特性。最近的研究表明，在日粮中添加藻蓝蛋白（一种藻胆蛋白）（150 mg kg -1 ）可以提高孔雀鱼（ Poecilia reticulata）的生长速度、消化酶活性、免疫反应和成活率。此外，从微藻中提取的生物活性肽具有多种生物活性，包括抗氧化、免疫调节、抗菌和肝脏保护作用，使其成为水产饲料配方中使用的潜在候选者。 微藻集约高密度养殖建立经济高效的微藻养殖技术是微藻在水产养殖中大规模应用的前提。目前，用于水产养殖目的的微藻生产大多在水产养殖场进行，采用控制较少的粗放培养（图 3a-c），效率低下且不稳定。因此，建立经济高效的微藻培养技术将显着促进微藻在水产饲料和水产饲料添加剂中的应用。微藻的生产效率在很大程度上取决于所采用的培养模式，其中三种主要类型是光自养型、异养型和混合营养型。
光自养通常涉及微藻利用光和CO 2通过光合作用产生化学能，是研究最广泛的培养模式。微藻培养效率的提高很大程度上得益于光生物反应器（PBR）设计的进步（图 3d-g）。理想的光生物反应器应具有光利用效率高、资金和运行成本低、易于操作、便于清洁和维护、使用寿命长等特点。目前，设计的PBR主要分为两类之一：开放式培养系统（例如跑道池、浅水池和圆形池）和封闭式培养系统（例如管式、柱式、板式和塑料袋）。跑道池采用廉价且易于使用的材料建造，是最常见的开放式养殖系统。然而，这些露天池塘中微藻溶液与光源之间的接触面积较小，导致微藻光利用效率低和微藻生物量生产力低（60–100 mg L -1 day -1 ）。此外，这些开放式池塘还受到二氧化碳向大气扩散、蒸发造成的水损失、大空间需求以及对多种污染物（例如浮游动物、细菌和其他不需要的微藻）的敏感性的限制。为了解决与开放池塘养殖系统相关的问题，设计了各种封闭系统。管状 PBR 由直径通常小于 10 厘米的直透明玻璃/塑料管阵列组成，是最流行的封闭培养系统。然而，管式PBR的资金和运营成本比跑道池高得多，而且管子的清洁也相当困难。 除了通过光合作用进行光合自养生长外，一些微藻物种在没有光的情况下还可以利用有机碳（例如葡萄糖、甘油和乙酸盐）作为能量和碳源，这被称为异养。可以使用传统发酵罐实现微藻的异养培养（图 3h），类似于用于其他微生物（例如细菌和酵母）发酵的发酵罐。异养条件下的培养不仅可以规避光自养条件下所经历的光的限制，而且可以根据微藻的最佳需求精确控制环境因素（例如温度、pH值和溶解氧）以及微藻发酵过程中营养物质的添加。因此，异养条件下微藻的生长速率和生物量产量远高于光合自养条件下的微藻。之前的计算表明，异养条件下微藻的最大生物量平均比光自养条件下高 10 倍。据报道，单细胞栅藻发酵的微藻生物量最大，达到 286 g L -1。在异养条件下实现高细胞密度大大降低了收获成本，占微藻总生产成本的20%–30%。此外，尽管少数类型的细菌经常污染异养微藻培养物，但异养微藻培养物中其他污染物的多样性和出现概率低于自养培养物。 混合营养是一种结合了光自养和异养优点的培养模式，使微藻既可以通过光自养利用无机碳，又可以通过异养利用有机碳。与自养相比，混合营养具有更高的生长速率和生物量产量，与异养类似。此外，在混合营养条件下培养的微藻消耗无机碳(CO 2 )并产生氧气，导致总体CO 2排放量低于异养条件下的CO 2 排放量。此外，在光照下，混合营养型微藻细胞中有价值的色素和类胡萝卜素可以得到保存。因此，混合营养是大规模商业化生产虾青素和叶黄素等高价值微藻类胡萝卜素的一种有前途的栽培模式。迄今为止，许多微藻物种，包括小球藻、钝顶藻、莱茵红球藻和布氏芽孢杆菌，已在混合营养条件下成功培养。混合营养型微藻培养可以在光照光自养 PBR 或补充有机碳的光照发酵罐中实现，但是，很少有生物反应器根据混合营养微藻的代谢特性专门设计。 前景与挑战近年来，全球水产养殖产量逐年增长，越来越多的国家实施饲料“无抗生素”政策，消费者对水产品品质的要求也越来越高。这些因素使得开发可持续的功能性饲料原料势在必行。如表5所示 ，SWOT分析表明，微藻作为水产饲料原料或添加剂具有以下优点：
尽管微藻作为水产饲料原料或添加剂具有潜力，但其大规模应用仍面临以下许多挑战。
总体讨论与结论近几十年来，水产养殖生产的增长导致对可持续水产饲料的需求增加。虽然微藻被认为是一种可行的解决方案，但其高生产成本仍然是一个主要挑战。然而，微藻生物技术的最新发展，特别是使用微藻作为生物燃料生产的细胞工厂，有可能降低生产成本。例如，当使用发酵技术时，生产S. acuminatus的成本可低至 1.07 USD kg -1 ， 124使其成为水产饲料的经济选择。此外，微藻的集约培养可以提供稳定的优质营养原料供应。随着水产养殖对可持续和高质量原料的需求不断增加，微藻有可能发挥至关重要的作用。为了推进基于微藻原料的可持续水产养殖，建议优先考虑以下领域的研发工作：
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