水產養殖：生物技術與水產養殖
94/01/07
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吳金洌｜
中央研究院動物研究所
臺灣是一個四面環海的國家，在我們所擁有的資產中，陸地資源已經超限利用，漁業資源倒是值得好好開發利用，積極地從海洋中尋找新的生質來源，會是下一波「藍色革命」的起點。全球水產養殖的產值預估，在二○一○年會達到三千七百萬噸，約合市價五百八十億美元，而且海洋面積占地球總面積的70％，其空間更可立體化地加以運用，加上魚類從食物到體重的轉換率是其他陸地動物的三到七倍，從這些因素看來，養殖漁業的發展的確關係到臺灣總體漁業的發展以及國際化的競爭力。
在世界海洋國家中，以日本和挪威的水產養殖為例，日本每年的水產產值約50億美元，88％來自海水養殖，主要的養殖魚種是青魽魚參魚及鯛類；而挪威則是以大西洋鮭魚為主，每年有42億美元的產值，是一項不可小覷的產業。
至於臺灣，從漁業署二○○二年的統計中可以發現，養殖漁業中，海水養殖約占43％，淡水養殖占57％，養殖的魚種有102種，甲殼類有32種，貝類有44種，總產量是三十四萬六千公噸。其中魚類主要包括吳郭魚、虱目魚、鰻魚、鱸魚、石斑魚及海鱺等，而貝類以九孔為主，甲殼類則有白蝦和草蝦等，每年的產值可達八億美元，是我國相當重要的產業。
養殖業的轉型
隨著人類基因體的解密，生物技術的發展與應用逐漸蔚為風潮。在臺灣傳統產業一片升級聲中，生技產業已被視為「兩兆雙星」的明日之星，產、官、學、研莫不全力以赴，共襄盛舉。然而，生技產業是一種高度知識密集的產業，必須結合獨特的技術、專業的人才與充裕的資金，搭配正確的生產標的及明確的市場需求，才能成就一個體質完善的生技產業。
臺灣位於亞熱帶，四面環海，魚群種類繁多，魚類資源相當豐富。臺灣的漁業從早期的沿岸捕撈業，一直演進到目前發展極為完善的沿近海、遠洋捕撈及內陸、海面養殖漁業，整體的漁業生產環境，從魚貨生產與取得，一直到加工出口及行銷，都已發展出一套完整的上、中、下游生產機制。配合生技產業的發展，許多傳統的養殖場，已把產業的型態從原本的養殖和捕撈，轉變成為種苗生產、養殖管理改進、品種改良的技術提供者。
因此我國應致力於水產生物技術的推動和發展，以基礎研究成果配合育種、繁殖與生產，再搭配養殖管理技術、飼料生產、漁產加工、行銷系統甚至是國際貿易往來，以建立完整的水產養殖研究、發展、生產、行銷的健全網絡，成就具有國際競爭優勢的產業。
生物技術的應用
在水產養殖生物技術上，有幾種關鍵技術是值得開發的，包括繁殖力的改進、生長的促進、環境適應性的改良以及水產疫苗的研發。臺灣目前利用傳統生物技術在種魚飼養及魚苗取得方面，已具有相當成熟的技術及產能。至於在生長促進、環境適應及疾病預防方面，也經由先進生物技術的突破，運用到產業上了。下文介紹這三方面水產生物技術的新發展。
促進生長 魚類的生長受限於生理性的調控，種間大小差異性極大，某些特定魚種甚至連種內差異也很顯著。而在個體成長上，生長激素的調控扮演了關鍵性的角色，對於魚類成長的速度和成體的大小都有影響。
以類胰島素生長因子（IGF）的開發而言，目前所著重的研究包括生理機制的調控、基因的構造和表現、以及重組IGF的生物活性等。以吳郭魚為例，從其基因體中找到兩種IGF，分別是IGF-I及IGF-II。注射這兩種激素的吳郭魚，魚的體重及體長都可在十周內增加為未注射者的1.5倍。而利用餵食IGF方式進行吳郭魚的成長實驗，也已經由田間試驗證實有效，這類飼料的開發甚具上市潛力。
此外，可以利用生長激素的上游調控荷爾蒙作用，分離可能的腦下垂體激素，再強化其作用於IGF基因座的促進效果，可進一步刺激產生IGF，使生長促進的效果更為完善。關於IGF進一步的應用，則是基因轉殖方法的建立，經IGF基因轉殖的吳郭魚，已確定在魚的肝臟表現出來，的確有助於吳郭魚的成長。因此經由基因轉殖方式，表現出不同的生長激素，可以有效地增進魚體生長，如能正確使用生長激素的作用，增進魚體的成長，的確可以增加水產養殖的產量與價值。
提升環境適應能力 由於臺灣位於亞熱帶，所生產的魚種大多是亞熱帶的魚種，適合的溫度大多介於攝氏15～30度之間。也因此，在每年寒流來襲時，養殖漁業都遭受極大的傷害，造成漁民的損失。為了減少養殖業者因寒害所造成的損失，並研發足以適應溫帶氣候養殖環境的魚種，相關研究單位分別依據魚種的不同，採用不同的策略，進行魚類抗寒能力的研究和應用。
由研究發現，某些魚類在面對低溫時，自己會發展出完備的代謝補償機制。因此利用基因轉殖的方式，把具有抗寒能力的特定激酉每，轉殖到其他魚種中，可以讓這些魚表現出原本不具備的抗寒能力。目前這種技術，已在斑馬魚的模式魚種上獲得成功，並且具有應用到吳郭魚，虱目魚、海鱺及石斑等其他經濟魚種上的潛力。
另一方面，在生物膜黏度穩定度改變的相關研究中指出，改變細胞膜上不飽和脂肪酸的比例，可以使其生理功能得到調控，以利魚類在低溫下的生存和成長。因此可利用調整飼料中飽和及不飽和脂肪酸的添加，使得魚類可以在低溫下，維持細胞膜的功能。這項研究在海鱺的飼料方面，已獲得初步的結果，可以降低海鱺最低耐受溫度約攝氏2度，多存活24～48小時。
同時可利用基因選殖技術，把比目魚的抗凍蛋白基因轉殖到大腸桿菌內，進而大量生產抗凍蛋白添加於飼料中。採取飼料添加、基因轉殖等方式，應用於不同魚種上，發現確實可以增加其耐寒能力，將有助於把國內常見的養殖魚種，擴展至海外溫帶養殖基地，以增加產能。
研發水產疫苗 在水產養殖上，最常見的問題是病毒感染導致魚蝦大量死亡，因為密集式的養殖環境容易造成疾病的散布。常見的水產病毒包括鮭、鱒魚中的胰臟壞死病毒、石斑魚的神經壞死病毒、以及蝦類常見的白點病毒和桃拉症病毒，這些病毒大多長存於野生的魚種中，甚難防治。
隨著生物技術的發展，對於水產病毒的特性已有相當程度的了解，因此有足夠的背景資料，來對抗這些高致病力的病毒。以胰臟壞死病毒為例，從病毒本身基因所找到的第五蛋白，具有抑制細胞死亡程序的功能，使得細胞可以避免壞死。所以利用轉殖基因的方式，把第五蛋白的基因轉殖到寄主體內，使其表現量增加，可使受到病毒感染的細胞，產生扺抗病毒所引發的細胞壞死機制，從而使病毒的複製和繁殖受到抑制，可以有效防止病毒的擴散，降低水產養殖物的損失。
基因轉殖技術
綜上所述，生物技術的進步，已經使得許多水產養殖上的難題獲得解決。這些解決之道中，基因轉殖技術是最主要的關鍵，許多應用的方法，都必須依賴基因轉殖技術來進行基因的表現。
對於基因改造產品，人們最大的疑慮在於其食用的安全性和對環境的損害，然而這些基因改造產品，在完整且安全的檢查標準下，是可以管控而不至於造成損害的。在各國相繼推出基因改造產品的情況下，如果我國未能建立有效率的審核機制，對利用生物技術的產業，會是一項極大的傷害。
對於基因改造產品的管控，一樣也可以利用生物技術的方法，例如利用染色體三倍化技術，使基因改造生物形成不孕，來避免和其他野生魚種雜交，就可以有效地管制基因的流動，而不會對環境造成傷害。目前，在水產生物技術的研發上，如能克服基因轉殖產品田間試驗的開放和管理上的客觀限制因素，就可以在最短的時間內，把相關研究成果移轉至各產業機構，得到最直接的經濟效益。
國內研究現況
近年來農委會漁業署致力於推動把生物技術應用在水產養殖上，並由中央研究院、臺灣大學、海洋大學、東華大學及成功大學等學術或研究單位，執行「生物技術在水產養殖上之應用研究」的科技整合型計畫。利用生物技術在水生動物環境適應與各類疾病預防與治療上進行研發，並逐步推廣應用於水產養殖上，以提高我國水產養殖業的產值與國際競爭力。
在水生動物環境適應的相關研究上，包括耐寒基因對魚類低溫適應能力改進的研究、Somatolactin基因表現與轉殖對魚類環境適應關係的研究、養殖抗環境緊迫（低溫、鹽度、低溶氧等）相關基因的應用研究，與利用免疫晶片篩選抗緊迫／高生長率魚的研究等，期望能更進一步了解魚類在面對環境改變壓力時的應變機制，提高養殖魚類面對溫度或鹽度等變化時的適應能力。
在水生動物各類疾病預防與治療上，則可分為幾個主要研究方向，包括疾病防治、病原偵測、疫苗開發等。疾病防治的研究方面有葡聚糖增強蝦子抗病能力分子層次的研究、開發抗傳染性胰臟壞死病毒的轉殖魚類、感染金目鱸肝臟壞死病毒的研究，與抗菌蛋白在水產養殖的應用研究等，希望藉由針對魚類病原的研究，進而有效防治疾病的發生。
在病原偵測的研發方面，包括開發生物晶片技術，檢測常見於養殖池中的水生病原菌、應用奈米檢測技術於養殖水產生物疾病的快速檢測及診斷、分析溫度變化對白點症病毒基因表現的影響、白點症病毒株系分子鑑定技術的開發等方面，期望在疾病感染初期即能快速篩選並確定病原種類，提早處理的時間以減少病害損失。
在疫苗開發方面，則有水生動物鏈球菌疫苗研發、草蝦病毒疫苗的研發、石斑虹彩病毒不活化疫苗保護作用的評估與海鱺免疫檢驗試劑的研發等，將可應用於水生生物的疾病防治與治療上。
以臺灣既有的生物科技為基礎，如何規劃一個正確的方向，引領國家經濟持續發展，是一項十分重要的課題。水產養殖生物技術的研究，是我國農業生物技術國家型計畫的七大重點項目之一，更是帶動我國生技研究最有利的領域。由於我國在漁業總體環境及研究上，已居國際領導地位，再經由政府、學術與研究單位以及民間業者共同推動水產生物技術的研究與發展，相信不久一定能把臺灣水產養殖業推上另一高峰，維持我國科技產業的永續競爭力。
