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我國水產養殖轉型發展新契機

2018/11/09

我國水產養殖轉型發展新契機

我國水產養殖轉型發展新契機
國立臺灣海洋大學水產養殖系  周信佑教授


壹、國際漁業情勢與未來隱憂
  全球變遷是暖化、氣候變遷、海洋酸化、人為活動等作用的合成效應,其對人類生活甚至生存的影響,是近年全球科學研究最重要課題之一;而海洋擁有豐富且廣大的生物資源,長期以來做為人類的「第二糧倉」,除了提供一般人日常食用,全球更有約十億人口仰賴海洋生物,作為主要或唯一的蛋白質來源。然而海洋資源也受到氣候變遷、過度捕撈和海域污染等因素,漁獲量逐年減少並可能已經降至極限值。再加上石化能源的日漸短缺,農地因過度開發而流失等等問題,聯合國跨政府氣候變化專家小組提出警告,在2080年之前可能將會有數百萬計的人面臨糧食短缺的困境。
  水產養殖漁業已被公認為海洋資源枯竭後可取代捕撈漁業的重要趨勢產業,是本世紀發展最快的食品生產行業之一。根據聯合國糧食及農業組織 (Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO) 年報, 2012年水產養殖產量已達6,660萬頓,為人類提供近一半的食用魚品。由於野生魚類捕撈產量持平,同時全球新興中產階級需求大幅上升,預計到2030年,水產養殖產量將占全世界食用魚供應量達62%。中國海洋大學麥康森院士在國際高峰論壇上呼籲「一畝海水十畝田」,請各國重視海洋以及水產養殖的潛力,因為未來水產生物科技的開發與應用,將成為21世紀解決人類動物性蛋白需求的重要方法,永續的水產養殖產業將為全球糧食安全和經濟增長做出持久貢獻。

貳、國內特色
  臺灣為海島型國家,位處熱帶與溫帶交接之亞熱帶地區,加上特有的地形、水深、海流與水溫等多樣化的生態環境,使得週邊海域具有豐富多樣的魚類資源。在產官學的努力下,成就了臺灣水產養殖產業長年的榮景,從早期的草蝦王國到現今的石斑王國,臺灣的養殖技術始終具有國際領先的地位,不僅在農業發展上扮演重要之角色,更對經濟發展有卓著貢獻。面對全球變遷的嚴苛挑戰,必須先建立糧食供應風險分擔及減輕的機制,實行的策略可由水資源安全、分子育種、養殖技術、疾病防治與發展農業新科技等方向著手。同時善用海洋生物技術,轉化逆境為動力,優化單位產量、改善臺灣土地資源利用效率,努力邁向永續新農業經營的目標。

參、科技發展方向建議
一、水資源安全
  水是生物體的重要組成也是地球生物賴以生存的重要成分之一,其對於人類生存與經濟活動扮演舉足輕重的角色。淡水除了維持人類身體機能所需外,也是提升生活品質以及促進農業經濟發展的要素,因此水資源為所有國家之必需品,其對經濟發展的影響與重要性和石油不相上下。雖然水資源佔據地球表面71%,但無法直接被人類使用的海水占了97.5%,只有約2.5%是以淡水形式存在。而這2.5%的淡水,分別又有1.72%存在於冰川、冰帽及高山的雪中,約0.76%存在於地下水中,確實被人類所利用的水資源含量不高。然而隨著全球人口的增加,未來水資源匱乏的問題只會更加嚴重。以2015年聯合國世界水資源開發報告表示,預估至2030年全球用水需求量將超過總供應量40%,這表示將會有29億人 (約48個國家) 會處於 「水資源缺乏」 (Water-Scarce,年人均用水1000至1700 m3) 或「水資源緊張」 (Water-Stressed,年人均用水少於1000 m3) 的國家。
  以臺灣而言,即便降雨非常豐沛,但降雨時間及空間上的分配極度不均,降雨時間多集中於5−10月,豐水期和枯水期能保存之水量差異極為懸殊;再則是降雨地點多集中於山區,河流因地形特性大多短淺,無法大量蓄積水源。而過去所興建之水庫,也因為淤積嚴重而導致蓄水量大減;再加上全球氣候變遷,在近十年內臺灣曾多次面臨到嚴重的缺水問題。實際上,臺灣已經名列為全球第 18 的缺水地區。
  因此,不論是解決臺灣切身的問題,或是迎合世界產業趨勢,水資源相關議題,包括海水淡化技術中除鹽、多功能裝置等都是未來重要的研究方向。Chavez-Crooker等針對智利北邊、靠近全球最乾旱的阿塔卡馬沙漠的海水淡化廠技術做了完整的概述並探討對環境的影響。經濟部水利署及臺灣自來水公司已經規劃在台南興建臺灣本島的首座海淡廠,如何降低對當地環境與資源的影響,將是再創未來水資源經濟發展契機的重要考量。
二、分子技術輔助育種
  位於北歐的挪威,為維持鮭魚養殖產業發展的基礎與榮景,該國政府從產業根本問題切入,積極投入海水養殖鮭魚的育種研究,尤其是大西洋鮭魚品種改良已將近有40年歷史,是家喻戶曉的成功例子,除大力支持多項基礎研究與產學合作外,亦有系統性產業應用與企業化推廣,促使該項產業成為挪威三大產業之一。
  大西洋鮭魚品種改良是運用大規模的家系選拔,長期且有系統地進行遺傳育種改良,不僅可避免養殖過程中經濟性狀所產生的近親衰退現象,反而因多世代遺傳改良而提升養殖效益,經過5-6個世代的選拔改良,主要的重要經濟性狀已超過野生種大西洋鮭魚,養殖時程從改良前的4年減至2年以內,大幅降低一半的養殖成本,並將整套技術輸出至南美洲智利及其他國家使用,目前已應用於鯉魚、吳郭魚及白蝦等養殖品種的改良,著名例子包括:Genetically-Improved Carp (Krasnodar carp, Ropsha carp)、Genetically Improved Farmed Tilapia (GIFT)、GenoMar Supreme Tilapia™ (GST)、Shrimp Improvement Systems (SIS)等改良品種。不但為國家帶來大量的外匯收入,更創造許多的工作機會。
  相較於過去著重在經驗傳承的臺灣水產養殖業,借鏡挪威的成功經驗,未來應該從科學研究的角度,建立適合我國養殖漁業的關鍵技術。實行的策略可由養殖技術、育種、疾病防治、藻類應用等方向著手。特別是結合傳統選拔育種方法與現代分子生物技術所開發之標記輔助選育 (marker-assisted selection, MAS)平台,將古典遺傳的選拔育種,透過科學與系統化的分子生物與選育管理雙重策略,來培育生長快速、抗病力佳、抗逆性強、飼料效率高,以及具體型、肉質、口感、風味、色彩、圖樣等各種優質品質的高經濟價值新穎性品種,實為提升水產養殖品質、產量以及效益之主要關鍵因素,是現階段學術研究與產業合作之重點發展方向,未來除達成較精準且有效率的科學選育外,亦會成為全球養殖產業追求永續革命性發展之必然趨勢。
三、無抗養殖
  由於氣候變遷、過度捕撈和海洋汙染,漁業資源逐漸枯竭,轉而依賴水產養殖供應。聯合國糧食及農業組織 (FAO) 年報預估,2030年水產養殖魚類將占全世界食用魚的62%,成為全球糧食和經濟增長的支柱。氣候變遷不僅改變了養殖環境,更影響了水產生物的生理恆定,以致養殖生物對於病原體的抗病力下降,導致大規模疫病的爆發,成為水產養殖產業發展的重大瓶頸。
  然而抗生素或化學藥劑的不當使用,不僅無法有效控制疾病,長期使用所引發的環境污染、細菌抗藥性和藥劑殘留等問題,更是水產養殖業發展的一大隱憂。因此結合免疫學、病毒學、分子生物學、水產養殖學、生物資訊等新知識、新技術,由基因調控及功能研究為起點,開發水產生物之無抗 (抗生素) 養殖新策略,也是未來的重要課題。近年來具產業潛力的研究方向包括:
  1.免疫激活物 (immunostimulant):
  泛指具提升動物先天性免疫反應的物質,包括:來自細菌的脂多醣 (lipopolysaccharide)、肽聚醣 (peptidoglycan)、凝結多醣 (curdlan);萃取自蕈、菌類的krestin、lentinan、schizophyllan、scleroglucan;酵母的葡聚醣 (β-glucan);海藻的昆布多醣 (laminarin)、藻酸鹽 (alginate)、鹿角菜膠 (carrageenan)、褐藻醣膠 (fucoidan)等。
  2.益生菌種開發:
  益生菌可用於改善、養殖環境、淨化水質與疾病控制,將數種不同菌種組成之複合益生菌可應用於水產養殖水質處理以及開發生物飼料,以此技術取代化學藥劑處理而符合養殖漁業永續經營的原則。
  3.新型生技疫苗 (Novel vaccines from biotechnology):
  疫苗是指可使生物體產生「特異性」免疫的生物製劑,透過預防接種使接受方獲得免疫力,因此是對抗各種傳染性疾病的有力武器。「預防勝於治療」,雖然水產疫苗的功效已獲得大眾認可,但在亞洲魚藥市場的發展,實際上困難重重;除了養殖業者的免疫預防觀念薄弱外,水產疫苗的生產成本與使用上的人力成本,也都影響著疫苗的推廣與產業應用。可喜的是,1970年以來遺傳工程、DNA重組等基因工程技術快速發展,透過現代分子生物技術突破傳統疫苗生產瓶頸,包括:取代生產成本高、產量低的活細胞病毒增殖系統;減毒病毒時有的突變問題等,所開發的新型生技疫苗 (DNA疫苗、次單位疫苗、多價混合疫苗及動物用疫苗佐劑等) 和口服傳遞系統,不僅價廉、效高又安全。相關的革命性研究將引領水產疫苗產業有突破性發展,進而達到水產養殖產業永續經營的目標。
  4.其他創新對策:
  人類多種病毒性疾病的藥物開發是利用阻斷病毒與寄主細胞受體的結合來達成防治目的,以魚類為例,mannose receptor (MR)、toll-like receptors (TLRs)、glucosaminyl 3-O-sulfotransferase-3 (3-OST-3) isoform和GHSC70等細胞膜上的分子已經被證實是某些特定細菌和病毒的受體分子。了解這些病原體的受體後,可以使用一些分子「卡住」病原體與受體的結合位置,當病原體失去細胞屏障後,就可能被生物的免疫作用消除。此外最近也有一些研究利用RNA干擾 (RNAi)、致弱衛星RNA等技術干擾病原體的基因運作來對抗疾病。
  由於水產用藥的法規相當嚴謹,加上世人環保意識抬頭,近年來國際間已嚴格限制使用抗生素與化學藥劑,將來必須選擇安全和對的方法,才能真正發展無抗養殖的精緻農業。
四、智慧化管理
  為實現水產養殖產業的永續經營,創新養殖科技應結合資訊與通信科技 (Information and Communication Technology,簡稱ICT) 以及物聯網科技,發展智能監控管理系統與精準化養殖生產技術,由現場系統化設施的建置、水質的管理維護、養殖動物疾病的預警及控制等目標著手,藉由提升水產養殖產業的生產力,為未來的產業升級奠定基礎。可發展的智能科技包括:綠能智慧型農漁業設施、智能循環水系統、感知器科技 (包括水流、水位、溫度調節、溶氧、pH、氨氮、亞硝酸鹽、自動投餌機、生物體長測量系統等)、物聯網與智慧雲端平台系統、遠距疾病診斷系統、生長表現分析系統與水產生物科技產品等,相關的網路監控系統不僅可以進行有效的健康管理,並可即時為養殖期間的各種問題提出解決方案。透過「生態、健康、循環、集約」的養殖型式,在提升產品質與量的同時,朝「環境友善」的方向努力,應用智慧化的新興科技提升臺灣水產養殖產業的生產力與國際競爭力,產業的永續發展便可水到渠成。

肆、瞻仰未來
  臺灣在水產科技產業具有強大潛能與優勢,在新品種開發、種苗培育、繁殖與生產、養殖管理技術、飼料生產、漁產加工及行銷系統等策略,皆已發展完整之水產養殖產業技術,在國際市場上占重要一席之地。同時也從原本的養殖和捕撈者,轉變成為種苗生產、養殖管理、品種改良技術的供應者,並積極朝向基因轉殖水產生物產品功能與商業價值發展。臺灣水產養殖興盛,於養殖科技方面,一直維持高度的競爭優勢,但全球變遷對周邊海洋環境造成不同程度的影響,衝擊我國漁業,也威脅著水產養殖產業的後續發展。在邁入二十一世紀的未來,糧食供需、資源保育以及面對國際嚴峻的競爭與挑戰,都必須事先擬訂對策與應變措施,以保護國內相關產業、生態環境及人畜食品的安全。臺灣以海洋立國,未來的發展與海洋密切相關,為兼顧生產、生活及生態均衡的三生農業之發展,政府必須長期支持海洋科技的發展。強化海洋科技研究不僅能提升臺灣海洋相關研究的國際知名度、增加水產養殖產能、改良漁獲品質,提高產品的附加價值,增加經濟產值,最重要的是,透過維護海洋資源永續發展,才能真正邁向「海洋興國」的目標。

周信佑
周信佑 教授
國立臺灣海洋大學水產養殖系

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