纳米技术在水产养殖工程中的应用研究

    王玉军

    【摘? ?要】 纳米技术是在纳米尺度基础上研究物质的特性及相互作用，纳米为毫微米，既十亿分之一米，利用纳米特性可解决实际生产中的多种问题。纳米技术在水产养殖工程中应用正处于初级阶段，和发达国家还存在明显差异，故文章对纳米技术在水产养殖工程中的应用详细分析，旨在为实际水产养殖开展提供理论参考。

    【关键词】 纳米技术;水产养殖;工程;特性;处理

    中图分类号：S96? ? ? ? ? ? ? ?文献识别码：A? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：2096-1073（2020）01-0115-116

    纳米技术目前在水产领域应用不多，但是就纳米技术近年来的高速发展而言，很可能对传统水产养殖技术造成巨大改变及提高，简化养殖中净水工艺及装备，减少成本、减少能源消耗。就已经发展成熟的部分纳米技术而言，其在水产养殖应用体现在净水材料、纳米饲料、纳米抗菌剂、纳米诊断技术等。

    1? 纳米净水材料

    纳米净水材料包含净水剂、纳米过滤器。

    净水剂将纳米材料以专业方式融入水处理剂，由于纳米材料本身表面的巨大比（球形颗粒表面积与直径平方成正比，体积与直径立方成正比），表面活性好，结构特殊，可改变净化药物分子理化性能，增加净水絮凝剂效果，减少水处理剂量，也能达到良好的净化效果。使用此方式，其净化时间短、投入成本低，具有推广价值。一般水产养殖采用氯气对水产养殖有效处理，抑制水中细菌及病毒。但是采用氯气杀菌后，会形成大量含氯有机物，这种有机物可能会引发癌症。因此，可以采用纳米过滤器对细菌有效处理，避免含氯有机物引发癌症。对纳米过滤器分析，其过滤器的水处理滤膜本身为多孔结构，且孔洞较小，直径仅仅为1纳米，水中的水分子及矿物质元素不受影响，但是细菌、病毒、农药及有机物均

    无法通过，确保水质高效净化。此外，纳米薄膜对钙有亲和性，过滤后水呈现软水，后用于锅炉用水不易出现结垢，也可将薄膜用于污水净化。

    纳米TiO2光催化氧化技术介绍：纳米TiO2光催化氧化技术应用前景广阔，其自身能耗较低，操作简单，无二次污染，水中臭氧无法氧化的有机物都能有效降解。若水产养殖中，一些有机污染物浓度较高的，可采用纳米TiO2光催化氧化技术有效过滤净化。例如，水中六氯苯、四氯化碳、三氯甲烷等都属于顽固性有机污染物，而通过纳米TiO2光催化氧化技术，高效光催化，在水产养殖中具有良好发展前景。

    2? 纳米饲料及饲料添加剂

    水产养殖中鱼虾肠胃较短，对常规饲料中营养物质的吸收较差。但是，若将饲料中难溶消化道的成分纳米化处理，可便于成分被鱼虾吸收，提高生物利用率。

    可在饲料中融入纳米无机抗菌剂，避免鱼由于摄入水中抗生素，易出现严重残毒，破坏鱼虾体质。通过采用纳米技术，有利于提高鱼虾质量，生产绿色水产品。通过纳米饲料及饲料添加剂，对饲料进一步处理，降低饲料颗粒，使饲料更容易在鱼虾消化道中停留，促进水产动物更快生长。

    3? 纳米药物及诊断技术

    药物吸收受药物实际停留位置及溶出速度有直接影响，通过纳米技术可减小药物粒径，增大暴露表面积，促进药物溶解，提高药物吸收率。药物大分子转化为纳米小颗粒分子，可穿透组织间隙，透过鱼虾毛细血管，迅速发挥药物作用。水产养殖中动物疾病种类较多，且对动物危害较大，需快速诊治。纳米技术支持下有一种生物芯片，这种生物芯片是在较小几何尺寸表面，装配多种纳米尺寸生物活性物质，以微量采样检测并研究不同生物细胞及生物分子，了解鱼虾DNA特性，掌握其规律。生物芯片包含细胞、蛋白质、基因芯片等，其自身可集成、并行、快速检测，为动物疾病迅速检测打下基础。例如，纳米探针为可探测单个活细胞的传感器，其探头尺寸为纳米级，插入活细胞，可了解基因表达及靶细胞蛋白生成，为针对用药奠定基础。

    4? 纳米基因工程

    纳米生物学是在纳米技术尺度基础上，認识生物大分子精细结构及功能，按照实际需求，裁剪嫁接够，和具有特殊功能生物大分子结合，形成纳米技术，有效控制基因工程，按照市场需求生产更多个性化生物产品，改变水产养殖的现状。通过纳米基因工程，也可以增加观赏鱼种类及食用鱼类。

    鱼肉富含蛋白质，可补充人体所需蛋白质。因此，水产养殖中始终分析生长速度快、喂食少、抗逆性强的养殖对象。而纳米基因工程为进一步实现该目标提供技术支持，采用纳米载体，在介导基因专业上表现出多方面优势：（1）纳米材料不属生物材料，无免疫原性，不存在机体免疫反应。（2）纳米载体不同于病毒载体，其不具有遗传毒性及细胞毒性，不存在细胞转化及细胞死亡。（3）纳米载体其结构及表面电荷，其本身基因转移效率高。（4）此外，以纳米载体支持的先进技术可介导外源基因宿主，将DNA及染色体优化处理，开展科学的基因工程。（5）采用纳米技术可有阿虎转导基因，从而减少机体血浆、组织细胞补体及不同酶对水产养殖中鱼虾的影响。合理应用纳米技术，以基因传导进入靶细胞，发挥其最大化价值。

    新时期伴随人们逐渐加深对纳米的认识，对现代化技术的熟练掌握，未来纳米技术将在水产养殖有更好的应用。

    5? 无机纳米抗菌材料分析

    纳米TiO2、SiO2、银系纳米复合粉等都属于无机纳米抗菌材料，无机纳米抗菌材料具有传统抗菌剂所达不到的抗菌效果，其综合抗菌效果在有机、天然抗菌剂之上。其中，纳米TiO2为光催化的反应，导致有机物分解，起到抵抗病菌作用。在阳光照射下，原本粒子中价带电子受紫外线影响被激发跃迁到导带，形成光生电子孔穴对，受环境电荷层电场影响，发生分离。粒子光催化对病菌有两方面影响：一方面，其光生电子及光生孔穴及细胞膜、细胞内组分反应，会导致细胞死亡，起到杀菌作用;另一方面，光生电子、光生孔穴将和水、空气发生氧反应，生成O2、HO2、H2O2等，O2、HO2、H2O2等氧化能力较强，可对细胞内组分发生生化反应，导致细胞死亡，起到杀菌租用。但是，近年来的研究发现，光催化作用的粒子还可以有效分解毒素，具有极高安全性，且效果持续时间长。

    采用无机纳米抗菌材料的塑料用于建设水产养殖场所，以此为输送管道、容器，则无需臭氧、紫外线、超声波等杀菌设备支持，可起到同等杀菌效果，也无需采用药物杀菌。若大型水产养殖中在容器、池壁喷涂无机纳米抗菌材料，并以此材料设置水泵、省去活性炭、去氯器等设备，有效降低养殖成本。

    同时，也可以在合成纤维树脂中融入纳米SiO2、纳米ZnO复配粉体材料，经特殊处理后，可用作养殖杀菌、防霉、防臭等作用，制作该网片用作网箱，还可以有效避免菌藻等滋生。纳米SiO2复合粉体其利用纳米技术，在纳米材料基础上以离子交换方式制作抗菌剂，该抗菌剂安全性突出，其抗菌效果、抗菌时间等均优于传统银系无机抗菌剂。纳米SiO2复合粉体的抗菌原理是在纳米粉中缓释溶出银离子，逐渐扩散到水产养殖中的微生物细胞中，破坏细胞蛋白质结构，造成细胞代谢障碍。

    6? 结束语

    综上所述，纳米技术是新时期科技前沿技术，伴随纳米技术不断成熟，其在水产养殖中应用前景广阔，将对水产养殖行业造成巨大改变。但是，在应用纳米技术的过程中，需注意切勿盲目重视纳米技术的优势，严禁随意借用“纳米”概念推广产品。纳米技术有利也有弊，其可能会成为对环境的二次污染物，其纳米粒子、纳米产品可能存在尚未发现的污染物，要谨慎使用。在纳米技术应用中，要做好其在水产养殖中的基础开发研究，多方探讨纳米技术的实际应用原理、方式，了解其在水产养殖中应用可能存在的风险，为水产养殖发展打下坚实基础。

    参考文献：

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    [4] 叶金明，郑宗林.纳米技术在水产养殖中的应用展望[J].科学养鱼，2016，（11）：10.

    （编辑：李丹）