植物源抑藻活性物質(zhì)研究進(jìn)展

梅齊誠(chéng)，熊露露，張?chǎng)窝螅瑒⑻旌?，孫好芬

(青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033)

淡水水華、海水赤潮現(xiàn)象導(dǎo)致水體中大量繁殖有害藻類，是影響水質(zhì)的重要因素之一，破壞水體生態(tài)系統(tǒng)平衡的同時(shí)，又對(duì)人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。這與現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展密切相關(guān)。由于廢水、污水中含有大量氮、磷等元素，導(dǎo)致了赤潮中微藻、藍(lán)藻、綠藻、硅藻等有害藻類的大批量繁衍，日趨嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化使得“水華”、“赤潮”頻繁爆發(fā)；大量藻類的死亡使得水體產(chǎn)生惡臭，水中溶解氧的來(lái)源減少，不僅水環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，還使周邊的生活環(huán)境受到損壞。因此，如何有效抑制水中藻類過(guò)度生長(zhǎng)是當(dāng)今水體生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)的首要問(wèn)題，化學(xué)法[1]和物理法[2]雖有一定效果，但未能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模廣泛應(yīng)用于有害藻類的防治。而生物法主要利用其天然代謝產(chǎn)物的抑藻活性進(jìn)行無(wú)污染、易降解的防治，是環(huán)境友好型化合物，符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的理念，因此受到眾多科學(xué)家的青睞。本文在總結(jié)當(dāng)前植物抑藻活性物質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)各種不同植物中提取的活性物質(zhì)的抑藻效應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)介，以期為抑藻活性研究提供一定的參考依據(jù)。

1 植物抑藻機(jī)理簡(jiǎn)介

植物對(duì)于有害藻類生長(zhǎng)的抑制來(lái)源于其自身分泌活性物質(zhì)的作用，通常稱作化感作用?！吧锘凶饔谩笔侵钢参锖臀⑸飳⒒瘜W(xué)物質(zhì)釋放出來(lái)以達(dá)到影響周邊個(gè)體生長(zhǎng)的目的，并將起抑制或促進(jìn)作用的物質(zhì)稱為化感物質(zhì)。Rice[3]曾將植物產(chǎn)生的化感物質(zhì)分為如下幾個(gè)有機(jī)化合物類別：水溶性有機(jī)酸、醇、脂肪醛(酮)、不飽和內(nèi)脂類、醌和苯醌類、酚類、苯甲酸類、β-苯丙烯酸類、黃酮類、香豆素類、萜類和甾類、硫代葡萄糖苷類、嘌呤、核苷等。例如，從廣玉蘭葉片中分離出2-亞甲基-3-羥基膽甾烷和正三十七醇等[4]均能夠有效抑制有害藻類過(guò)量繁殖。

化感作用的研究不僅在陸生植物抑藻中獲得顯著成效，由于水生系統(tǒng)物質(zhì)的數(shù)目巨大，水生植物的化感作用對(duì)有害藻類的抑制也起著重要影響。水生植物主要有三大類，分別為挺水植物、浮水植物、沉水植物[3,5]，Hasler[4]等人首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了水生植物具有一定的抑藻活性，通過(guò)研究最終將其歸納為：(1)有害藻類和水生植物互相之間競(jìng)爭(zhēng)，藻類得不到充足養(yǎng)分達(dá)到抑制其繁殖目的；(2)藻類在繁殖過(guò)程中易于被水生植物遮擋而處于避光狀態(tài)；(3)藻類生長(zhǎng)過(guò)程中受水生植物的化感物質(zhì)作用產(chǎn)生抑制效應(yīng)；(4)根際微生物藻類繁殖起抑制作用。

除此之外，海洋植物由于種類繁多、資源豐富、分布廣泛、易于選育和可規(guī)模放大培養(yǎng)，且長(zhǎng)期生長(zhǎng)在獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境中，化感作用產(chǎn)生的天然代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)新穎、功效強(qiáng)大，也是一個(gè)不容忽視的資源庫(kù)。

2 植物抑藻活性

2.1 陸生植物的抑藻活性

陸生植物間的化感作用已廣泛為人們所認(rèn)識(shí)，許多植物在含有溶解氧的水體中腐化分解時(shí)能夠釋放出具有抑藻作用的化感物質(zhì)。水體富營(yíng)養(yǎng)化是由于有害藻類懸浮水中并且過(guò)度繁殖，而陸生植物的代謝產(chǎn)物會(huì)破壞藻類的葉綠素從而限制其光合作用的成效，正如稻稈浸出液中的有效成分主要起到破壞葉綠素并且阻斷葉綠素的合成途徑的作用。劉濤[6]等將大麥、水稻和小麥的作物秸稈進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，將其作用于銅綠微囊藻上，通過(guò)對(duì)比抑制率和抑制濃度，發(fā)現(xiàn)該三類作物秸稈均有一定程度上的抑制作用。周曉見(jiàn)[7]等將龍爪槐葉片攪碎提取出具有活性物質(zhì)的液體，驗(yàn)證其對(duì)有害藻類的增殖具備克制效應(yīng)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)其活性物質(zhì)中非極性組分抑制效果十分顯著。

2.2 水生植物的抑藻活性

水生植物在水體中不但能分泌化感物質(zhì)克制微藻繁殖，而且能夠通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)源控制微藻生長(zhǎng)，使得水體富營(yíng)養(yǎng)化得到緩解[8]。當(dāng)前利用水生植物化感作用調(diào)控有害藻類的常用途徑有：①水生植物在水體中限制藻類的生長(zhǎng)，其主要途徑為化感物質(zhì)的作用；②將干燥、脫水狀態(tài)的水生植物投入待處理處，運(yùn)用其通過(guò)腐敗進(jìn)程放出的化感物質(zhì)來(lái)克制有害藻類滋生；③提取植物或藻類中的抑藻物質(zhì)并將其植入水體以克制藻類過(guò)度繁殖[9]。

吳曉輝[10]等發(fā)現(xiàn)斜生柵藻與馬來(lái)眼子菜的共培養(yǎng)系統(tǒng)中，對(duì)起始濃度較高的斜生柵藻能夠抑制有害藻類的繁殖。該研究還通過(guò)銅綠微囊藻的共培養(yǎng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，(15±5) g/8L濃度下的黃絲草對(duì)有害藻類的抑制作用十分顯著，當(dāng)藻類初始濃度脫離此閾值之時(shí)，其抑制作用明顯減弱，說(shuō)明自然條件下水生植物的化感物質(zhì)有效作用模式呈現(xiàn)低劑量多次釋放的特點(diǎn)。

孫穎穎[11-12]等在前期研究基礎(chǔ)上，將菹草乙酸乙酯以及菹草石油醚進(jìn)行層析并純化，并進(jìn)一步鑒別其可以抑制有害藻類生長(zhǎng)的組分。經(jīng)過(guò)研究分析，從菹草乙酸乙酯相粗提物中分離出Trichodermatides B和2-methylheptylisonicotinate的兩種抑藻活性物質(zhì)，其濃度為16mol/L時(shí)，能夠?qū)⒚资蟿P倫藻的濃度限制在一定范圍內(nèi)。從菹草石油醚相粗提物中分離出二十五烷醇酯、鄰苯二甲酸二(2-甲基己基)酯、棕櫚酸等，不僅對(duì)米氏凱倫藻具有抑藻活性，并且均能顯著限制赤潮異彎藻的增長(zhǎng)。

紀(jì)海婷[13]等發(fā)現(xiàn)輪葉黑藻、伊樂(lè)藻等4種沉水植物的葉片浸提液中有能夠使附植藻類物種數(shù)降低的物質(zhì)。利用GC-MS技術(shù)從浸提液中鑒定出多種起到抑制作用的醇、酚、萜烯、醛等活性化感物質(zhì)，而且包含的N-Phenyl-2-naphthylamine、γ-谷甾醇，還有伊樂(lè)藻特有的β2，3-二甲基環(huán)戊基丙醇等。

2.3 海洋植物的抑藻活性

不僅陸生、水生植物的天然產(chǎn)物具有抑藻活性，海洋天然產(chǎn)物抑藻活性也不容忽視。比如，海洋中的大型藻類，不僅有凈化水質(zhì)的作用，減少水體中的環(huán)境污染，還可以在生長(zhǎng)過(guò)程中與赤潮微藻的生長(zhǎng)形成競(jìng)爭(zhēng)模式，以此達(dá)到控制赤潮微藻過(guò)量繁殖的目的[14]。

南春容[15]等通過(guò)對(duì)孔石莼的水溶性抽提液研究發(fā)現(xiàn)其中的某類物質(zhì)能夠?qū)λ攣啔v山大藻、中肋骨條藻和赤潮異彎藻等的生長(zhǎng)起到強(qiáng)效克制或致死效應(yīng)。Vangelis Smyrniotopoulos[14]等從綠藻蕨藻中提取得到了16種活性化感物質(zhì)，均具有抑菌、限制藻類成長(zhǎng)的生物活性，其中乙炔基倍半萜烯酯在低濃度時(shí)能夠顯著抑制有害藻類的繁衍。由此可見(jiàn)大型藻類抑藻的一個(gè)關(guān)鍵因素在于其分泌的化感物質(zhì)。

金浩良[16]等使用高效液相色譜、Sephadex LH-20凝膠柱層析等技術(shù)探究腸滸苔中的活性物質(zhì)，得到了三個(gè)不飽和脂肪酸、脂、棕櫚酸類等抑藻活性化合物，具有明顯的抑藻效應(yīng)。李鳳超[17]等對(duì)海帶和厚葉解曼藻進(jìn)行分離純化得到肉豆蔻酸、烯酸類等活性物質(zhì)，均能抑制中肋骨條藻的生長(zhǎng)。張迪[18]等對(duì)鐵釘菜進(jìn)行分離純化、層析等手段，發(fā)現(xiàn)其組分都具有抑藻活性。蒲寅芳[19]等研究刺松藻甲醇提取物，發(fā)現(xiàn)其能限制米氏凱倫藻生長(zhǎng)，進(jìn)一步萃取分離并進(jìn)行初步分析得該活性組分中主要包含鞣質(zhì)、有機(jī)酸和黃酮等。孫穎穎[20]等從龍須菜中純化得到o-phthalic acid、gossonorol、7，10-epoxy-ar-bisanol-11-ol等物質(zhì)，通過(guò)對(duì)比重鉻酸鉀的半抑制效應(yīng)濃度，發(fā)現(xiàn)這些化合物對(duì)東海原甲藻等具有明顯的選擇性抑制作用，而且對(duì)水體中的生物并未表現(xiàn)出毒性。張議文[21]等驗(yàn)證赤潮硅藻之間的化感作用，將旋鏈角毛藻從Sephadex-25柱分離得出的F-Ⅱ組分再經(jīng)C18柱分離進(jìn)行成分鑒定，發(fā)現(xiàn)其化感物質(zhì)可能為酰胺類2-((2-cyanophenyl)amino)-2-oxoethy1，3-cyclohexyI propanoate，能夠抑制中肋骨條藻的生長(zhǎng)。

3 結(jié)論

植物的化感作用可有效克制有害藻類成長(zhǎng)，但針對(duì)大面積流域的景觀型污染水體來(lái)說(shuō)，仍存在效果不佳、耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的缺陷。鄭東鳳[9]等利用微球化技術(shù)模擬自然狀態(tài)下的化感抑藻作用，以焦性沒(méi)食子酸緩釋微球起到一定的緩解作用。此種方法對(duì)化學(xué)試劑的消耗量過(guò)大且對(duì)周圍環(huán)境水體的副作用不可預(yù)測(cè)。通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)對(duì)天然產(chǎn)物藻類抑制活性的研究已經(jīng)十分廣泛，但主要著重于陸生植物、水生植物，例如水稻、小麥秸稈等的化感物質(zhì)，但對(duì)海洋植物甚至微生物的天然產(chǎn)物抑藻活性方面的研究相對(duì)較少。由于海洋生態(tài)環(huán)境較為特殊，其鹽度較高、高壓缺氧、避光特性等均賦予其生物獨(dú)特的生活習(xí)性，從而可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)新穎、活性特殊的次級(jí)代謝產(chǎn)物，對(duì)于淡水水華和海水赤潮的治理?yè)?jù)有相當(dāng)大的研發(fā)潛力。因此，從海洋生物體中提取活性天然產(chǎn)物是今后抑藻活性物質(zhì)的重要發(fā)展方向。