海洋生物防污作用機制及應用前景

胡靜怡

摘 要：海洋污損生物會對人類的生產活動與軍事裝備帶來負面的影響。海洋生物為了保持身體表面的潔凈，在經過長期進化之后已經對污損生物的附著形成針對性的防污作用機制。本文將主要對海洋生物的防污作用機制進行分析，同時展望其應用前景，希望能夠通過對海洋防污作用機制的了解去研發新型環保的防污染技術與材料，更好地解決當前海洋污損生物的難題。

關鍵詞：海洋 污損生物 應用前景

中圖分類號：X17 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0114-02

在浩瀚的海洋當中有著數量龐大的海洋生物，隨著生活環境的不斷變化與時間的推移，使其產生與陸地生物截然不同的生理特征，且產生一些結構新奇、具有特殊作用的活性物質[1]。人們通過研究發現，海洋中的部分植物、無脊椎動物以及游泳動物的表面時刻都能保持潔凈，主要原因是因為這部分海洋生物自身所產生的活性物質能有效地抑制海洋污損生物的附著。通過對海洋生物的防污作用機制進行深入研究，為人們研發新型環保無污染的防污技術提供了借鑒對象，且取得一定的成果，進一步推動我國海洋經濟的可持續發展。

1 海洋生物的防污作用機制

許多海洋生物都具有自身獨特的防污作用機制，下文將分為海洋植物、海洋無脊椎動物以及海洋游泳動物3個類別進行分別闡述。

1.1 海洋植物

研究表明，大多數的海洋植物都能自我產生具有防污作用的活性物質，如研究人員從紅樹植物角果木的根部分解出4種活性物質，可有效抑制藤壺幼蟲的附著；從綠藻中提取出來萜類次級代謝產物，可在一定程度上防止海洋細菌與微藻的污染；從大葉藻中分解出的p-肉桂酸硫酸酯，可有效抑制海洋細菌與紋藤壺的附著。

其中，紅藻與褐藻的防污能力表現非常明顯。研究人員從紅藻中提取到了可有效抑制紋藤壺、石莼及其他海洋細菌附著的活性物質，這部分活性物質中不僅包含抑制紋藤壺幼蟲附著能力極強的物質，也有抑制藻類活性能力極強的物質，對其提取物的深入研究有非常重要的現實意義。從褐藻中提取得出的褐藻多酚活性物質，是一種防污能力極強的物質，同時研究人員還發現圓扇藻中含有顯著抗菌效果的活性物質，在抑制海膽受精卵細胞分裂方面有明顯的作用。

1.2 海洋無脊椎動物

很多海洋無脊椎動物都是海洋污損生物附著的最佳選擇，雖然有少部分附著對雙方有利（寄居蟹與海葵），但大部分被污損生物附著都會對海洋無脊椎動物產生不良影響，隨著生物的不斷進化，很多海洋無脊椎動物進化出了獨特的防污作用機制。

附著表面外觀的微弱差別會對污損生物的附著和生長產生直接影響[2]。比如對比外殼污損嚴重的覆瓦珠母貝和極少被污損的紫貽貝，不難發現，前者外殼表面形貌多變復雜，沒有重復規律，而后者外殼表面為均勻的波紋狀形貌，這種形貌對污損生物的附著有顯著的抑制作用。

此外，化學防御同樣是海洋無脊椎動物防污作用機制的一種。從大量的針對無脊椎動物活性物質提取的研究來看，不同無脊椎動物產生的不同活性物質都有一定的防污作用。比如從海鞘中分離出的生物堿，可有效毒殺多室草苔蟲的幼蟲；從苔蘚蟲中分離出的蘆竹堿類化合物，可有效抑制紋藤壺幼蟲的附著；從念珠海葵中提出的活性物質，可有效抑制海洋細菌的附著與繁殖。另外，部分與海洋無脊椎動物共棲的微生物在防污作用機制中也起到一定的作用。如棲息在海雞頭表面的弧菌與變形菌，它們產生的多糖類化合物，可有效地抑制華美盤管蟲與多室草苔蟲的附著。

2 海洋游泳動物

海洋游泳動物防污作用機制包括物理機制與化學機制，但不同動物所表現出的方式各有不同。如海豚分泌出的黏液能形成低表面能的表面，可有效抑制其他海洋生物的附著；鯊魚表皮是一種不光滑、不穩定的表面形態，由微米級別的鱗片構成，可有效抑制硅藻類污損生物的附著；巨型鯨魚體的外表潔凈，不僅有酶的作用，還與其獨特的納米結構外表有很大關系。

3 海洋生物防污作用機制的應用前景

3.1 低表面能防污涂料

通過對海洋哺乳類動物防污作用機制中皮膚特點進行研究，人們研發出低表面能防污涂料技術，已經初步運用到了部分船舶與水產養殖業當中，這項技術充分利用低表面能的特性，提高了污損生物的附著難度，即便有少量附著，只需利用水流作用或專門的清理設備即可清除。同過去的防污技術相比，低表面能防污涂料無毒無污染，不僅符合環保標準，且防污長效性方面有巨大提升。當前市場上主要的低表面能防污涂料有兩種：有機硅系列與有機氟系列，其中由于有機氟聚合物自由能表現比有機硅較差，且價格成本更高，因此目前對于有機硅防污涂料的研究更多，且其有良好的防污效果，同時具備無毒環保的特性，當前得到的發展應用也比較多。

然而，當前真正令人滿意的防污產品非常少，有的只能維持2～3年效果；低表面能防污涂料只有在水流作用下才能表現出良好的防污效果，而對停靠船舶的防污效果微乎其微，仍然需要定期進行表面附著物清理，進一步提高防污成本。正因為這些弊端的存在，筆者認為對于低表面能防污技術應著眼于新材料的開發方面，需要極力降低成本且提升防污效果。

3.2 天然防污產物

大量研究表明，海洋生物的防污作用機制各有不同，且大部分與海洋污損生物的附著有直接關系。然而在當前對海洋生物天然防污產物的研究仍然停留在理論層面，比如對防污化合物的分離、提取和鑒定，對功能基因進行分析，測試防污活性等。所以，從未來的應用前景來看，我們應深刻對海洋生物天然產物防污作用機制的認識，針對海洋污損生物附著特性與環境因素變現出的效應進行綜合研究，為研發無毒無污染、高效且長效的防污涂料打下堅實的基礎。

海洋微生物作為海洋天然防污產物的重要來源，應該算是當前最有潛力的防污涂料來源。雖然其有個體小、生長周期短且易于操控等優點，但是海洋微生物對于生存環境非常挑剔，基本上很難在常規的實驗環境下培養及生存。數據表明，當前能培養鑒定的海洋微生物不超過5%，其中發現有效活性物質的僅占總數的1%[3]。所以，我們仍然需要加大對海洋微生物的研究力度，其應用前景仍有巨大的潛力。

4 結語

綜上所述，在海洋中有非常多值得研究的對象，其中海洋生物所表現出的防污作用機制對于人類研究環保防污技術有重要的啟發作用，且提供一定的理論支持與借鑒。人們通過從物理、化學等不同角度進行綜合研究，了解并掌握海洋生物防污作用機制遇海洋污損生物附著機制，且將其應用在對高效、無污染的環保防污技術研究開發工作上，進而有效地解決海洋污損生物帶來的危害。

參考文獻

[1] 王祥.海洋防污功能菌株的篩選及其活性物質的研究[D].廈門大學，2014.

[2] 歐陽雄，曹文浩，張慧，等.大型海洋生物抗附著機制及展望[J].海洋科學，2015（10）：134-140.

[3] 曹杉.海洋底棲硅藻附著機理及其防污技術研究[D].清華大學，2014.endprint