天然產(chǎn)物抑藻活性研究進(jìn)展

趙炳諺，劉 宇，張?chǎng)窝螅礻孛龋?朋，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)

淡水水華以及海水赤潮是在水域中大量繁殖的兩種有害藻類，屬于水環(huán)境的異常現(xiàn)象，有害藻華的爆發(fā)與現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展不無(wú)關(guān)系。當(dāng)含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素)的生活污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)用污水等流入湖泊海洋等水體后，在一定條件下，使得水體中的微藻和大型藻類劇烈繁殖或聚集，從而導(dǎo)致有害藻類爆發(fā)；從而導(dǎo)致水體的透明度降低，觀賞性變差。同時(shí)由于藻類的死亡，會(huì)使水體產(chǎn)生惡臭，致使水體的溶解氧的來(lái)源減少，影響水環(huán)境周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，淡水水華，海水赤潮防止刻不容緩，如何有效地防止水體中藻類的過(guò)度生長(zhǎng)是當(dāng)今水環(huán)境保護(hù)與環(huán)境修復(fù)的關(guān)鍵問(wèn)題。現(xiàn)階段主要的化學(xué)法[1]和物理法[2]已經(jīng)廣發(fā)的用于水藻的治理，并取得了一定的效果。但是，往水體里投加添加劑勢(shì)必會(huì)造成二次污染，并會(huì)對(duì)其他水生生物造成直接或者間接的影響。環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主題，因此環(huán)境友好型的處理方法越來(lái)越受到重多科學(xué)家的青睞。本文在總結(jié)當(dāng)前抑藻活性物質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)抑藻機(jī)理、微生物和海藻中的抑藻活性物質(zhì)等方面進(jìn)行綜述，為天然抑藻活性研發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 抑藻機(jī)理

藻類的抑制機(jī)理主要包含兩種，分別是直接抑藻和間接抑藻。

1.1 直接抑藻

以直接接觸的方式來(lái)抑制有害藻類的生長(zhǎng)，有一些抑藻微生物通過(guò)與有害藻類的藻細(xì)胞接觸釋放出一些可以破壞藻類細(xì)胞細(xì)胞壁的酶類物質(zhì)，來(lái)溶解藻細(xì)胞，如Li等[3]在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)菌株LY03產(chǎn)生的幾丁酶對(duì)藻細(xì)胞表現(xiàn)出趨化性：依靠細(xì)菌表面的鞭毛來(lái)靠近藻細(xì)胞，通過(guò)分泌幾丁質(zhì)酶以溶解細(xì)胞的細(xì)胞壁，由于細(xì)胞壁的喪失，使藻細(xì)胞最后溶解死亡。

1.2 間接抑藻

多數(shù)抑藻菌通過(guò)與有害藻類相互競(jìng)爭(zhēng)水體或自然環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)元素，或者向環(huán)境中釋放抑藻活性物質(zhì)，并非以藻類直接接觸的方式來(lái)達(dá)到抑藻或者殺藻的目的，比如：酶、蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、抗生素、吲哚醌等[4-5]均具有一定的抑藻活性。細(xì)菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中會(huì)消耗大量的氮源從而使環(huán)境中的氮元素迅速減少，致使環(huán)境中為藻類生長(zhǎng)提供的氮源減少，從而達(dá)到抑菌的目的。Jansson等[6]經(jīng)過(guò)研究證實(shí)某些細(xì)菌對(duì)于磷酸鹽的吸收和利用效率優(yōu)于藻類。王以斌等[7]從黃桿菌發(fā)酵液中提取出了靈菌紅素，促使亞歷山大藻丙二醛含量升高，巰基含量減少，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損來(lái)抑制藻類生長(zhǎng)。Shilo等[8]發(fā)現(xiàn)弧菌BS02分泌的棕櫚油酸(C16H30O2)可以有效地殺死塔瑪亞歷山大藻。

2 微生物的抑藻活性

在地表水環(huán)境(海洋，湖泊，水庫(kù)，沼澤等)和土壤環(huán)境中廣泛分布著抑藻微生物，尤其是在水華和赤潮頻繁爆發(fā)的水環(huán)境中，抑藻微生物的生長(zhǎng)代謝通常十分的活躍，通過(guò)自身分泌出抑藻物質(zhì)，或與水體中的有害藻類競(jìng)爭(zhēng)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，亦或是通過(guò)直接接觸等方式對(duì)有害藻類進(jìn)行抑制作用。

水華的發(fā)生主要是由于淡水中的藍(lán)藻、硅藻、綠藻等的過(guò)度繁殖，而目前淡水中的抑藻微生物主要來(lái)源與水華環(huán)境或微藻生長(zhǎng)過(guò)程。Shilo等[9]在水塘中發(fā)現(xiàn)并篩選了粘細(xì)菌(Myxobacteria)對(duì)中藍(lán)藻進(jìn)行了測(cè)試，觀察發(fā)現(xiàn)有8種藍(lán)藻的生長(zhǎng)發(fā)育被抑制，最終全部死亡。Daft等[10]已經(jīng)分離出9種粘細(xì)菌，可以溶解水中的魚(yú)腥藻、束絲藻以及多種顫藻。Frusawa等[11]在日本島灣分離得到了一株腐螺旋菌(Saprospira)，該菌株可以使硅藻的藻細(xì)胞聚集在一起，進(jìn)而直接接觸和破壞細(xì)胞壁，來(lái)達(dá)到抑藻的目的。赤潮的發(fā)生是由于海水中懸浮了大量的微藻，而目前海洋環(huán)境中的抑藻微生物主要來(lái)源于赤潮環(huán)境中。韓光耀等[12]從赤潮暴發(fā)海域分離到一株細(xì)菌DH-e，鑒定為鹽單胞菌(Halomona)，其代謝產(chǎn)物加速東海原甲藻(P.donghaiense)葉綠素a的分解，胞內(nèi)總糖含量降低。

3 大型海藻中的抑藻活性物質(zhì)

海洋中的大型藻類不僅可以凈化水質(zhì)，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)形成長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)，來(lái)控制赤潮微藻的生長(zhǎng)[13]，甚至有些海藻在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)在水體中釋放活性物質(zhì)來(lái)抑制其生長(zhǎng)[14-15]。目前，大型海藻對(duì)赤潮微藻生長(zhǎng)過(guò)程中的抑制作用主要集中在生態(tài)水平[13]上，南春容[20]等也曾對(duì)孔石莼、江蘺以及塔瑪亞歷山大藻生長(zhǎng)對(duì)微藻影響的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)孔石莼、江蘺比對(duì)塔瑪亞歷山大藻有更加明顯的抑制作用，但是并未指出海藻中的相關(guān)抑藻活性物質(zhì)。實(shí)際上，對(duì)天然產(chǎn)物藻類抑制活性的研究已經(jīng)十分廣泛，但目前大多數(shù)研究主要是研究陸生植物的活性物質(zhì)以及一些高等水水生物，例如水稻、大麥秸稈等化感物質(zhì)的研究等[16-19]，而利用海洋天然產(chǎn)物抑藻的研究卻鮮見(jiàn)，因此具有一定的研究前途和意義。

Kakisawa[21]在研究了海藻中的微藻毒性物質(zhì)后，又從崗村枝管褐藻(Cladosiphon Okamuranus)中分離純化出octadeca-1Z,9Z,12Z,15Z-tetraenoicacid(ODTA)，并用這些提取物對(duì)37種微藻進(jìn)行了活性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ODTA能夠有效地抑制包括微藻Chattonella marina，Chattonella antiqua，Heterosigma akashiwo，Gymnodinium nagasakiense,Gymnodinium sanguineum在內(nèi)的藻類生長(zhǎng)，并且還發(fā)現(xiàn)高不飽和脂肪酸和二十碳五烯酸擁有與ODTA相似的抑菌活性。

Amin Alamsjah等[22]通過(guò)硅膠柱層析、Octadecyl-S色譜、高效液相色普(HPLC)等技術(shù)手段對(duì)裂片石莼的甲醇提取物進(jìn)行分離純化得到3個(gè)具有抑藻活性的化合物并鑒定了這三種化合物的結(jié)構(gòu)分別為hexadeca-4,7,10,13-tetraenoic acid(HDTA),octadeca-6,9,12,15-tetraenoic acid(ODTA)和a-linolenic acid，這三種化合物對(duì)赤潮藻赤潮異彎藻H.akashiwo的半致死濃度LC50分別達(dá)到了1.35 g/mL，0.83 g/mL和1.13 g/mL；同時(shí)又從裂片石莼中又分離得到了α-亞麻仁油酸和亞麻油酸，并對(duì)6種微藻進(jìn)行抑藻實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在赤潮異彎藻對(duì)這兩種化合物最敏感，并且這兩種化合物對(duì)其的半致死濃度LC50分別是0.58 g/mL和1.91 g/mL。而微藻中的Gymnodinium impudicum 和Heterocapsa circularisquama對(duì)這兩種化合物最不敏感，并且當(dāng)這兩種化合物的濃度達(dá)到1000 g/mL時(shí)才表現(xiàn)出明顯的毒性作用，可以看出，這兩種藻類抑制物質(zhì)對(duì)微藻的抑制性具有一定的選擇性，同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)這兩種油酸對(duì)于水體中的水生生物等并未表現(xiàn)出明顯的毒性[23]。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上研究發(fā)現(xiàn)海洋天然產(chǎn)物在抑藻活性方面的研究相對(duì)較少，具有較大的發(fā)掘潛力，而且海洋天然產(chǎn)物對(duì)藻類的抑制作用的實(shí)驗(yàn)表明，其活性對(duì)于淡水水華和海水赤潮的治理具有相當(dāng)大的研發(fā)潛力，是今后抑藻活性物質(zhì)的重要發(fā)展方向。