來源于海洋天然產物的抑藻劑探究

張鑫洋，劉天浩，梅齊誠，熊露露，孫好芬

(青島理工大學 環境與市政工程學院，青島 266033)

近年來，工業廢水和生物污水大量排放，生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，由于藻類繁殖迅速，生長周期短，消耗了水體中大量的溶解氧，同時一些藻類大量繁殖時產生的藻毒素，使水質惡化，導致水體富營養化問題嚴重，不利于水生動植物的生存，破壞了水體環境的生態平衡[1-4]，嚴重威脅著人類生存健康[5-6]。據統計，湖泊的60%為富營養狀態，并且伴隨著"水華"現象的發生[5]。有毒藻類的大面積出現不僅對生產經濟造成極大損失，最終對人類的生存環境造成了不可逆轉的破壞。

因此，如何高效地抑制或殺死富營養化水體中的有害藻類，已經受到科研工作者們的廣泛關注，對環境友好型抑藻劑的探索也成為了水生態學的重要研究內容[5-6]。本文在總結當前抑藻活性物質研究的基礎上，對海洋生物抑藻劑、抑藻機理和天然抑藻活性物質等方面進行綜述，為來源于海洋天然次級產物抑藻劑的研發提供一定的理論依據[7-8]。

1 海洋生物抑藻劑的優點

與化學和物理控藻方法相比，人們逐漸關注于生物方法防治赤潮的研究，生物控藻已成為防止水體富營養化的一個新的研究方向[9]。相較于普通水生植物產生的代謝產物--化感物質，海洋微生物長期適應復雜的海洋環境(高鹽、高壓、低溫和稀營養)而生存，因而有其獨具的特性：海洋微生物表現出生物資源豐富、物種繁多、化學組成復雜、生長周期短、代謝易于調控、分布比較廣泛、遺傳型上表現出特異性、可大規模發酵等諸多優點。并且由于其獨特的代謝途徑與方式，海洋微生物可以保持強大的生命力和生產力，生命活動的復雜性可能影響其代謝出結構設計新穎、生物活性特異的有特殊作用的生物活性物質和次級代謝產物。若將來源于海洋天然次級產物中具有抑制藻類的生物活性物質用于防治"赤潮"、"水華"污染，不僅能對赤潮微藻等有害藻類的起到有效抑制的作用，并且由于來源于天然產物，與化學抑藻劑相比，更容易被生物降解，屬于綠色環保型化合物，符合環境友好的要求[10]。

2 海洋生物抑藻抑藻機理及現狀

生物抑藻劑的抑制機理主要包含兩種，分別是直接抑藻和間接抑藻。直接抑藻是通過直接接觸的方式來抑制有害藻類的生長，抑藻微生物通過與有害藻類的藻細胞接觸釋放出一些可以破壞藻類細胞細胞壁的酶類物質，來溶解藻細胞，使藻類細胞細胞壁溶解，藻細胞溶解死亡。間接抑藻是指抑藻菌與又害藻類競爭水中水體中營養物質或者向自然環境中釋放抑藻活性物質，達到抑制藻類生長的目的。

目前，已有研究表明某些海藻對赤潮中有害藻類具有抑制作用。例如：俞志明等[11]通過雙藻培養體系、多藻培養體系和血球計數板對東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense) 和塔瑪亞歷山大藻 (Alexandum tamarense)的細胞密度進行觀察，經相同條件下單獨培養體系中的微藻作為對照實驗，發現石莼(Ulva pertusa)和江蘺(Gracilaria lemaneiformis)能夠分泌相生相克類化合物對東海原甲藻和塔瑪亞歷山大藻及其混合物產生明顯的影響[12]。孔石莼(Ulva pertusa)，緣管滸苔(Ulva linza)和腸滸苔(Enteromopha intestinalis )的水提取物和甲醇提取物能抑制赤潮異彎藻(Heterosigma Akashiwo)菌株的生長。浦寅芳等[13]通過對刺松藻萃取分離，硅膠柱層析，抑藻活性檢測發現刺松藻甲醇提取物MECF能夠抑制米氏凱倫藻的生長。雷光英、武宇輝等[14-17]研究表明大型海藻龍須菜對東海原甲藻、錐狀斯氏藻、旋鏈角毛藻、假魚腥藻和普通小球藻的生長表現出抑制作用，印證了許妍、董雙林實驗中龍須菜對赤潮異彎藻的抑制量高于石花菜、伊藻、蜈蚣藻、剛毛藻、脆江蘺的抑制量的結果。但是他們未對其抑藻機理做進一步的探索研究，未對抑藻劑中的具體的活性次生代謝產物進行分離鑒定。

3 天然產物抑藻活性物質

金朝暉等[18-19]通過選取不同極性的有機溶劑，比如乙醚、丙酮和乙酸乙酷經純化后，作為提取劑，對鳳眼蓮根系粉末進行索氏提取，乙醚提取l0h，丙酮提取14h，乙酸乙酷12h，得到三種不同提取物，進行抑藻測試后，對提取物進行分離鑒定，從鳳眼蓮根系中分離出的5種具有抑藻活性的物質是:脫水R-D毗喃葡萄糖、壬酸、丙酞胺、乙酸異氛酸乙醋、2， 2-二甲基環戊酮。

孫穎穎等[20]通過混合溶劑(V甲醇∶V丙酮∶V蒸餾水=7∶ 7∶6)對龍須菜干粉末浸提、用洗脫劑(V氯仿∶V丙酮∶V甲酸=18∶1∶1)萃取、展開劑(V氯仿∶V丙酮∶V甲酸=15∶3∶2)展開，離心過濾后，重新溶解于丙酮，點樣于硅膠GF254薄層層析板上進行極性選擇，然后進行硅膠柱層析和硅膠薄層層析，分離純化后得到4種苯丙烷類化合物，通過紅外光譜、質譜和核磁共振譜等光譜技術鑒定為:鄰苯二丙酸，gossonorol，7，10-epoxy-ar-bisabol-ll-of和對羥基苯乙醇，在對這4種物質進行抑藻活性劑檢測發現其對強壯前溝藻等6種赤潮微藻生長的表現出明顯的選擇性抑制作用。

Som Cit Sinang等[21]用甲醇按1∶1的比例提取200克葉子粉末，將提取物通過1號濾紙(孔徑11μm)過濾，并在旋轉蒸發儀中濃縮，風干后得到無溶劑的粘性粗提取物，將粗提取物按1∶50的比例蒸餾水中稀釋并過濾，對每種粗提物進行了定性植物化學分析，以確定是否存在植物次級代謝物，并進行抑藻對照試驗。五種草類植物的提取物Melastoma malabathricum， Cosmos caudatus， Pistia stratiotes， Etlingera elatior， and Cinnamomum cassi對藻類的抑制作用發現，Melastoma malabathricum提取物對藻類生長抑制最高，與未處理的對照相比，其抑制高達50%的藻類生長。同時，對Pistia stratiotes，Cosmos caudatus和Etlingera elatior的治療分別顯示出高達42.6%，35.3%和22.5%的抑制率。Melastoma malabathricum and Pistia stratiotes對藻類的抑制作用較高，Som Cit Sinang認為是由于它們的類黃酮(flavonoids)和生物堿(Alkaloids)含量高。Tatiana I.Imbs等[22]通過環己烷，氯仿和乙酸乙酯對褐藻Fucus evanescens和Costaria costata進行萃取，使用各種硅膠柱色譜分離純化技術將獲得的浸膏分離成12個粗組分，利用H2O-EtOH(逐步梯度0-96，按5%梯度)在硅膠100C-18柱上分離，用EtOH和CHCl3-EtOH(1∶1)從硅膠上洗脫，在Polychrome 1和C-18上進行純化，從代謝產物中發現了來自海洋細菌Formosa algae KMM 3553T的重組巖藻糖聚糖酶FFA2抑制劑。通過聚丙烯酰胺凝膠(C-PAGE)中的電泳測定巖藻糖聚糖酶FFA2的活性；通過分別在疏水性色譜柱(Polychrome 1)和反相色譜柱(C-18)上進行色譜分離，分離出抑制劑；利用13C NMR位移數據及文獻數據觀察到的碳信號的化學位移，將重組巖藻糖聚糖酶FFA2抑制劑中的多酚結構確認為鄰苯二酚。

4 結論

綜上所述，天然抑藻活性物質都是從水生植物中提取，通過研究發現國內外對于海洋內生真菌的天然抑藻活性物質的提取與鑒定研究較少，但海洋天然產物對藻類的抑藻活性實驗表明，抑藻活性物質的提取分離對水體富營養化問題的解決具有相當大的開發潛力，是獲得綠色環保型的抑藻劑的模板化合物的一個重要途徑，來源于海洋天然次級產物的抑藻劑的研究將為天然抑藻劑的研究提供一個重要發展方向。