植物源抑藻活性物質研究進展

梅齊誠，熊露露，張鑫洋，劉天浩，孫好芬

(青島理工大學 環境與市政工程學院，山東 青島 266033)

淡水水華、海水赤潮現象導致水體中大量繁殖有害藻類，是影響水質的重要因素之一，破壞水體生態系統平衡的同時，又對人體健康構成了嚴重的威脅。這與現代化建設的快速發展密切相關。由于廢水、污水中含有大量氮、磷等元素，導致了赤潮中微藻、藍藻、綠藻、硅藻等有害藻類的大批量繁衍，日趨嚴重的水體富營養化使得“水華”、“赤潮”頻繁爆發；大量藻類的死亡使得水體產生惡臭，水中溶解氧的來源減少，不僅水環境受到嚴重破壞，還使周邊的生活環境受到損壞。因此，如何有效抑制水中藻類過度生長是當今水體生態環境保護與修復的首要問題，化學法[1]和物理法[2]雖有一定效果，但未能夠實現大規模廣泛應用于有害藻類的防治。而生物法主要利用其天然代謝產物的抑藻活性進行無污染、易降解的防治，是環境友好型化合物，符合環境可持續發展的理念，因此受到眾多科學家的青睞。本文在總結當前植物抑藻活性物質研究的基礎上，對各種不同植物中提取的活性物質的抑藻效應進行簡介，以期為抑藻活性研究提供一定的參考依據。

1 植物抑藻機理簡介

植物對于有害藻類生長的抑制來源于其自身分泌活性物質的作用，通常稱作化感作用。“生物化感作用”是指植物和微生物將化學物質釋放出來以達到影響周邊個體生長的目的，并將起抑制或促進作用的物質稱為化感物質。Rice[3]曾將植物產生的化感物質分為如下幾個有機化合物類別：水溶性有機酸、醇、脂肪醛(酮)、不飽和內脂類、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，由于水生系統物質的數目巨大，水生植物的化感作用對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]等人首先通過實驗證明了水生植物具有一定的抑藻活性，通過研究最終將其歸納為：(1)有害藻類和水生植物互相之間競爭，藻類得不到充足養分達到抑制其繁殖目的；(2)藻類在繁殖過程中易于被水生植物遮擋而處于避光狀態；(3)藻類生長過程中受水生植物的化感物質作用產生抑制效應；(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、易于選育和可規模放大培養，且長期生長在獨特的生態環境中，化感作用產生的天然代謝產物結構新穎、功效強大，也是一個不容忽視的資源庫。

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識，許多植物在含有溶解氧的水體中腐化分解時能夠釋放出具有抑藻作用的化感物質。水體富營養化是由于有害藻類懸浮水中并且過度繁殖，而陸生植物的代謝產物會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行模擬實驗，將其作用于銅綠微囊藻上，通過對比抑制率和抑制濃度，發現該三類作物秸稈均有一定程度上的抑制作用。周曉見[7]等將龍爪槐葉片攪碎提取出具有活性物質的液體，驗證其對有害藻類的增殖具備克制效應，對比發現其活性物質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克制微藻繁殖，而且能夠通過競爭水體中的氮、磷等營養源控制微藻生長，使得水體富營養化得到緩解[8]。當前利用水生植物化感作用調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，其主要途徑為化感物質的作用；②將干燥、脫水狀態的水生植物投入待處理處，運用其通過腐敗進程放出的化感物質來克制有害藻類滋生；③提取植物或藻類中的抑藻物質并將其植入水體以克制藻類過度繁殖[9]。

吳曉輝[10]等發現斜生柵藻與馬來眼子菜的共培養系統中，對起始濃度較高的斜生柵藻能夠抑制有害藻類的繁殖。該研究還通過銅綠微囊藻的共培養系統發現，(15±5) g/8L濃度下的黃絲草對有害藻類的抑制作用十分顯著，當藻類初始濃度脫離此閾值之時，其抑制作用明顯減弱，說明自然條件下水生植物的化感物質有效作用模式呈現低劑量多次釋放的特點。

孫穎穎[11-12]等在前期研究基礎上，將菹草乙酸乙酯以及菹草石油醚進行層析并純化，并進一步鑒別其可以抑制有害藻類生長的組分。經過研究分析，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，其濃度為16mol/L時，能夠將米氏凱倫藻的濃度限制在一定范圍內。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。

紀海婷[13]等發現輪葉黑藻、伊樂藻等4種沉水植物的葉片浸提液中有能夠使附植藻類物種數降低的物質。利用GC-MS技術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，而且包含的N-Phenyl-2-naphthylamine、γ-谷甾醇，還有伊樂藻特有的β2，3-二甲基環戊基丙醇等。

2.3 海洋植物的抑藻活性

不僅陸生、水生植物的天然產物具有抑藻活性，海洋天然產物抑藻活性也不容忽視。比如，海洋中的大型藻類，不僅有凈化水質的作用，減少水體中的環境污染，還可以在生長過程中與赤潮微藻的生長形成競爭模式，以此達到控制赤潮微藻過量繁殖的目的[14]。

南春容[15]等通過對孔石莼的水溶性抽提液研究發現其中的某類物質能夠對塔瑪亞歷山大藻、中肋骨條藻和赤潮異彎藻等的生長起到強效克制或致死效應。Vangelis Smyrniotopoulos[14]等從綠藻蕨藻中提取得到了16種活性化感物質，均具有抑菌、限制藻類成長的生物活性，其中乙炔基倍半萜烯酯在低濃度時能夠顯著抑制有害藻類的繁衍。由此可見大型藻類抑藻的一個關鍵因素在于其分泌的化感物質。

金浩良[16]等使用高效液相色譜、Sephadex LH-20凝膠柱層析等技術探究腸滸苔中的活性物質，得到了三個不飽和脂肪酸、脂、棕櫚酸類等抑藻活性化合物，具有明顯的抑藻效應。李鳳超[17]等對海帶和厚葉解曼藻進行分離純化得到肉豆蔻酸、烯酸類等活性物質，均能抑制中肋骨條藻的生長。張迪[18]等對鐵釘菜進行分離純化、層析等手段，發現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，發現其能限制米氏凱倫藻生長，進一步萃取分離并進行初步分析得該活性組分中主要包含鞣質、有機酸和黃酮等。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，通過對比重鉻酸鉀的半抑制效應濃度，發現這些化合物對東海原甲藻等具有明顯的選擇性抑制作用，而且對水體中的生物并未表現出毒性。張議文[21]等驗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C18柱分離進行成分鑒定，發現其化感物質可能為酰胺類2-((2-cyanophenyl)amino)-2-oxoethy1，3-cyclohexyI propanoate，能夠抑制中肋骨條藻的生長。

3 結論

植物的化感作用可有效克制有害藻類成長，但針對大面積流域的景觀型污染水體來說，仍存在效果不佳、耗時過長的缺陷。鄭東鳳[9]等利用微球化技術模擬自然狀態下的化感抑藻作用，以焦性沒食子酸緩釋微球起到一定的緩解作用。此種方法對化學試劑的消耗量過大且對周圍環境水體的副作用不可預測。通過以上研究發現對天然產物藻類抑制活性的研究已經十分廣泛，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，但對海洋植物甚至微生物的天然產物抑藻活性方面的研究相對較少。由于海洋生態環境較為特殊，其鹽度較高、高壓缺氧、避光特性等均賦予其生物獨特的生活習性，從而可以產生結構新穎、活性特殊的次級代謝產物，對于淡水水華和海水赤潮的治理據有相當大的研發潛力。因此，從海洋生物體中提取活性天然產物是今后抑藻活性物質的重要發展方向。