海洋生物防污作用机制及应用前景

胡静怡

摘 要：海洋污损生物会对人类的生产活动与军事装备带来负面的影响。海洋生物为了保持身体表面的洁净，在经过长期进化之后已经对污损生物的附着形成针对性的防污作用机制。本文将主要对海洋生物的防污作用机制进行分析，同时展望其应用前景，希望能够通过对海洋防污作用机制的了解去研发新型环保的防污染技术与材料，更好地解决当前海洋污损生物的难题。

关键词：海洋 污损生物 应用前景

中图分类号：X17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0114-02

在浩瀚的海洋当中有着数量庞大的海洋生物，随着生活环境的不断变化与时间的推移，使其产生与陆地生物截然不同的生理特征，且产生一些结构新奇、具有特殊作用的活性物质[1]。人们通过研究发现，海洋中的部分植物、无脊椎动物以及游泳动物的表面时刻都能保持洁净，主要原因是因为这部分海洋生物自身所产生的活性物质能有效地抑制海洋污损生物的附着。通过对海洋生物的防污作用机制进行深入研究，为人们研发新型环保无污染的防污技术提供了借鉴对象，且取得一定的成果，进一步推动我国海洋经济的可持续发展。

1 海洋生物的防污作用机制

许多海洋生物都具有自身独特的防污作用机制，下文将分为海洋植物、海洋无脊椎动物以及海洋游泳动物3个类别进行分别阐述。

1.1 海洋植物

研究表明，大多数的海洋植物都能自我产生具有防污作用的活性物质，如研究人员从红树植物角果木的根部分解出4种活性物质，可有效抑制藤壶幼虫的附着；从绿藻中提取出来萜类次级代谢产物，可在一定程度上防止海洋细菌与微藻的污染；从大叶藻中分解出的p-肉桂酸硫酸酯，可有效抑制海洋细菌与纹藤壶的附着。

其中，红藻与褐藻的防污能力表现非常明显。研究人员从红藻中提取到了可有效抑制纹藤壶、石莼及其他海洋细菌附着的活性物质，这部分活性物质中不仅包含抑制纹藤壶幼虫附着能力极强的物质，也有抑制藻类活性能力极强的物质，对其提取物的深入研究有非常重要的现实意义。从褐藻中提取得出的褐藻多酚活性物质，是一种防污能力极强的物質，同时研究人员还发现圆扇藻中含有显著抗菌效果的活性物质，在抑制海胆受精卵细胞分裂方面有明显的作用。

1.2 海洋无脊椎动物

很多海洋无脊椎动物都是海洋污损生物附着的最佳选择，虽然有少部分附着对双方有利（寄居蟹与海葵），但大部分被污损生物附着都会对海洋无脊椎动物产生不良影响，随着生物的不断进化，很多海洋无脊椎动物进化出了独特的防污作用机制。

附着表面外观的微弱差别会对污损生物的附着和生长产生直接影响[2]。比如对比外壳污损严重的覆瓦珠母贝和极少被污损的紫贻贝，不难发现，前者外壳表面形貌多变复杂，没有重复规律，而后者外壳表面为均匀的波纹状形貌，这种形貌对污损生物的附着有显著的抑制作用。

此外，化学防御同样是海洋无脊椎动物防污作用机制的一种。从大量的针对无脊椎动物活性物质提取的研究来看，不同无脊椎动物产生的不同活性物质都有一定的防污作用。比如从海鞘中分离出的生物碱，可有效毒杀多室草苔虫的幼虫；从苔藓虫中分离出的芦竹碱类化合物，可有效抑制纹藤壶幼虫的附着；从念珠海葵中提出的活性物质，可有效抑制海洋细菌的附着与繁殖。另外，部分与海洋无脊椎动物共栖的微生物在防污作用机制中也起到一定的作用。如栖息在海鸡头表面的弧菌与变形菌，它们产生的多糖类化合物，可有效地抑制华美盘管虫与多室草苔虫的附着。

2 海洋游泳动物

海洋游泳动物防污作用机制包括物理机制与化学机制，但不同动物所表现出的方式各有不同。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着；鲨鱼表皮是一种不光滑、不稳定的表面形态，由微米级别的鳞片构成，可有效抑制硅藻类污损生物的附着；巨型鲸鱼体的外表洁净，不仅有酶的作用，还与其独特的纳米结构外表有很大关系。

3 海洋生物防污作用机制的应用前景

3.1 低表面能防污涂料

通过对海洋哺乳类动物防污作用机制中皮肤特点进行研究，人们研发出低表面能防污涂料技术，已经初步运用到了部分船舶与水产养殖业当中，这项技术充分利用低表面能的特性，提高了污损生物的附着难度，即便有少量附着，只需利用水流作用或专门的清理设备即可清除。同过去的防污技术相比，低表面能防污涂料无毒无污染，不仅符合环保标准，且防污长效性方面有巨大提升。当前市场上主要的低表面能防污涂料有两种：有机硅系列与有机氟系列，其中由于有机氟聚合物自由能表现比有机硅较差，且价格成本更高，因此目前对于有机硅防污涂料的研究更多，且其有良好的防污效果，同时具备无毒环保的特性，当前得到的发展应用也比较多。

然而，当前真正令人满意的防污产品非常少，有的只能维持2～3年效果；低表面能防污涂料只有在水流作用下才能表现出良好的防污效果，而对停靠船舶的防污效果微乎其微，仍然需要定期进行表面附着物清理，进一步提高防污成本。正因为这些弊端的存在，笔者认为对于低表面能防污技术应着眼于新材料的开发方面，需要极力降低成本且提升防污效果。

3.2 天然防污产物

大量研究表明，海洋生物的防污作用机制各有不同，且大部分与海洋污损生物的附着有直接关系。然而在当前对海洋生物天然防污产物的研究仍然停留在理论层面，比如对防污化合物的分离、提取和鉴定，对功能基因进行分析，测试防污活性等。所以，从未来的应用前景来看，我们应深刻对海洋生物天然产物防污作用机制的认识，针对海洋污损生物附着特性与环境因素变现出的效应进行综合研究，为研发无毒无污染、高效且长效的防污涂料打下坚实的基础。

海洋微生物作为海洋天然防污产物的重要来源，应该算是当前最有潜力的防污涂料来源。虽然其有个体小、生长周期短且易于操控等优点，但是海洋微生物对于生存环境非常挑剔，基本上很难在常规的实验环境下培养及生存。数据表明，当前能培养鉴定的海洋微生物不超过5%，其中发现有效活性物质的仅占总数的1%[3]。所以，我们仍然需要加大对海洋微生物的研究力度，其应用前景仍有巨大的潜力。

4 结语

综上所述，在海洋中有非常多值得研究的对象，其中海洋生物所表现出的防污作用机制对于人类研究环保防污技术有重要的启发作用，且提供一定的理论支持与借鉴。人们通过从物理、化学等不同角度进行综合研究，了解并掌握海洋生物防污作用机制遇海洋污损生物附着机制，且将其应用在对高效、无污染的环保防污技术研究开发工作上，进而有效地解决海洋污损生物带来的危害。

参考文献

[1] 王祥.海洋防污功能菌株的筛选及其活性物质的研究[D].厦门大学，2014.

[2] 欧阳雄，曹文浩，张慧，等.大型海洋生物抗附着机制及展望[J].海洋科学，2015（10）：134-140.

[3] 曹杉.海洋底栖硅藻附着机理及其防污技术研究[D].清华大学，2014.endprint