植物源抑藻活性物质研究进展

梅齐诚，熊露露，张鑫洋，刘天浩，孙好芬

(青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033)

淡水水华、海水赤潮现象导致水体中大量繁殖有害藻类，是影响水质的重要因素之一，破坏水体生态系统平衡的同时，又对人体健康构成了严重的威胁。这与现代化建设的快速发展密切相关。由于废水、污水中含有大量氮、磷等元素，导致了赤潮中微藻、蓝藻、绿藻、硅藻等有害藻类的大批量繁衍，日趋严重的水体富营养化使得“水华”、“赤潮”频繁爆发；大量藻类的死亡使得水体产生恶臭，水中溶解氧的来源减少，不仅水环境受到严重破坏，还使周边的生活环境受到损坏。因此，如何有效抑制水中藻类过度生长是当今水体生态环境保护与修复的首要问题，化学法[1]和物理法[2]虽有一定效果，但未能够实现大规模广泛应用于有害藻类的防治。而生物法主要利用其天然代谢产物的抑藻活性进行无污染、易降解的防治，是环境友好型化合物，符合环境可持续发展的理念，因此受到众多科学家的青睐。本文在总结当前植物抑藻活性物质研究的基础上，对各种不同植物中提取的活性物质的抑藻效应进行简介，以期为抑藻活性研究提供一定的参考依据。

1 植物抑藻机理简介

植物对于有害藻类生长的抑制来源于其自身分泌活性物质的作用，通常称作化感作用。“生物化感作用”是指植物和微生物将化学物质释放出来以达到影响周边个体生长的目的，并将起抑制或促进作用的物质称为化感物质。Rice[3]曾将植物产生的化感物质分为如下几个有机化合物类别：水溶性有机酸、醇、脂肪醛(酮)、不饱和内脂类、醌和苯醌类、酚类、苯甲酸类、β-苯丙烯酸类、黄酮类、香豆素类、萜类和甾类、硫代葡萄糖苷类、嘌呤、核苷等。例如，从广玉兰叶片中分离出2-亚甲基-3-羟基胆甾烷和正三十七醇等[4]均能够有效抑制有害藻类过量繁殖。

化感作用的研究不仅在陆生植物抑藻中获得显著成效，由于水生系统物质的数目巨大，水生植物的化感作用对有害藻类的抑制也起着重要影响。水生植物主要有三大类，分别为挺水植物、浮水植物、沉水植物[3,5]，Hasler[4]等人首先通过实验证明了水生植物具有一定的抑藻活性，通过研究最终将其归纳为：(1)有害藻类和水生植物互相之间竞争，藻类得不到充足养分达到抑制其繁殖目的；(2)藻类在繁殖过程中易于被水生植物遮挡而处于避光状态；(3)藻类生长过程中受水生植物的化感物质作用产生抑制效应；(4)根际微生物藻类繁殖起抑制作用。

除此之外，海洋植物由于种类繁多、资源丰富、分布广泛、易于选育和可规模放大培养，且长期生长在独特的生态环境中，化感作用产生的天然代谢产物结构新颖、功效强大，也是一个不容忽视的资源库。

2 植物抑藻活性

2.1 陆生植物的抑藻活性

陆生植物间的化感作用已广泛为人们所认识，许多植物在含有溶解氧的水体中腐化分解时能够释放出具有抑藻作用的化感物质。水体富营养化是由于有害藻类悬浮水中并且过度繁殖，而陆生植物的代谢产物会破坏藻类的叶绿素从而限制其光合作用的成效，正如稻秆浸出液中的有效成分主要起到破坏叶绿素并且阻断叶绿素的合成途径的作用。刘涛[6]等将大麦、水稻和小麦的作物秸秆进行模拟实验，将其作用于铜绿微囊藻上，通过对比抑制率和抑制浓度，发现该三类作物秸秆均有一定程度上的抑制作用。周晓见[7]等将龙爪槐叶片搅碎提取出具有活性物质的液体，验证其对有害藻类的增殖具备克制效应，对比发现其活性物质中非极性组分抑制效果十分显著。

2.2 水生植物的抑藻活性

水生植物在水体中不但能分泌化感物质克制微藻繁殖，而且能够通过竞争水体中的氮、磷等营养源控制微藻生长，使得水体富营养化得到缓解[8]。当前利用水生植物化感作用调控有害藻类的常用途径有：①水生植物在水体中限制藻类的生长，其主要途径为化感物质的作用；②将干燥、脱水状态的水生植物投入待处理处，运用其通过腐败进程放出的化感物质来克制有害藻类滋生；③提取植物或藻类中的抑藻物质并将其植入水体以克制藻类过度繁殖[9]。

吴晓辉[10]等发现斜生栅藻与马来眼子菜的共培养系统中，对起始浓度较高的斜生栅藻能够抑制有害藻类的繁殖。该研究还通过铜绿微囊藻的共培养系统发现，(15±5) g/8L浓度下的黄丝草对有害藻类的抑制作用十分显著，当藻类初始浓度脱离此阈值之时，其抑制作用明显减弱，说明自然条件下水生植物的化感物质有效作用模式呈现低剂量多次释放的特点。

孙颖颖[11-12]等在前期研究基础上，将菹草乙酸乙酯以及菹草石油醚进行层析并纯化，并进一步鉴别其可以抑制有害藻类生长的组分。经过研究分析，从菹草乙酸乙酯相粗提物中分离出Trichodermatides B和2-methylheptylisonicotinate的两种抑藻活性物质，其浓度为16mol/L时，能够将米氏凯伦藻的浓度限制在一定范围内。从菹草石油醚相粗提物中分离出二十五烷醇酯、邻苯二甲酸二(2-甲基己基)酯、棕榈酸等，不仅对米氏凯伦藻具有抑藻活性，并且均能显著限制赤潮异弯藻的增长。

纪海婷[13]等发现轮叶黑藻、伊乐藻等4种沉水植物的叶片浸提液中有能够使附植藻类物种数降低的物质。利用GC-MS技术从浸提液中鉴定出多种起到抑制作用的醇、酚、萜烯、醛等活性化感物质，而且包含的N-Phenyl-2-naphthylamine、γ-谷甾醇，还有伊乐藻特有的β2，3-二甲基环戊基丙醇等。

2.3 海洋植物的抑藻活性

不仅陆生、水生植物的天然产物具有抑藻活性，海洋天然产物抑藻活性也不容忽视。比如，海洋中的大型藻类，不仅有净化水质的作用，减少水体中的环境污染，还可以在生长过程中与赤潮微藻的生长形成竞争模式，以此达到控制赤潮微藻过量繁殖的目的[14]。

南春容[15]等通过对孔石莼的水溶性抽提液研究发现其中的某类物质能够对塔玛亚历山大藻、中肋骨条藻和赤潮异弯藻等的生长起到强效克制或致死效应。Vangelis Smyrniotopoulos[14]等从绿藻蕨藻中提取得到了16种活性化感物质，均具有抑菌、限制藻类成长的生物活性，其中乙炔基倍半萜烯酯在低浓度时能够显著抑制有害藻类的繁衍。由此可见大型藻类抑藻的一个关键因素在于其分泌的化感物质。

金浩良[16]等使用高效液相色谱、Sephadex LH-20凝胶柱层析等技术探究肠浒苔中的活性物质，得到了三个不饱和脂肪酸、脂、棕榈酸类等抑藻活性化合物，具有明显的抑藻效应。李凤超[17]等对海带和厚叶解曼藻进行分离纯化得到肉豆蔻酸、烯酸类等活性物质，均能抑制中肋骨条藻的生长。张迪[18]等对铁钉菜进行分离纯化、层析等手段，发现其组分都具有抑藻活性。蒲寅芳[19]等研究刺松藻甲醇提取物，发现其能限制米氏凯伦藻生长，进一步萃取分离并进行初步分析得该活性组分中主要包含鞣质、有机酸和黄酮等。孙颖颖[20]等从龙须菜中纯化得到o-phthalic acid、gossonorol、7，10-epoxy-ar-bisanol-11-ol等物质，通过对比重铬酸钾的半抑制效应浓度，发现这些化合物对东海原甲藻等具有明显的选择性抑制作用，而且对水体中的生物并未表现出毒性。张议文[21]等验证赤潮硅藻之间的化感作用，将旋链角毛藻从Sephadex-25柱分离得出的F-Ⅱ组分再经C18柱分离进行成分鉴定，发现其化感物质可能为酰胺类2-((2-cyanophenyl)amino)-2-oxoethy1，3-cyclohexyI propanoate，能够抑制中肋骨条藻的生长。

3 结论

植物的化感作用可有效克制有害藻类成长，但针对大面积流域的景观型污染水体来说，仍存在效果不佳、耗时过长的缺陷。郑东凤[9]等利用微球化技术模拟自然状态下的化感抑藻作用，以焦性没食子酸缓释微球起到一定的缓解作用。此种方法对化学试剂的消耗量过大且对周围环境水体的副作用不可预测。通过以上研究发现对天然产物藻类抑制活性的研究已经十分广泛，但主要着重于陆生植物、水生植物，例如水稻、小麦秸秆等的化感物质，但对海洋植物甚至微生物的天然产物抑藻活性方面的研究相对较少。由于海洋生态环境较为特殊，其盐度较高、高压缺氧、避光特性等均赋予其生物独特的生活习性，从而可以产生结构新颖、活性特殊的次级代谢产物，对于淡水水华和海水赤潮的治理据有相当大的研发潜力。因此，从海洋生物体中提取活性天然产物是今后抑藻活性物质的重要发展方向。