浮萍生物質(zhì)資源利用研究進(jìn)展

王清春 劉玉升

摘要：浮萍科植物是最簡單的水生漂浮植物之一，生長速度快，營養(yǎng)價值高，表現(xiàn)出巨大的利用潛力。本文對浮萍的飼用價值、能源開發(fā)利用價值、藥用價值進(jìn)行綜述，以為其進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞：浮萍；營養(yǎng)成分；飼用價值；能源開發(fā)利用價值；藥用價值

中圖分類號：S93文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0152-05

浮萍科植物屬單子葉植物綱天南星目浮萍科，為世界上最小的開花植物，共4屬（青萍屬Lemna、無根萍屬Wolffiella、蕪萍屬Wolffia、紫萍屬Spirodela）約40種[1，2]。各屬植株均較小，一般為幾毫米，最長只有幾十毫米。常廣泛分布于相對平緩的水面，如：水田、湖泊、水塘等，通過葉狀體或根從水中吸收營養(yǎng)物質(zhì)[3]。

浮萍營養(yǎng)豐富，具有較高的飼用價值和藥用價值[4]，可用于提供優(yōu)質(zhì)廉價的蛋白質(zhì)、開發(fā)新能源、制造藥品等[5]。此外，浮萍能對污水中的氮、磷進(jìn)行吸收凈化，降解水中重金屬等有毒物質(zhì)[6]，同時，還能產(chǎn)生比玉米多5～6倍的淀粉，這使得浮萍有望成為一種新型生物能源[7]。

1浮萍的營養(yǎng)成分和飼用價值

1.1浮萍的營養(yǎng)成分

鮮浮萍含水量為86%～97%，粗纖維含量低，而粗蛋白和胡蘿卜素含量高。在理想環(huán)境條件下，浮萍粗蛋白可達(dá)干物質(zhì)的26.3%～45.5%[8]，粗纖維含量只有5%～15%[9]。浮萍氨基酸含量豐富，其賴氨酸和蛋氨酸高于多數(shù)植物蛋白，其中賴氨酸是動物第一限制性氨基酸[10]。同時浮萍中有豐富的微量元素和色素，特別是葉黃素和胡蘿卜素。因此，浮萍不但可以直接作為畜禽飼料，加工后還可作為魚類、家禽家畜的配合飼料蛋白源[11]。浮萍的飼養(yǎng)系數(shù)為30左右[12]，且其氨基酸模式非常理想，接近動物蛋白，可以被動物高效利用，可作為水產(chǎn)動物、畜禽的飼料補(bǔ)充來源（蛋白質(zhì)、磷、其他礦質(zhì)元素，維生素A、B家族等）[3]。

1.2浮萍的飼用價值

1.2.1浮萍在養(yǎng)魚中的應(yīng)用孟加拉和以色列是以浮萍為飼料養(yǎng)魚較早的國家，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用畜牧和生活污水養(yǎng)殖浮萍飼喂魚類，獲得了良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益，并且還將干浮萍以飼料添加劑的方式出口歐洲來獲得收入[13，14]。吳宗文等[15] 指出用浮萍配合人工餌料飼喂魚類可以促進(jìn)魚類快速生長，縮短養(yǎng)殖周期，降低生產(chǎn)成本。郭國強(qiáng)[16] 表明浮萍作為天然青飼料，富含各種維生素，可與顆粒飼料結(jié)合營養(yǎng)互補(bǔ)，滿足草魚在池塘集約化養(yǎng)殖過程中對維生素的需求。梁長輝[17] 指出浮萍是草魚種階段最喜食的主要飼料，用浮萍培育的草魚成活率高、產(chǎn)量高、成本低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。黃家南[18] 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：50～60 kg鮮浮萍可使150～200尾1 kg左右的草魚增重25～30 kg，繁殖成本僅25～30元，相當(dāng)于生產(chǎn)每公斤草魚的成本為1元，而產(chǎn)值在10～15元，效益可觀。李述銀等[19] 將浮萍作為輔料與“菜籽餅”粉、玉米粉等飼料混勻發(fā)酵喂食巴西鯛，可有效改善巴西鯛的消化率，提高其對粗纖維的利用率。李貴雄[20] 用浮萍作飼料喂食鳊魚，提高了鳊魚的成活率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 Hassan和Edwards用不同分量的浮萍干物質(zhì)飼喂羅非魚，發(fā)現(xiàn)浮萍飼喂量干物質(zhì)<40 g/kg時，每千克鮮魚日增重量隨著浮萍飼喂量的增加而增加；但當(dāng)干物質(zhì)>40 g/kg時，羅非魚死亡率隨浮萍飼喂量的增加而增加，日增重隨之而減少[3] ，其原因可能是由于水體富營養(yǎng)化造成的，也可能是由于過量食用浮萍導(dǎo)致的。

Skillicom等[9] 指出將浮萍添加到淡水中，不僅可以作為淡水魚的飼料，還可以清潔水源 。一方面，這可能與浮萍對有機(jī)砷或無機(jī)砷有較強(qiáng)的富集能力有關(guān)，而有機(jī)砷飼料添加劑具有促進(jìn)動物生長、抗寄生蟲害、改善動物生活品質(zhì)等作用[21] ；另一方面，浮萍未經(jīng)加工時顆粒大小更適合魚類口徑，其適口性好，為魚類所喜食。王付民等[22] 研究表明浮萍對洛克沙胂有較強(qiáng)的富集能力，可以解決有機(jī)胂飼料添加劑對魚塘水體的污染問題。朱彤[23] 還表明，浮萍不僅可作為餌料飼養(yǎng)魚類，而且對于防治草魚爛鮑病、腸炎病和赤皮病效果顯著。所以，新鮮浮萍非常適合魚類集約化生產(chǎn)。

1.2.2浮萍在畜禽飼養(yǎng)上的應(yīng)用浮萍替代傳統(tǒng)蛋白質(zhì)源對畜禽的作用已經(jīng)研究得到認(rèn)可，其在豬、肉雞、肉鴨等生產(chǎn)中的應(yīng)用也取得了較好效果。

浮萍的蛋白質(zhì)含量可與大豆相當(dāng)，產(chǎn)量遠(yuǎn)超過大豆，其蛋白質(zhì)成本明顯優(yōu)于傳統(tǒng)飼料蛋白質(zhì)源，如魚粉、大豆粉[5] 。伊利諾大學(xué)的一項研究證明，浮萍用于豬飼料，會是日糧中很好的蛋白質(zhì)源。Stein 博士測定了浮萍濃縮蛋白飼喂生長豬的能量、磷和氨基酸的消化率，證明了浮萍濃縮蛋白中的各種氨基酸可以很好地被豬消化，且若將浮萍濃縮蛋白用于豬日糧中，日糧氨基酸消化率和能量值都不會受到影響[24] 。

孔春林等[5] 研究發(fā)現(xiàn)用浮萍替代大豆餅作為仔雞飼料蛋白源，效果與大豆餅相當(dāng)；適量浮萍對蛋雞產(chǎn)蛋率、蛋單重沒有影響。許萬祥[25] 在肉雞日糧中按每千克100 g的比例添加干浮萍粉，發(fā)現(xiàn)雞增重和飼料報酬均未受到影響。在越南，人們利用富營養(yǎng)化的水生產(chǎn)的新鮮浮萍和木薯廢料來飼喂鴨子，可使鴨子的增重和肉質(zhì)均達(dá)到較高水平[3] 。

此外，盧仲春[26] 曾指出利用鮮浮萍飼喂馴化過的牛蛙，可以彌補(bǔ)長期投喂單一飼料造成的營養(yǎng)不良，且因浮萍個體小，大小均一，平鋪水面，適合喂牛蛙。鄭燕玲等[27] 用鮮浮萍飼喂黃粉蟲幼蟲，結(jié)果顯示黃粉蟲幼蟲對鮮浮萍的適口性良好，以鮮浮萍∶麥麩為65%∶35%時飼養(yǎng)效果最好，成本最低，且不影響黃粉蟲飼喂周期、產(chǎn)量和質(zhì)量。

2浮萍的能源開發(fā)利用價值

隨著化石能源匱乏和生態(tài)環(huán)境負(fù)荷日益加大，各國已把替代能源的發(fā)展作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要能源政策。浮萍作為一種極具開發(fā)潛力的能源植物，不爭農(nóng)田，不爭肥[28] ，已經(jīng)在乙醇發(fā)酵、沼氣生產(chǎn)等方面得到肯定。

2.1利用浮萍生產(chǎn)乙醇

浮萍生物質(zhì)可轉(zhuǎn)換成乙醇，其可行性主要取決于浮萍中淀粉的積累。近年來，國內(nèi)外學(xué)者采用“轉(zhuǎn)錄組學(xué)”技術(shù)闡述了浮萍淀粉快速高效合成機(jī)制[29，30]。Cheng等[31]研究表明利用現(xiàn)有的成熟生產(chǎn)工藝，浮萍淀粉可以低成本地轉(zhuǎn)化為燃料乙醇。理論上，浮萍每克淀粉能得到0.511 g乙醇[32]。Xu 等[33]研究發(fā)現(xiàn)利用浮萍生產(chǎn)乙醇平均產(chǎn)量可達(dá)8～14 t/hm2，是玉米的4～7倍，表現(xiàn)出較強(qiáng)優(yōu)勢。

薛慧玲等[34]指出采用浮萍全渣或浮萍水解物固體渣進(jìn)行乙醇發(fā)酵的效果均不理想，這可能與浮萍成分中含有木樨素、芹菜素等物質(zhì)的抑菌作用有關(guān)。但利用浮萍水解液進(jìn)行乙醇發(fā)酵，發(fā)酵效率明顯提高，可達(dá)91.83%。所以對浮萍水解液進(jìn)行固液分離，采用可溶性糖進(jìn)行發(fā)酵，可促進(jìn)乙醇發(fā)酵。

2.2利用浮萍生產(chǎn)其他能源

浮萍因具有超強(qiáng)的適應(yīng)性和變異性，使其生物質(zhì)能源生產(chǎn)和環(huán)境污染治理的結(jié)合成為可能。目前，科研人員稱：利用現(xiàn)代生物技術(shù)，有望構(gòu)建“污水-浮萍-高油工程微藻-生物柴油”的可持續(xù)生產(chǎn)體系[35]。2013年，美國普林斯頓大學(xué)Richard等報道了利用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計合成了浮萍制交通燃料，其成本與石油相比具有較大優(yōu)勢[36]。

同樣，利用浮萍發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的研究也已有報道：Clark和Hillman[37]在半連續(xù)的試驗中，向厭氧反應(yīng)器中添加浮萍，產(chǎn)氣量可提高44%左右。猶他大學(xué)實驗室對浮萍成分進(jìn)行分析后指出，在理想條件下，每克干浮萍可產(chǎn)甲烷量為0.476 L[1]。美國密歇根大學(xué)對水葫蘆和浮萍進(jìn)行厭氧消化試驗，發(fā)現(xiàn)這兩種水草所產(chǎn)沼氣比其他生物質(zhì)所產(chǎn)沼氣的熱值高[38]。

目前，針對浮萍的能源開發(fā)利用方面，以中國科學(xué)院為主的多家研發(fā)單位已經(jīng)在浮萍的種質(zhì)資源收集、分子鑒定、高淀粉品種選育及分子育種等浮萍高效能源化利用關(guān)鍵技術(shù)的大量研究上取得了重要進(jìn)展。

3浮萍的藥用價值

《中華藥典》2000年版有記載：浮萍宣散風(fēng)熱，透疹，利尿。用于麻疹不透，風(fēng)疹瘙癢，水腫尿少。印萬芬[39]指出浮萍味辛、性寒，有消腫、解毒等功效。Stomp等曾預(yù)測用浮萍生產(chǎn)藥用蛋白，效益可觀[40]。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究顯示，浮萍對心血管系統(tǒng)有一定的影響作用。1%浮萍煎劑對奎寧引起的蛙心衰弱有強(qiáng)心作用，但劑量過大時，會使心跳停止在舒張期。此外，浮萍還有收縮血管和升血壓的作用[41]。浮萍具有利尿作用，凌云等[42]用大鼠代謝籠法進(jìn)行試驗，表明適宜劑量的青萍、紫萍均有明顯的利尿效果。紫萍的利尿作用時間較青萍稍長，可持續(xù)3～4 h，且浮萍對尿液的pH值沒有影響。浮萍具有解熱作用，用青萍煎劑或者浸劑2 g對靜注傷寒混合菌苗所致發(fā)熱的家兔進(jìn)行生藥灌胃，結(jié)果顯示其有微弱的解熱作用[41]。纏雙鸞等[43]研制的以槐米和浮萍為主藥的槐米浮萍膠囊能有效治療因手術(shù)、骨折等因素所導(dǎo)致的下肢深靜脈血栓。

浮萍提取物可治療某些疾?。河酶∑继崛∫褐频玫娜~綠素銅鈉，對傳染性肝炎、慢性腎炎、急性胰腺炎、灼燒具有治療作用[44]。彭亮等[45]用MTT比色法篩選紫萍提取物作用于內(nèi)皮細(xì)胞的安全劑量，建立H2O2對內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷模型，結(jié)果顯示紫萍提取物可以有效保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受氧化損傷。用桂枝、浮萍湯可有效治療蕁麻疹，且治愈后復(fù)發(fā)率低[46]。劉桂華等[47]進(jìn)行了用浮萍散治療痤瘡的研究，結(jié)果證明浮萍可消退皮疹、色斑，且不留痕跡，具有在美容方面開發(fā)的潛力；牟寬厚等[48]稱紫萍乙醇提取物在0～250 μg/mL劑量下，可以促進(jìn)黑素細(xì)胞生長，從而為紫萍治療白癜風(fēng)提供了理論依據(jù)；此外，浮萍中黃酮含量豐富，通過提取其活性物質(zhì)，可在藥物生產(chǎn)上表現(xiàn)巨大潛力[49]。

4結(jié)論

浮萍營養(yǎng)豐富、易收獲、分布廣泛，尤其在溫?zé)岬貐^(qū)四季皆產(chǎn)，是可以適用于多種研究和應(yīng)用的新型生物材料。目前，國內(nèi)浮萍研究領(lǐng)域已細(xì)化到生態(tài)群落、成分測定、污水處理、組學(xué)研究等方面[50，51]。國外學(xué)者也反復(fù)強(qiáng)調(diào)浮萍清潔污水和為世界供應(yīng)食物方面具有巨大潛力。但鑒于浮萍大多生長于富營養(yǎng)化的污水中，且對Cu、Pb、Hg、Zn有較強(qiáng)的富集作用，可能會造成動物食用后重金屬在體內(nèi)積累的現(xiàn)象，給食品安全帶來風(fēng)險，所以今后的研究應(yīng)注重浮萍作為飼料的安全性評估、重金屬的去路和轉(zhuǎn)化機(jī)理、作為飼料的最佳用量等方面，保證浮萍食用安全性。其次，現(xiàn)國內(nèi)大部分浮萍塘處于無管理狀態(tài)，被打撈的浮萍被隨意丟棄后腐爛變質(zhì)，嚴(yán)重影響其各方面價值的實現(xiàn)，且污染環(huán)境，所以今后的研究還應(yīng)關(guān)注浮萍處理系統(tǒng)的全過程管理，進(jìn)一步尋找浮萍生物質(zhì)的其他理想利用途徑，將浮萍的環(huán)境治理作用和經(jīng)濟(jì)效益完美結(jié)合起來。

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