滸苔生物抗藻劑的研究和應(yīng)用進展

劉海燕，馬棟，單俊偉

(青島海大生物集團有限公司　青島　266071)

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滸苔生物抗藻劑的研究和應(yīng)用進展

劉海燕，馬棟，單俊偉

(青島海大生物集團有限公司青島266071)

富營養(yǎng)化是指氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入流動緩慢的水體，引起藻類及其他浮游生物大量繁殖和生長，使水中溶解氧含量迅速下降，最終導(dǎo)致魚類和其他水生生物死亡。近年來，沿海赤潮頻發(fā)，對海洋生態(tài)環(huán)境和水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來不利影響，如何有效地控制赤潮的發(fā)生已成為當(dāng)前研究的熱點之一。文章簡要介紹水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀，包括引起水體富營養(yǎng)化的原因、富營養(yǎng)化防治措施，引出利用滸苔化感物質(zhì)即滸苔生物抗藻劑進行生物防治赤潮的想法，治標(biāo)治本，且不會對環(huán)境造成污染，為滸苔資源化利用及赤潮防治開辟新的方向。

富營養(yǎng)化；滸苔；化感

進入21世紀以來，人口數(shù)量不斷增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展，產(chǎn)生大量工業(yè)廢水和生活污水排入水體；農(nóng)業(yè)大量使用化肥、牲畜糞便和農(nóng)藥等，經(jīng)雨水沖刷、滲透，其中一部分會進入水體中；水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，人工投放的餌料以及魚類的排泄物也會給水體帶來污染；以上因素使水體中的氮、磷含量明顯增多，增加水體中營養(yǎng)成分的負荷量，從而導(dǎo)致藻類大量生長繁殖，水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象[1]。 水體富營養(yǎng)化時，水中生物高度密集引起水體變色，呈現(xiàn)藍色、紅色、棕色、乳白色等，這種現(xiàn)象被稱為“赤潮”[2]。

近年來，我國海洋出現(xiàn)比較嚴重的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，赤潮發(fā)生頻率較高，海水中氧氣溶解量下降，導(dǎo)致水生動物大量窒息死亡，影響沿海漁業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展；且引發(fā)赤潮的某些藻類還會產(chǎn)生毒素，這種毒素在貝類和魚類體內(nèi)積累還會對食用者的健康產(chǎn)生影響[3]。2014年國家海洋局對我國海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測結(jié)果顯示，我國目前出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象的海域面積約8.5萬km2，局部海域中無機氮、活性磷酸鹽、石油類等主要污染因子的污染狀況依然嚴重，劣Ⅳ類水質(zhì)的海域面積約5萬km2；全年共發(fā)生赤潮56次，赤潮危害海域面積累計7 290 km2，與2013年相比，赤潮發(fā)生次數(shù)和累計面積均有所增加。頻發(fā)的赤潮對海洋生態(tài)環(huán)境和養(yǎng)殖帶來一定的負面影響，當(dāng)前污染生態(tài)學(xué)研究已經(jīng)將如何有效地控制赤潮的發(fā)生和發(fā)展列為熱點課題之一[4]。

1　赤潮的治理辦法

關(guān)于如何防治赤潮，減少其對海洋生態(tài)環(huán)境、水產(chǎn)養(yǎng)殖及人類生活的危害，研究報道已有很多。目前赤潮的治理方法主要有以下4種：物理方法、化學(xué)方法、生物方法[5]和低溫等離子體法[6]。

1.1物理方法

赤潮生物一般存在于水體3 m以內(nèi)的表層，表層以下很少出現(xiàn)赤潮生物，所以海水表層受赤潮生物危害最大。物理方法就是據(jù)此特性進行的，目前治理赤潮國內(nèi)外常用的物理法有過濾法、氣幕法、隔離法、回收法、網(wǎng)箱與臺筏沉降法、增(充)氧法、超聲波法等。物理法適用于赤潮生物密度較高的表層區(qū)域，對赤潮生物低密度區(qū)或發(fā)生在底層的赤潮生物防治效果不理想，外界條件對除率影響較大，且需要有專門的儀器設(shè)備和材料，耗費大量的人力物力，特別是大面積發(fā)生赤潮時，此方法更是顯得既不經(jīng)濟也不方便，且治理效果未必理想。

1.2化學(xué)方法

化學(xué)法是使用最早且目前仍是處理赤潮藻和藻毒素最常用的方法，主要有混凝法、預(yù)氯化法、化學(xué)藥劑法、KMnO4預(yù)氧化法、臭氧法、ClO2法、深度氧化法等[6]。化學(xué)法操作起來比較簡單，費用低，見效快，而且殺藻效率較高；但不能從根本上去除藻類，且使用的藥品會帶來二次污染，所以不宜長期使用[7]。

1.3生物方法

生物法主要是利用生物間的營養(yǎng)競爭、相生相克和攝食作用來達到去除赤潮藻類的目的，主要通過生物膜法、水生植物控制法、高效微生物法等途徑來實現(xiàn)。生物法具有很多優(yōu)點，首先由于生物間相互作用具有選擇性，所以不會對其他生物產(chǎn)生影響；其次對環(huán)境沒有什么危害，不會造成二次污染，因此生物法符合當(dāng)前提倡的修復(fù)環(huán)境、改善生境的理念。而利用植物化感作用控制赤潮藻也是生物法的一種，目前已成為生物法防治赤潮藻類暴發(fā)的研究熱點[8]。

1.4低溫等離子體法[6]

低溫等離子體法是近年來新興起的一項高級氧化技術(shù)，綜合化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)和環(huán)境科學(xué)四大學(xué)科的技術(shù)，主要利用等離子體產(chǎn)生的高能電子輻射、臭氧、自由基等活性粒子和污染分子碰撞結(jié)合，在外加電場作用下分子會處于激發(fā)態(tài)。當(dāng)激發(fā)態(tài)分子獲得的能量超過其分子鍵能的結(jié)合能時，化學(xué)鍵就會斷裂，進而分解成單質(zhì)原子或由單一原子構(gòu)成的無害分子。具有適合大范圍操作、降解快、效率高、能耗低、沒有二次污染、在常溫常壓下可進行等優(yōu)點。

綜合來看，化學(xué)法和物理法都不能從根本上治理赤潮，只能將水體中的赤潮生物暫時殺死或除掉，赤潮可能會再次發(fā)生。等離子體技術(shù)尚不成熟，其中化學(xué)反應(yīng)的方向可控性差，工業(yè)化應(yīng)用尚少。生物法由于操作起來比較復(fù)雜，且目前技術(shù)本身還不夠成熟，與實際應(yīng)用還有一定的距離[9]，但是卻是目前修復(fù)環(huán)境、改善生境比較理想的方法。近年來人們頗為青睞的治理赤潮藻類的方法是利用植物間的化感作用，此法兼具化學(xué)法快捷、生物法相對安全的優(yōu)點[4]。

2　滸苔生物抗藻劑研究進展

滸苔為滸苔屬海藻的總稱、綠藻的一種，隸屬于石莼科，別名海菜、苔條、苔菜等，全球約有40余種，中國約有11種[10]，常見種為腸滸苔、條滸苔、扁滸苔和緣管滸苔等。

滸苔作為生物抗藻劑出現(xiàn)主要是應(yīng)用其與赤潮藻間的化感抑制作用，最近十幾年我國對滸苔與赤潮藻化感抑制作用已有較多報道，如滸苔與塔瑪亞歷山大藻、滸苔與米氏凱倫藻、滸苔與前溝藻、條滸苔與三角褐指藻、滸苔與球等鞭金藻、滸苔與異彎藻、腸滸苔與中肋骨條藻、緣管滸苔和微小原甲藻、腸滸苔與海洋原甲藻和異彎藻間均存在化感作用[11-20]，滸苔化感物質(zhì)的存在為滸苔資源化應(yīng)用及在赤潮防治上的應(yīng)用開辟了新的方向。

2.1滸苔中化感物質(zhì)的特點

2.1.1基本特點

滸苔化感物質(zhì)除具有化感物質(zhì)通性(選擇性、低促高抑、協(xié)同效應(yīng)等[4])外還存在以下特點：滸苔分泌的化感物質(zhì)不穩(wěn)定、容易分解、具有較高極性，并且滸苔化感物質(zhì)的連續(xù)供給是保證抑藻效果的前提。

侯俊妮等[21]使用滸苔新鮮組織和干粉未進行抑制異彎藻試驗，發(fā)現(xiàn)滸苔新鮮組織抑藻作用持續(xù)有效，滸苔干粉的抑制作用隨著時間延長而變?nèi)?，說明滸苔新鮮組織可以不斷產(chǎn)生化感物質(zhì)，而滸苔干粉產(chǎn)生的化感物質(zhì)會隨時間推移逐漸分解失效。許妍等[17]通過半連續(xù)添加緣管滸苔培養(yǎng)水過濾液來抑制異彎藻，證明環(huán)境中化感物質(zhì)保持在一定的濃度水平是有效抑制異彎藻的關(guān)鍵。

侯俊妮[21]和許妍[17]發(fā)現(xiàn)含有滸苔化感物質(zhì)的水煮沸后對異彎藻的生長無抑制作用，說明化感物質(zhì)遇高溫易分解。韓秀榮[18]發(fā)現(xiàn)滸苔的有機相提取物的化感作用強于水相提取物，且甲醇和乙酸乙酯相提取物的抑藻效果優(yōu)于正己烷相提取物，根據(jù)相似相溶原理，可以推測滸苔中起作用的化感物質(zhì)應(yīng)具有相對較高的極性；同時韓秀榮發(fā)現(xiàn)滸苔化感提取物具有低促高抑的特性。馮朝[9]通過研究緣管滸苔的水相提取物和4種不同的有機相提取物對東海原甲藻的生長抑制作用，也證明滸苔化感物質(zhì)具有相對較高的極性。

2.1.2新鮮滸苔組織分泌化感物質(zhì)受環(huán)境因素影響

植物化感物質(zhì)的產(chǎn)生情況與其所處的環(huán)境有非常大的關(guān)系，逆境會刺激植物化感物質(zhì)的分泌。楊善元等研究發(fā)現(xiàn)，若暴露在強光下，鳳眼蓮根系的化感物質(zhì)產(chǎn)生會受到抑制；同時植株的營養(yǎng)狀況對化感物質(zhì)的形成也會產(chǎn)生一定的影響，如當(dāng)缺乏營養(yǎng)元素氮、磷、硼、鎂、鈣等時，植物之間會表現(xiàn)出較強的化感效應(yīng)。大量的研究證明，植物在逆境中化感物質(zhì)分泌會明顯增多，化感作用也會顯著增強[22]。

許妍[17]研究發(fā)現(xiàn)緣管滸苔化感物質(zhì)的分泌與所處的環(huán)境關(guān)系密切，當(dāng)緣管滸苔接種密度為0.45 g/L時，其在溫度為25℃、光照強度為3 000 lx、鹽度為30的條件下所分泌化感物質(zhì)最多。

2.1.3滸苔化感物質(zhì)的提取分離

化感物質(zhì)大部分是次生代謝產(chǎn)物，具有結(jié)構(gòu)簡單、相對分子質(zhì)量小的特點，一般分為以下14類：直鏈醇、水溶性有機酸、長鏈脂肪酸和多炔，脂肪族醛和酮，簡單不飽和內(nèi)酯，醌類，香豆素類，苯甲酸及其衍生物，肉桂酸及其衍生物，氨基酸和多肽，內(nèi)黃酮類，嘌呤和核苷，單寧，硫化物和芥子油苷，內(nèi)砧，生物堿和氰醇等[23]?；形镔|(zhì)中常見的是低分子量有機酸、酚類和內(nèi)帖類化合物[24]。

從植物中提取化感物質(zhì)的方法主要有常溫吸附法、浸提法或腐解法、夾層法、疏水性根浸出液連續(xù)收集法(CRETS)等[25]；分離方法主要有樹脂法、萃取法和層析法；結(jié)構(gòu)鑒定方法主要有GC-MS、 LC-MS、質(zhì)譜(MS)、紅外(IR)和紫外(UV)、LC-NMR和核磁共振(NMR)等[26]。

利用常用的提取分離鑒定技術(shù)初步確定滸苔化感物質(zhì)含有α-亞麻酸[4]、內(nèi)酯、香豆素類化合物[12]、15-乙氧基-(6z，9z，12z)-十六碳三烯酸、棕櫚酸、(6E，9E，12E)-(2-乙酸酯基-β-D-葡萄糖)-十八碳三烯酸酯[27]等。

2.1.4滸苔化感物質(zhì)起作用方式及機理

化感物質(zhì)起作用的機理國內(nèi)外已有大量報道，主要是破壞細胞膜、降低酶類活性、影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、降低光合效率、抑制或促進光合吸收、抑制細胞分裂和伸長、影響蛋白合成和基因表達、破壞細胞結(jié)構(gòu)等[28]。

而關(guān)于滸苔化感物質(zhì)的抑藻機理，通過檢測被抑赤潮藻的各項生理生化指標(biāo)發(fā)現(xiàn)：細胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量下降；多糖含量降低；超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性和丙二醛含量則先上升后下降；細胞內(nèi)Na+、K+、 Mg2+和Ca2+的濃度明顯下降；光合放氧量下降；細胞結(jié)構(gòu)受損出現(xiàn)空洞、破碎，細胞運動性降低；葉綠體片層腫脹；高爾基體片層模糊[4，8，29]。

由以上推測，滸苔化感物質(zhì)可能是先破壞藻細胞膜的通透性，影響細胞內(nèi)金屬離子的滲出率，從而使細胞結(jié)構(gòu)(細胞核、擬核、葉綠體、線粒體等)受損，特別是光合作用和呼吸作用相關(guān)的細胞器(葉綠體和高爾基體)受到嚴重破壞，同時細胞內(nèi)的抗氧化酶系活性降低，抗氧化系統(tǒng)破壞，藻細胞內(nèi)葉綠素?zé)晒馓匦园l(fā)生改變，致使藻細胞的光合作用受到影響，光合放氧量明顯下降，導(dǎo)致赤潮藻生長受到抑制甚至死亡[4]。

2.2滸苔化感物質(zhì)作用的適宜濃度

對于滸苔對赤潮藻的抑制情況，專家學(xué)者進行大量研究，掌握其對赤潮藻適宜的強抑制或致死濃度，為滸苔作為生物除藻劑應(yīng)用奠定了較好的基礎(chǔ)(表1)。

表1　滸苔對赤潮藻類的強抑制或致死情況統(tǒng)計

從表1可以看出，滸苔對不同的赤潮藻的強抑制或致死濃度各異，實際應(yīng)用中要因地制宜。如果使用滸苔新鮮組織，考慮到化感作用效果的產(chǎn)生與化感植物的密度有關(guān)，達不到一定的覆蓋范圍就起不到應(yīng)有的作用；但覆蓋范圍過大會使水體透光率過低，影響其他生物的生長，而且可能會形成綠潮危害。因此，從滸苔中提純化感物質(zhì)制作滸苔生物抗藻劑是今后應(yīng)用的主要方向。

3　結(jié)論與建議

對于化感物質(zhì)的研究應(yīng)用國內(nèi)外已有不少研究報道，但對于滸苔化感物質(zhì)在赤潮治理上的應(yīng)用大部分停留在實驗室研究的水平，尚缺乏實際應(yīng)用，從滸苔中提純化感物質(zhì)即滸苔生物抗藻劑將是今后滸苔研究應(yīng)用的一個新的方向。近5年的中國海洋環(huán)境狀況公報顯示，東海原甲藻為赤潮藻第一優(yōu)勢種，引發(fā)的赤潮次數(shù)最多，造成巨大損失，其次為夜光藻和中肋骨條藻，所以研究滸苔化感物質(zhì)對東海原甲藻、中肋骨條藻和夜光藻的抑制作用意義重大。滸苔中提取出的化感物質(zhì)具有高效、低毒或無毒、能迅速控制赤潮生物生長等特點，且避免使用新鮮滸苔組織形成綠潮災(zāi)害。因此，在近海沿岸推廣滸苔中提純化感物質(zhì)即滸苔生物抗藻劑治理赤潮藻具有可行性和重要意義。

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On the Research and Application Progress of Bio-Algicide from Enteromorpha

LIU Haiyan，MA Dong，SHAN Junwei

(Qingdao Seawin Biotech Group Co.Ltd.，Qingdao 266071，China)

Eutrophication is the phenomenon that large amount of nitrogen,phosphorus and other nutrient enter into the slowly flowing water,which causes algae and other plankton to propagate and grow,and makes the dissolved oxygen content in water drops rapidly,eventually leads to the death of fish and other aquatic organisms.In recent years,red tide has occurred frequently and have brought negative impact on marine environment and aquiculture.It has become one of hot spots of research on how to effectively control the red tide.This paper briefly introduced the status of eutrophication，including the causes，the prevention and control measures，and led to the use of enteromorpha allelopathy to control the red tide with a foundation solution，which is pollution-free for environment.It had opened up a new direction of enteromorpha resource utilization and the prevention and control of red tide.

Eutrophication，Enteromorpha，Allelopathy

劉海燕，農(nóng)藝師，碩士，研究方向為滸苔肥的推廣應(yīng)用，電子信箱：liuhy1982@163.com

P73；X55

A

1005-9857(2016)04-0035-05