黃腐酸應(yīng)用概述及研究課題展望

張萌欣 薛勝平 王曉環(huán) 李 康 岳怡彤 房偉進 王龍雨

河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院 石家莊 050061

黃腐酸是腐殖物質(zhì)中一組分子質(zhì)量相對較小的，既能溶于稀堿溶液，又能溶于酸和水，具有芳香族、脂肪族及多種官能團結(jié)構(gòu)特征，稀溶液呈黃色或棕黃色的無定形有機弱酸混合物[1]。根據(jù)來源不同，黃腐酸主要分為礦物源黃腐酸和生物源黃腐酸兩種。礦物源黃腐酸主要從風(fēng)化煤、褐煤、泥炭、油母頁巖等有機礦物中提取；生物源黃腐酸是以糧食糟渣、植物秸稈、餐廚廢棄物等為原料，通過微生物發(fā)酵或化學(xué)反應(yīng)制得[1]。黃腐酸官能團多，成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣，良好的生化特性使其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)及畜牧業(yè)中發(fā)揮了很大的作用[2]。

1 黃腐酸在工業(yè)方面應(yīng)用

黃腐酸分子中有很多的含氧官能團，包括羥基、羧基等等，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，能與重金屬離子發(fā)生離子交換、吸附、絡(luò)合、螯合作用，可以作為重金屬吸附劑應(yīng)用到工業(yè)中。黃腐酸可以去除Pb、Cr、Ni 等重金屬[3]，與Fe3O4合成性能穩(wěn)定的納米粒子FA-Fe3O4后，能夠去除水中的Cr3+和Cu2+[4]。有研究表明，黃腐酸的分子量是結(jié)合金屬離子能力的主要影響因素，其中酚類基團對Pb的結(jié)合能力較強，羧基和含氮基團對Cu 的親和力較強[5，6]。黃腐酸還可用作蓄電池膨脹劑，從而延長電池使用壽命[7，8]。以黃腐酸為碳源，可大大提高鋰電池初始庫侖效率[9]。黃腐酸可以添加到聚乳酸（PLA）復(fù)合材料中去，提高聚乳酸復(fù)合材料的性能，研究者分別以聚乳酸-黃腐酸接枝聚合物（PLA-FA）[10]、黃腐酸-硫脲酰胺衍生物接枝聚苯乙烯（FA-T-PS）[11]、黃腐酸苯肼（FA-BH）[12]為填料進行實驗，結(jié)果顯示黃腐酸增強了聚乳酸復(fù)合材料的綜合性能。黃腐酸還可以與融雪性較好的鹽復(fù)配，制成環(huán)保型復(fù)合融雪劑，提高融冰性能，減少對碳鋼腐蝕[13，14]。

2 黃腐酸在農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用

黃腐酸最早是為了防止小麥干熱風(fēng)害而應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中去。研究表明，黃腐酸是一種廣譜的植物生長調(diào)節(jié)劑，具有抗蒸騰、促進根系發(fā)育、提高葉綠素含量和某些重要酶活性等作用；在改良土壤、促進植物生長、提高肥料利用率、緩釋增效農(nóng)藥、提高農(nóng)作物抗逆性等方面有重要的應(yīng)用價值[15]。

2.1 改良土壤

黃腐酸膠體的吸附特性可使土壤形成穩(wěn)定的團粒，增大通風(fēng)量，提高土壤含水量[16]；黃腐酸能夠促進土壤中礦物質(zhì)溶解，提高土壤中氮、磷、鉀含量；增加有機質(zhì)，為微生物提供了合適的生存環(huán)境，提高了微生物的生態(tài)多樣性，提高了土壤肥力[17]。

2.2 刺激植物生長，提高品質(zhì)

黃腐酸類似于植物內(nèi)源激素，能刺激植物內(nèi)生生長素和細(xì)胞激肽類含量的增加，促進種子萌發(fā)，提高根系活力，提高葉綠素含量和光合強度，促進植物蛋白的合成和細(xì)胞的伸長，提高作物品質(zhì)[18～20]。彭玲等[21]研究表明，黃腐酸可以提高果實硬度及糖酸比，改善果實口感和風(fēng)味。

2.3 提高肥效和肥料利用率

黃腐酸含羧基、酚羥基等官能團，有較強的絡(luò)合、螯合和表面吸附能力，能提高植物對養(yǎng)分轉(zhuǎn)運和吸收。黃腐酸與尿素混合施用，可以減少氨的揮發(fā)[22]，可以有效提高土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的含量，提高養(yǎng)分供應(yīng)強度[23]；黃腐酸可以抑制土壤對水溶性磷的固定，增加磷在土壤中移動距離，提高有效磷含量，促進根系對磷的吸收；還可以吸收存儲鉀離子，提高有效鉀含量，對鉀肥的增效作用顯著[24～26]。

2.4 增強植物抗逆性

黃腐酸中包含與酚類、苯氧羧酸類農(nóng)藥有效成分相同的結(jié)構(gòu)，這使得黃腐酸可以作為一種新的植物防御反應(yīng)激活劑，具有一定的抑菌抗病毒作用，可應(yīng)用在葡萄灰霉病、蘋果樹腐爛病等多種植物病害的防治中[27～29]。黃腐酸分子量小，易于被植物吸收，能夠調(diào)節(jié)植物滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)，質(zhì)膜系統(tǒng)和保護酶系統(tǒng)[30]，從而提高植物抗倒伏[31]、抗旱[32]、抗連作障礙能力[33]，強植物的抗逆性。

3 黃腐酸在醫(yī)藥衛(wèi)生方面應(yīng)用

腐植酸類物質(zhì)在醫(yī)藥上的應(yīng)用，在明朝時期就有記載，黃腐酸的結(jié)構(gòu)與腐植酸相似，分子量更小、溶解度高、生物活性強、易吸收，在醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)有很多應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)黃腐酸及其鹽類具有多種藥理活性，在消炎鎮(zhèn)痛、抗瘍止血、抗腫瘤、治療或改善由糖尿病所引起的各種并發(fā)癥等方面具有顯著療效[34]。

3.1 消炎鎮(zhèn)痛、抗瘍止血作用

在臨床應(yīng)用中，黃腐酸鈉可以減輕慢性非特異性結(jié)腸炎程度，改善甲皺微循環(huán)[35]；黃腐酸藥浴可以治療關(guān)節(jié)炎，能夠消除腫痛[36]。隨著深入的了解，發(fā)現(xiàn)黃腐酸類物質(zhì)可以影響機體內(nèi)分泌，抑制前列腺素E 的合成，激發(fā)細(xì)胞保護機制[37，38]，達(dá)到消炎止痛、抗瘍止血的效果，高金崗等[39]、李月梅等[40]、姚發(fā)業(yè)等[41]動物實驗均證實了這一點。

3.2 抗腫瘤作用

江西省瑞昌市人民醫(yī)院用黃腐植酸治療甲狀腺瘤的10 例報告中顯示，黃腐植酸能破壞甲瘤細(xì)胞的生長自主性，對甲瘤細(xì)胞產(chǎn)生抑制[42]。后續(xù)諸多研究結(jié)果表明，黃腐酸可以通過刺激免疫調(diào)節(jié)分子和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡實現(xiàn)對腫瘤的防治[43～45]。腐植酸與As2O3聯(lián)用作用于人宮頸癌細(xì)胞時，可以顯著增強其抗增殖效應(yīng)和生長抑制作用[46]。用碳水化合物來源的黃腐酸CHD-FA 處理的癌細(xì)胞Hep3B、HT29 和PC3 增殖均受到抑制，凋亡基因在mRNA 水平顯著上調(diào)[47]。

3.3 治療糖尿病及并發(fā)癥

黃腐酸具有降低血糖[48]、抑制由糖尿病引起的視網(wǎng)膜病變[49]、腎臟病變、末梢神經(jīng)炎[50，51]等并發(fā)癥的作用。賈曉佩等[52]對70 例II 型糖尿病患者進行黃腐酸鈉浴療護理，結(jié)果顯示對II 型糖尿病及視網(wǎng)膜病變、末梢神經(jīng)炎等并發(fā)癥有顯著改善。袁明霞等[50]、楊光燃等[51]通過糖尿病大鼠等動物實驗得到驗證，表明黃腐酸能夠改善糖尿病鼠視網(wǎng)膜組織超微結(jié)構(gòu)變化，并推斷治療效果與黃腐酸改善神經(jīng)內(nèi)膜微循環(huán)有關(guān)。

3.4 調(diào)節(jié)免疫及內(nèi)分泌

首都醫(yī)科大學(xué)及其附屬同仁醫(yī)院和錦州醫(yī)學(xué)院的動物試驗表明黃腐酸能夠增加胸腺重量，活化淋巴細(xì)胞核巨噬細(xì)胞[53]，可以通過體液調(diào)節(jié)抑制甲狀腺吸碘功能，能夠影響環(huán)磷酸腺苷含量，調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的甲狀腺素，在臨床上可用于治療“甲亢”和“甲低”[54，55]。

作為一種高生物活性的混合物，黃腐酸已經(jīng)在很多疾病治療的研究中發(fā)揮作用，可以代替一些副作用較強的藥物[34]。黃腐酸類藥物屬中藥三類，但是黃腐酸結(jié)構(gòu)和功能之間的作用機制尚未明確，導(dǎo)致黃腐酸類新藥的開發(fā)以及注冊受到一定限制[56]。

4 黃腐酸在畜牧養(yǎng)殖方面應(yīng)用

在畜牧業(yè)中，黃腐酸經(jīng)常被作為飼料添加劑加入到飼料中，可以促進動物生長，提高飼料轉(zhuǎn)化率[57]，也能夠替代抗生素，達(dá)到防治畜禽疾病，提高機體免疫力，抑菌殺菌、消炎等效果[58]。在日糧中添加黃腐酸，可以提高肉雞生長性能及肉質(zhì)[59]，提高蛋雞產(chǎn)蛋率[60]。王榮海等[61]在檢測黃腐酸復(fù)合添加劑對肉羊生產(chǎn)性能中發(fā)現(xiàn)，添加黃腐酸的飼料轉(zhuǎn)化率提高了。楊曉松等[62]用生化黃腐酸喂養(yǎng)泌乳奶牛，對奶牛乳房炎、隱性乳房炎能夠達(dá)到100%有效預(yù)防，治愈率達(dá)到80%。黃腐酸作為飼料添加劑在畜牧行業(yè)有很多應(yīng)用，但是黃腐酸對于不同品種及生理階段的畜禽的最適添加量仍待確定。隨著綠色高效的飼料抗生素替代產(chǎn)品不斷開發(fā)，黃腐酸在畜牧業(yè)將會有更廣闊的應(yīng)用前景[63]。

5 討論及展望

迄今為止，國內(nèi)外很多研究表明黃腐酸能在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)揮多種作用，這說明黃腐酸有很強的應(yīng)用潛力。但是在很多試驗中，缺少對黃腐酸作用環(huán)境的描述，導(dǎo)致容易忽略原有環(huán)境中腐殖質(zhì)的情況，很容易造成所施用的黃腐酸與原有腐殖質(zhì)二者作用無法區(qū)分的情況[64]。同時，黃腐酸原料來源不同，成分各異，影響實驗結(jié)果及重現(xiàn)性。所以，為明確黃腐酸成分，我們可按照官能團將黃腐酸分為多個亞類，同一亞類的黃腐酸可提高實驗結(jié)果的重現(xiàn)性，同時成為黃腐酸結(jié)構(gòu)和功能研究的一個新思路。

目前，黃腐酸活性部位、作用靶點與作用機制尚未明確，這是影響黃腐酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。因此，明確黃腐酸結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系十分必要[34]。類比于中藥作用機制的研究，我們可以協(xié)調(diào)運用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等大數(shù)據(jù)和分子生物學(xué)來探索黃腐酸的活性成分、靶點與作用機制[65]，以期對黃腐酸有更深入的了解，使黃腐酸得到更好的應(yīng)用。