来源于海洋天然产物的抑藻剂探究

张鑫洋，刘天浩，梅齐诚，熊露露，孙好芬

(青岛理工大学 环境与市政工程学院，青岛 266033)

近年来，工业废水和生物污水大量排放，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，由于藻类繁殖迅速，生长周期短，消耗了水体中大量的溶解氧，同时一些藻类大量繁殖时产生的藻毒素，使水质恶化，导致水体富营养化问题严重，不利于水生动植物的生存，破坏了水体环境的生态平衡[1-4]，严重威胁着人类生存健康[5-6]。据统计，湖泊的60%为富营养状态，并且伴随着"水华"现象的发生[5]。有毒藻类的大面积出现不仅对生产经济造成极大损失，最终对人类的生存环境造成了不可逆转的破坏。

因此，如何高效地抑制或杀死富营养化水体中的有害藻类，已经受到科研工作者们的广泛关注，对环境友好型抑藻剂的探索也成为了水生态学的重要研究内容[5-6]。本文在总结当前抑藻活性物质研究的基础上，对海洋生物抑藻剂、抑藻机理和天然抑藻活性物质等方面进行综述，为来源于海洋天然次级产物抑藻剂的研发提供一定的理论依据[7-8]。

1 海洋生物抑藻剂的优点

与化学和物理控藻方法相比，人们逐渐关注于生物方法防治赤潮的研究，生物控藻已成为防止水体富营养化的一个新的研究方向[9]。相较于普通水生植物产生的代谢产物--化感物质，海洋微生物长期适应复杂的海洋环境(高盐、高压、低温和稀营养)而生存，因而有其独具的特性：海洋微生物表现出生物资源丰富、物种繁多、化学组成复杂、生长周期短、代谢易于调控、分布比较广泛、遗传型上表现出特异性、可大规模发酵等诸多优点。并且由于其独特的代谢途径与方式，海洋微生物可以保持强大的生命力和生产力，生命活动的复杂性可能影响其代谢出结构设计新颖、生物活性特异的有特殊作用的生物活性物质和次级代谢产物。若将来源于海洋天然次级产物中具有抑制藻类的生物活性物质用于防治"赤潮"、"水华"污染，不仅能对赤潮微藻等有害藻类的起到有效抑制的作用，并且由于来源于天然产物，与化学抑藻剂相比，更容易被生物降解，属于绿色环保型化合物，符合环境友好的要求[10]。

2 海洋生物抑藻抑藻机理及现状

生物抑藻剂的抑制机理主要包含两种，分别是直接抑藻和间接抑藻。直接抑藻是通过直接接触的方式来抑制有害藻类的生长，抑藻微生物通过与有害藻类的藻细胞接触释放出一些可以破坏藻类细胞细胞壁的酶类物质，来溶解藻细胞，使藻类细胞细胞壁溶解，藻细胞溶解死亡。间接抑藻是指抑藻菌与又害藻类竞争水中水体中营养物质或者向自然环境中释放抑藻活性物质，达到抑制藻类生长的目的。

目前，已有研究表明某些海藻对赤潮中有害藻类具有抑制作用。例如：俞志明等[11]通过双藻培养体系、多藻培养体系和血球计数板对东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense) 和塔玛亚历山大藻 (Alexandum tamarense)的细胞密度进行观察，经相同条件下单独培养体系中的微藻作为对照实验，发现石莼(Ulva pertusa)和江蓠(Gracilaria lemaneiformis)能够分泌相生相克类化合物对东海原甲藻和塔玛亚历山大藻及其混合物产生明显的影响[12]。孔石莼(Ulva pertusa)，缘管浒苔(Ulva linza)和肠浒苔(Enteromopha intestinalis )的水提取物和甲醇提取物能抑制赤潮异弯藻(Heterosigma Akashiwo)菌株的生长。浦寅芳等[13]通过对刺松藻萃取分离，硅胶柱层析，抑藻活性检测发现刺松藻甲醇提取物MECF能够抑制米氏凯伦藻的生长。雷光英、武宇辉等[14-17]研究表明大型海藻龙须菜对东海原甲藻、锥状斯氏藻、旋链角毛藻、假鱼腥藻和普通小球藻的生长表现出抑制作用，印证了许妍、董双林实验中龙须菜对赤潮异弯藻的抑制量高于石花菜、伊藻、蜈蚣藻、刚毛藻、脆江蓠的抑制量的结果。但是他们未对其抑藻机理做进一步的探索研究，未对抑藻剂中的具体的活性次生代谢产物进行分离鉴定。

3 天然产物抑藻活性物质

金朝晖等[18-19]通过选取不同极性的有机溶剂，比如乙醚、丙酮和乙酸乙酷经纯化后，作为提取剂，对凤眼莲根系粉末进行索氏提取，乙醚提取l0h，丙酮提取14h，乙酸乙酷12h，得到三种不同提取物，进行抑藻测试后，对提取物进行分离鉴定，从凤眼莲根系中分离出的5种具有抑藻活性的物质是:脱水R-D毗喃葡萄糖、壬酸、丙酞胺、乙酸异氛酸乙醋、2， 2-二甲基环戊酮。

孙颖颖等[20]通过混合溶剂(V甲醇∶V丙酮∶V蒸馏水=7∶ 7∶6)对龙须菜干粉末浸提、用洗脱剂(V氯仿∶V丙酮∶V甲酸=18∶1∶1)萃取、展开剂(V氯仿∶V丙酮∶V甲酸=15∶3∶2)展开，离心过滤后，重新溶解于丙酮，点样于硅胶GF254薄层层析板上进行极性选择，然后进行硅胶柱层析和硅胶薄层层析，分离纯化后得到4种苯丙烷类化合物，通过红外光谱、质谱和核磁共振谱等光谱技术鉴定为:邻苯二丙酸，gossonorol，7，10-epoxy-ar-bisabol-ll-of和对羟基苯乙醇，在对这4种物质进行抑藻活性剂检测发现其对强壮前沟藻等6种赤潮微藻生长的表现出明显的选择性抑制作用。

Som Cit Sinang等[21]用甲醇按1∶1的比例提取200克叶子粉末，将提取物通过1号滤纸(孔径11μm)过滤，并在旋转蒸发仪中浓缩，风干后得到无溶剂的粘性粗提取物，将粗提取物按1∶50的比例蒸馏水中稀释并过滤，对每种粗提物进行了定性植物化学分析，以确定是否存在植物次级代谢物，并进行抑藻对照试验。五种草类植物的提取物Melastoma malabathricum， Cosmos caudatus， Pistia stratiotes， Etlingera elatior， and Cinnamomum cassi对藻类的抑制作用发现，Melastoma malabathricum提取物对藻类生长抑制最高，与未处理的对照相比，其抑制高达50%的藻类生长。同时，对Pistia stratiotes，Cosmos caudatus和Etlingera elatior的治疗分别显示出高达42.6%，35.3%和22.5%的抑制率。Melastoma malabathricum and Pistia stratiotes对藻类的抑制作用较高，Som Cit Sinang认为是由于它们的类黄酮(flavonoids)和生物碱(Alkaloids)含量高。Tatiana I.Imbs等[22]通过环己烷，氯仿和乙酸乙酯对褐藻Fucus evanescens和Costaria costata进行萃取，使用各种硅胶柱色谱分离纯化技术将获得的浸膏分离成12个粗组分，利用H2O-EtOH(逐步梯度0-96，按5%梯度)在硅胶100C-18柱上分离，用EtOH和CHCl3-EtOH(1∶1)从硅胶上洗脱，在Polychrome 1和C-18上进行纯化，从代谢产物中发现了来自海洋细菌Formosa algae KMM 3553T的重组岩藻糖聚糖酶FFA2抑制剂。通过聚丙烯酰胺凝胶(C-PAGE)中的电泳测定岩藻糖聚糖酶FFA2的活性；通过分别在疏水性色谱柱(Polychrome 1)和反相色谱柱(C-18)上进行色谱分离，分离出抑制剂；利用13C NMR位移数据及文献数据观察到的碳信号的化学位移，将重组岩藻糖聚糖酶FFA2抑制剂中的多酚结构确认为邻苯二酚。

4 结论

综上所述，天然抑藻活性物质都是从水生植物中提取，通过研究发现国内外对于海洋内生真菌的天然抑藻活性物质的提取与鉴定研究较少，但海洋天然产物对藻类的抑藻活性实验表明，抑藻活性物质的提取分离对水体富营养化问题的解决具有相当大的开发潜力，是获得绿色环保型的抑藻剂的模板化合物的一个重要途径，来源于海洋天然次级产物的抑藻剂的研究将为天然抑藻剂的研究提供一个重要发展方向。