天然产物抑藻活性研究进展

赵炳谚，刘 宇，张鑫洋，徐曦萌，王 朋，孙好芬

(青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033)

淡水水华以及海水赤潮是在水域中大量繁殖的两种有害藻类，属于水环境的异常现象，有害藻华的爆发与现代化建设的快速发展不无关系。当含有大量营养物质(氮、磷、钾等营养元素)的生活污水、工业废水以及农用污水等流入湖泊海洋等水体后，在一定条件下，使得水体中的微藻和大型藻类剧烈繁殖或聚集，从而导致有害藻类爆发；从而导致水体的透明度降低，观赏性变差。同时由于藻类的死亡，会使水体产生恶臭，致使水体的溶解氧的来源减少，影响水环境周围的生态环境。因此，淡水水华，海水赤潮防止刻不容缓，如何有效地防止水体中藻类的过度生长是当今水环境保护与环境修复的关键问题。现阶段主要的化学法[1]和物理法[2]已经广发的用于水藻的治理，并取得了一定的效果。但是，往水体里投加添加剂势必会造成二次污染，并会对其他水生生物造成直接或者间接的影响。环境的可持续发展是当今社会发展的主题，因此环境友好型的处理方法越来越受到重多科学家的青睐。本文在总结当前抑藻活性物质研究的基础上，对抑藻机理、微生物和海藻中的抑藻活性物质等方面进行综述，为天然抑藻活性研发提供一定的理论依据。

1 抑藻机理

藻类的抑制机理主要包含两种，分别是直接抑藻和间接抑藻。

1.1 直接抑藻

以直接接触的方式来抑制有害藻类的生长，有一些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，如Li等[3]在研究过程中发现菌株LY03产生的几丁酶对藻细胞表现出趋化性：依靠细菌表面的鞭毛来靠近藻细胞，通过分泌几丁质酶以溶解细胞的细胞壁，由于细胞壁的丧失，使藻细胞最后溶解死亡。

1.2 间接抑藻

多数抑藻菌通过与有害藻类相互竞争水体或自然环境中的营养元素，或者向环境中释放抑藻活性物质，并非以藻类直接接触的方式来达到抑藻或者杀藻的目的，比如：酶、蛋白质、多肽、氨基酸、抗生素、吲哚醌等[4-5]均具有一定的抑藻活性。细菌在生长代谢过程中会消耗大量的氮源从而使环境中的氮元素迅速减少，致使环境中为藻类生长提供的氮源减少，从而达到抑菌的目的。Jansson等[6]经过研究证实某些细菌对于磷酸盐的吸收和利用效率优于藻类。王以斌等[7]从黄杆菌发酵液中提取出了灵菌红素，促使亚历山大藻丙二醛含量升高，巯基含量减少，细胞膜结构受损来抑制藻类生长。Shilo等[8]发现弧菌BS02分泌的棕榈油酸(C16H30O2)可以有效地杀死塔玛亚历山大藻。

2 微生物的抑藻活性

在地表水环境(海洋，湖泊，水库，沼泽等)和土壤环境中广泛分布着抑藻微生物，尤其是在水华和赤潮频繁爆发的水环境中，抑藻微生物的生长代谢通常十分的活跃，通过自身分泌出抑藻物质，或与水体中的有害藻类竞争氮、磷等营养元素，亦或是通过直接接触等方式对有害藻类进行抑制作用。

水华的发生主要是由于淡水中的蓝藻、硅藻、绿藻等的过度繁殖，而目前淡水中的抑藻微生物主要来源与水华环境或微藻生长过程。Shilo等[9]在水塘中发现并筛选了粘细菌(Myxobacteria)对中蓝藻进行了测试，观察发现有8种蓝藻的生长发育被抑制，最终全部死亡。Daft等[10]已经分离出9种粘细菌，可以溶解水中的鱼腥藻、束丝藻以及多种颤藻。Frusawa等[11]在日本岛湾分离得到了一株腐螺旋菌(Saprospira)，该菌株可以使硅藻的藻细胞聚集在一起，进而直接接触和破坏细胞壁，来达到抑藻的目的。赤潮的发生是由于海水中悬浮了大量的微藻，而目前海洋环境中的抑藻微生物主要来源于赤潮环境中。韩光耀等[12]从赤潮暴发海域分离到一株细菌DH-e，鉴定为盐单胞菌(Halomona)，其代谢产物加速东海原甲藻(P.donghaiense)叶绿素a的分解，胞内总糖含量降低。

3 大型海藻中的抑藻活性物质

海洋中的大型藻类不仅可以净化水质，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长期的营养竞争，来控制赤潮微藻的生长[13]，甚至有些海藻在生长过程中会在水体中释放活性物质来抑制其生长[14-15]。目前，大型海藻对赤潮微藻生长过程中的抑制作用主要集中在生态水平[13]上，南春容[20]等也曾对孔石莼、江蓠以及塔玛亚历山大藻生长对微藻影响的研究，发现对孔石莼、江蓠比对塔玛亚历山大藻有更加明显的抑制作用，但是并未指出海藻中的相关抑藻活性物质。实际上，对天然产物藻类抑制活性的研究已经十分广泛，但目前大多数研究主要是研究陆生植物的活性物质以及一些高等水水生物，例如水稻、大麦秸秆等化感物质的研究等[16-19]，而利用海洋天然产物抑藻的研究却鲜见，因此具有一定的研究前途和意义。

Kakisawa[21]在研究了海藻中的微藻毒性物质后，又从岗村枝管褐藻(Cladosiphon Okamuranus)中分离纯化出octadeca-1Z,9Z,12Z,15Z-tetraenoicacid(ODTA)，并用这些提取物对37种微藻进行了活性试验，发现ODTA能够有效地抑制包括微藻Chattonella marina，Chattonella antiqua，Heterosigma akashiwo，Gymnodinium nagasakiense,Gymnodinium sanguineum在内的藻类生长，并且还发现高不饱和脂肪酸和二十碳五烯酸拥有与ODTA相似的抑菌活性。

Amin Alamsjah等[22]通过硅胶柱层析、Octadecyl-S色谱、高效液相色普(HPLC)等技术手段对裂片石莼的甲醇提取物进行分离纯化得到3个具有抑藻活性的化合物并鉴定了这三种化合物的结构分别为hexadeca-4,7,10,13-tetraenoic acid(HDTA),octadeca-6,9,12,15-tetraenoic acid(ODTA)和a-linolenic acid，这三种化合物对赤潮藻赤潮异弯藻H.akashiwo的半致死浓度LC50分别达到了1.35 g/mL，0.83 g/mL和1.13 g/mL；同时又从裂片石莼中又分离得到了α-亚麻仁油酸和亚麻油酸，并对6种微藻进行抑藻实验，结果发现在赤潮异弯藻对这两种化合物最敏感，并且这两种化合物对其的半致死浓度LC50分别是0.58 g/mL和1.91 g/mL。而微藻中的Gymnodinium impudicum 和Heterocapsa circularisquama对这两种化合物最不敏感，并且当这两种化合物的浓度达到1000 g/mL时才表现出明显的毒性作用，可以看出，这两种藻类抑制物质对微藻的抑制性具有一定的选择性，同时研究还发现这两种油酸对于水体中的水生生物等并未表现出明显的毒性[23]。

4 结论

通过对以上研究发现海洋天然产物在抑藻活性方面的研究相对较少，具有较大的发掘潜力，而且海洋天然产物对藻类的抑制作用的实验表明，其活性对于淡水水华和海水赤潮的治理具有相当大的研发潜力，是今后抑藻活性物质的重要发展方向。