藻类植物资源研究进展

藻类植物资源开发利用研究进展

徐渊

（河北师范大学生命科学学院生物科学2009级学号：2008013859）

摘要：藻类是一种非常重要的植物资源，与人类的生活息息相关。目前对藻类植物资源的开发利用还远远不够，藻类资源的开发利用潜力巨大。本文主要概述了藻类植物资源在生物燃料，生物医药，环境保护等方面的研究进展。

关键词：藻类植物生物燃料藻类多糖

进入21世纪，人类在取得巨大成就的同时，也面临着许多危机。能源需求不断增加而传统能源的储量不断减少，能源危机加剧［1］。工业生产，化石燃料燃烧造成大气污染、水污染、酸雨、温室效应等一系列环境问题。环境污染，抗生素的滥用致使人体免疫力下降，细菌出现抗药性，哮喘、艾滋病、癌症等多种疾病发病率升高。人类健康受到很大威胁。从藻类中提取油脂，生产柴油，可以缓解能源危机。藻类多糖可以应用于多类疾病的治疗。藻类对水质的敏感，可用于监测水质。藻类植物资源有多方面的重要价值，所以值得人类大力开发利用。下文将详细叙述目前人类在藻类植物资源开发利用方面的研究进展。

1藻类植物资源在开发生物燃料方面的研究进展

就目前来看，人类通过藻类开发的生物能源主要有生物柴油和生物乙醇，利用藻类开发生物能源，有许多方面的优势。但是仍然面临着许多技术难题。美国和日本在开发生物能源的研究方面处于世界领先的位置。

1．1藻类植物资源在开发生物燃料方面的优势

未来生物燃料的的发展方向应该是通过藻类植物来生产［2］。这是因为藻类有许多方面的优势，①作为低等植物，藻类繁殖能力特别强，光合作用效率高，在单位面积上具有很高的产量。②藻类植物种类非常多，而且分布范围很广阔，利用藻类生产生物燃料不会受气候和地域的干扰[3]。③藻类的油脂含量非常高。

④藻类可以大量吸收空气中的二氧化碳，对缓解温室效应有一定意义。⑤藻类在生长的过程中可以吸收水体中的氮元素和磷元素，防止水体富营养化。⑥藻类可以在海洋中生长，可以利用海洋来培养藻类，开发藻类资源，这样就不会占用耕地。另外，用玉米和甘蔗为原料可以生产乙醇，并且是目前国际上生物乙醇生产原料。生物乙醇有低毒性，容易降解，并且燃烧后对环境污染小等优点。但是现在全球人口增长很快，用粮食来生产燃料乙醇以代替石油，煤等化石燃料是非常不切合实际的。而以海洋藻类来生产乙醇，可以避免用粮食生产乙醇的缺点，有非常好的前景。

1．2藻类生物柴油的研究现状

生物柴油是从油料作物，藻类中提取油脂或利用动物油脂，再通过与醇类物质发生酯交换反应来合成的。生物柴油环保，使用时安全，并且可再生。用油料植物生产柴油的技术已经很成熟，并且广泛的应用于工业生产。利用藻类生产生物柴油主要有藻类培养，藻类收集，提取藻类中的油脂，酯交换反应生产生物柴油，把粗制品生物柴油加工成精品等几步。在利用藻类生产石油的过程中，从藻类中提取柴油的技术已经掌握，培养出含有高油脂的藻类的技术，藻类收集中的固液分离技术以及利用基因工程改造藻类技术还在进一步改进[4]。正是由于部分的技术还不太成熟，导致利用藻类生产石油的成本较高，无法大规模应用于工业生产。不过，目前以美国为代表的许多国家都致力藻类生物柴油的研究，为了

开发藻类生物柴油，2007年11月，美国国际能源公司启动了“海藻变油”计划，该计划的目的是完全利用海藻的光合作用来生产可生物柴油，2010年6月，美国能源部发布国家藻类生物燃料技术路线图，美国政府支持了蓝宝石能源公司（Sapphire Energy）的生物柴油开发，这个公司利用含盐的水中加入营养物质来培养藻类，生产柴油。在中国，中国科学院所属相关单位和国内高校利用微藻开发生物柴油，并且在藻种的选育，微藻的开放池大规模培养，微藻光生物反应器等方面有许多成就[5]。

1．3藻类生物乙醇的研发现状

微生物的发酵可以将糖类等物质转化为生物乙醇。一些微藻或者大型藻类都可以用来生产生物乙醇。通过藻类来生产生物乙醇主要有以下几个步骤，①培养出生产乙醇的藻类。②用超声波，机械剪切或酶处理等方法使藻体破裂，释放出所需要的糖类物质。③得到的糖类物质如多糖或者异多糖等糖化，使之分解为单糖。

④通过发酵工程，单糖转化为乙醇。⑤利用蒸馏技术，除去低浓度乙醇中的杂质，获得高浓度液态乙醇。虽然藻类生长迅速能在短时间内积累大量碳水化合物，目前一些大型藻类生产乙醇已经具备产业化规模。但是，仍然在用藻类生产乙醇的工程中仍然遇到不少技术问题，对于大型藻类，它的化学成分非常复杂，在藻类多糖分解后，形成多种单糖，这使得开发利用技术复杂，降低了生物乙醇的生产效率而提高了生产成本。对于微藻，主要问题是如何筛选和培育出生长迅速的抗逆藻株以及如何使研发出高效率，低成本的乙醇发酵技术[6]。值得一提的是美国藻醇( Algenol)公司现在已经能够利用微藻直接生产乙醇，即不再经过发酵过程。这种技术的主要步骤是先通过蓝藻的光合作用产物在蓝藻细胞内直接生产出乙醇并且细胞内的乙醇会进入藻液，然后利用太阳能将藻液中的乙醇凝集在藻液覆盖膜的表面，最后将乙醇从覆盖面收集起来。

2藻类多糖药用生物活性研究进展

从藻类植物中提取的藻类多糖有很高生物活性，目前发现具有抗病毒，抗菌消炎，抗氧化衰老，抗哮喘，抗癌，免疫调节，治疗肾衰竭，降低血糖等多方面的生物活性。

2.1藻类多糖的抗病毒活性

一些藻类中含有硫酸化多糖，硫酸化的多糖能抑制沙粒病毒、杆状病毒、痘苗病毒亚组和疱疹病毒等包膜病毒的复制过程。硫酸化多糖还能干扰病毒在宿主细胞上的吸附[7]。墨角藻多糖，半乳聚糖，木甘露聚糖等硫酸化藻类多糖都具有抗病毒能力。一些红藻和褐藻中的硫酸化多糖以及呋喃半乳糖和墨角藻多糖都有抗HSV 病毒的活性。以褐藻中的钝顶螺旋藻多糖为例，研究者发现钝顶螺旋藻多糖对对单纯疱疹病毒Ⅰ型无直接灭活作用,但是经过钝顶螺旋藻多糖处理的细胞，可以抑制病毒向宿主细胞的吸附，延迟细胞的病变。研究者还发现钝顶螺旋藻多糖能抑制病毒复制以及单纯疱疹病毒Ⅰ型糖蛋白mRNA的表达[8]。

2.2藻类多糖的抗菌消炎活性

目前，由于抗生素的滥用，细菌的耐药性问题已经相当严重。为了解决这个问题，必须寻找新的抗菌途径。藻类多糖的抗菌活性是解决这一问题的有效途径之一。褐藻中的水溶性多糖有一定的消炎作用。褐藻门中的网地藻、厚网藻能够抑制真菌。褐藻胶是褐藻门藻类中提取的一种主要成分是多聚古罗糖醛酸和多聚甘露糖醛酸的物质，褐藻胶可以降解成褐藻胶寡糖，褐藻胶寡糖对革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌都有抑制作用。有很大的应用价值。

2.3藻类多糖的抗肿瘤活性