蓖麻资源综合利用研究进展

0 引言 蓖 麻 (Ricinus communis) 为 蓖 麻 属 大 戟 科 草 本 植
物 ，别名红麻 、八麻子等 ，是一年或多年生草本植物 。 蓖麻原在印度境内栽培面积较大 ，现在世界范围内被 广泛种植，其中印度、中国、巴西栽培种植面积占比 2/3 以上[1]。作为一种在不同类型土壤上适应性强、种植 性能好的深根植物 ，蓖麻具有很高的综合利用价值 。 蓖麻籽中压榨出的蓖麻油是重要的工业原料 ，在缝合 剂、液压油等化工品的开发上均有广泛用途。蓖麻的
根茎叶籽均可入药 ，蓖麻籽中的蓖麻毒蛋白具有显著 的药理活性。更重要的是蓖麻种植具有抗逆抗旱性 强、耐受性高的特点，加之根系发达，可以在盐碱、贫瘠 及轻中度污染的土地上栽培种植 ，这使得蓖麻资源的 综合利用在中国现有土地国情下具有极高的开发价 值。国内蓖麻资源极为丰富 ，从南到北都有野生散养 或人工栽培，蓖麻籽的年产量约在 20 万~30 万 t[2]。对 蓖麻进行泛资源化研究、开展蓖麻资源的综合利用可 以使得蓖麻的开发和应用不再仅局限于植物油提取等
蓖麻具有良好的耐盐碱、耐重金属污染胁迫特性， 在相对贫瘠的条件下也能正常生长，在水土保持、土壤 修复等领域具有极高的应用价值。 2.1 蓖麻对盐碱地的生态修复研究
中国是盐碱地大国，盐碱地面积位居世界前五。盐 碱地广泛分布在西北、东北、华北及滨海地区在内的 10 余个省区[15]。土壤盐碱化破坏了原有的生态平衡，造成 作物减产甚至绝收，大幅降低了土地的农业产出，盐碱 修复已经成为国内农业生态修复领域的重要研究课题。
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少数领域 ，从而提高整个蓖麻产业的产业空间和市场 价值。笔者综述了蓖麻在能源化工、生态修复、生物医 药等领域的研究进展情况 ，希望能够为国内蓖麻资源 综合利用方面的研究提供理论依据和实践参考。 1 蓖麻在能源化工领域的研究
作为一种能源植物，通过压榨、萃取等方法从蓖麻 籽中获得蓖麻油是蓖麻最常见的应用领域。蓖麻油包 括蓖麻油酸、亚油酸、亚麻酸、二十烷酸等成分，其中蓖 麻油酸的含量超过 80% 。 [3] 作为一种碘值数值在 80~ 100 之间的非干性油，蓖麻油具有独特的理化性质，如 高介电常数（常见油脂中最高者）、强旋光性和高流动 性（-20℃下仍流动）等[4]。这些理化特性使其可以被广 泛应用于生物柴油制备、药用辅料合成等多个能源化 工的细分领域。 1.1 蓖麻油为原料制备生物柴油
关键词：蓖麻；蓖麻油；蓖麻毒素；生态修复；综合利用
中图分类号：S565.6
文献标志码：A
论文编号：cjas17050031
Research Advances in Comprehensive Utilization of Ricinus communis Resources Chen Ming, Fan Tao, Zhang Lili, Dai Junjun, Zhao Ping, Shu Rui, Zhang Yuping
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陈 明等：蓖麻资Βιβλιοθήκη Baidu综合利用研究进展
的蓖麻在盐碱胁迫下的生长发育状况 ，发现参试品种 在高浓度的盐碱胁迫下都显现出了植株高度降低、干 物 质产出量减少的特征 ，但不同品种之间存在显著差 异。叶绿素是植物进行光合作用的主要成分，陶红等[19] 发现盐浓度的改变会影响蓖麻幼苗叶片中的叶绿素含 量。2.5%盐浓度下，盐碱胁迫有利于增加叶片中叶绿 素的相对含量，在超过这一阈值后，叶绿素和可溶性蛋 白含量都出现显著下降。在此过程中 ，在植物体内参 与渗透调节的脯氨酸也发挥了重要作用。盐浓度超过 2%以后 ，蓖麻体内脯氨酸含量显著增加 ，作为渗透调 节剂降低高盐分对蓖麻叶片的损伤[20]。蓖麻的耐盐碱 胁迫机制在于促进 K+的吸收和转运，维持 Na+/K+平衡 从而保证蓖麻光合效率的稳定性，这种通过减少 Na+、 Cl-的吸收并提高 Na+的外排过程与蓖麻 NHX 基因调控 的液泡膜型 Na+/K+逆向转运蛋白过表达有关[21]。冯紫 州等[22]通过 cDNA 末端快速扩增技术获得了蓖麻 NHX 基因 RcNHX2的全长序列并对其进行了生物信息学分 析 ，RcNHX2 含有 Na+/K+逆向转运蛋白家族保守区序 列，且与胡杨、拟南芥等抗逆性模式植物液泡膜型钠氢 逆向转运蛋白的编码基因存在较高的同源性。
生物柴油是指以油料作物、废弃动植物油脂等为原 料生产出的可再生柴油燃料，具有低硫、无芳烃、十六辛 烷值低、可降解等优点，可直接替代或与化石柴油调和 使用，能有效改善或降低柴油发动机尾气中颗粒物、一 氧化碳、硫化物等污染物的排放[5]。2014 年国家能源局 发布了《生物柴油产业发展政策》，对生物柴油产业的诸 多重大问题进行了规范和解读，明确指出对生物柴油生 产企业给予政策支持 ，享受资源综合利用产品的增值 税、消费税税收优惠政策，大大提高了生物柴油企业的 生产积极性。油料作物中大豆、菜籽等均是重要的经济 作物，不可能作为生物柴油原材料的主要来源，以蓖麻 油为基本原料制备生物柴油的成本优势得以凸显。
能略有下降 ，但排放尾气中的一氧化碳和一氧化氮等 有害物质的含量显著降低 。与 [10] 常见的微藻、麻风树 等常见生物柴油基油来源植物相比 ，蓖麻的土壤适用 性强 、田间管理方式简单粗放 、出油效率高 ，是经济高 效的生物柴油用植物来源。 1.2 蓖麻油深加工获得各类衍生物
蓖麻油的主要成分是蓖麻油酸（顺式-12-羟基十 八碳烯-9-酸），其分子结构（含有不饱和双键、羧基和 羟基）决定了可以通过氢化、环氧化、烷氧化、脱水等反 应方式产生不同用途的化学衍生物[11]。以针对不饱和 双键的氢化反应为例 ，蓖麻油与氢气在催化剂作用下 反应生成氢化蓖麻油，主要成分为 12-羟基硬脂酸甘油 三酯[12]。氢化蓖麻油为蜡状固体 ，熔点高 、性能稳定 ， 在化工用助剂和医用辅料等领域应用广泛 ，如在焊锡 膏中作为触变剂 ，在口服类制剂中用于制备缓释片剂 和润滑剂[13-14]。针对羟基的脱水反应，可将蓖麻油制备 成脱水蓖麻油 ，具有油膜干燥慢 、不易变色等特性 ，是 各类涂料、特种油墨和补缝剂的主要原料。通过环氧 化反应得到的环氧化蓖麻油 ，可用于制备各类非离子 表面活性剂 ，也是液压传动与控制系统中各类液压油 的重要组成成分。 2 蓖麻在生态修复领域的应用
(The Sericultural Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Science, Hefei 230061, Anhui, China)
Abstract: Ricinus communis, with extensive adaptability and highly resistance to salt stress, is usually considered as an important energy plant of ecological and economic value. It is necessary to analyze the value of R. communis from the perspective of comprehensive utilization to utilize it efficiently. Firstly, we introduced the application situation of castor seed oil and its derivatives in biodiesel and fine chemistry. Secondly, we concluded and summarized the role of R. communis in salt alkali and heavy metal pollution remediation. Finally, we made a brief description on several aspects of ricin and ricinine, including the structure, mechanism as well as anti- tumor and anti- pesticides activities. At last, we pointed out several problems existed in castor industry and put forward suggestions for further development. Key words: Ricinus communis; Castor Oil; Ricin; Ecological Remediation; Comprehensive Utilization
的开发和利用，需要从资源综合利用的角度对蓖麻价值进行分析。本研究首先介绍了蓖麻油及其衍生
物在生物柴油、精细化工等领域的应用概况，其次归纳和总结了蓖麻在盐碱和重金属污染修复领域的研
究进展，从结构、作用机制、生物活性等多个角度对蓖麻毒蛋白和蓖麻碱做了归纳和总结。最后指出了
蓖麻资源综合利用中存在的问题并提出了相应的发展建议，为蓖麻产业的可持续发展提供了理论依据。
基金项目：安徽省农科院院长青年创新基金项目“有机酸强化蓖麻修复铅和锌污染土壤的效果研究”(16B0612)；安徽省农科院创新团队建设项目“经 济昆虫资源多功能利用”(15C0606)；院种子工程项目“柞蚕、蓖麻蚕种植资源保育及其应用性研究”(15D0607)；国家蚕桑产业技术体系合肥综合试验 站(CARS-22-SYZ09)；安徽省蚕桑中药材产业技术体系(ahnycytx-16)。 第一作者简介：陈明，男，1984 年出生，安徽合肥人，助理研究员，硕士，研究方向：经济昆虫及蚕桑资源综合利用。通信地址：230061 安徽省合肥市霍 山路 15 号 安徽省农业科学院蚕桑研究所，E-mail：ming_ahas@foxmail.com。 通讯作者：章玉萍，女，1981 年出生，安徽泾县人，副研究员，博士，研究方向：经济昆虫资源综合利用研究。通信地址：230061 安徽省合肥市霍山路 15 号 安徽省农业科学院蚕桑研究所，E-mail：ypzhang6330@163.com。 收稿日期：2017-05-23，修回日期：2017-07-27。
农学学报 2018,8(9):58-63 Journal of Agriculture
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蓖麻资源综合利用研究进展
陈 明，范 涛，张丽丽，代君君，赵 萍，舒 蕊，章玉萍
（安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥 230061）
摘 要：蓖麻的适应性广、抗逆性强，是具有重要生态价值和经济价值的能源植物。对蓖麻资源进行有效
蓖麻油生物柴油的制备方法有直接混合法、微乳 液法、高温裂解法和化学酯交换法等，最常用的是化学 酯交换法 。 [6] 与其余几种方法相比，化学酯交换法具 有工艺成熟、成本低廉、产物稳定性高等优点。其反应 过程是将蓖麻油和甲醇等低碳醇混合 ，在催化剂参与 的条件下进行高温转酯化反应得到相应的脂肪酸甲 酯，再经洗涤干燥获得产物。按照催化剂的不同，化学 酯交换法又可细分为酸催化酯交换法、碱催化酯交换 法、生物酶催化酯交换法等。酯交换反应中催化剂的 选择和产物的稳定性、易分离程度密切相关，对反应效 率是核心影响因素 ，因此近年来对化学酯交换法催化 剂的研究成为蓖麻油生物柴油产业化研究的重点[7-8]。 对以蓖麻为原料制备成的生物柴油进行理化分析 ，发 现蓖麻油生物柴油的主要成分是蓖麻油酸甲酯 ，燃烧 性能与化石柴油相比略有降低 ，但闪点高 、酸值低 ，运 输安全性好[9]。将生物柴油和化石柴油按一定比例进 行混合，由于生物柴油的热值略低于化石柴油，动力性
种子萌发和幼苗生长是植物生活史的重要阶段， 受植物本身遗传特征和环境因子制约 ，大多数植物在 此阶段对盐碱胁迫高度敏感。种子萌发的过程包括吸 水膨胀 、物质转运 、出苗等多个阶段 ，在盐碱胁迫条件 下 ，土壤水势降低诱发种子吸水效率降低 ，生长减缓 ， 萌发困难。此外 ，Na+ 、Cl-的毒害作用会导致种子养分 储藏器官内营养物质的转运效率降低 ，出苗率降低 。 蓖麻在中低程度的胁迫条件下（土壤全盐量 0.6%以 下）可以完成正常的种子萌发和出苗过程，有研究表明 低浓度(NaCl<25 mmol/L)的盐碱胁迫甚至能促进蓖麻 种子萌发[16-17]。但随着盐分浓度的提高，蓖麻种子的发 芽率和出苗时间等指标都会显著下降。Francisco 等[18] 通过植株高度、干物质量等指标观察了 4 个不同品种