胡利靜，肖艷翼，劉騰飛，胡鯤，楊先樂(lè)

（上海海洋大學(xué)國(guó)家水生動(dòng)物病原庫(kù)，上海 201306）

植物化感抑藻作用及機(jī)制的研究

胡利靜，肖艷翼，劉騰飛，胡鯤，楊先樂(lè)

（上海海洋大學(xué)國(guó)家水生動(dòng)物病原庫(kù)，上海 201306）

本文綜述了具有化感作用的植物及化感物質(zhì)的成分、化感物質(zhì)的聯(lián)合抑藻作用、化感物質(zhì)抑藻的作用原理，并對(duì)化感物質(zhì)的研究與應(yīng)用提出了展望，為下步工作奠定了認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)控藻藥物的研發(fā)提供指導(dǎo)意義。

植物；化感作用；抑藻；原理

近年來(lái)，水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的藍(lán)藻水華和赤潮問(wèn)題，生態(tài)系統(tǒng)失衡，嚴(yán)重影響著人類健康以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。例如2007年太湖的大面積水華暴發(fā)致使無(wú)錫數(shù)十萬(wàn)群眾的飲水安全受到了影響[3]。因此，如何有效控制水華，治理富營(yíng)養(yǎng)化水體是目前水環(huán)境領(lǐng)域及水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。已有的控藻原理主要分為物理、化學(xué)和生物三類方法。物理方法如打撈機(jī)械除藻、遮光抑藻等，雖見(jiàn)效快，但耗時(shí)、操作困難而且費(fèi)用高，不易大規(guī)模及小池塘實(shí)施；化學(xué)方法如添加氧化劑、除草劑及重金屬類殺藻劑，雖能快速殺藻，但容易引起二次污染，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高，因而應(yīng)用逐漸受到限制；生物方法是利用魚、菌、水生植物等直接或間接抑藻，利用濾食性魚類控藻效果較好，但后期管理復(fù)雜且用時(shí)較長(zhǎng)。

水生植物化感抑藻作用的發(fā)現(xiàn)為藻華控制提供了一個(gè)新的思路[4]，化感抑藻是利用水生植物產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)對(duì)水華藻類的生長(zhǎng)進(jìn)行控制的技術(shù)?；形镔|(zhì)是植物次生代謝物質(zhì)，通常在自然條件下易降解，在生態(tài)系統(tǒng)中不會(huì)積累，生態(tài)安全性較好。利用植物化感作用抑制藻類生長(zhǎng)被認(rèn)為是一種新型的生物抑藻技術(shù)，具有高效、生態(tài)安全性較好等特點(diǎn)[5]。因此，將化感物質(zhì)應(yīng)用于藻類控制具有良好的應(yīng)用前景，植物化感作用對(duì)藻類生長(zhǎng)影響的研究更具有重要的環(huán)境生態(tài)和漁業(yè)經(jīng)濟(jì)意義。

1 具化感作用的植物及化感物質(zhì)

1.1 具有化感作用的植物

化感作用是指一種植物或微生物通過(guò)向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)從而影響其他生物生長(zhǎng)的現(xiàn)象[6]。目前，植物化感作用的研究主要集中在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和環(huán)境生物治理三大領(lǐng)域，尤其是在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、雜草控制與病蟲(chóng)害控制等方面的研究與應(yīng)用較多，直到20世紀(jì)末期，才開(kāi)始在抑藻方面進(jìn)行研究，并逐漸形成利用化感作用抑藻的研究領(lǐng)域[7]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)幾十種水生植物具有化感抑藻作用，石菖蒲、蘆竹、馬蹄蓮、鳳眼蓮、浮萍、滿江紅、穗花狐尾藻、黑藻、苦草等等水生植物都具有較強(qiáng)的抑藻作用[8-10]。門玉潔等[11]在蘆葦化感組分對(duì)斜生柵藻（Scenedesmusobliquus）生長(zhǎng)特性的影響研究中表明蘆葦?shù)幕薪M分在培養(yǎng)初期對(duì)斜生柵藻藻密度的增長(zhǎng)具有明顯的抑制作用。同時(shí)鳳眼蓮種植水抽濾液及不同部位的提取液均對(duì)銅綠微囊藻產(chǎn)生一定的化感抑制作用，并降低了穩(wěn)定期的銅綠微囊藻產(chǎn)量[12]。劉光濤，周長(zhǎng)芳等[13]也在鳳眼蓮化感物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻、斜生柵藻生長(zhǎng)及細(xì)胞數(shù)相對(duì)比例的影響中表明鳳眼蓮化感物質(zhì)在藍(lán)藻水華治理中具有良好的應(yīng)用前景。

而關(guān)于具有化感抑藻作用的陸生植物中，屬關(guān)于大麥秸稈的報(bào)道最多。大量的室外試驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室研究都表明植物對(duì)藻類的化感抑制作用是普遍存在的。利用大麥秸稈對(duì)農(nóng)村小型池塘的藻類進(jìn)行控制，表明此方法簡(jiǎn)單可行，效果明顯[14]。梁倩華等[15]在華南某地原水水塘應(yīng)用大麥秸稈控制藍(lán)藻生長(zhǎng)的研究表明大麥稈對(duì)原水中假魚腥藻類的生長(zhǎng)有較好的抑制作用，在該地氣候條件下，最少需要一至兩個(gè)月的時(shí)間，大麥稈才開(kāi)始產(chǎn)生控藻作用。此外，也有部分其他陸生植物在抑藻方面的研究報(bào)告。張余霞等[16]利用不同的有機(jī)溶劑對(duì)水稻秸稈浸提液進(jìn)行萃取，濃縮后用濾紙片法在固體培養(yǎng)基上做抑藻實(shí)驗(yàn)，證實(shí)其中含有抑制物質(zhì)，其對(duì)銅綠微囊藻的抑制作用。張薛等[17]發(fā)現(xiàn)桔皮水提液中含有某種或某些物質(zhì)，可對(duì)銅綠微囊藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，且這些物質(zhì)121℃高溫處理30 min后仍保持抑藻活性。

1.2 化感物質(zhì)

化感物質(zhì)是植物（包括微生物）釋放的次生代謝物質(zhì)。Rice[6]按照化感物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，將其分為14類：水溶性有機(jī)酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸和多炔、簡(jiǎn)單酚、萜類和甾類化合物、苯甲酸及其衍生物、肉桂酸及其衍生物、簡(jiǎn)單不飽和內(nèi)酯、苯醌、蒽醌和復(fù)醌、香豆素類、類黃酮、單寧、氨基酸和多肽、生物堿和氰醇、硫化物和芥子油苷、嘌呤和核苷。上述化感物質(zhì)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、雜草及病蟲(chóng)害控制研究中均有應(yīng)用報(bào)道，其中最常應(yīng)用的是長(zhǎng)鏈脂肪酸、酚酸以及萜類化感物質(zhì)[6，18]。

脂肪酸類、酚和酚酸類、萜類等化合物多提取自高等水生植物，其和陸生植物所分泌的化感物質(zhì)具有很高的相似性和同源性，許多抑藻成分如油酸、亞油酸、亞麻酸、兒茶酚、五倍子酸、沒(méi)食子酸和某些植物毒素等，也同樣可以在陸生植物內(nèi)發(fā)現(xiàn)[19]。清華大學(xué)在國(guó)際上首次從大型挺水植物蘆葦（Phragmites communis Trin）中分離并鑒定出的化感物質(zhì)2-甲基乙酰乙酸乙酯（ethyl 2-methylacetoacetate，EMA），發(fā)現(xiàn)其對(duì)藻類的抑制作用具有高效性和選擇性，對(duì)銅綠微囊藻、蛋白核小球藻具有顯著的抑制效果，而對(duì)普通小球藻（Chlorella vulgaris）卻沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的化感抑制作用[20]。Korner和Nicklisch[21]等發(fā)現(xiàn)穗狀狐尾藻（Myriophyllum spicatum L）對(duì)水華魚腥藻（Anabaena flos-aquae）沒(méi)有化感抑制作用；對(duì)銅綠微囊藻（M.aeruginosa）、被甲柵藻（Scenedesmus armatus）、極小盤冠藻變種（Stephanodiscus minutulus）等具有化感抑制作用，但產(chǎn)生明顯抑制作用的時(shí)間以及抑制程度有所不同。Gross等[22]從狐尾藻中萃取出了沒(méi)食子酸、鞣花酸具有抑藻活性的多酚物質(zhì)。Planas等[23]從穗花狐尾藻的萃取物中發(fā)現(xiàn)了12種酚和多酚（如沒(méi)食子酸、鞣花酸）能藻類生長(zhǎng)。Della-Greca等[24]從川蔓藻（Ruppia maritima）中分離出了7種萜類抑藻化合物，其中的3種具有較強(qiáng)的抑藻效應(yīng)。王紅強(qiáng)，朱慧杰等[25]采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用技術(shù)分析了伊樂(lè)藻超純水浸提液的乙酸乙酯萃取浸膏的化學(xué)成分，共鑒定出20種有機(jī)酸，研究表明，該總有機(jī)酸對(duì)銅綠微囊藻的生物量增長(zhǎng)具有抑制作用。Nakai等人[26-27]研究穗花狐尾藻對(duì)銅綠微囊藻的抑制作用中，發(fā)現(xiàn)其分泌物中富含焦酸、沒(méi)食子酸、（+）-兒茶素等酚酸類化感物質(zhì)，以及正壬酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸在內(nèi)的多種脂肪酸類化感物質(zhì)。劉光濤等[13]選取在鳳眼蓮根系分泌物中發(fā)現(xiàn)的5種化感物質(zhì)（亞油酸、亞油酸甘油酯、丙酰胺、N-苯基-2-萘胺和壬酸）進(jìn)行研究，結(jié)果表明5種化感物質(zhì)對(duì)兩種藻類的生長(zhǎng)總體上呈低劑量促進(jìn)高劑量抑制和先促進(jìn)后抑制的趨勢(shì)。目前化感抑藻物質(zhì)成分最常見(jiàn)的為酚酸類、脂肪酸類、有機(jī)酸、酯類等，而氨基酸、生物堿、嘌呤等化感物質(zhì)在抑藻方面分離鑒定出的報(bào)道較少。

2 化感物質(zhì)的聯(lián)合作用

利用抑制藻類生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定水生植物的化感作用已有不少報(bào)道，但大多都是集中在測(cè)定單一化感物質(zhì)對(duì)藻類的生長(zhǎng)影響[22，26]。然而，一些化感物質(zhì)具有選擇性和專一性，一般只對(duì)幾種或某一類藻類有抑制作用，而對(duì)其他藻類沒(méi)有抑制作用。并且發(fā)生藍(lán)藻的水域一般并不只是單一藻類繁殖，而是多種藻類共同生長(zhǎng)，對(duì)水環(huán)境進(jìn)行破壞。因此，僅僅分析單一化感物質(zhì)對(duì)藻類的化感作用是不夠的，并且多種化感物質(zhì)共同存在時(shí)，其所表現(xiàn)的聯(lián)合作用效果，往往較單一的化感物質(zhì)的作用模式更為復(fù)雜，研究多種化感物質(zhì)成分的綜合效應(yīng)對(duì)于探討化感作用的機(jī)制，配制天然藥劑具有重要的指導(dǎo)意義。已有研究表明，多種化感物質(zhì)之間往往有協(xié)同、拮抗和加合等相互作用[26，28]，這為化感物質(zhì)的聯(lián)合使用提供了理論基礎(chǔ)。

從世界范圍看，對(duì)于將同一植物體內(nèi)的幾種化感成分按不同組合、不同比例混合，觀測(cè)它們的化感作用，以尋找化感物質(zhì)在自然狀況下的作用機(jī)制的研究還很少[29]。Wang等[30]發(fā)現(xiàn)沒(méi)食子酸等3種有機(jī)酸之間存在協(xié)同作用，化感物質(zhì)的化感活性明顯強(qiáng)于單一化合物。高云霓等[31]在研究苦草釋放的酚酸類物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻的化感作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同酚酸以毒性效應(yīng)比例多維混合表現(xiàn)出加和抑藻效應(yīng)，且隨著混合種數(shù)的增多，酚酸的加和效應(yīng)增強(qiáng)，結(jié)果表明多種化感物質(zhì)的聯(lián)合作用可能是水生態(tài)系統(tǒng)中沉水植物抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)的一個(gè)重要機(jī)制。胡陳艷等[32]在研究馬來(lái)眼子菜體內(nèi)物質(zhì)抑制羊角月牙藻試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)馬來(lái)眼子菜體內(nèi)的多種脂肪酸聯(lián)合作用時(shí)也具有協(xié)同抑藻作用。

然而，對(duì)于不同植物體內(nèi)化感物質(zhì)的不同比例的配合作用研究也較少。倪利曉等[33]采用相加指數(shù)法和半致死劑量指數(shù)法評(píng)價(jià)了化感物質(zhì)的聯(lián)合作用，研究結(jié)果表明，鄰苯二酚和聯(lián)苯三酚、鄰苯二酚和亞油酸表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)，其余二元混合物的聯(lián)合作用表現(xiàn)為相加效應(yīng)。何宗祥等[34]采用微元分析法，通過(guò)相應(yīng)的偏微分方程，建立了化感物質(zhì)復(fù)合抑藻時(shí)的數(shù)學(xué)模型，研究焦性沒(méi)食子酸和亞麻酸聯(lián)合抑藻最佳濃度組合，該研究對(duì)指導(dǎo)制備高效、經(jīng)濟(jì)的復(fù)合生物抑藻劑及其應(yīng)用均具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。鄭春艷等[35]研究了亞油酸、水楊酸和對(duì)羥基苯甲酸的聯(lián)合作用，結(jié)果表明化感物質(zhì)兩兩聯(lián)合作用時(shí)均具有協(xié)同抑藻效應(yīng)，亞油酸與水楊酸聯(lián)合協(xié)同抑制作用最強(qiáng)。另外有研究報(bào)道，2種酚酸類物質(zhì)聯(lián)合用時(shí)具有協(xié)同抑藻效應(yīng)[36]。

目前大多數(shù)學(xué)者對(duì)于化感物質(zhì)抑藻研究主要集中在水生植物對(duì)藻類的化感作用，而關(guān)于陸生植物對(duì)藻類的化感作用的研究相對(duì)來(lái)說(shuō)很少。而水生植物化感抑藻具有明顯的季節(jié)性，且因水生植物種類及藻種的不同，其化感抑藻效應(yīng)存在較大的差異。另外，在某個(gè)池塘、湖泊等水域生境中的生物有機(jī)體已經(jīng)適應(yīng)了該系統(tǒng)內(nèi)的化感物質(zhì)，所以，化感作用可能僅僅存在于處在不同生境中的有機(jī)體之間[37]。因此，如果取來(lái)源不同的河流、湖泊中的水生植物，甚至用不同地理區(qū)域的陸生植物聯(lián)合作用，其化感相互作用可能會(huì)更為顯著。大麥秸稈經(jīng)常被用于水生生態(tài)系統(tǒng)中藻類的控制中[38-39]，但是對(duì)于大麥秸稈與其他化感物質(zhì)聯(lián)合使用的報(bào)道很少。因此，開(kāi)發(fā)水陸生植物的化感物質(zhì)的聯(lián)合使用，對(duì)于水環(huán)境及水產(chǎn)養(yǎng)殖方面控制藻類的泛濫有著重要的積極意義。

3 化感物質(zhì)的作用原理

3.1 對(duì)藻細(xì)胞膜透性的影響

細(xì)胞膜作為細(xì)胞重要結(jié)構(gòu)和功能組成部分，在維持細(xì)胞微環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定以及細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂和分化起重要作用[40]。化感物質(zhì)能降低細(xì)胞膜的完整性，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)大量滲出，滲出液的電導(dǎo)率增加[41]?；形镔|(zhì)增加離子的滲出在黃瓜[42-43]、蘆筍[44]和大豆[45]等許多植物上已有較多報(bào)道。在藻類中報(bào)道較少，蘆葦化感物質(zhì)可破壞銅綠微囊藻細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，李鋒民等[46]以藻類滲出的K、Mg2+、Ca2+濃度為表征，研究了蘆葦抑藻化感物質(zhì)2-甲基乙酰乙酸乙酯（cathyl-2-methyl acetoacetate，EMA）對(duì)銅綠微囊藻、蛋白核小球藻和普通小球藻細(xì)胞膜選擇透性的影響，結(jié)果表明：EMA破壞了銅綠微囊藻和蛋白核小球藻的細(xì)胞膜，但對(duì)普通小球藻的細(xì)胞膜透性沒(méi)有顯著影響。這是EMA選擇性抑藻的機(jī)制之一。同時(shí)胡洪營(yíng)等[47]人利用EMA對(duì)藻細(xì)胞膜和亞顯微結(jié)構(gòu)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)EMA使蛋白核小球藻和銅綠微囊藻細(xì)胞壁脫落，細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞內(nèi)含物滲出，細(xì)胞內(nèi)片層結(jié)構(gòu)解體，細(xì)胞核和線粒體結(jié)構(gòu)損壞。細(xì)胞膜中磷脂脂肪酸的種類與組成直接影響著細(xì)胞膜的流動(dòng)性和選擇透過(guò)性，從而影響細(xì)胞膜行使正常功能[48]。進(jìn)一步的研究表明，蘆葦中化感物質(zhì)能夠使銅綠微囊藻和蛋白核小球藻細(xì)胞膜中存在的主要脂肪酸被氧化，不飽和度增加，從而使細(xì)胞膜流動(dòng)性增強(qiáng)，對(duì)進(jìn)出細(xì)胞物質(zhì)的選擇性降低[20]。張庭廷等[49]人在研究亞油酸對(duì)銅綠微囊藻抑制機(jī)制時(shí)也發(fā)現(xiàn)藻細(xì)胞外液中電導(dǎo)率增加，可能是通過(guò)O2-的產(chǎn)生，引起細(xì)胞質(zhì)膜的膜質(zhì)過(guò)氧化，造成細(xì)胞膜通透性的改變。

細(xì)胞膜是細(xì)胞內(nèi)外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的重要屏障，細(xì)胞膜受損后不僅使細(xì)胞內(nèi)各個(gè)細(xì)胞器受到結(jié)構(gòu)和功能的破壞，而且細(xì)胞外物質(zhì)隨意進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)含物丟失，加速了藻細(xì)胞死亡。

3.2 對(duì)藻細(xì)胞光合作用的影響

光合作用是初級(jí)生產(chǎn)者最重要的生理生化過(guò)程，是藍(lán)藻生長(zhǎng)最重要的生理過(guò)程之一。一般認(rèn)為，藍(lán)藻具有強(qiáng)大的生命力主要?dú)w因于其有獨(dú)特的光合系統(tǒng)[50]。光合色素是光合作用中能量的捕獲者，藻體內(nèi)光合色素的含量是反映其光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

化感物質(zhì)能破壞葉綠體，引起葉綠體色素含量的變化，進(jìn)而引起藻類光合作用性能的改變[48]，從而抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)。唐萍等[51]研究了鳳眼蓮根系分泌物對(duì)柵藻結(jié)構(gòu)及代謝的影響，結(jié)果表明，分泌物對(duì)柵藻生長(zhǎng)有明顯影響，細(xì)胞中葉綠體片層腫脹甚至解體，光合放氧的速度明顯下降。王立新等[52]采用黑藻和銅綠微囊藻共同培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)方法，研究黑藻對(duì)銅綠微囊藻的抑制作用及其機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)黑藻使銅綠微囊藻藻體葉綠素a含量和光合速率急劇下降。李鋒民，胡洪營(yíng)等[53]研究EMA對(duì)銅綠微囊藻生理特性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)EMA能降低銅綠微囊藻的光合作用速率，促進(jìn)了銅綠微囊藻葉綠素a的降解，使其含量降低。另外，在N-苯基-2-萘胺作用下的普通小球藻的葉綠素水平明顯下降，并且隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素下降的水平更加顯著[54]。

藍(lán)藻除葉綠素外還包含類胡蘿卜素和藻膽蛋白等分子，化感物質(zhì)可對(duì)其進(jìn)行抑制。吳程等[55]在研究挺水型粉綠狐尾藻對(duì)銅綠微囊藻的化感抑藻效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)粉綠狐尾藻分泌化感物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻的葉綠素（Chl a）、藻藍(lán)蛋白（PC）及別藻藍(lán)蛋白（APC）的損傷程度存在差異，其中藻藍(lán)蛋白（尤其是APC）比Chl a更為敏感，說(shuō)明藻膽蛋白是粉綠狐尾藻化感物質(zhì)抑制銅綠微囊藻的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

3.3 對(duì)藻細(xì)胞內(nèi)酶活性的影響

酶的功能對(duì)生物體來(lái)說(shuō)是必不可少的，酶活性的強(qiáng)弱影響著藻類的生長(zhǎng)，因此，通過(guò)抑制酶的活性，可有效抑制藻類的生長(zhǎng)。

活性氧（ROS）是分子氧（O2）的一種還原態(tài)形式，它主要來(lái)源于激發(fā)態(tài)的氧所形成的O21或者是O2在得到1～3個(gè)電子后分別形成的超氧自由基（O2-）、過(guò)氧化氫（H2O2）、羥自由（OH·）[48]。ROS有超強(qiáng)的反應(yīng)活性，導(dǎo)致細(xì)胞的氧化損傷[56]。細(xì)胞在正常代謝下可產(chǎn)生一定的ROS，并通過(guò)被激活的抗氧化系統(tǒng)清除，但在大量產(chǎn)生ROS時(shí)，不僅可能超過(guò)細(xì)胞自主清除的能力范圍，而且可能破壞細(xì)胞的抗氧化系統(tǒng)。胞內(nèi)清除ROS主要的酶系包括超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過(guò)氧化酶（APX）、過(guò)氧化氫還原酶（CAT）。SOD與CAT或APX之間的平衡是保持細(xì)胞內(nèi)ROS處于穩(wěn)態(tài)水平的關(guān)鍵[57]。

目前已有研究表明，一些化感物質(zhì)可以對(duì)抗氧化酶系產(chǎn)生影響，最終使過(guò)量的ROS引起藻細(xì)胞內(nèi)一系列的氧化損傷過(guò)程，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。張庭廷等[36]報(bào)道了酚酸類物質(zhì)對(duì)水華魚腥藻、蛋白核小球藻抑制作用表現(xiàn)為藻細(xì)胞生長(zhǎng)量以及藻細(xì)胞葉綠素a含量下降、細(xì)胞內(nèi)超氧陰離子自由基增高以及膜脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）積累、細(xì)胞超氧化物歧化酶（SOD）的活力和比活力開(kāi)始時(shí)應(yīng)激性升高。酚酸類物質(zhì)化感抑制作用的機(jī)制可能與自由基的產(chǎn)生以及膜脂質(zhì)過(guò)氧化增加引起膜結(jié)構(gòu)的破壞、細(xì)胞功能受損有關(guān)[36]。陳國(guó)元等[58]也發(fā)現(xiàn)苦草能使銅綠微囊藻超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）活性呈現(xiàn)先增加后逐漸降低的趨勢(shì)，表明苦草釋放的化感物質(zhì)在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間積累后能夠明顯抑制銅綠微囊藻SOD和POD的活性，引起細(xì)胞的氧化損傷，從而導(dǎo)致藻類死亡。吳曉輝等[59]探討了沉水植物馬來(lái)眼子菜化感作用對(duì)斜生柵藻部分酶類的影響，結(jié)果表明，藻體在化感作用下通過(guò)改變酶活性、調(diào)整酶組成等來(lái)抵御化感作用帶來(lái)的活性氧（ROS）傷害。但藻體的細(xì)胞色素氧化酶（COD）的酶譜變化明顯，說(shuō)明化感作用在一定程度上影響了斜生柵藻的生物氧化過(guò)程。另外，鳳眼蓮根系分泌物使柵藻超氧物歧化酶（SOD）活性和比活性有激應(yīng)性升高，隨后又呈急劇下降趨勢(shì)；而過(guò)氧化物酶（POD）的活性則持續(xù)上升[51]。蘆葦化感物質(zhì)EMA在較低濃度時(shí)提高了銅綠微囊藻的過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶和脫氫酶的活性，而高濃度的EMA則顯著降低了這些酶活性，高濃度EMA能抑制銅綠微囊藻的抗氧化酶體系[53]。

化感物質(zhì)種類繁多而且性質(zhì)各異，誘發(fā)ROS產(chǎn)生可能是通過(guò)影響藻類光合作用電子傳遞過(guò)程而產(chǎn)出；也有可能是因化感物質(zhì)中具有氧化還原活性（redoxi-active）物質(zhì)參與了氧化還原循環(huán)，介導(dǎo)了ROS的產(chǎn)生；更有可能是在這兩種原因下共同引發(fā)ROS的產(chǎn)生。因此，闡明ROS產(chǎn)生的原因?qū)τ诮沂綬OS產(chǎn)生的部位以及對(duì)于化感物質(zhì)具體作用的靶點(diǎn)有重要意義。

4 展望

目前，研究者對(duì)水華藻類危害及生長(zhǎng)生理特性的認(rèn)識(shí)加深，對(duì)化感物質(zhì)抑藻的研究也在不斷深入，并一定程度上取得階段性研究成果，對(duì)利用化感物質(zhì)進(jìn)行抑藻有重要的指導(dǎo)意義。但化感物質(zhì)種類繁多，一些化感物質(zhì)具有選擇性和專一性，并且自然水體中影響藻生理代謝的因素眾多，因此，有必要從以下這些方面進(jìn)一步開(kāi)展研究，為充實(shí)化感作用的理論基礎(chǔ)和化感控藻技術(shù)的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

系統(tǒng)研究不同化感物質(zhì)對(duì)不同藻類生長(zhǎng)特性影響。目前的研究主要在單一化感物質(zhì)對(duì)藻類的抑制及化感物質(zhì)對(duì)某一種或分別對(duì)某幾種藻類的抑制作用?？筛鶕?jù)藻類的分類系統(tǒng)，選擇有代表性的藻類，研究化感物質(zhì)對(duì)其生長(zhǎng)特性的影響，從而揭示化感物質(zhì)抑藻選擇性的規(guī)律；同時(shí)根據(jù)物質(zhì)的聯(lián)合作用原理，選擇適當(dāng)?shù)亩喾N化感物質(zhì)，研究其協(xié)同抑藻作用效果，開(kāi)展多種化感物質(zhì)的聯(lián)合作用研究，為實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)作用。

開(kāi)展化感物質(zhì)的生態(tài)安全性評(píng)價(jià)，研究大劑量的化感物質(zhì)投加到自然水體及池塘中時(shí)除研究對(duì)有害藻類的影響外也要研究化感物質(zhì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響以及化感物質(zhì)控藻后的水體對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響等，這將有助于綜合、全面地評(píng)價(jià)化感物質(zhì)抑藻應(yīng)用的生態(tài)安全。

研究化感物質(zhì)在水體中的降解特性。由于化感物質(zhì)在水體中抑藻作用持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短能直接影響其在藻類控制領(lǐng)域的應(yīng)用，因此有必要研究化感物質(zhì)在水體中降解時(shí)長(zhǎng)等。另外，自然水體中大型沉水植物分泌的化感物質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于各類物質(zhì)EC50濃度[26，60]，在實(shí)驗(yàn)中及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)使用的大劑量的化感物質(zhì)的降解過(guò)程，是否超出的自然水體的降解能力，是否在水體中有殘留等等都需要做出明確研究。

化感物質(zhì)抑藻機(jī)制的深入研究。需要研究化感物質(zhì)進(jìn)入藻細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化途徑及研究化感物質(zhì)在藻細(xì)胞內(nèi)的作用靶點(diǎn)等，因此還需要與分子生物學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科結(jié)合，在分子或基因水平上，從化感物質(zhì)及藻類兩方面進(jìn)一步進(jìn)行抑藻機(jī)制研究?？傊?，將植物化感作用應(yīng)用于水華藻類的生態(tài)治理，需要從化感物質(zhì)對(duì)藻類生長(zhǎng)特性影響、化感物質(zhì)聯(lián)合應(yīng)用、化感物質(zhì)對(duì)應(yīng)用水域的生態(tài)安全性、化感物質(zhì)在環(huán)境中的降解特性及化感物質(zhì)抑藻機(jī)制等多個(gè)方面做更為深入、系統(tǒng)和全面的研究。

[1]金相燦，李兆春，鄭朔方，等.銅綠微囊藻生長(zhǎng)特性研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2004，17（1）：52-61.

[2]張兵之.伊樂(lè)藻對(duì)銅綠囊藻化感作用研究[D].武漢:中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，2007：28-34.

[3]金相燦.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究中的主要科學(xué)問(wèn)題:代“湖泊富營(yíng)養(yǎng)化研究”專欄序言[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（1）：21-23.

[4]孫文浩，余叔文.相生相克效應(yīng)及其應(yīng)用[J].植物生理學(xué)通訊，1992，28（2）：81-87.

[5]孟麗華，劉義新.利用植物化感作用抑制銅綠微囊藻的研究進(jìn)展[J].中國(guó)給水排水，2008，24（20）：7-9，14.

[6]Rice E L.Allelopathy：2nd edition[M].London：Academic Press，1984.

[7]Nakai S，Inoue Y，Hosomi M，et al.Growth inhibition of blue-green algae by allelopathic effects of marophytes[J].Water Scicence Techology，1999，39（8）：47-53.

[8]Della Greca M，Monaco P，Previtera L，et al.Allelochemical activity of phenylpropanes from Acorus gramineus[J].Phytochemistry，1989，28（9）：2319-2321.

[9]何池全，葉居新.石菖蒲（Acorus tatarinowii）克藻效應(yīng)的研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19（5）：754-758.

[10]戴樹(shù)桂，趙凡，金朝暉，等.香蒲植物提取物的抑藻作用及其分離鑒定[J].環(huán)境化學(xué)，1997，16（3）：268-271.

[11]門玉潔，胡洪營(yíng)，李鋒民.在蘆葦化感組分對(duì)斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）生長(zhǎng)特性的影響[J].生態(tài)環(huán)境，2006，15（5）：925-929.

[12]胡廷尖，王雨辰，陳豐剛，等.鳳眼蓮對(duì)銅綠微囊藻的化感抑制作用研究[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2010，3（6）：47-51.

[13]劉光濤，周長(zhǎng)芳，孫利芳，等.鳳眼蓮化感物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻、斜生柵藻生長(zhǎng)及細(xì)胞數(shù)相對(duì)比例的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（10）：2303-2311.

[14]鄧然，張永麗.大麥秸稈化感作用方法對(duì)農(nóng)村飲水水源的藻類控制分析[J].實(shí)驗(yàn)與技術(shù)，2008，24（2）：99-102.

[15]梁倩華，章群，范曉軍，等.應(yīng)用大麥稈控制原水藍(lán)藻生長(zhǎng)的初步研究[J].生態(tài)科學(xué)，2006，25（2）：122-123.

[16]張余霞，張玲，高興，等.水稻（Oryza sativa L.）秸稈浸提液對(duì)銅綠微囊藻的抑制作用[J].湖泊科學(xué)，2007，19（4）：479-484.

[17]張薛，胡洪營(yíng).橘皮水提液對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的抑制效果研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（5）：43-48.

[18]孔垂華，胡飛.植物化感（相生相克）作用及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[19]倪利曉，陳世金，任高翔，郝向陽(yáng).陸生植物化感作用的抑藻研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（6-7）：1176-1182.

[20]LI F M，HU H Y.Isolation and characterization of a novel antialgal allelochemical from Phragmites communis[J].Applied and Environmental Microbiology，2005，71（11）：6545-6553.

[21]KORNER S，NICKLISCH A.Allelopathic growth inhibition of selected phytoplankton species by submerged macrophytes [J].Journal of Phycology，2002，38（5）：86-871.

[22]GROSS E M，MEYER H，SCHILLING G.Release and ecological impact of algicidal hydrolysable polyphenols in Myriophyllum spicatum[J].Phytochemistry，1996（41）：133-138.

[23]PLANAS D，SARHAN F，DUBE L，et al.Ecological significance of phenolic compounds of Myriophyllum spicatum[J]. VerhandlungenInternationaleVereinigungLimnologie，1981（21）：1492-1496.

[24]DELLA GRECA M，F(xiàn)IORENTION A，ISIDORI M，et al. Antialgal ent-labdane diterpenes fromRuppia maritime[J]. Phytochemistry，2000（55）：909-913.

[25]王紅強(qiáng)，朱慧杰，張麗萍，等.伊樂(lè)藻中有機(jī)酸的GC-MS分析及其抑藻作用研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（7）：23-26.

[26]Nakai S，Inoue Y，Hosomi M，et al.Myriophyllum spicatum-released allelopathic polyphenols inhibiting growth of blue-green algae Microcystis aeruginosa[J].Water Research，2000，34（11）：3026-3032.

[27]Nakai S，Yamada S，Hosomi M.Anti-cyanobacterial fatty acids released from Myriophyllum spicatum[J].Hydrobiologia，2005，543：71-78.

[28]Inderjit J，Streibig C，Olofsdotter M，et al.Joint action of phenolic acid mixtures and its significance in allelopathy research[J].Physiol Plant，2002，114（3）：422-428.

[29]須海麗.植物化感作用研究中亟待解決的問(wèn)題綜述[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，2008（8）：92-95.

[30]WANG H Q，WU Z B，ZHANG S H，et al.Relationship between the allelopathic activity and molecular structure of hydroxylderivativesofbenzoicacidandtheireffectson cyanobacterium Microcystis aeruginosa[J].Allelopathy Journal，2008，22（1）：205-212.

[31]高云霓，劉碧云，王靜，等.苦草（Vallisneria spiralis）釋放的酚酸類物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）的化感作用[J].湖泊科學(xué)，2011，23（5）：761-766.

[32]胡陳艷，葛芳杰，張勝花，等.馬來(lái)眼子菜體內(nèi)抑藻物質(zhì)分離及常見(jiàn)脂肪酸抑藻效應(yīng)[J].湖泊科學(xué)，2010，22（4）：569-576.

[33]倪利曉，任高翔，陳世金，等.酚酸和不飽和脂肪酸對(duì)銅綠微囊藻的聯(lián)合作用[J].環(huán)境化學(xué)，2011，30（8）：1428-1432.

[34]何宗祥，張庭廷.兩種化感物質(zhì)聯(lián)合抑藻的模型建立及數(shù)學(xué)最優(yōu)化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（8）：1894-1901.

[35]鄭春艷，張哲，胡威，等.三種化感物質(zhì)對(duì)水華混合藻類以及多刺裸腹蚤的毒性作用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2010，30（5）：710-715.

[36]張庭廷，吳安平，何梅，等.酚酸類物質(zhì)對(duì)水華藻類的化感作用及其機(jī)制[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2007，27（4）：472-476.

[37]RIDGE I，WALTERS J，STREET M.Algal growth control byterrestrialleaflitter：arealistictool[J].Hydrobiologia，1999，395-396：173-180.

[38]BALL A S，WILLIAMS M，VINCENT D，et al.Algal growth control by a barley straw extract[J].Bioresource Technology，2001，77（2）：177-181.

[39]梁倩華，章群，范曉軍，等.應(yīng)用大麥稈控制原水藍(lán)藻生長(zhǎng)的初步研究[J].生態(tài)科學(xué)，2006，25（2）：122-123.

[40]王金發(fā).細(xì)胞生物學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003：53-57. [41]GROSS E M.Allelopathy of aquaticautotrophs[J].Critical Reviews in Plant Sciences，2003，22（3-4）：313-339.

[42]Politycka B.Peroxidase activity and lipid peroxidation in roots of cucumber seedlings influenced by derivatives of cinnamic and benzoic acids[J].Acta Physiologiae Plantarum，1996，18（4）：365-370.

[43]Yu J Q，Matsui Y.Effects of root exudtes of cucumber（Cucumis sativus L.）and allelochemicals on ion uptake by cucumber seedlings[J].J Chen Ecol，1997，23（3）：817-827.

[44]Hartung AC，Putnam AR，Stephens CT.Inhibitory activity of asparagus root tissue and extracts on asparagus seedlings[J]. Journal of American society for Horticultural Science，1989（114）：144-148.

[45]Baziramakenga R，Leroux GD，Simard RR.Effects of benzoic and cinnamic acid on growth，mimeral composition and chlorophyll content of soybean[J].J Chem Ecol，1995（20）：2821-2833.

[46]李鋒民，胡洪營(yíng)，種云霄，等.蘆葦化感物質(zhì)對(duì)藻類細(xì)胞膜選擇透性的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（11）：2453-2456.

[47]李鋒民，胡洪營(yíng)，種云霄，等.2-甲基乙酰乙酸乙酯對(duì)藻細(xì)胞膜和亞顯微結(jié)構(gòu)的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2007，28（7）：1534-1538.

[48]魯志營(yíng)，高云霓，劉碧云，等.水生植物化感抑藻作用機(jī)制研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（7）：64-69.

[49]張庭廷，鄭春艷，何梅，等.亞油酸對(duì)銅綠微囊藻的抑制機(jī)理[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2009，29（4）：419-424.

[50]Polle A.Dissecting the superoxide dismutase-ascorbate peroxidase-glutathione pathway in chloroplasts by metabolicmodeling：computer simulations as a step towards flux analysis [J].Plant Physiol，2001（126）：445-462.

[51]唐萍，吳國(guó)榮，陸長(zhǎng)梅，等.鳳眼蓮根系分泌物對(duì)柵藻結(jié)構(gòu)及代謝的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20（3）：355-359.

[52]王立新，吳國(guó)榮，王建安，等.黑藻對(duì)銅綠微囊藻的抑制作用[J].2004，16（4）：337-342.

[53]李鋒民，胡洪營(yíng)，種云霄，等.蘆葦化感物質(zhì)EMA對(duì)銅綠微囊藻生理特性的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2007，27（3）：377-381.

[54]Qian H F，Xu X Y，Chen W.Allelochemical stress causes oxidative damage and inhibition of photosynthesis in Chlorella vulgaris[J].Chemosphere，2009（75）：368-375.

[55]吳程，常學(xué)秀，董紅娟，等.粉綠狐尾藻（Myriphyllum aquaticum）對(duì)銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）的化感抑制效應(yīng)及其生理機(jī)制[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（6）：2595-2603.

[56]Asada K.The water-water cycle in chloroplasts：scavenging of active oxygen and dissipation of excess photons[J].AnnuRev Plant Physiol Plant Mol Biol，1999（50）：601-639.

[57]Polle A.Dissecting the superoxide dismutase-ascorbate peroxidase-glutathione pathway in chloroplasts by metabolic modeling：computer simulations as a step towards flux analysis [J].Plant Physiol，2001（126）：445-462.

[58]陳國(guó)元，李青松，黃曉鳴，等.不同質(zhì)量濃度苦草對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)及抗氧化酶系統(tǒng)的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（11）：4107-4112.

[59]吳曉輝，張兵之，鄧平，等.馬來(lái)眼子菜化感作用對(duì)斜生柵藻同工酶的影響[J].武漢植物學(xué)研究，2007，25（5）：479-483.

[60]Duarte C M，Kalff J.Biomass density and the relationship between submerged macrophyte biomass and plant growth form [J].Hydrobiologia，1990（196）：17-23.

The study on mechanism of the allelopathy in algals inhibition

Hu Lijing，Xiao Yanyi，Liu Tengfei，Hu Kun，Yang Xianle
（State Collection Center of Aquatic Pathogen，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

This paper not only describes the allelopathy of plants and allelochemical's components，but also previews the combined effect of algals inhibition using different allelochemicals and its function principle.Still，it puts forward prospect on the study and application about allelochemical in this paper and it also lays the foundation for understanding the work next step，which aims at providing a theoretical basis for drug's research and development.

plants；allelopathy；algals inhibition；principle

10.3969/j.issn.1004-2091.2016.10.008

Q176

A

1004-2091（2016）10-0041-07

2016-03-05）

863項(xiàng)目魚蝦用疫苗與藥物研究開(kāi)發(fā)（2011AA10A216）；上海高校知識(shí)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目（ZF1206）

胡利靜（1989-），女，碩士研究生，研究方向水產(chǎn)動(dòng)物醫(yī)學(xué).E-mail：1163144417@qq.com

，楊先樂(lè)（1948-），教授，主要從事水產(chǎn)動(dòng)物醫(yī)學(xué)研究工作.E-mail：xlyang@shou.edu.cn