浮萍生物質資源利用研究進展

王清春 劉玉升

摘要：浮萍科植物是最簡單的水生漂浮植物之一，生長速度快，營養價值高，表現出巨大的利用潛力。本文對浮萍的飼用價值、能源開發利用價值、藥用價值進行綜述，以為其進一步開發利用提供參考。

關鍵詞：浮萍；營養成分；飼用價值；能源開發利用價值；藥用價值

中圖分類號：S93文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0152-05

浮萍科植物屬單子葉植物綱天南星目浮萍科，為世界上最小的開花植物，共4屬（青萍屬Lemna、無根萍屬Wolffiella、蕪萍屬Wolffia、紫萍屬Spirodela）約40種[1，2]。各屬植株均較小，一般為幾毫米，最長只有幾十毫米。常廣泛分布于相對平緩的水面，如：水田、湖泊、水塘等，通過葉狀體或根從水中吸收營養物質[3]。

浮萍營養豐富，具有較高的飼用價值和藥用價值[4]，可用于提供優質廉價的蛋白質、開發新能源、制造藥品等[5]。此外，浮萍能對污水中的氮、磷進行吸收凈化，降解水中重金屬等有毒物質[6]，同時，還能產生比玉米多5～6倍的淀粉，這使得浮萍有望成為一種新型生物能源[7]。

1浮萍的營養成分和飼用價值

1.1浮萍的營養成分

鮮浮萍含水量為86%～97%，粗纖維含量低，而粗蛋白和胡蘿卜素含量高。在理想環境條件下，浮萍粗蛋白可達干物質的26.3%～45.5%[8]，粗纖維含量只有5%～15%[9]。浮萍氨基酸含量豐富，其賴氨酸和蛋氨酸高于多數植物蛋白，其中賴氨酸是動物第一限制性氨基酸[10]。同時浮萍中有豐富的微量元素和色素，特別是葉黃素和胡蘿卜素。因此，浮萍不但可以直接作為畜禽飼料，加工后還可作為魚類、家禽家畜的配合飼料蛋白源[11]。浮萍的飼養系數為30左右[12]，且其氨基酸模式非常理想，接近動物蛋白，可以被動物高效利用，可作為水產動物、畜禽的飼料補充來源（蛋白質、磷、其他礦質元素，維生素A、B家族等）[3]。

1.2浮萍的飼用價值

1.2.1浮萍在養魚中的應用孟加拉和以色列是以浮萍為飼料養魚較早的國家，當地農民用畜牧和生活污水養殖浮萍飼喂魚類，獲得了良好的生態和經濟效益，并且還將干浮萍以飼料添加劑的方式出口歐洲來獲得收入[13，14]。吳宗文等[15] 指出用浮萍配合人工餌料飼喂魚類可以促進魚類快速生長，縮短養殖周期，降低生產成本。郭國強[16] 表明浮萍作為天然青飼料，富含各種維生素，可與顆粒飼料結合營養互補，滿足草魚在池塘集約化養殖過程中對維生素的需求。梁長輝[17] 指出浮萍是草魚種階段最喜食的主要飼料，用浮萍培育的草魚成活率高、產量高、成本低，具有較高的經濟效益。黃家南[18] 經研究發現：50～60 kg鮮浮萍可使150～200尾1 kg左右的草魚增重25～30 kg，繁殖成本僅25～30元，相當于生產每公斤草魚的成本為1元，而產值在10～15元，效益可觀。李述銀等[19] 將浮萍作為輔料與“菜籽餅”粉、玉米粉等飼料混勻發酵喂食巴西鯛，可有效改善巴西鯛的消化率，提高其對粗纖維的利用率。李貴雄[20] 用浮萍作飼料喂食鳊魚，提高了鳊魚的成活率，取得了良好的經濟效益。 Hassan和Edwards用不同分量的浮萍干物質飼喂羅非魚，發現浮萍飼喂量干物質<40 g/kg時，每千克鮮魚日增重量隨著浮萍飼喂量的增加而增加；但當干物質>40 g/kg時，羅非魚死亡率隨浮萍飼喂量的增加而增加，日增重隨之而減少[3] ，其原因可能是由于水體富營養化造成的，也可能是由于過量食用浮萍導致的。

Skillicom等[9] 指出將浮萍添加到淡水中，不僅可以作為淡水魚的飼料，還可以清潔水源 。一方面，這可能與浮萍對有機砷或無機砷有較強的富集能力有關，而有機砷飼料添加劑具有促進動物生長、抗寄生蟲害、改善動物生活品質等作用[21] ；另一方面，浮萍未經加工時顆粒大小更適合魚類口徑，其適口性好，為魚類所喜食。王付民等[22] 研究表明浮萍對洛克沙胂有較強的富集能力，可以解決有機胂飼料添加劑對魚塘水體的污染問題。朱彤[23] 還表明，浮萍不僅可作為餌料飼養魚類，而且對于防治草魚爛鮑病、腸炎病和赤皮病效果顯著。所以，新鮮浮萍非常適合魚類集約化生產。

1.2.2浮萍在畜禽飼養上的應用浮萍替代傳統蛋白質源對畜禽的作用已經研究得到認可，其在豬、肉雞、肉鴨等生產中的應用也取得了較好效果。

浮萍的蛋白質含量可與大豆相當，產量遠超過大豆，其蛋白質成本明顯優于傳統飼料蛋白質源，如魚粉、大豆粉[5] 。伊利諾大學的一項研究證明，浮萍用于豬飼料，會是日糧中很好的蛋白質源。Stein 博士測定了浮萍濃縮蛋白飼喂生長豬的能量、磷和氨基酸的消化率，證明了浮萍濃縮蛋白中的各種氨基酸可以很好地被豬消化，且若將浮萍濃縮蛋白用于豬日糧中，日糧氨基酸消化率和能量值都不會受到影響[24] 。

孔春林等[5] 研究發現用浮萍替代大豆餅作為仔雞飼料蛋白源，效果與大豆餅相當；適量浮萍對蛋雞產蛋率、蛋單重沒有影響。許萬祥[25] 在肉雞日糧中按每千克100 g的比例添加干浮萍粉，發現雞增重和飼料報酬均未受到影響。在越南，人們利用富營養化的水生產的新鮮浮萍和木薯廢料來飼喂鴨子，可使鴨子的增重和肉質均達到較高水平[3] 。

此外，盧仲春[26] 曾指出利用鮮浮萍飼喂馴化過的牛蛙，可以彌補長期投喂單一飼料造成的營養不良，且因浮萍個體小，大小均一，平鋪水面，適合喂牛蛙。鄭燕玲等[27] 用鮮浮萍飼喂黃粉蟲幼蟲，結果顯示黃粉蟲幼蟲對鮮浮萍的適口性良好，以鮮浮萍∶麥麩為65%∶35%時飼養效果最好，成本最低，且不影響黃粉蟲飼喂周期、產量和質量。

2浮萍的能源開發利用價值

隨著化石能源匱乏和生態環境負荷日益加大，各國已把替代能源的發展作為實現可持續發展的重要能源政策。浮萍作為一種極具開發潛力的能源植物，不爭農田，不爭肥[28] ，已經在乙醇發酵、沼氣生產等方面得到肯定。

2.1利用浮萍生產乙醇

浮萍生物質可轉換成乙醇，其可行性主要取決于浮萍中淀粉的積累。近年來，國內外學者采用“轉錄組學”技術闡述了浮萍淀粉快速高效合成機制[29，30]。Cheng等[31]研究表明利用現有的成熟生產工藝，浮萍淀粉可以低成本地轉化為燃料乙醇。理論上，浮萍每克淀粉能得到0.511 g乙醇[32]。Xu 等[33]研究發現利用浮萍生產乙醇平均產量可達8～14 t/hm2，是玉米的4～7倍，表現出較強優勢。

薛慧玲等[34]指出采用浮萍全渣或浮萍水解物固體渣進行乙醇發酵的效果均不理想，這可能與浮萍成分中含有木樨素、芹菜素等物質的抑菌作用有關。但利用浮萍水解液進行乙醇發酵，發酵效率明顯提高，可達91.83%。所以對浮萍水解液進行固液分離，采用可溶性糖進行發酵，可促進乙醇發酵。

2.2利用浮萍生產其他能源

浮萍因具有超強的適應性和變異性，使其生物質能源生產和環境污染治理的結合成為可能。目前，科研人員稱：利用現代生物技術，有望構建“污水-浮萍-高油工程微藻-生物柴油”的可持續生產體系[35]。2013年，美國普林斯頓大學Richard等報道了利用現有技術設計合成了浮萍制交通燃料，其成本與石油相比具有較大優勢[36]。

同樣，利用浮萍發酵生產沼氣的研究也已有報道：Clark和Hillman[37]在半連續的試驗中，向厭氧反應器中添加浮萍，產氣量可提高44%左右。猶他大學實驗室對浮萍成分進行分析后指出，在理想條件下，每克干浮萍可產甲烷量為0.476 L[1]。美國密歇根大學對水葫蘆和浮萍進行厭氧消化試驗，發現這兩種水草所產沼氣比其他生物質所產沼氣的熱值高[38]。

目前，針對浮萍的能源開發利用方面，以中國科學院為主的多家研發單位已經在浮萍的種質資源收集、分子鑒定、高淀粉品種選育及分子育種等浮萍高效能源化利用關鍵技術的大量研究上取得了重要進展。

3浮萍的藥用價值

《中華藥典》2000年版有記載：浮萍宣散風熱，透疹，利尿。用于麻疹不透，風疹瘙癢，水腫尿少。印萬芬[39]指出浮萍味辛、性寒，有消腫、解毒等功效。Stomp等曾預測用浮萍生產藥用蛋白，效益可觀[40]。

現代醫學研究顯示，浮萍對心血管系統有一定的影響作用。1%浮萍煎劑對奎寧引起的蛙心衰弱有強心作用，但劑量過大時，會使心跳停止在舒張期。此外，浮萍還有收縮血管和升血壓的作用[41]。浮萍具有利尿作用，凌云等[42]用大鼠代謝籠法進行試驗，表明適宜劑量的青萍、紫萍均有明顯的利尿效果。紫萍的利尿作用時間較青萍稍長，可持續3～4 h，且浮萍對尿液的pH值沒有影響。浮萍具有解熱作用，用青萍煎劑或者浸劑2 g對靜注傷寒混合菌苗所致發熱的家兔進行生藥灌胃，結果顯示其有微弱的解熱作用[41]。纏雙鸞等[43]研制的以槐米和浮萍為主藥的槐米浮萍膠囊能有效治療因手術、骨折等因素所導致的下肢深靜脈血栓。

浮萍提取物可治療某些疾?。河酶∑继崛∫褐频玫娜~綠素銅鈉，對傳染性肝炎、慢性腎炎、急性胰腺炎、灼燒具有治療作用[44]。彭亮等[45]用MTT比色法篩選紫萍提取物作用于內皮細胞的安全劑量，建立H2O2對內皮細胞的氧化損傷模型，結果顯示紫萍提取物可以有效保護內皮細胞免受氧化損傷。用桂枝、浮萍湯可有效治療蕁麻疹，且治愈后復發率低[46]。劉桂華等[47]進行了用浮萍散治療痤瘡的研究，結果證明浮萍可消退皮疹、色斑，且不留痕跡，具有在美容方面開發的潛力；牟寬厚等[48]稱紫萍乙醇提取物在0～250 μg/mL劑量下，可以促進黑素細胞生長，從而為紫萍治療白癜風提供了理論依據；此外，浮萍中黃酮含量豐富，通過提取其活性物質，可在藥物生產上表現巨大潛力[49]。

4結論

浮萍營養豐富、易收獲、分布廣泛，尤其在溫熱地區四季皆產，是可以適用于多種研究和應用的新型生物材料。目前，國內浮萍研究領域已細化到生態群落、成分測定、污水處理、組學研究等方面[50，51]。國外學者也反復強調浮萍清潔污水和為世界供應食物方面具有巨大潛力。但鑒于浮萍大多生長于富營養化的污水中，且對Cu、Pb、Hg、Zn有較強的富集作用，可能會造成動物食用后重金屬在體內積累的現象，給食品安全帶來風險，所以今后的研究應注重浮萍作為飼料的安全性評估、重金屬的去路和轉化機理、作為飼料的最佳用量等方面，保證浮萍食用安全性。其次，現國內大部分浮萍塘處于無管理狀態，被打撈的浮萍被隨意丟棄后腐爛變質，嚴重影響其各方面價值的實現，且污染環境，所以今后的研究還應關注浮萍處理系統的全過程管理，進一步尋找浮萍生物質的其他理想利用途徑，將浮萍的環境治理作用和經濟效益完美結合起來。

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