浮萍生物质资源利用研究进展

摘要：浮萍科植物是最简单的水生漂浮植物之一，生长速度快，营养价值高，表现出巨大的利用潜力。本文对浮萍的饲用价值、能源开发利用价值、药用价值进行综述，以为其进一步开发利用提供参考。

关键词：浮萍；营养成分；饲用价值；能源开发利用价值；药用价值

中图分类号：S93文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）06-0152-05

浮萍科植物属单子叶植物纲天南星目浮萍科，为世界上最小的开花植物，共4属（青萍属Lemna、无根萍属Wolffiella、芜萍属Wolffia、紫萍属Spirodela）约40种[1，2]。各属植株均较小，一般为几毫米，最长只有几十毫米。常广泛分布于相对平缓的水面，如：水田、湖泊、水塘等，通过叶状体或根从水中吸收营养物质[3]。

浮萍营养丰富，具有较高的饲用价值和药用价值[4]，可用于提供优质廉价的蛋白质、开发新能源、制造药品等[5]。此外，浮萍能对污水中的氮、磷进行吸收净化，降解水中重金属等有毒物质[6]，同时，还能产生比玉米多5～6倍的淀粉，这使得浮萍有望成为一种新型生物能源[7]。

1浮萍的营养成分和饲用价值

1.1浮萍的营养成分

鲜浮萍含水量为86%～97%，粗纤维含量低，而粗蛋白和胡萝卜素含量高。在理想环境条件下，浮萍粗蛋白可达干物质的26.3%～45.5%[8]，粗纤维含量只有5%～15%[9]。浮萍氨基酸含量丰富，其赖氨酸和蛋氨酸高于多数植物蛋白，其中赖氨酸是动物第一限制性氨基酸[10]。同时浮萍中有丰富的微量元素和色素，特别是叶黄素和胡萝卜素。因此，浮萍不但可以直接作为畜禽饲料，加工后还可作为鱼类、家禽家畜的配合饲料蛋白源[11]。浮萍的饲养系数为30左右[12]，且其氨基酸模式非常理想，接近动物蛋白，可以被动物高效利用，可作为水产动物、畜禽的饲料补充来源（蛋白质、磷、其他矿质元素，维生素A、B家族等）[3]。

1.2浮萍的饲用价值

1.2.1浮萍在养鱼中的应用孟加拉和以色列是以浮萍为饲料养鱼较早的国家，当地农民用畜牧和生活污水养殖浮萍饲喂鱼类，获得了良好的生态和经济效益，并且还将干浮萍以饲料添加剂的方式出口欧洲来获得收入[13，14]。吴宗文等[15] 指出用浮萍配合人工饵料饲喂鱼类可以促进鱼类快速生长，缩短养殖周期，降低生产成本。郭国强[16] 表明浮萍作为天然青饲料，富含各种维生素，可与颗粒饲料结合营养互补，满足草鱼在池塘集约化养殖过程中对维生素的需求。梁长辉[17] 指出浮萍是草鱼种阶段最喜食的主要饲料，用浮萍培育的草鱼成活率高、产量高、成本低，具有较高的经济效益。黄家南[18] 经研究发现：50～60 kg鲜浮萍可使150～200尾1 kg左右的草鱼增重25～30 kg，繁殖成本仅25～30元，相当于生产每公斤草鱼的成本为1元，而产值在10～15元，效益可观。李述银等[19] 将浮萍作为辅料与“菜籽饼”粉、玉米粉等饲料混匀发酵喂食巴西鲷，可有效改善巴西鲷的消化率，提高其对粗纤维的利用率。李贵雄[20] 用浮萍作饲料喂食鳊鱼，提高了鳊鱼的成活率，取得了良好的经济效益。 Hassan和Edwards用不同分量的浮萍干物质饲喂罗非鱼，发现浮萍饲喂量干物质<40 g/kg时，每千克鲜鱼日增重量随着浮萍饲喂量的增加而增加；但当干物质>40 g/kg时，罗非鱼死亡率随浮萍饲喂量的增加而增加，日增重随之而减少[3] ，其原因可能是由于水体富营养化造成的，也可能是由于过量食用浮萍导致的。

Skillicom等[9] 指出将浮萍添加到淡水中，不仅可以作为淡水鱼的饲料，还可以清洁水源 。一方面，这可能与浮萍对有机砷或无机砷有较强的富集能力有关，而有机砷饲料添加剂具有促进动物生长、抗寄生虫害、改善动物生活品质等作用[21] ；另一方面，浮萍未经加工时颗粒大小更适合鱼类口径，其适口性好，为鱼类所喜食。王付民等[22] 研究表明浮萍对洛克沙胂有较强的富集能力，可以解决有机胂饲料添加剂对鱼塘水体的污染问题。朱彤[23] 还表明，浮萍不仅可作为饵料饲养鱼类，而且对于防治草鱼烂鲍病、肠炎病和赤皮病效果显著。所以，新鲜浮萍非常适合鱼类集约化生产。

1.2.2浮萍在畜禽饲养上的应用浮萍替代传统蛋白质源对畜禽的作用已经研究得到认可，其在猪、肉鸡、肉鸭等生产中的应用也取得了较好效果。

浮萍的蛋白质含量可与大豆相当，产量远超过大豆，其蛋白质成本明显优于传统饲料蛋白质源，如鱼粉、大豆粉[5] 。伊利诺大学的一项研究证明，浮萍用于猪饲料，会是日粮中很好的蛋白质源。Stein 博士测定了浮萍浓缩蛋白饲喂生长猪的能量、磷和氨基酸的消化率，证明了浮萍浓缩蛋白中的各种氨基酸可以很好地被猪消化，且若将浮萍浓缩蛋白用于猪日粮中，日粮氨基酸消化率和能量值都不会受到影响[24] 。

孔春林等[5] 研究发现用浮萍替代大豆饼作为仔鸡饲料蛋白源，效果与大豆饼相当；适量浮萍对蛋鸡产蛋率、蛋单重没有影响。许万祥[25] 在肉鸡日粮中按每千克100 g的比例添加干浮萍粉，发现鸡增重和饲料报酬均未受到影响。在越南，人们利用富营养化的水生产的新鲜浮萍和木薯废料来饲喂鸭子，可使鸭子的增重和肉质均达到较高水平[3] 。

此外，卢仲春[26] 曾指出利用鲜浮萍饲喂驯化过的牛蛙，可以弥补长期投喂单一饲料造成的营养不良，且因浮萍个体小，大小均一，平铺水面，适合喂牛蛙。郑燕玲等[27] 用鲜浮萍饲喂黄粉虫幼虫，结果显示黄粉虫幼虫对鲜浮萍的适口性良好，以鲜浮萍∶麦麸为65%∶35%时饲养效果最好，成本最低，且不影响黄粉虫饲喂周期、产量和质量。

2浮萍的能源开发利用价值

随着化石能源匮乏和生态环境负荷日益加大，各国已把替代能源的发展作为实现可持续发展的重要能源政策。浮萍作为一种极具开发潜力的能源植物，不争农田，不争肥[28] ，已经在乙醇发酵、沼气生产等方面得到肯定。

2.1利用浮萍生产乙醇

浮萍生物质可转换成乙醇，其可行性主要取决于浮萍中淀粉的积累。近年来，国内外学者采用“转录组学”技术阐述了浮萍淀粉快速高效合成机制[29，30]。Cheng等[31]研究表明利用现有的成熟生产工艺，浮萍淀粉可以低成本地转化为燃料乙醇。理论上，浮萍每克淀粉能得到0.511 g乙醇[32]。Xu 等[33]研究发现利用浮萍生产乙醇平均产量可达8～14 t/hm2，是玉米的4～7倍，表现出较强优势。

薛慧玲等[34]指出采用浮萍全渣或浮萍水解物固体渣进行乙醇发酵的效果均不理想，这可能与浮萍成分中含有木樨素、芹菜素等物质的抑菌作用有关。但利用浮萍水解液进行乙醇发酵，发酵效率明显提高，可达91.83%。所以对浮萍水解液进行固液分离，采用可溶性糖进行发酵，可促进乙醇发酵。

2.2利用浮萍生产其他能源

浮萍因具有超强的适应性和变异性，使其生物质能源生产和环境污染治理的结合成为可能。目前，科研人员称：利用现代生物技术，有望构建“污水-浮萍-高油工程微藻-生物柴油”的可持续生产体系[35]。2013年，美国普林斯顿大学Richard等报道了利用现有技术设计合成了浮萍制交通燃料，其成本与石油相比具有较大优势[36]。

同样，利用浮萍发酵生产沼气的研究也已有报道：Clark和Hillman[37]在半连续的试验中，向厌氧反应器中添加浮萍，产气量可提高44%左右。犹他大学实验室对浮萍成分进行分析后指出，在理想条件下，每克干浮萍可产甲烷量为0.476 L[1]。美国密歇根大学对水葫芦和浮萍进行厌氧消化试验，发现这两种水草所产沼气比其他生物质所产沼气的热值高[38]。

目前，针对浮萍的能源开发利用方面，以中国科学院为主的多家研发单位已经在浮萍的种质资源收集、分子鉴定、高淀粉品种选育及分子育种等浮萍高效能源化利用关键技术的大量研究上取得了重要进展。

3浮萍的药用价值

《中华药典》2000年版有记载：浮萍宣散风热，透疹，利尿。用于麻疹不透，风疹瘙痒，水肿尿少。印万芬[39]指出浮萍味辛、性寒，有消肿、解毒等功效。Stomp等曾预测用浮萍生产药用蛋白，效益可观[40]。

现代医学研究显示，浮萍对心血管系统有一定的影响作用。1%浮萍煎剂对奎宁引起的蛙心衰弱有强心作用，但剂量过大时，会使心跳停止在舒张期。此外，浮萍还有收缩血管和升血压的作用[41]。浮萍具有利尿作用，凌云等[42]用大鼠代谢笼法进行试验，表明适宜剂量的青萍、紫萍均有明显的利尿效果。紫萍的利尿作用时间较青萍稍长，可持续3～4 h，且浮萍对尿液的pH值没有影响。浮萍具有解热作用，用青萍煎剂或者浸剂2 g对静注伤寒混合菌苗所致发热的家兔进行生药灌胃，结果显示其有微弱的解热作用[41]。缠双鸾等[43]研制的以槐米和浮萍为主药的槐米浮萍胶囊能有效治疗因手术、骨折等因素所导致的下肢深静脉血栓。

浮萍提取物可治疗某些疾病：用浮萍提取液制得的叶绿素铜钠，对传染性肝炎、慢性肾炎、急性胰腺炎、灼烧具有治疗作用[44]。彭亮等[45]用MTT比色法筛选紫萍提取物作用于内皮细胞的安全剂量，建立H2O2对内皮细胞的氧化损伤模型，结果显示紫萍提取物可以有效保护内皮细胞免受氧化损伤。用桂枝、浮萍汤可有效治疗荨麻疹，且治愈后复发率低[46]。刘桂华等[47]进行了用浮萍散治疗痤疮的研究，结果证明浮萍可消退皮疹、色斑，且不留痕迹，具有在美容方面开发的潜力；牟宽厚等[48]称紫萍乙醇提取物在0～250 μg/mL剂量下，可以促进黑素细胞生长，从而为紫萍治疗白癜风提供了理论依据；此外，浮萍中黄酮含量丰富，通过提取其活性物质，可在药物生产上表现巨大潜力[49]。

4结论

浮萍营养丰富、易收获、分布广泛，尤其在温热地区四季皆产，是可以适用于多种研究和应用的新型生物材料。目前，国内浮萍研究领域已细化到生态群落、成分测定、污水处理、组学研究等方面[50，51]。国外学者也反复强调浮萍清洁污水和为世界供应食物方面具有巨大潜力。但鉴于浮萍大多生长于富营养化的污水中，且对Cu、Pb、Hg、Zn有较强的富集作用，可能会造成动物食用后重金属在体内积累的现象，给食品安全带来风险，所以今后的研究应注重浮萍作为饲料的安全性评估、重金属的去路和转化机理、作为饲料的最佳用量等方面，保证浮萍食用安全性。其次，现国内大部分浮萍塘处于无管理状态，被打捞的浮萍被随意丢弃后腐烂变质，严重影响其各方面价值的实现，且污染环境，所以今后的研究还应关注浮萍处理系统的全过程管理，进一步寻找浮萍生物质的其他理想利用途径，将浮萍的环境治理作用和经济效益完美结合起来。

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