沙生生物质资源开发利用

第40卷第2期生物质化学工程Vol 40 No. 22006年3月Biomass Chemical EngineerinMar.2006沙生生物质资源开发利用王丹,宋湛谦*,商士斌〔中国林业科学研究院林产化学工业研究所,江苏南京210042)摘要我国沙漠化地区面积约占国土面积的1/3,方面那里生态环境恶劣经济发展相对落后;另一方面经过长期严酷的自然选择广大的沙区蕴藏着丰富的可开发利用价值高的生物质资源。因此利用现代科技手段合理开发沙区的可再生资源对西部大开发和可持续发展具有重要的现实意义。本文综述了沙生草本植物、灌木以及藻类资源的研究开发现状关键词沙区泩生物质资源汧发利用中图分类号Q3510532.23文献标识码文章编号:673-5854(2006)2-0036-05The utilization of biomass resources in desert areaWANG Dan SONG Zhan-qian SHANG Shi-binInstitute of Chemical Industry of Forest Products CAF, Nanjing 210042, ChinaAbstract: The desert area occupied one third of Chinese land. On the one hand, there is atrocious environment and poor econo-ly in the desert area on the other hand there are abundance utilizable biomass resources because of the rigor natural selectionTherefore,utilization of the renewable resources of desert area with modern technology plays an important role in the exploitationand continuable development of the west China. The utilization of herbage, shrub and alga growing upon desert area was summaKey words: desert area biomass resource atilization我国开展沙漠化研究与防治已有半个世纪,固沙植物很多沙化地区旳植被得到一定程度的沙漠化土地仍以平均毎年3595平方公里的速度恢复使得可利用的草类、灌木以及藻类等生物质扩大。这一现象很大程度上应该归因于人为的破资源量增多而且沙生植物都具有抗旱、耐盐碱特坏。沙漠地区气候条件恶劣生产水平落后很久性,可以开发新的食品、药品、饲料及其它加工业以来人们对沙漠没有深入认识不能充分开发利用途用当地资源反而不断破坏生态平衡加剧当地环多年来我国在沙生生物质资源开发利用实践境的进一步恶化。因此合理利用沙漠地区特有中取得了一系列成功的经验和技术模式对我国的天然资源发展沙产业促进经济和社会的可持沙区经济发展起到了巨大的促进作用在国内外续发展具有重要的现实意义1-2产生了积极的影响。根据种类不同沙漠地区生发展沙产业是我国科学家钱学森提出的21物质资源可以分为草本植物、灌木和荒漠藻类3世纪发展六大产业理论的重要产业之一也是现大类本文主要介绍这3类生物质资源的研究开代生物质产业34的重要组成部分。我国北方广发现状目的是为西部沙漠地区的综合治理、利用大的沙漠化地区蕴藏着大量的生物质资源沙区和开发沙区特有的生物资源优势提供依据.内生长着经过长期自然选择而保存下来的优良草本植物和灌木。再加上近年来由于防沙治沙力1中国煤化工度加大在荒漠化地区建立大面积防护林网、栽种CNMH(生物学特性、化学成稿日期2006-01-10作者简介王丹1979-)男山东龙口人博士生队事天然资源化学加工利用研究通讯作者宋湛谦中国工程院院士研究员博士生导师从事天然资源化学加工利用研究。第2期王丹等沙生生物质资源开发利用分及开发应用进行了综合研究结果表明很多种生物碱对多种作物有刺激生长及增产作用12-11草本植物含有丰富的营养物质具有很高的饲用这是苦豆子提取物在生产上旳又一应用领域。价值适用于多种家畜,可收割干草供做冬春补1.2肉苁蓉饲。除了可做畜牧业的饲料之外也是重要的造肉苁蓉 Cistanche Salsa( o.A.Mey. X Benth纸与编织纤维原料植物还具有较高的药用价值 et hook f￡.)),习称大芸属列当科多年生寄生草和工业利用前景,下面介绍几种开发利用价值高本植物3。主要寄生于梭梭和白梭梭的根部具的沙生草类有补肾阳、益精血、润肠通便之功能药用价值极1.1苦豆子高因多年不合理采挖导致野生肉苁蓉资源濒临苦豆子( Sophora alopecuroides L.),别名草本枯竭。2001年,肉苁蓉被列入国家二级保护植槐、苦豆根为豆科槐属多年生草本植物。可生长物冋年被科技部列十五″濒危药材繁育研究于沙区的地下水位较高的沙地或沙丘上。广泛分重大攻关项目。布于我国西北地区主要分布在宁夏、甘肃、青海、肉苁蓉主要有效成分是甜菜碱、甘露醇以及内蒙古、新疆等荒漠地区[5海胆苷、麦角甾苷、2-乙酰基麦角甾苷和肉苁蓉苦豆子在整个生长发育阶段饲用价值较低,苷A为代表的苯乙醇苷类化合物。研究表明肉因含生物碱各种家畜均不采食。苦豆子所含化苁蓉多糖可以在促进免疫器官的生长、增加昋噬学成分主要是蛋白质、糖、有机酸、色素及生物碱。细胞系统的昋噬能力以及体液免疫和细胞免疫功目前国内外研究的重点均放在生物碱上,苦豆子能从而增强生物体特异性和非特异性免疫功能生物碱属于喹诺里西啶( quinolizidine)生物碱按D-甘露醇和肉苁蓉多糖两种成分在延缓皮肤衰其结构可分为3个类型即羽扇豆碱 lupinine)-老增强机体免疫功能方面均具有显著作用肉苁环型、金雀花碱( cytisine)-三环型、鹰爪豆碱蓉水煎物含有一种激活核苷酸还原酶的生物活化〔 sparteine)-四环型。至今已从其不同产区、不同因子对肝脏和肾脏具有保护功能还可改善肠蠕生长期分离出24种生物碱。其中地上部分含总动抑制大肠的水分吸收,具有明显的通便作生物碱约6.11%~8.03%种子含总生物碱约用6-218.11%6近些年市场需求量增大野生肉苁蓉被滥采苦豆子生物碱的多种药理作用已有文献综乱挖已经面临枯竭远远不能满足需要。目前肉述经现代药理、药效学方面的研究证明苦豆子苁蓉的人工培育技术已经有了突破性的进展內生物碱及其组分具有显著的抗肿瘤、抗心律失常、蒙古乌兰布和沙漠、甘肃省永宁县、新疆于田县等抗菌、增强抵抗力和免疫力、抗变态性炎症和抗♂地先后建立了肉苁蓉人工繁育基地进行规模化肝、升高白血球等药理作用。苦豆子中提取的苦栽培并与企业联合对肉苁蓉进行深加工增加参素在治疗慢性乙型肝炎方面其疗效已与目前其附加值。国际上公认的α-干扰素相似而价格仅为α-千1.3其他草类植物扰素的1/10且无干扰素的脱发等副作用,已被除了苦豆子和肉苁蓉之外还有很多沙生草中华医学会列为重点推广工程项目。本植物已经开始开发利用。豆科多年生草本植物以苦豆子为原料可以生产无公害农药,避免甘草是传统的中药材含有丰富的甘草酸、甘草次化学合成农药对环境的灾难性影响。苦豆子生物酸和黄酮类组分其中甘草酸作为甜味剂比蔗糖碱能干扰昆虫正常发育对昆虫有直接毒杀能甜300倍甘草次酸可以用来治疗癌症黄酮类物力ˉ是一种潜在的对多种杀虫剂有增效作用质有明显的抗溃疡、抗菌、抗炎、降血脂等药用保的物质。国内曾报道用苦豆子生物碱可防治小健中国煤化工发前景的天然抗氧化菜蛾、菜蚜虫、萝卜蚜等害虫。宁夏绿谷制药有限剂CNMH(物沙芥是一种低糖公司开发了以苦参总碱为原料的高效无公害农高蛋白的绿色营养保健食品含有人体所需的8药。南京林业大学以苦豆子生物碱为主要原料,种微量元素对胃肠系统各种疾病的防治有神奇成功硏制防治松材线虫病的农药并申请了国家的效果。猪毛菜是藜科一年生草本植物在一年专利m。另外有报道称苦豆子提取物及其中的生牧草中占有相当大的比例有文献报道从猪毛生物质化学工程第40卷菜中可以分离得到甾醇、黄酮、生物碱等多种成15%超临界CO2萃取法出油率为12.71%。从分有待于进一步开发利用2目前查阅国内外资料分析植物油中亚油酸含量2灌木植物资源利用最高的就是沙蒿油如果以野生的沙蒿取代食用油作物来提取亚油酸将节约大量的食用油及粮在干旱、少雨、多风沙的荒漠地区适宜乔木食其意义无疑与增产粮食相比拟;另外沙蒿油生长的范围是极为有限的而许多灌木树种则对维生素E的含量为2779mg/kg高于小麦胚芽该环境有较强的适应性适宜的造林范围广在防油——国际上公认为植物油含维生素E之冠2]。风固沙、水土保持、改善生态环境方面有突出作国外化妆品中维生素E应用非常广泛而沙蒿油用此外灌木林还可提供饲料、燃料有较高的利维生素E含量比一般植物油都高又是从无人类用价值污染的沙漠植物种籽提取的天然植物油用于生到目前为止我国西北及内蒙6省(区)的林产化妆品应该更有优势业工作者在对数十种野生沙漠植物进行引种育2.2白刺苗及固沙造林试验工作的基础上先后筛选出适白刺( Nitraria tangutorum Bolor.)俗称沙樱合各沙区生长的一批优良固沙灌木主要有梭梭桃、地枣为蒺藜科多年生灌木野生果树。分布于柴、白梭梭、小叶锦鸡儿、沙棘、白刺、柠条、沙拐新疆、甘肃、青海、宁夏、内蒙古和山东省北部地区枣、花棒、踏郎、杨柴、沙柳、胡枝子等。经对其生的重盐碱区其根系发达、抗干旱、抗风沙、极耐盐物学、生态学特性育苗技术、造林技术、抚育管理碱为重要的防风固沙植物。果实酸甜可食种子技术及病虫害防治等技术的深入研究,已较全面可榨油嫩枝叶可作饲料并可入药具有广阔的开掌握了它们的特性和繁殖栽培技术为今后更好发利用前景。地推广利用固沙灌木树种提供了良好的依据,为研究资料表明白刺果实营养极为丰富含有采取生物措施防止沙害奠定了物质基础。19种氨基酸、22种微量元素以及糖、酸、蛋白质和对沙区灌木资源的开发利用主要通过以下3多种维生素。而且含有丰富的钙(592mg/100g)种方式第一鲜叶、枝条可以做饲料第二果实和镁598mg/100g)这些成分易溶于水及稀乙含有丰富的营养可以食用也可以入药涕第三泙平醇溶液因此可利用上述溶剂浸出白刺果的有效茬后截下来的枝条是当地主要薪材由于蕴藏量成分用来配置具有良好保健作用的功能饮料。此大可以作为刨花板、纤维板以及制浆造纸的原材外白刺果具有药用价值可调经活血消食健脾。料达到高效综合利用。下面举例说明沙生灌木白刺根寄生的锁阳,为传统名贵的温补药的利用现状物因此白刺资源的合理开发利用应受到2.1沙蒿重视开展人工栽培技术的研究营造白刺采果基沙蒿 Artemisia desertorum Spreng.)是菊科蒿地,迮沙漠樱桃″为人类造福属多年生半灌木植物天然生长在沙漠地区分布2.3沙棘在我国内蒙西部、陕西北部、甘肃北部、宁夏等地沙棘( Hippophae rhamnoides I.),又名酸柳、区是优良的固沙植物之一其枝叶可作饲料瘦酸刺胡颓子科沙棘属落叶小乔木或灌木是一种果可食用、药用且分布广、数量大具有重要的资生长在干燥、寒冷的贫瘠山区生命力极强的天然源价值和环境功能3-231野生药用植物。沙棘在地球上主要分布在欧亚大沙蒿籽含有大量胶质——沙蒿胶,它是一种陆除东欧有少量资源外(10%左右)90%主具有交联结构的多糖物质含有υ-葡萄糖最多,要分布在我囯的山西、西藏、青海、内蒙、陕西等其次是D-甘露糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖及木省中国煤化工前苏联许多生化、医糖35。白沙蒿中的胶质成分是食品工业中用来学CNMHG生物活性成分进行了提高食品溶液粘度或形成凝胶旳一类重要的食品大量的基础及临床硏究。发现其中许多成分对人添加剂。另外沙蒿胶具有良好的吸水性利用它体有着极为重要的保健、营养作用是人类健康长作为原料制备高吸水树脂具有独特的优势3]。寿的理想天然植物保健品被誉为人类21世纪的沙蒿籽中含有丰富的油脂冷榨法岀油率为长生果。王丹等沙生生物质资源开发利用沙棘中含有丰富的生物活性成分。沙棘果实糸件恶劣旳环境中生长、繁殖并且通过其生物代中的活性成分达190多种沙棘油中的活性成分谢方式影响并改变环境特别是在荒漠表面形成有106种国内外研究资料表明沙棘含有的生物的藻类结皮在防风固沙、防止土壤侵蚀、改变水活性物质主要有11大类黄酮类化合物、三萜、甾分分布状况等方面更是扮演着重要角色3-31。体类化合物、油和脂肪酸类、酚类及有机酸类、维中科院水生物研究所、微生物研究所、新疆生生素类、挥发油类、蛋白质和氨基酸类、磷脂类、人态与地理研究所等单位相继开展了藻类固沙和体必需的多种微量元素、5-羟色胺、糖类等。其沙漠生物地毯工程″的研究系统地研究了藻类中Vc含量高于仼何一类水果中的含量胡萝卜固沙机制、沙漠结皮中藻类的生态特性以及微生素也远高于同类植物含量沙棘籽中不饱和脂肪物结皮对其他固沙植物的影响,为沙漠中藻类资酸高达80%18种氨基酸中人体必需的8种全源的开发利用提供了理论依据3。有而且含量都很高含有12种人体必需的微量目前经研究认为适合沙漠地区的藻类有小球元素其中钙、铁、锌、钾、硒的含量都较高。含有藻、固氮蓝藻和螺旋藻等。它们不仅在固沙、固氮的苦木素、香豆素、白花青素、白果素、儿茶素、甜和植物群落演替中起着特殊作用是沙漠地区发菜碱、5-羟色胺等生物活性成分具有抗肿瘤、抗展的重要产业而且是人类未来农业和可观的食溃疡、抗炎、抗动脉硬化抗辐射、抗衰老等方面作物来源之一。沙漠中的藻类对太阳能的利用率远用。另外沙棘叶不仅是医药工业的重要原料而高于高等植物。一般高等植物光能利用率不过且又是优良的饲料或饲料添加剂。沙棘的嫰叶还1%~2%而小球藻可达10%同时蛋白质含量可以炒制成茶叶,它具有消炎、降血脂、抗癌、抗衰高达50%,螺旋藻可达70%,人体所需的氨基老等功效0-3酸、维生素应有尽有消化率可达70%。国内外沙棘产品的开发推广从1985年开始至今已藻类专家预言发展藻类养殖可以解决人类日渐经20年的历史经过初步统计和典型调查我国短缺的粮食问题。美国在沙漠里建立了世界上最现有各类沙棘加工企业近300多家拥有包括食大的生产螺旋藻的工厂并已经应用生物技术使品、保健品、药品、化妆品等在内的几百种沙棘产用藻类来处理城市和农村废水生产氧气。以色品ρ00多项获得省部级奖励的科研开发成果。列在內格夫沙漠地区利用聚乙烯膜封闭系统培在许多沙棘种植省区沙棘产业正崭露头角。沙养杜氏藻生产胡萝卜素同时试验由红藻生产用棘产业的深入发展正形成强大的市场拉动力调于食品及化妆品的天然颜料。我国吉兰泰盐场在动了广大农民种植沙棘的积极性从而加快了治乌兰布和沙漠已经生产提取岀盐藻中的β-胡萝理水土流失、改善生态环境建设的步伐卜素取得了较大的经济效益-。尽管沙棘植物开始在国土上迅速滋生但沙棘无论从资源建设还是产业开发方面都处于尚4展望和建议待成熟的幼年期需多方面扶持壮大。目前我国我国的沙漠和沙地面积大沙区资源开发具沙棘企业规模普遍较小冮艺流程略嫌简单产品有广阔旳前景。发挥沙区的特有生物质资源优结构落后技术含量低,场竞争力不强沙棘产势使之更好地为沙区生态环境建设、国民经济发品的消费还未成熟。沙棘产业的深入发展霈要展服务要依靠相关职能部门与生产企业、当地居吸引国内外大型企业科研力量、资金和管理人才民相互协调正确处理好防、治、用三者的关系长的参与将产品档次定位在功能食品、绿色食品等远利益与当前利益旳关系既做到切实防止沙漠方面充分利用沙棘药用价值的优势加强基础研化的扩展又要认真治理已经沙化的士地同时还究加快新药品的研发推广。要中国煤化工建议继续大力发展特3荒漠藻类资源利用种CNMHG天然资源的脆弱性保障大规模的产业化开发利用;健全现行管理体制荒漠藻类是指生长在干旱、半干旱和亚湿润及产业运行机制协调资本、技术等现代生产要素干旱地区土壤中的藻类作为先锋拓殖生物的荒冋沙生生物质资源利用领堿流动増大科硏投入漠藻类不仅能在严重干旱缺水、营养贫瘠、生存加强基础硏究工作开发更多适应市场需求、符合生物质化学工程第40卷国内外质量标准的高科技产品。plants; structure and biological activity[ J ] Nat Prod Re994,11(6):591-606参考文献20 ]CLMETA S, TOMASSIN I, NICOLETTI M. 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