第40卷第2期生物質(zhì)化學(xué)工程Vol 40 No. 22006年3月Biomass Chemical EngineerinMar.2006沙生生物質(zhì)資源開發(fā)利用王丹,宋湛謙*,商士斌〔中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所,江蘇南京210042)摘要我國沙漠化地區(qū)面積約占國土面積的1/3,方面那里生態(tài)環(huán)境惡劣經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后;另一方面經(jīng)過長期嚴(yán)酷的自然選擇廣大的沙區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的可開發(fā)利用價值高的生物質(zhì)資源。因此利用現(xiàn)代科技手段合理開發(fā)沙區(qū)的可再生資源對西部大開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文綜述了沙生草本植物、灌木以及藻類資源的研究開發(fā)現(xiàn)狀關(guān)鍵詞沙區(qū)泩生物質(zhì)資源汧發(fā)利用中圖分類號Q3510532.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號: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我國開展沙漠化研究與防治已有半個世紀(jì),固沙植物很多沙化地區(qū)旳植被得到一定程度的沙漠化土地仍以平均毎年3595平方公里的速度恢復(fù)使得可利用的草類、灌木以及藻類等生物質(zhì)擴(kuò)大。這一現(xiàn)象很大程度上應(yīng)該歸因于人為的破資源量增多而且沙生植物都具有抗旱、耐鹽堿特壞。沙漠地區(qū)氣候條件惡劣生產(chǎn)水平落后很久性,可以開發(fā)新的食品、藥品、飼料及其它加工業(yè)以來人們對沙漠沒有深入認(rèn)識不能充分開發(fā)利用途用當(dāng)?shù)刭Y源反而不斷破壞生態(tài)平衡加劇當(dāng)?shù)丨h(huán)多年來我國在沙生生物質(zhì)資源開發(fā)利用實(shí)踐境的進(jìn)一步惡化。因此合理利用沙漠地區(qū)特有中取得了一系列成功的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)模式對我國的天然資源發(fā)展沙產(chǎn)業(yè)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會的可持沙區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)作用在國內(nèi)外續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義1-2產(chǎn)生了積極的影響。根據(jù)種類不同沙漠地區(qū)生發(fā)展沙產(chǎn)業(yè)是我國科學(xué)家錢學(xué)森提出的21物質(zhì)資源可以分為草本植物、灌木和荒漠藻類3世紀(jì)發(fā)展六大產(chǎn)業(yè)理論的重要產(chǎn)業(yè)之一也是現(xiàn)大類本文主要介紹這3類生物質(zhì)資源的研究開代生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)34的重要組成部分。我國北方廣發(fā)現(xiàn)狀目的是為西部沙漠地區(qū)的綜合治理、利用大的沙漠化地區(qū)蘊(yùn)藏著大量的生物質(zhì)資源沙區(qū)和開發(fā)沙區(qū)特有的生物資源優(yōu)勢提供依據(jù).內(nèi)生長著經(jīng)過長期自然選擇而保存下來的優(yōu)良草本植物和灌木。再加上近年來由于防沙治沙力1中國煤化工度加大在荒漠化地區(qū)建立大面積防護(hù)林網(wǎng)、栽種CNMH(生物學(xué)特性、化學(xué)成稿日期2006-01-10作者簡介王丹1979-)男山東龍口人博士生隊(duì)事天然資源化學(xué)加工利用研究通訊作者宋湛謙中國工程院院士研究員博士生導(dǎo)師從事天然資源化學(xué)加工利用研究。第2期王丹等沙生生物質(zhì)資源開發(fā)利用分及開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行了綜合研究結(jié)果表明很多種生物堿對多種作物有刺激生長及增產(chǎn)作用12-11草本植物含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)具有很高的飼用這是苦豆子提取物在生產(chǎn)上旳又一應(yīng)用領(lǐng)域。價值適用于多種家畜,可收割干草供做冬春補(bǔ)1.2肉蓯蓉飼。除了可做畜牧業(yè)的飼料之外也是重要的造肉蓯蓉 Cistanche Salsa( o.A.Mey. X Benth紙與編織纖維原料植物還具有較高的藥用價值 et hook f￡.)),習(xí)稱大蕓屬列當(dāng)科多年生寄生草和工業(yè)利用前景,下面介紹幾種開發(fā)利用價值高本植物3。主要寄生于梭梭和白梭梭的根部具的沙生草類有補(bǔ)腎陽、益精血、潤腸通便之功能藥用價值極1.1苦豆子高因多年不合理采挖導(dǎo)致野生肉蓯蓉資源瀕臨苦豆子( Sophora alopecuroides L.),別名草本枯竭。2001年,肉蓯蓉被列入國家二級保護(hù)植槐、苦豆根為豆科槐屬多年生草本植物?？缮L物冋年被科技部列十五″瀕危藥材繁育研究于沙區(qū)的地下水位較高的沙地或沙丘上。廣泛分重大攻關(guān)項(xiàng)目。布于我國西北地區(qū)主要分布在寧夏、甘肅、青海、肉蓯蓉主要有效成分是甜菜堿、甘露醇以及內(nèi)蒙古、新疆等荒漠地區(qū)[5海膽苷、麥角甾苷、2-乙?；溄晴捃蘸腿馍惾乜喽棺釉谡麄€生長發(fā)育階段飼用價值較低,苷A為代表的苯乙醇苷類化合物。研究表明肉因含生物堿各種家畜均不采食?？喽棺铀惾囟嗵强梢栽诖龠M(jìn)免疫器官的生長、增加昋噬學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)酸、色素及生物堿。細(xì)胞系統(tǒng)的昋噬能力以及體液免疫和細(xì)胞免疫功目前國內(nèi)外研究的重點(diǎn)均放在生物堿上,苦豆子能從而增強(qiáng)生物體特異性和非特異性免疫功能生物堿屬于喹諾里西啶( quinolizidine)生物堿按D-甘露醇和肉蓯蓉多糖兩種成分在延緩皮膚衰其結(jié)構(gòu)可分為3個類型即羽扇豆堿 lupinine)-老增強(qiáng)機(jī)體免疫功能方面均具有顯著作用肉蓯環(huán)型、金雀花堿( cytisine)-三環(huán)型、鷹爪豆堿蓉水煎物含有一種激活核苷酸還原酶的生物活化〔 sparteine)-四環(huán)型。至今已從其不同產(chǎn)區(qū)、不同因子對肝臟和腎臟具有保護(hù)功能還可改善腸蠕生長期分離出24種生物堿。其中地上部分含總動抑制大腸的水分吸收,具有明顯的通便作生物堿約6.11%~8.03%種子含總生物堿約用6-218.11%6近些年市場需求量增大野生肉蓯蓉被濫采苦豆子生物堿的多種藥理作用已有文獻(xiàn)綜亂挖已經(jīng)面臨枯竭遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。目前肉述經(jīng)現(xiàn)代藥理、藥效學(xué)方面的研究證明苦豆子蓯蓉的人工培育技術(shù)已經(jīng)有了突破性的進(jìn)展內(nèi)生物堿及其組分具有顯著的抗腫瘤、抗心律失常、蒙古烏蘭布和沙漠、甘肅省永寧縣、新疆于田縣等抗菌、增強(qiáng)抵抗力和免疫力、抗變態(tài)性炎癥和抗♂地先后建立了肉蓯蓉人工繁育基地進(jìn)行規(guī)?；巍⑸甙籽虻人幚碜饔??？喽棺又刑崛〉目嘣耘嗖⑴c企業(yè)聯(lián)合對肉蓯蓉進(jìn)行深加工增加參素在治療慢性乙型肝炎方面其療效已與目前其附加值。國際上公認(rèn)的α-干擾素相似而價格僅為α-千1.3其他草類植物擾素的1/10且無干擾素的脫發(fā)等副作用,已被除了苦豆子和肉蓯蓉之外還有很多沙生草中華醫(yī)學(xué)會列為重點(diǎn)推廣工程項(xiàng)目。本植物已經(jīng)開始開發(fā)利用。豆科多年生草本植物以苦豆子為原料可以生產(chǎn)無公害農(nóng)藥,避免甘草是傳統(tǒng)的中藥材含有豐富的甘草酸、甘草次化學(xué)合成農(nóng)藥對環(huán)境的災(zāi)難性影響?？喽棺由锼岷忘S酮類組分其中甘草酸作為甜味劑比蔗糖堿能干擾昆蟲正常發(fā)育對昆蟲有直接毒殺能甜300倍甘草次酸可以用來治療癌癥黃酮類物力ˉ是一種潛在的對多種殺蟲劑有增效作用質(zhì)有明顯的抗?jié)儭⒖咕?、抗炎、降血脂等藥用保的物質(zhì)。國內(nèi)曾報(bào)道用苦豆子生物堿可防治小健中國煤化工發(fā)前景的天然抗氧化菜蛾、菜蚜蟲、蘿卜蚜等害蟲。寧夏綠谷制藥有限劑CNMH(物沙芥是一種低糖公司開發(fā)了以苦參總堿為原料的高效無公害農(nóng)高蛋白的綠色營養(yǎng)保健食品含有人體所需的8藥。南京林業(yè)大學(xué)以苦豆子生物堿為主要原料,種微量元素對胃腸系統(tǒng)各種疾病的防治有神奇成功硏制防治松材線蟲病的農(nóng)藥并申請了國家的效果。豬毛菜是藜科一年生草本植物在一年專利m。另外有報(bào)道稱苦豆子提取物及其中的生牧草中占有相當(dāng)大的比例有文獻(xiàn)報(bào)道從豬毛生物質(zhì)化學(xué)工程第40卷菜中可以分離得到甾醇、黃酮、生物堿等多種成15%超臨界CO2萃取法出油率為12.71%。從分有待于進(jìn)一步開發(fā)利用2目前查閱國內(nèi)外資料分析植物油中亞油酸含量2灌木植物資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來提取亞油酸將節(jié)約大量的食用油及糧在干旱、少雨、多風(fēng)沙的荒漠地區(qū)適宜喬木食其意義無疑與增產(chǎn)糧食相比擬;另外沙蒿油生長的范圍是極為有限的而許多灌木樹種則對維生素E的含量為2779mg/kg高于小麥胚芽該環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)性適宜的造林范圍廣在防油——國際上公認(rèn)為植物油含維生素E之冠2]。風(fēng)固沙、水土保持、改善生態(tài)環(huán)境方面有突出作國外化妝品中維生素E應(yīng)用非常廣泛而沙蒿油用此外灌木林還可提供飼料、燃料有較高的利維生素E含量比一般植物油都高又是從無人類用價值污染的沙漠植物種籽提取的天然植物油用于生到目前為止我國西北及內(nèi)蒙6省(區(qū))的林產(chǎn)化妝品應(yīng)該更有優(yōu)勢業(yè)工作者在對數(shù)十種野生沙漠植物進(jìn)行引種育2.2白刺苗及固沙造林試驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上先后篩選出適白刺( Nitraria tangutorum Bolor.)俗稱沙櫻合各沙區(qū)生長的一批優(yōu)良固沙灌木主要有梭梭桃、地棗為蒺藜科多年生灌木野生果樹。分布于柴、白梭梭、小葉錦雞兒、沙棘、白刺、檸條、沙拐新疆、甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙古和山東省北部地區(qū)棗、花棒、踏郎、楊柴、沙柳、胡枝子等。經(jīng)對其生的重鹽堿區(qū)其根系發(fā)達(dá)、抗干旱、抗風(fēng)沙、極耐鹽物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性育苗技術(shù)、造林技術(shù)、撫育管理堿為重要的防風(fēng)固沙植物。果實(shí)酸甜可食種子技術(shù)及病蟲害防治等技術(shù)的深入研究,已較全面可榨油嫩枝葉可作飼料并可入藥具有廣闊的開掌握了它們的特性和繁殖栽培技術(shù)為今后更好發(fā)利用前景。地推廣利用固沙灌木樹種提供了良好的依據(jù),為研究資料表明白刺果實(shí)營養(yǎng)極為豐富含有采取生物措施防止沙害奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。19種氨基酸、22種微量元素以及糖、酸、蛋白質(zhì)和對沙區(qū)灌木資源的開發(fā)利用主要通過以下3多種維生素。而且含有豐富的鈣(592mg/100g)種方式第一鮮葉、枝條可以做飼料第二果實(shí)和鎂598mg/100g)這些成分易溶于水及稀乙含有豐富的營養(yǎng)可以食用也可以入藥涕第三泙平醇溶液因此可利用上述溶劑浸出白刺果的有效茬后截下來的枝條是當(dāng)?shù)刂饕讲挠捎谔N(yùn)藏量成分用來配置具有良好保健作用的功能飲料。此大可以作為刨花板、纖維板以及制漿造紙的原材外白刺果具有藥用價值可調(diào)經(jīng)活血消食健脾。料達(dá)到高效綜合利用。下面舉例說明沙生灌木白刺根寄生的鎖陽,為傳統(tǒng)名貴的溫補(bǔ)藥的利用現(xiàn)狀物因此白刺資源的合理開發(fā)利用應(yīng)受到2.1沙蒿重視開展人工栽培技術(shù)的研究營造白刺采果基沙蒿 Artemisia desertorum Spreng.)是菊科蒿地,迮沙漠櫻桃″為人類造福屬多年生半灌木植物天然生長在沙漠地區(qū)分布2.3沙棘在我國內(nèi)蒙西部、陜西北部、甘肅北部、寧夏等地沙棘( Hippophae rhamnoides I.),又名酸柳、區(qū)是優(yōu)良的固沙植物之一其枝葉可作飼料瘦酸刺胡頹子科沙棘屬落葉小喬木或灌木是一種果可食用、藥用且分布廣、數(shù)量大具有重要的資生長在干燥、寒冷的貧瘠山區(qū)生命力極強(qiáng)的天然源價值和環(huán)境功能3-231野生藥用植物。沙棘在地球上主要分布在歐亞大沙蒿籽含有大量膠質(zhì)——沙蒿膠,它是一種陸除東歐有少量資源外(10%左右)90%主具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的多糖物質(zhì)含有υ-葡萄糖最多,要分布在我囯的山西、西藏、青海、內(nèi)蒙、陜西等其次是D-甘露糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖及木省中國煤化工前蘇聯(lián)許多生化、醫(yī)糖35。白沙蒿中的膠質(zhì)成分是食品工業(yè)中用來學(xué)CNMHG生物活性成分進(jìn)行了提高食品溶液粘度或形成凝膠旳一類重要的食品大量的基礎(chǔ)及臨床硏究。發(fā)現(xiàn)其中許多成分對人添加劑。另外沙蒿膠具有良好的吸水性利用它體有著極為重要的保健、營養(yǎng)作用是人類健康長作為原料制備高吸水樹脂具有獨(dú)特的優(yōu)勢3]。壽的理想天然植物保健品被譽(yù)為人類21世紀(jì)的沙蒿籽中含有豐富的油脂冷榨法岀油率為長生果。王丹等沙生生物質(zhì)資源開發(fā)利用沙棘中含有豐富的生物活性成分。沙棘果實(shí)糸件惡劣旳環(huán)境中生長、繁殖并且通過其生物代中的活性成分達(dá)190多種沙棘油中的活性成分謝方式影響并改變環(huán)境特別是在荒漠表面形成有106種國內(nèi)外研究資料表明沙棘含有的生物的藻類結(jié)皮在防風(fēng)固沙、防止土壤侵蝕、改變水活性物質(zhì)主要有11大類黃酮類化合物、三萜、甾分分布狀況等方面更是扮演著重要角色3-31。體類化合物、油和脂肪酸類、酚類及有機(jī)酸類、維中科院水生物研究所、微生物研究所、新疆生生素類、揮發(fā)油類、蛋白質(zhì)和氨基酸類、磷脂類、人態(tài)與地理研究所等單位相繼開展了藻類固沙和體必需的多種微量元素、5-羥色胺、糖類等。其沙漠生物地毯工程″的研究系統(tǒng)地研究了藻類中Vc含量高于仼何一類水果中的含量胡蘿卜固沙機(jī)制、沙漠結(jié)皮中藻類的生態(tài)特性以及微生素也遠(yuǎn)高于同類植物含量沙棘籽中不飽和脂肪物結(jié)皮對其他固沙植物的影響,為沙漠中藻類資酸高達(dá)80%18種氨基酸中人體必需的8種全源的開發(fā)利用提供了理論依據(jù)3。有而且含量都很高含有12種人體必需的微量目前經(jīng)研究認(rèn)為適合沙漠地區(qū)的藻類有小球元素其中鈣、鐵、鋅、鉀、硒的含量都較高。含有藻、固氮藍(lán)藻和螺旋藻等。它們不僅在固沙、固氮的苦木素、香豆素、白花青素、白果素、兒茶素、甜和植物群落演替中起著特殊作用是沙漠地區(qū)發(fā)菜堿、5-羥色胺等生物活性成分具有抗腫瘤、抗展的重要產(chǎn)業(yè)而且是人類未來農(nóng)業(yè)和可觀的食潰瘍、抗炎、抗動脈硬化抗輻射、抗衰老等方面作物來源之一。沙漠中的藻類對太陽能的利用率遠(yuǎn)用。另外沙棘葉不僅是醫(yī)藥工業(yè)的重要原料而高于高等植物。一般高等植物光能利用率不過且又是優(yōu)良的飼料或飼料添加劑。沙棘的嫰葉還1%~2%而小球藻可達(dá)10%同時蛋白質(zhì)含量可以炒制成茶葉,它具有消炎、降血脂、抗癌、抗衰高達(dá)50%,螺旋藻可達(dá)70%,人體所需的氨基老等功效0-3酸、維生素應(yīng)有盡有消化率可達(dá)70%。國內(nèi)外沙棘產(chǎn)品的開發(fā)推廣從1985年開始至今已藻類專家預(yù)言發(fā)展藻類養(yǎng)殖可以解決人類日漸經(jīng)20年的歷史經(jīng)過初步統(tǒng)計(jì)和典型調(diào)查我國短缺的糧食問題。美國在沙漠里建立了世界上最現(xiàn)有各類沙棘加工企業(yè)近300多家擁有包括食大的生產(chǎn)螺旋藻的工廠并已經(jīng)應(yīng)用生物技術(shù)使品、保健品、藥品、化妝品等在內(nèi)的幾百種沙棘產(chǎn)用藻類來處理城市和農(nóng)村廢水生產(chǎn)氧氣。以色品ρ00多項(xiàng)獲得省部級獎勵的科研開發(fā)成果。列在內(nèi)格夫沙漠地區(qū)利用聚乙烯膜封閉系統(tǒng)培在許多沙棘種植省區(qū)沙棘產(chǎn)業(yè)正嶄露頭角。沙養(yǎng)杜氏藻生產(chǎn)胡蘿卜素同時試驗(yàn)由紅藻生產(chǎn)用棘產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展正形成強(qiáng)大的市場拉動力調(diào)于食品及化妝品的天然顏料。我國吉蘭泰鹽場在動了廣大農(nóng)民種植沙棘的積極性從而加快了治烏蘭布和沙漠已經(jīng)生產(chǎn)提取岀鹽藻中的β-胡蘿理水土流失、改善生態(tài)環(huán)境建設(shè)的步伐卜素取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益-。盡管沙棘植物開始在國土上迅速滋生但沙棘無論從資源建設(shè)還是產(chǎn)業(yè)開發(fā)方面都處于尚4展望和建議待成熟的幼年期需多方面扶持壯大。目前我國我國的沙漠和沙地面積大沙區(qū)資源開發(fā)具沙棘企業(yè)規(guī)模普遍較小冮藝流程略嫌簡單產(chǎn)品有廣闊旳前景。發(fā)揮沙區(qū)的特有生物質(zhì)資源優(yōu)結(jié)構(gòu)落后技術(shù)含量低,場競爭力不強(qiáng)沙棘產(chǎn)勢使之更好地為沙區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)品的消費(fèi)還未成熟。沙棘產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展霈要展服務(wù)要依靠相關(guān)職能部門與生產(chǎn)企業(yè)、當(dāng)?shù)鼐游龂鴥?nèi)外大型企業(yè)科研力量、資金和管理人才民相互協(xié)調(diào)正確處理好防、治、用三者的關(guān)系長的參與將產(chǎn)品檔次定位在功能食品、綠色食品等遠(yuǎn)利益與當(dāng)前利益旳關(guān)系既做到切實(shí)防止沙漠方面充分利用沙棘藥用價值的優(yōu)勢加強(qiáng)基礎(chǔ)研化的擴(kuò)展又要認(rèn)真治理已經(jīng)沙化的士地同時還究加快新藥品的研發(fā)推廣。要中國煤化工建議繼續(xù)大力發(fā)展特3荒漠藻類資源利用種CNMHG天然資源的脆弱性保障大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用;健全現(xiàn)行管理體制荒漠藻類是指生長在干旱、半干旱和亞濕潤及產(chǎn)業(yè)運(yùn)行機(jī)制協(xié)調(diào)資本、技術(shù)等現(xiàn)代生產(chǎn)要素干旱地區(qū)土壤中的藻類作為先鋒拓殖生物的荒冋沙生生物質(zhì)資源利用領(lǐng)堿流動増大科硏投入漠藻類不僅能在嚴(yán)重干旱缺水、營養(yǎng)貧瘠、生存加強(qiáng)基礎(chǔ)硏究工作開發(fā)更多適應(yīng)市場需求、符合生物質(zhì)化學(xué)工程第40卷國內(nèi)外質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高科技產(chǎn)品。plants; structure and biological activity[ J ] Nat Prod Re994,11(6):591-606參考文獻(xiàn)20 ]CLMETA S, TOMASSIN I, NICOLETTI M. 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