В последнее время в связи с антропогенной эвтрофикацией и изменением климата, часто возникает вредоносное цветение водорослей(ВЦВ).
Это оказывает негативное влияние на использование водных ресурсов (например, рыболовство, водоснабжение). Выброс токсичных вторичных метаболитов, полученных из микроводорослей, не только наносит вред здоровью человека, но и подвергает опасности другие организмы (например, затопленные макрофиты, животные, фитопланктон).
Экономический ущерб, причиненный серьезным явлением ВЦВ, по оценкам, превышает миллионы долларов США.
Ряд серьезных экологических и экономических проблем, порождаемых ВЦВ и контролем за ними, вызвал серьезную социальную озабоченность. Хотя различные методы (например, сульфат меди и перманганат калия) были предложены для контроля роста вредных водорослей, их применение ограничивается вторичным загрязнением, высокой стоимостью или невыполнимостью. Поэтому крайне важно исследовать экологически чистые альгициды, характеризующиеся высокой эффективностью, безопасностью и экономичностью. Обнаружение аллелопатии дает новое измерение решению этой проблемы.
Аллелопатия (ингибирование) обычно определяется как процесс с участием химических соединений, высвобождающихся в окружающую среду и оказывающих неблагоприятное прямое или косвенное воздействие на рост микроорганизмов.
Эти химические соединения, называемые аллелохимикатами, не только поддаются биологическому разложению, но и вызывают меньше загрязнения, чем традиционные гербициды, в силу своего природного происхождения. Это явление впервые было обнаружено в наземных экосистемах, после чего значительное внимание привлекла аллелопатия между водными растениями. В последние годы исследования по изучению аллелопатии фитопланктона постепенно расширяются. Вообще говоря, аллелохимикаты выделяются растениями или водорослями.
Растительная аллелопатия
Были исследованы различные факторы, включая виды водорослей, стадии их роста и начальные концентрации, которые, как было показано, влияют на воздействие аллелохимикатов. Аллеохимический тип, дозировка, частота и синергия влияют на ингибирование водорослей. Выделены и идентифицированы многие аллелохимические вещества, в том числе фенольные кислоты, жирные кислоты дубильные кислоты, лактоны, терпеноиды, алкалоиды, флавоноиды и сульфиды. Общеизвестно, что растения могут выделять более одного типа аллелохимикатов.
Влияние аллелопатии на фотосинтез
Фотосинтез является одним из важнейших физиологических процессов в развитии водорослей. Фотосистема водорослей состоит из фотосистемы I (PSI), фотосистемы II (PSII) и тела переноса электронов. Под действием аллелохимикатов поражаются фотосинтетические пигменты водорослей и отдельные белковые комплексы. Например, фикомобилизомы разрушались, а содержание хлорофилла снижалось за счет ингибирования синтеза хлорофилла и/или ускоренной деградации хлорофилла. Кроме того, аллелохимикаты могут блокировать перенос электронов в фотосинтетических системах водорослей и оказывать дальнейшее влияние на синтез аденозинтрифосфата (АТФ).
Потенциальное применение
Если бы аллелохимические вещества были добавлены непосредственно в окружающую среду, они оказали бы неблагоприятное воздействие на водные организмы из-за их высокой концентрации на местном уровне. Более того, это приведет к быстрой потере различных ингибиторов, исключая ингибирующие концентрации. Следовательно, использование альгицидов с медленным высвобождением для ингибирования роста водорослей может быть более эффективным методом контроля цветения воды и снижения экологических рисков.
Перспективы на будущее
Аллелопатическое торможение обеспечивает новый и многообещающий метод контроля цветения водорослей и обычно считается экологически чистым. Текущие исследования ингибирующего воздействия аллелохимикатов на водоросли в основном проводятся в лабораторных условиях, и мало исследований при естественном цветении водорослей.
Несмотря на то, что многие виды аллелохимикатов были получены из растений, их относительно небольшое количество доступно в связи со сложным и длительным процессом. Таким образом, важно найти аллелохимикаты, которые либо изобилуют растениями, либо искусственно синтезированы органическими альгицидами с высоким тормозящим действием водорослей. Кроме того, следует уделять больше внимания физиологическим механизмам аллелопатии. Большинство современных исследований проводятся на клеточном уровне, и редко на основе микроперспектив, таких как экспрессия генов и молекулярно-генетические механизмы. Углубленное понимание механизма аллелопатии, безусловно, обеспечит теоретическую основу для поиска эффективных и безопасных аллелохимикатов.
Кроме того, будущие исследования должны быть также сосредоточены на разработке альгицидов, состоящих из модификаторов, поддающихся биологическому разложению и обладающих множественными функциями, такими как медленный выпуск, флокуляция и осаждение.