宁夏发菜研究的回顾与展望

宁夏发菜研究的回顾与展望

梁文裕　王　俊

发菜（Nostoc flagelliforme Born.et Flah.）属蓝藻门,蓝藻纲，段殖体目，念珠藻科，念珠藻属,是一种世界性分布的陆生经济蓝藻，因其干燥时呈黑色,形状如发丝，因而得名。在我国发菜主要分布于宁夏、新疆、内蒙、青海、甘肃、河北等地的干旱、半干旱荒漠草原地区。由于发菜具有很强的固氮能力，是干旱荒漠地区主要生物固氮资源。此外，由于发菜含有丰富的胶质和多种营养物质，再加上其名称谐音与“发财”相似，而成为名贵的食品和传统出口商品，为当地百姓脱贫致富起到了积极作用，曾被誉为宁夏“五宝”之一，具有重要的经济和社会价值。1992年，宁夏农林科学院的戴治稼先生曾就当时我国发菜的研究现状作了回顾和总结，时隔16年之后，再次就宁夏科技工作者对发菜的研究进行回顾，总结工作成绩，提出努力方向，展望发展远景，以此作为宁夏回族自治区成立五十周年的献礼。

自Berkely et cuitis1857年在北美发现采集标本并定名为Nostoc flagelliforme的一百多年来，发菜的研究和开发利用日益受到关注。我国自1972年宁夏农科所（宁夏农林科学院的前身）开展发菜生态、分布及人工培养研究以来，相继有甘肃农业大学、宁夏大学、西北师范大学、兰州大学、甘肃省科学院生物所、青海师范学院、北京大学、中国科学院植物研究所、南京大学、复旦大学、中国科学院土肥所、宁夏农学院、中国科学院水生生物研究所、汕头大学、暨南大学、内蒙古师范大学等单位根据各自的条件从不同的方向或领域分别开展了发菜的形态结构、生态分布、生理生化、营养成分、生长发育、人工培养、天然产物分离与利用及分子生物学等的研究，取得了一定的成绩，这为深入认识发菜生物学特性，保护和开发利用发菜资源和分布区生态环境奠定了坚实的基础，具有重要的科学、经济和社会意义。

我区发菜的利用已有很长的历史，早在1760年，《中卫县志》（地理考卷之一）就对宁夏中卫县的发菜分布进行了记载，是宁夏最早有关发菜的文字记述。对发菜的科学研究始于1972年，宁夏农科院的戴治稼先生于1972年在《农业科技》上发表文章“发菜简介”，可以说是宁夏乃至全国最早的发菜研究方面的文章。从20世纪70年代到90年代，以戴治稼先生为代表的一些科技工作者对宁夏发菜的分布、生理生态、形态特征及人工培养等作了初步的研究，对宁夏发菜的地理分布及生物学特性有了一定的认识，为宁夏发菜的研究奠定了重要的基础。90年代以后，由于发菜价格的逐渐攀升，发菜需求量的不断加大与发菜自然生长繁殖速度缓慢，分布范围小，生产量有限的矛盾日益突出，使得发菜人工培养成为科技工作者关注的焦点。以宁夏农学院华振基先生为首的科研小组在国家自然科学基金的资助下以“发菜生物学特性及人工栽植技术的研究”为主要方向，对发菜的生物学特性，尤其是其生长繁殖机制以及人工栽植技术进行了研究，在探明其生物学特性和繁殖方式的基础上，较为深入地开展了发菜栽植技术的研究并取得重要的进展，实现了发菜在野外模拟自然条件下的长期生长和增殖，为实现大规模人工培养带来了希望。此项科研成果荣获1995年宁夏科学技术进步二等奖。

20世纪90年代末期到本世纪初，随着发菜资源的长期无计划掠夺式采收，使得有限的资源濒临枯竭，草原生态环境也受到严重破坏。面对日益恶化的发菜资源形式和现实需求依然存在的难题，我区的一些年轻科技工作者积极投身于发菜的研究和保护工作中。工作领域主要集中在以下四个方面：1.利用现代生物学技术积极从事发菜人工培养的研究并取得了一定的成绩。宁夏大学的王俊、梁文裕、苏建宇等同志从不同的角度对发菜的人工培养进行了研究，尤其在（1）培养方式、培养基、营养条件与发菜的人工培养；（2）环境因子与发菜人工培养；（3）植物生长物质与发菜人工培养等领域取得了一定的成绩，为工厂化大规模人工培养发菜奠定了理论和实验基础。2.积极开展发菜资源调查和分布区生态环境保护的研究。发菜作为我区重要的经济蓝藻，曾经为当地百姓脱贫和增加收入发挥了重要作用。虽然适度采搂发菜有利于分布区草原复壮和延缓植物群落逆行演替，然而过度采搂发菜却给当地生态环境造成了巨大的破坏，造成土地沙化，植被退化或毁灭，部分地区甚至成为社会不安定的主要因素，因此，保护生态环境，保护发菜资源，是当地可持续发展面临的重要课题。面对日益严峻的荒漠—半荒漠草原生态环境遭受破坏和由此引发沙尘暴频发的现实，国务院于2000年6月15日发出通知，禁止采集和滥挖发菜，取缔发菜贸易，并将发菜列为国家二级保护植物。经过近7年的自然恢复，宁夏发菜分布区部分受损生态环境有了一定程度的好转，但发菜的分布状况、生物量、产量及分布区生态环境并没有翔实的资料。在自治区环境保护局和科技厅的资助下，宁夏大学梁文裕、王俊等同志积极开展发菜资源调查，掌握了宁夏发菜资源现状和分布区的生态环境状况，这对合理开发地区特色生物资源，保护生态环境具有重要意义。同时，对国家和自治区保护发菜、甘草资源和分布区生态环境的相关政策法规执行效果进行检验，为相关政策法规的制订、调整和完善奠定了理论基础。3.积极开展发菜分子生物学研究。宁夏大学的梁文裕、王俊等同志在国家自然科学基金的资助下，利用分子生物学手段研究发菜生长发育过程中蛋白质组分的变化信息，得到特异蛋白基因并明确其功能，为揭示发菜细胞增殖与生长的分子本质，阐明发菜生长发育过程中从基因到性状表达的规律奠定基础，并为利用基因工程技术改良发菜或利用抗逆性特异基因改良其他植物尤其是农作物提供思路。目前该研究正在进行中。4.发菜天然产物的分离及利用。宁夏大学梁文裕、王俊、苏建宇等对发菜藻蓝蛋白、藻红蛋白、别藻蓝蛋白和多糖的分离纯化进行了研究，尤其在藻蓝蛋白分离纯化技术及其光谱学特性、α和β亚基的结构及质谱分析等方面取得了重要的科研成果，并与日本等国家进行了技术合作，正在积极开展天然产物的开发与利用等方面的研究。

经过三十多年的持续不断研究，对宁夏发菜的生物学特性及其分布区生态环境已经有了较为深刻的认识，取得了较为丰硕的研究成果，这凝集着几代科技工作者的辛劳、汗水及对宁夏发菜资源的关注和热爱。然而，由于发菜作为一种低等陆生藻类植物的特殊性,其个体发育的分子机制和生理生化机理还有待于进一步深入研究,到目前为止大规模培养发菜并未有突破性进展，细胞培养体系及其天然产物分离的研究尚处于初级阶段,发菜分布区生态环境保护对策及合理开发利用地区特色资源还需要深入探讨，因此全面而深入研究发菜仍是热爱发菜的科技工作者的重要任务。

目前，由于国家禁止采集和交易发菜，而现实需求依然存在，保护自然资源和生态环境与提高经济收入的矛盾日益突出。因此，进一步加强发菜研究和保护已成为人们日益关注的问题。结合发菜的研究现状和当前生命科学领域的发展趋势及自治区“十一五”科技发展规划，宁夏发菜研究应在以下几个方面予以加强：1.继续加强基础理论研究，尤其在提高发菜细胞光合效率，固氮酶活性，加快细胞增殖速度等方面获得突破；2.加强发菜藻体、游离单细胞和单细胞藻丝的人工培养研究，开发合适的反应器，如具有抗污染，细胞密度高，控温好，易操作，产出率高的培养系统，建立高效的培养体系；3.建立不同地区的发菜或细胞株系，运用生物技术或分子生物学方法改良藻体；4.加强由藻体或细胞培养物分离纯化多糖，藻胆蛋白，β-胡萝卜素等高价值天然产物及衍生物的研究和开发；5.开展发菜基因工程研究，分离和克隆抗逆性特异基因；6.开展发菜蛋白质组研究；7.加强发菜分布区生态环境保护对策的研究，为建立宁夏发菜生态（功能）保护区提供翔实的资料；8.进一步加强如何在生态环境保护的基础上合理开发利用发菜资源的研究，使这一特色资源更好地造福于人类。

（作者单位系宁夏大学生命科学学院）