全 文 ：材 料 开 发 与 应 用 2013 年 12 月
文章编号:1003-1545(2013)
06-0076-04
综 述
典型污损生物———藤壶附着行为的影响因素
孙智勇，蔺存国，王 利，周 娟，郑纪勇，张金伟，许凤玲
(中国船舶重工集团公司第七二五研究所青岛分部，海洋腐蚀与防护重点实验室，山东 青岛 266101)
摘 要:藤壶是海洋环境中典型的大型污损生物之一，对舰船、海运交通、渔业等带来严重的危害。本文简述
自然环境因素、商业酶、糖类以及附着基底等对藤壶附着行为的影响。
关键词:藤壶;附着行为;影响因素
中图分类号:Q89 文献标识码:A
The Influence Factors for the Attachment Behavior of Barnacle
SUN Zhi-yong，LIN Cun-guo，WANG Li，ZHOU Juan，
ZHENG Ji-yong，ZHANG Jin-wei，XU Feng-ling
(Qingdao Branch of Luoyang Ship Material Ｒesearch Institute，Science and Technology on Marine Corrosion
and Protection Laboratory，Qingdao 266101，China)
Abstract:Barnacle is one of the fouling macro-organisms in the marine，which was harmful to shipping and fishery industry. In
this paper，the influence factors to the attachment behavior of barnacle were summarized briefly，including natural environment，
enzymes，saccharides and substrates，which is significance for design and prepare ation of antifouling material.
Keywords:barnacle;attachment behavior;influence factors
收稿日期:2013 － 07 － 04
基金项目:重点实验室基金(JS1102) ;化工资源有效利用国家重点实验室开放课题(CＲE － 2013 － C － 110)
作者简介:孙智勇，1980 年生，男，博士，从事海洋防污材料研究。E － mail:szy_sunrui725@ 163． com。
藤壶是一种分布广泛、种类繁多的大型海洋
污损生物，它能够分泌藤壶胶牢固地粘附在船舶
和各种海上人工设施表面，给人类从事海洋探
索、开发等活动带来非常大的危害［1—2］。例如，
藤壶附着在船体上，会大大增加船舶的航行阻
力，同时增加燃料消耗和温室气体的排放。调查
显示，藤壶等大的海生物附着后，船舶以 15 海
里 /小时速度航行的情况下，其动力损失最高可
达 86%［3］;藤壶附着在石油平台上不仅增加平台
自身的负重，而且还加速支撑框架的腐蚀，削弱
其抗风、抗浪能力，进而增大平台倾斜、倒塌的危
险;另外，藤壶对海水养殖业也带来一定的危害。
藤壶在固体表面附着需经历藤壶幼虫从无
节幼体变态发育成腺介幼体，腺介幼体在固体表
面进行暂时性附着并利用触须探查固体表面是
否适宜其永久性固着，一旦幼虫找到适合定居的
固体表面，便从其第 1 触角第 3 节的附着吸盘开
口处分泌胶液，使暂时性附着转变成永久性附
着，同时腺介幼体开始慢慢发育成壳状幼体［4］。
一般而言，藤壶的腺介幼体经常会选择粗糙不平
或有凹陷、小沟的固体表面，特别是在已有同种
成体密集生长的基底表面上附着［5］。目前，藤壶
已成为国内外学者研究的重要的污损生物之一，
并且培育藤壶腺介幼虫，进行幼虫的附着抑制实
验是国际上应用最久、最广泛、最有效的生物检
测模型。因此，研究抑制藤壶附着行为的各种因
·67·
第 28 卷第 6 期 孙智勇等:典型污损生物———藤壶附着行为的影响因素
素，对海洋防污工作具有重要的指导作用。因
此，有必要介绍海洋自然环境(温度、盐度、pH 值
等)、酶和糖类以及基底本身的形貌特征等因素
对藤壶附着行为的影响规律，为海洋防污材料的
设计、制备提供理论和技术支持。
1 环境因素对藤壶附着行为的影响
海洋环境中的一些因素，如温度、盐度、pH
值、营养水平、水流速率和太阳辐射强度等对藤
壶的附着行为具有一定的影响，并且这些因素会
随着季节、地域和海水深度的不同而发生改变。
海洋表面水的温度随纬度的变化而变化，从北极
到赤道温度在 － 2 ℃ ～28 ℃之间变化，局部温度
会达到 35 ℃。研究表明，在温度低于 5 ℃的极
地区域，藤壶等污损生物只是在夏季很短暂的时
间内很少量的附着生长。而在温带地区，藤壶的
附着行为受季节性的影响非常明显，冬季海水温
度低，太阳辐射强度以及藤壶幼虫数量降低导致
藤壶的附着量明显减少，而从春季到夏季，随着
海水营养水平和温度不断提高，藤壶等污损生物
的数量会不断增加，进而导致藤壶等的附着行为
趋于频繁。在热带和亚热带海域，由于海水温度
和光照强度很少发生变化，这样导致藤壶等污损
生物的附着行为全年都会较频繁发生［6］。开放
海域中海水的盐度一般是恒定的，不会超出
3. 3% ～3. 8%(质量分数)的范围。但海水中的
不同离子对藤壶幼虫的变态和附着行为有着明
显的影响。例如，K +可以影响早期藤壶幼虫的
变态;Ca2 +被认为是诱导藤壶腺介幼虫变态的主
要离子，而且 Ca2 +在较低浓度(毫摩尔级)下会
对藤壶幼体的附着起到抑制作用;而较高浓度的
Mg2 +对藤壶幼虫的附着行为也起到抑制作用［7］。
一般表面海水的 pH值在 8. 0 ～ 8. 3 之间，而这个
pH值范围对藤壶幼虫附着行为的影响并不
明显。
2 生物酶对藤壶幼虫临时性附着的
影响
藤壶所分泌的胶液主要成分是蛋白质和糖
类物质，而酶又是一种对蛋白质具有催化活性的
一类特殊的蛋白质。因此，人们开始探索利用一
些容易获得、无毒、易降解的商业酶来研究对藤
壶等污损生物附着行为的影响。通常酶对藤壶
等污损生物附着行为的抑制作用分为直接抑制
和间接抑制两种情况。直接抑制是指酶能够直
接杀死污损生物或降解其分泌的胶液，酶的间接
抑制是指酶能够与其他物质如海水等作用产生
可以杀死污损生物的物质从而达到抑制生物附
着的效果。从抑制机制来说，如果酶不是通过杀
死污损生物抑制其附着，那么就是通过阻止污损
生物产生或分泌生物胶，或者是减少、消除污损
生物所分泌的生物胶的粘附强度。目前，一些蛋
白酶和糖酶对藤壶幼虫附着具有抑制作用已见
报道［8］，它可以降解藤壶等污损生物所分泌胶液
中的蛋白和多糖组分。在丝氨酸蛋白酶存在的
条件下，藤壶幼虫附着痕迹密度明显减少，说明
幼虫没有能力充分附着在物体表面上从而阻碍
了他们的探索行为。Alcalase 蛋白酶是一种最稳
定的丝氨酸蛋白酶，它可以在低的浓度(1. 1 μg /
ml)有效地抑制藤壶金星幼虫的附着，这是因为
藤壶幼虫分泌的生物胶蛋白在丝氨酸蛋酶的作
用下发生了水解，从而抑制藤壶幼虫在物质表面
的附着。Nick Aldred 利用原子力显微镜研究了
Alcalase蛋白酶对藤壶胶质的分解作用［9］，结果
显示蛋白酶作用 600 ～ 1 400 s后，胶质的黏附力
从 340 pN降至 150 pN，随后附着力直线降至 0，
蛋白酶 Alcalase 作用 26 min 后藤壶幼虫分泌的
胶质就可被完全分解。研究还发现，蛋白酶对藤
壶幼虫的活动如游动速度、移动距离、移动角度
都没有影响，水解酶对已经固化的藤壶胶质也没
有分解作用［10］。
3 糖类对藤壶幼虫临时附着的影响
Neal［11］研究了戊糖、己糖和糖醛酸对藤壶幼
虫临时附着的影响。研究表明，随着己糖(葡萄
糖、甘露糖、半乳酸)浓度的增大，藤壶幼虫临时
附着率逐渐下降。其中，当葡萄糖浓度达到
10 －8M时，藤壶幼虫附着水平达到 60%。藤壶幼
虫分泌的胶液存在许多极性基团，这些极性基团
能与基底键合形成稳固的结构。而在葡萄糖存
在的条件下，葡萄糖与藤壶幼虫触须表面存留胶
液的极性基团发生了相互作用，从而导致藤壶胶
的粘附力下降。藤壶幼虫的附着对戊糖浓度
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材 料 开 发 与 应 用 2013 年 12 月
(10 －9M)具有较高的灵敏度，戊糖浓度在改变很
少时可以引起藤壶幼虫附着数量迅速下降，然
而，其抑制效果较差，抑制水平只有 80%，是葡萄
糖的一半，这主要是由于戊糖较己糖具有较少的
极性键和点的缘故。葡萄醛酸对藤壶幼虫附着
展示了最大程度的抑制，即使浓度为 10 －10 M 所
产生的抑制效果也达到了 70%以下，这是因为葡
萄醛酸具有最大的极性，容易与藤壶胶发生相互
作用，从而降低了胶的粘附作用。
4 基底对藤壶附着行为的影响
污损生物附着的基底表面对附着产生一定
的影响。基底表面的表面能是影响藤壶等污损
生物附着及粘附强度最相关的物理化学因素之
一。尽管疏水污损生物一般被认为粘附在疏水
材料上，亲水生物更喜欢粘附在亲水基质上，但
是，在文献上很难找到定论，这是由于研究的藤
壶等污损生物在实验条件下的生理状态和实验
条件是有很大不同的，不能客观反映实际的情
况。研究表明，藤壶一般喜欢粘附在高表面能的
基质上(10 ～ 30 mN·m －1)。基质的粗糙度和多
孔性也是对藤壶等污损生物在其表面附着具有
重要的影响，因为粗糙度大的基质表面会增加污
损生物附着的表面积和粘附位点的数目。从理
论上讲，这样较粗糙涂层表面更容易被藤壶幼体
附着。而且，表面的沟壑中有充足的环境利于细
菌和藤壶等污损生物生长，因为他们在这种限域
的环境中可以防止外部物种的竞争、水流切力以
及机械磨损的侵害，这样就导致用水流处理较难
把他们清除。因此，设计合理的基质形貌可以有
效地降低藤壶等污损生物的附着。
5 基质表面微形貌对藤壶附着行为
的影响
一种无毒的防污策略是通过改变基质表面的
微形貌来扰乱和影响藤壶、藻类以及细菌等污损
生物在其表面的附着。目前，微形貌已经体现出
可以阻止污损生物附着的优良特性，这些被广泛
研究的微形貌主要来源于海洋中某些哺乳动物、
鲨鱼皮肤、软体动物的贝壳等。虽然这些研究说
明微形貌表面在海洋防污方面表现出潜力但是根
本的防污机理并不是很清楚。形貌的不同改变材
料表面的浸润性可能是造成具有防污效果的一个
因素。也有报道认为微形貌改变其附近流体的动
力学过程从而导致微形貌产生防污性能。然而，
主要的观点是集中于粘附强度是与海洋污损生物
在基质表面的粘附位点数目多少有密切相关性
的。当污损生物将要附着时，他们可以容易地改
变他们的形状和尺寸。藤壶(120 ～ 500 μm)是主
要的大型污损生物，它受基质表面形貌的不同影
响很大。一般认为藤壶等污损生物的优先附着机
理是基质表面所提供的粘附位点的数目。污损生
物的尺寸远大于基质表面微形貌的长度尺寸，这
样就降低了附着强度。相反地，如果基质表面形
貌特征要大于污损生物的尺寸，那么污损生物与
基底就会产生更多的附着点，因此增强附着强度。
这种附着位点的理论已经在研究藤壶幼虫附着过
程中得到验证。文献报道，藤壶在具有微形貌的
PVC材料表面附着下降了几乎 100%［12］。Petronis
等［13］报道了表面具有大的条带状的 PDMS可以抑
制藤壶附着达到 67%。Brennan 和他的同事们［14］
证明，藤壶幼虫在具有微刻蚀形貌的 PDMS 表面
的附着量与其表面的形貌特征直接相关。藤壶附
着行为与材料表面微形貌的尺寸、几何构型以及
空间排列有密切的关系。
6 结束语
藤壶的附着行为不仅仅涉及生态学的问题，
同时也是生理、生化学问题。物理、化学因素都
是它的外在因素，最终还是通过生物体内的生
理、生化变化而做出响应。目前，藤壶等污损生
物在物体表面的附着选择性及附着机制并不是
十分清楚。因此，明确藤壶等污损生物附着行为
的影响因素对揭示藤壶等污损生物的附着机制
和防污材料的设计制备具有非常大的帮助。
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(编辑:房威)
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