海洋生物资源高值利用研究进展

近年来随着人口增长和社会发展,人类对生物资源的需求不断增加,各沿海国家都将目光投向了尚未获得有效开发的海洋生物资源,从而掀起了世界性开发海洋生物资源的浪潮。海洋生物中蕴藏着许多与陆生生物不同、结构新颖、功能独特的活性物质。如果能将这些活性物质开发成新型海洋药物、生物材料、农用制品、功能食品等高值化产品,将有望解决当前我国海洋生物产业发展面临的技术水平较低、附加值不高等瓶颈问题。为此,本文重点针对我国近年来在藻、虾、鱼和水母类等海洋大宗生物资源的高值化利用方面取得的研究进展和成果进行梳理和评述,对当前我国海洋生物资源高值利用存在的问题和不足进行分析和总结,并对未来的发展趋势进行展望。

海洋生物多糖/寡糖对鱼糜制品保水作用的研究

为了寻找安全有效的海洋生物保水剂,本研究以海洋生物多糖/寡糖为研究对象,经多糖筛选和单因素实验确定壳聚糖1号、壳聚糖2号和海藻酸钠的最佳添加量,采用响应面优化实验确定最优复配值为:壳聚糖1号0.29%,壳聚糖2号1.11%,海藻酸钠0.93%,在此条件下测得的鱼丸解冻失水率为1.46%±0.24%,结果表明该多糖复配组合对鱼丸制品具有较好的保水作用。通过扫描电镜观察多糖组鱼丸的微观结构,发现其结构致密,无较大孔隙。通过本实验的开展,能够为水产品的保水保鲜剂的开发提供新思路。

海洋红藻多管藻内生真菌EN-22的化学成分研究

对采自广西涠州岛近海多管藻(Polysiphonia urceolata)中分离到的一株内生真菌EN-22的次生代谢产物的化学成分进行了研究。利用正相硅胶柱层析、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱层析、制备薄层层析(PTLC)以及重结晶等分离手段从该菌发酵液中分离得到15个化合物,通过一维、二维核磁共振技术、质谱技术等鉴定了所有化合物的结构,分别为:4-(4-喹啉)-4-羟基-2-丁酮(1),3-羟基-3-(2-氧丙基)吲哚-2-酮(2),3-吲哚乙醇(3),3-吲哚甲酸(4),2-羟基-3-吲哚丙酸(5),2-酮-3-吲哚乙醇(6),3,3-二吲哚-2-羟基-丙醇(7),β-咔啉(8),尿嘧啶(9),环-(S-脯氨酸-S-异亮氨酸)(10),(22E,24R)-3β,5α,9α-三羟基麦角甾-7,22-二烯-6-酮(11),(22E,24R)-5α,6α-环氧麦角甾-8,22-二烯-3β,7α-二醇(12),5α,6α-环氧-24(R)-甲基胆甾-7,22-二烯-3β-醇(13),胡萝卜苷(14),过氧化麦角甾醇(15);其中化合物1和2为新天然产物,并首次报道化合物1的碳谱数据。

海洋红树林植物木榄化学成分研究

采用多种柱层析方法从红树植物木榄(Bruguiera gymnorrhiza(L.)Lam.)中分离获得9个单体成分,综合运用现代波谱技术鉴定了所有成分的化学结构,分别为格榄酮(I)、槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(II)、黄芪苷(III)、芦丁(IV)、3-O-甲基槲皮素(V)、羽扇豆醇(VI)、羽扇豆酮(VII)、蒲公英赛酮(VIII)和胡萝卜苷(IX),其中化合物II^V为首次从木榄属植物中分离得到。

海洋生物诞生过程、新资源发掘与高值利用

本文以46亿年来地球、海洋及生命的形成与演化为主线,简要回顾了生命体由简单到复杂、从低级向高级、从水生到陆生逐级演化的历史进程,以及重大环境变化事件对生物毁灭性灭绝、生物适应与多样性演化的影响,阐明海洋尤其热带海洋在生命诞生、孕育及庇护等过程中所发挥的不可替代作用。同时,分析了热带海洋生物资源多样性中心形成的重要自然环境因素及可能机制。并针对印太交汇区深海极端环境微生物生态系统、浅海典型的海草/藻床、珊瑚礁、生物多样性和热带渔业资源,论述了热带海洋生物多样性资源的保护、发掘与高值开发利用。

海洋微塑料对海水青鳉毒性效应研究进展分析

海水青鳉是研究微塑料对海洋生物毒理作用的理想模式生物。文章围绕微塑料在海水青鳉中毒性研究,通过查阅相关文献,对已发表文献年度变化和地区分布进行了统计分析;通过分析实验所用微塑料种类、颗粒大小和实验浓度、暴露时间和方式以及不同生长阶段海水青鳉实验对象选择,总结归纳微塑料在海水青鳉体内代谢、肠道损伤、生长和发育毒性、生殖毒性、遗传毒性以及对其他海洋污染物的放大或缓解效应6个方面的研究结果,并以分析结果为基础,建议在后期研究海洋微塑料对海水青鳉毒性效应,应重点考虑实验时间长短、实验材料选择和实验设计、毒理作用机制分析等因素。

海洋红藻鸭毛藻化学成分研究

采用正相硅胶柱层析、SephadexLH-20凝胶柱层析、反相HPLC及重结晶等手段,从鸭毛藻(Symphyocladia latiuscula)中分离获得6个化合物,通过一维和二维核磁共振等现代波谱技术鉴定了全部化合物的结构,分别为:焦谷氨酸乙酯(1)、4-杜松烯-1-醇(2)、胆甾醇(3)、6,10,14-三甲基-2-十五酮(4)、1,2-棕榈酸甘油二酯(5)和15-羟甲基-2,6,10,18,22,26,30-七甲基-14-甲烯基-17-三十一烯(6)。以上化合物均为首次从该属海藻中分离鉴定。

海洋红树林植物黄槿内生真菌Aspergillus sydowii EN-198化学成分研究

对采自海南东寨港的海洋红树林植物黄瑾(Hibiscus tiliaceus)叶中分离到的一株内生真菌Aspergillus sydowii EN-198的次生代谢产物进行了研究。利用正相与反相硅胶柱层析、葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱层析以及制备薄层层析(PTLC)等分离手段从其发酵液中分离得到14个化合物,通过一维、二维核磁共振技术、质谱技术等鉴定了所有化合物的结构,分别为:环-(S-脯氨酸-S-苯丙氨酸)(1),环-(S-脯氨酸-S-亮氨酸)(2),环-(S-苯丙氨酸-S-色氨酸)(3),(1S)-1-(4′-间羟基苯甲酸)-1,1,5,5-二甲基己二醇(4),曲酸(5),N-[2-(4-吲哚)乙基]乙酰胺(6),N-[2-(4-对羟基苯酚)乙基]乙酰胺(7),胸腺嘧啶脱氧核苷(8),尿嘧啶脱氧核苷(9),尿嘧啶核苷(10),过氧化麦角甾醇(11),麦角甾醇(12),(2S,2′R,3R,3′E,4E,8E)-N-(2′-羟基-3′-十六烯酰基)-9-甲基-4,8-二十碳二烯-1,3-二醇(13)以及1-O-β-D-葡萄糖基-(2S,2′R,3R,3′E,4E,8E)-N-(2′-羟基-3′-十六烯酰基)-9-甲基-4,8-二十碳二烯-1,3-二醇(14);其中化合物1和2为首次从Aspergillus sydowii中分离得到。对所有化合物测试其抑菌活性,发现化合物5与7对金黄色葡萄球菌有较好抑制活性。

宏基因组学在海洋药物研究中的应用

目前,超过95%的海洋微生物不能够人工培养,这造成了资源获取上的瓶颈问题,进而限制了大量新海洋药物的开发和研究。宏基因组学是一种不依赖于人工培养,直接从海洋环境中提取DNA建立宏基因组文库的方法;如此建立的文库理论上可以覆盖环境中所有微生物的遗传信息,因此,宏基因组学的出现使获得大量生物资源成为可能。功能基因或者某一合成通路的基因簇可以用特定方法分析鉴定,进而异源表达获得异源活性物质。宏基因组学方法主要包括大片段DNA的分离、宏基因组文库的构建、基因筛选、基因簇的表达及阳性克隆的检测。本文综述了宏基因组学的研究方法及其在海洋药物开发中的地位和应用,并探讨了宏基因组学在海洋药物研究中的应用前景。

饲料中添加海洋生物营养强化剂对蛋品质的影响

试验旨在研究饲料中添加海洋生物营养强化剂对鸡蛋蛋品质的影响,将600只健康海兰褐壳蛋鸡随机分为两组,分别饲喂普通九洲鸡饲料和含有海洋生物营养强化剂的九洲鸡饲料,对比分析其鸡蛋蛋品质及其功能性营养物质(必需氨基酸、脂肪酸及类胡萝卜素)的变化,试验期56d。结果显示,试验组海兰褐壳蛋鸡所产鸡蛋(海洋生命蛋)的蛋黄颜色为橙红到鲜红色,蛋黄重/蛋清重为0.424,而普通鸡蛋的蛋黄为黄色和橘黄色,蛋黄重/蛋清重为0.365。海洋生命蛋的总氨基酸含量为13.22g/100g,其中各必需氨基酸含量较普通鸡蛋均有不同程度的提高;海洋生命蛋中多不饱和脂肪酸高达30.53%,类胡萝卜素含量达到0.75mg/枚,而普通鸡蛋仅为0.52mg/枚;同时,在海洋生命蛋中检测出虾青素,其叶黄素/玉米黄素为1.12,且其有机硒含量为290~490μg/kg。上述结果表明,添加海洋生物营养强化剂的饲料可较全面地提高鸡蛋的蛋品质。

平端深海偏顶蛤(Gigantidas platifrons)实验室蓄养过程鳃部含菌上皮细胞超微结构动态变化研究

平端深海偏顶蛤(Gigantidasplatifrons)是南海台西南冷泉区的典型优势物种,鳃丝上皮细胞内共生大量甲烷氧化菌,通过甲烷有氧氧化合成有机物为共生体系提供物质能量,是平端深海偏顶蛤赖以生存的重要能量来源器官,溶酶体在共生体系的营养互作和稳态维持中可能发挥重要作用,本研究使用电镜技术观测了常压培养过程中(0d,30d,90d)平端深海偏顶蛤共生体系中共生菌和溶酶体的动态变化,通过鳃上皮含菌细胞超显微结构的变化研究常压培养对深海共生体系的影响,并探讨溶酶体在宿主-共生菌营养传递和共生菌群稳态维持中的关键作用。研究发现,在原位状态样品中(0d)共生菌和溶酶体呈极化分布,细胞结构完整清晰;蓄养30d后,含菌细胞出现明显破碎,共生菌数量大幅降低,溶酶体数量、范围和消化程度大幅增加,对细胞顶端的甲烷氧化菌进行分解;而90d后,共生菌在溶酶体的作用下消失殆尽,鳃部有明显细胞脱落后留下的坑洞,细胞呈现空泡状,无法明确区分各种细胞组分。上述结果展示了长期常压蓄养过程中鳃上皮含菌细胞中溶酶体与甲烷氧化菌的动态变化,推测当共生菌丢失后溶酶体也同步降低活跃度,平端深海偏顶蛤在共生互作中通过溶酶体主导消化和调控共生菌。

绿潮生物学机制研究

绿潮发生机制极其复杂,但其核心机理是绿潮暴发时漂浮"藻席"中的浒苔快速形成巨大生物量,涉及浒苔生物学过程对环境的响应及其生理生化基础。为此,本文在已有研究报道的基础上,对浒苔生活史研究进行了充分的理论补遗;分析了漂浮"藻席"中浒苔生长与繁殖过程,认为该过程是绿潮生物量形成的关键;阐述了浒苔孢子囊形成是对富营养化背景下海水溶解无机氮(DIN)中硝态氮高占比的响应,认为一氧化氮分子可促进浒苔营养细胞向孢子囊的转化;解析了浒苔细胞对逆境因子的响应途径与机制。基于已有的研究成果,本文对浒苔引发绿潮的生物学过程进行了理论推定。人为或自然因素使固着浒苔处于漂浮状态,形成小规模"藻席";富营养化背景下海水DIN中硝态氮占比的升高赋予了浒苔巨大的繁殖潜能,漂浮过程溶解无机碳(DIC)"充裕"和"不足"两个阶段的交替以及食藻动物啃食产生的藻片段使孢子囊形成比例大幅提升;孢子原位萌发等使释放的孢子在"藻席"中获得了附着基,个体数目随之指数增长;结合漂浮浒苔的高生长速率,"藻席"规模不断扩大,短时间内形成巨大生物量。同时,本文还对今后的绿潮研究提出一些建议,认为啃食动物在浒苔生物量消长过程中发挥重要作用,在漂浮"藻席"系统中扮演着"生态引擎"的功能,同时系统阐明浒苔孢子的原位萌发等现象的生物学机理应该是未来绿潮的重要研究内容。

大型海藻孔石莼化学组分和生物活性研究新进展

孔石莼是一种大型绿藻,在食品、药物等领域具有广泛应用。本文综述了近5年来孔石莼化学组分及其生物活性研究进展,并展望了其应用前景。

海洋贝类Toll样受体及其接头蛋白MyD88的分子进化研究

海洋贝类在长期的进化过程中具备了复杂和独特的免疫体系,为免疫防御系统的适应性进化研究提供了典型实例。目前海洋贝类天然免疫系统经典分子在后生动物演化历程中的特点尚不明确。为探究模式识别受体Toll样受体(TLR)及其接头分子髓样分化因子(MyD88)基因家族在后生动物中的进化历程,研究了32个后生动物演化代表性物种中TLR及MyD88基因家族的系统发育关系,以长牡蛎为代表物种探讨了长牡蛎TLRs和MyD88s在病原感染、环境胁迫、早期发育和组织分化条件下的基因表达模式。结果表明,海洋贝类中普遍存在TLR和MyD88基因家族的扩张,在腹足类和双壳类中检测到两个基因家族谱系特异性的基因扩张, 46个长牡蛎特异性扩张的TLR基因能够被病原诱导表达,且在不同类型的病原感染下,其表达模式具有特异性。和病原诱导表达的TLRs相比,参与牡蛎早期发育的TLRs起源相对古老。研究结果表明,海洋贝类天然免疫模式识别受体TLR及其接头分子MyD88通过基因复制和表达分化形成了复杂特异的信号传导通路,这有助于深入了解海洋贝类的天然免疫防御系统的特点,丰富后生动物天然免疫进化的脉络。

栉孔扇贝壳粉对刚果红的吸附性能研究

栉孔扇贝是中国养殖量最大的扇贝,其废弃的贝壳资源利用也成为了关注的热点。贝壳粉是一种天然的生物吸附剂,本文通过高温煅烧处理,进一步优化了栉孔扇贝壳的吸附性能,采用扫描电镜分析、红外光谱分析表征手段对其形貌、组成进行分析;同时探讨了不同贝壳粉煅烧温度、反应时间、反应温度、刚果红初始浓度对其吸附性能的影响以及吸附动力学模型和等温吸附模型。结果表明, 900℃下煅烧的贝壳粉吸附性能最好;吸附反应在5 min内迅速发生,在150 min后基本达到平衡;该反应符合准二级吸附动力学过程(R2=0.999 1),吸附等温线符合Freundlich模型,属于多相吸附,低温更有利于刚果红在煅烧栉孔扇贝壳粉上的吸附。以上结果对于解决印染废水的净化处理具有重要意义,也为栉孔扇贝壳废弃资源综合利用奠定理论基础。

海洋动物适应性演化与多样性研究进展

海洋生物多样性是海洋生态系统的重要组成部分,了解海洋生物多样性的形成演化过程不仅是生命科学的本质问题,而且对海洋生物资源的保护和开发利用具有重要的指导意义。目前海洋生物多样性的形成演化机制尚不明确,而性状多样性的起源和适应性演化为回答海洋生物多样性的内源性机制提供了重要突破口。本文从演化发育生物学的角度综述了海洋动物适应性性状、其研究方法和新兴模式生物的研究进展,重点阐述了印太交汇区的海洋动物适应性演化研究进展,探讨了该区域生物多样中心形成的驱动力,并就未来海洋生物多样性与适应性演化研究提出了建议。

海洋植物谱系地理模式与遗传连通性研究进展

海洋植物谱系地理学虽然在国内受到的关注比较有限,但近年来的研究进展对了解环境变动如何影响物种的多样性结构、生态适应和进化潜力等亦提供了重要信息。本文首先对刊发海洋植物谱系地理研究最具代表性的两本国际期刊《Molecular Ecology》和《Journal of Biogeography》进行搜索和筛选,从研究团队的地域分布和研究对象的阶元等角度纵览全球范围内近20年间海洋植物谱系地理学研究的现状和特征。其后,本文从洋流如何驱动海洋植物谱系地理结构和多样性、入侵物种的种群遗传变异特征和路径重建、冰期避难所如何影响现今海洋植物遗传结构和地理变动、克隆繁殖和谱系多样化等四个方面概述了这一领域的主要成果进展。最后,本文还从岛屿地理模型、共生物种的谱系协同进化和高通量数据应用等三个方面对海洋植物谱系地理学的发展趋势进行了展望。

海洋沉积物来源真菌嗜松青霉SD-272代谢产物研究

对来源于珠江口沉积物的一株海洋真菌嗜松青霉(Penicillium pinophilum)SD-272的次生代谢产物,进行了化学成分分离及其生物活性研究。采用常规硅胶柱层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、制备薄层层析等分离手段,通过紫外、核磁共振技术、质谱技术等现代波谱学技术,从其发酵液提取物中共分离并鉴定了13个化合物,分别为:4'-demethylvermistatin(1),vermistatin(2),penisimplicissin(3),deoxyfunicone(4),5,6-epoxy-3-deoxyfunicone(5),5′-methoxy-6-methyl-biphenyl-3,4,3′-triol(6),altenusin(7),1-deoxyrubralactone(8),kojic acid(9),7-hydroxy-2-(2-hydroxypropyl)-5-methylchromone(10),dankasterone(11),4-hydroxy-2-methoxyacetanilide(12),N-(2-hydroxypropanoyl)-2-aminobenzoic acid amide(13)。这些化合物均为首次从嗜松青霉中分离得到,其中化合物11显示较好的卤虫致死活性,LD50值为39.2μmol/L。

海洋红树林植物卤蕨内生真菌Cladosporium perangustum MA-318中一个新的链烯酸酐衍生物methylate cordyanhydride A

从采自海南东寨港的红树林卤蕨(Acrostichum aureum Linn.)中分离得到的一株内生真菌Cladosporium perangustum MA-318,对其次级代谢产物进行了研究。利用反相硅胶柱层析、正相硅胶柱层析以及葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱层析等分离手段获得一个单体化合物。通过波谱数据分析(HRESIMS、1D NMR、2D NMR)鉴定该化合物为新的链烯酸酐,其结构为methyl(E)-3-(4-(2-((4-(but-1-en-1-yl)-2,5-dioxo-2,5-dihydrofuran-3-yl)methyl)butyl)-2,5-dioxo-2,5-dihydrofuran-3-yl)propanoate,命名为methylate cordyanhydride A。抗菌实验表明该化合物对藤黄微球菌(Micrococcus luteus)表现出一定的抑制作用。

原位杂交结合半薄切片对石鳖贝壳发育相关细胞的观察研究

多板纲软体动物(石鳖)生有8片重复排列的贝壳,与其他类群如腹足类、双壳类等有显著的区别,这些差异蕴含着重要的发育和演化意义。前期研究发现,红条毛肤石鳖(Acanthochitona rubrolineata)幼虫贝壳发育组织的细胞排列欠规则,在普通显微镜下不易识别单个细胞结构。本研究首先利用整装原位杂交手段鉴定出一些参与贝壳发育的细胞群体,发现表达engrailed的细胞分布于贝壳发育区中央区域的突起部位(脊)和边缘区域,其中脊区域的表达呈条纹状,边缘区域的表达则与贝壳发育区的外周吻合,但是对这些细胞的形态和排列模式等细节无法开展深入观察。接下来对石鳖幼虫进行了半薄切片,发现可以识别出壳板发育区细胞及脊细胞的大致轮廓和分布模式,但分辨率仍然受限。为了进一步提升分辨能力,结合了整装原位杂交实验及半薄切片技术,对表达engrailed基因的贝壳发育相关细胞开展了观察研究。结果显示,对整装原位杂交后的幼虫进行半薄切片,组织细胞结构保持完整,细胞轮廓清晰,能够清楚区分engrailed阳性细胞。观察表明,这些细胞具有较高的核质比,总体呈V形排列,且贝壳发育区中央部位与边缘部位的engrailed阳性细胞在形态和排列上存在区别。这些结果证明,将原位杂交与半薄切片结合,可提升对细胞结构观察的分辨率,实现同时从分子和细胞学层面研究石鳖贝壳发育相关细胞。本研究对进一步从细胞水平研究石鳖的贝壳发育过程、解析相关贝壳发育相关基因的功能有重要的支撑作用。研究结果对揭示更多贝壳起源的信息,理解软体动物贝壳的起源和演化有重要意义。