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原文传递天然防污产物的筛选及红树植物防污策略的研究

论文题名：	天然防污产物的筛选及红树植物防污策略的研究
关键词：	天然防污产物;红树植物;溶剂提取;活性组分;分子结构;色谱层析技术
摘要：	随着国际社会对环境问题的日益关注及有机锡防污剂最终使用期限的日益接近，高效环保型海洋防污涂料成为发展重点，其中天然防污活性物质的筛选是研制高效环保型海洋防污涂料的基础，并且对海洋生物防污策略的研究还可为其提供仿生学的启示。本文以白脊藤壶(Balanus albicostatus Pilsbry)金星幼体附着抑制实验为防污活性检测模型，以防污活性为导向对多种海洋生物和中草药进行较系统的溶剂提取，确定其防污活性组分，并综合运用多种色谱层析技术从中逐步分离、纯化出天然防污产物，以现代波谱技术鉴定其分子结构，对其防污作用机制也进行了探讨，同时结合白脊藤壶金星幼体附着抑制实验和海区挂板试验从生物农药中直接筛选防污活性物质，分析其构效关系，另外还首次研究了海洋高等植物红树植物的防污策略，主要结果如下。　　1、对孔石莼（Ulva pertusa）、海黾草（Thalassia hemprichii）、海菖蒲（Enhalus acoroides）、白骨壤（Avicennia marina）、红海榄（Rhizophora stylosa）、木榄（Bruguiera gymnorrhiza）、秋茄（Kandelia candel）、无瓣海桑（Sonneratia apetala）、喷喘苔海绵（Tedania anhelans）、软海绵（Halichondria sp.）、总合草苔虫(Bugula neritina)、中胚花筒螅（Tubularia mesembryanthemum）、侧花海葵(Anthopleura sp.)、蓝斑背肛海兔（Notarcus leachii cirrosus）、皱瘤海鞘（Styela plicata）和冠瘤海鞘（S.canopus）等16种海洋生物的防污活性检测结果表明除红海榄外，其余15种海洋生物均被确定含有防污活性成分。从这些海洋生物的49种提取物中筛选出37种具显著防污活性的提取物，其中以秋茄的二氯甲烷提取物的防污活性最高，以防污活性为导向首次从秋茄中逐步分离纯化获得1种天然防污产物，结构鉴定为齐墩果酸，其防污活性(EC50为0.07μg/cm2)远高于在国内外已有数项防污剂专利的辣椒素(EC50为1.34μg/cm2)，表明该化合物在海洋环保防污领域有很大的应用潜力。此外，齐墩果酸是通过非急性毒性作用不可逆地抑制了白脊藤壶金星幼体的附着，但此化合物在海水中性质不稳定，与海水接触时间达48～96h即丧失其防污活性。另一方面，本文还从总合草苔虫的乙酸乙酯提取物中逐步分离纯化获得一类具广谱防污活性的人工合成有机污染物-邻苯二甲酸酯。　　2、本文首次证明百部（Stemona sp.）、苦参（Sophora flavescens）、天名精（Carpesium abrotanoides）、川楝(Melia toosendan)、蛇床(Cnidium monnieri)和黄荆（Vitex negundo）等6种中草药均含防污活性成分。在这些中草药的24种提取物中，除百部的水提取物外，其它23种提取物均具防污活性，其中以苦参的乙酸乙酯提取物的防污活性最高，从此提取物中逐步分离纯化到1种天然防污产物，结构鉴定为(2S)-2'-甲氧基苦参酮，其防污活性(EC50为0.42μg/cm2)高于苦参碱、氧化苦参碱和氧化槐果碱及辣椒素，显示出其在海洋环保防污领域的应用潜力。对构效关系的分析表明，第15位氮原子对于苦参碱呈现出较高的防污活性起到重要作用。另外，(2S)-2'-甲氧基苦参酮是通过非急性毒性作用抑制白脊藤壶金星幼体的附着，此抑制作用具可逆性。荧光显微镜和激光扫描共聚焦显微镜的观察结果表明(2S)-2'-甲氧基苦参酮对藤壶金星幼体的作用位点为幼体体表。本文还提出了(2S)-2'-甲氧基苦参酮的固体膜抑制白脊藤壶金星幼体附着的作用模型，包括:(2S)-2'-甲氧基苦参酮从位于基底的固体膜中溶解-沉淀的动态过程，与基底紧邻的水层中高浓度的(2S)-2'-甲氧基苦参酮向上水层的扩散，（2S)-2'-甲氧基苦参酮在幼体表面的吸附-解吸附的动态过程。　　3、鱼藤酮、辣椒素、富右旋反式丙烯菊酯、Es-生物丙烯菊酯、富右旋丙炔菊酯、生物丙炔菊酯、胺菊酯、富右旋胺菊酯、富右旋苯醚菊酯、富右旋苯氰菊酯、二氯苯醚菊酯、氯氰菊酯和高效顺反氯氰菊酯等13种生物农药均显著抑制白脊藤壶金星幼体的附着，并在天然海区中均呈现出明显的防污活性，防污有效期可达6个月以上，其中鱼藤酮、氯氰菊酯和高效顺反氯氰菊酯具较高的防污活性，其EC50值分别为0.0041、0.02和0.0063μg/cm2，远高于辣椒素，在海洋防污领域具很大的应用潜力。另外，对拟除虫菊酯类化合物来说，丙炔基、丙烯基、氰基和氯元素都是对其防污活性起重要作用的基团，且不同异构体组成和不同的醇成分都会导致其防污活性发生改变。　　4、野外调查发现处于同一生境中的木榄、无瓣海桑、白骨壤、红海榄和秋茄等5种红树植物的叶片上存在不同的藤壶污损程度，其中以无瓣海桑叶片表面的藤壶污损程度最低，表明其防御藤壶污损的能力最强。对这5种红树植物成熟叶的物理特征的表征观测表明:除白骨壤成熟叶反面外，其它红树植物成熟叶的正面和反面都呈现出表面润湿性差的特点，这可起到防御藤壶污损的作用，并且红树植物叶片表面的润湿性与其非光滑结构存在明显的相关性，表明红树植物成熟叶可能存在物理防污策略。另一方面，对这5种红树植物成熟叶表面的化学物质的测定结果表明:除红海榄外，木榄、无瓣海桑、白骨壤和秋茄的成熟叶表面均被确定含有防污活性物质，且这些物质在叶片表面上的分布浓度足够以显著抑制藤壶附着，表明这4种红树植物的成熟叶都极有可能存在化学防污策略。其中从无瓣海桑成熟叶的表面提取物中逐步分离纯化获得齐墩果酸和邻苯二甲酸酯这两类防污活性物质，它们都很有可能在天然海区中为无瓣海桑叶片起到化学防污的作用，并且齐墩果酸也存在于秋茄成熟叶的表面，也极有可能为秋茄叶片起到化学防污的作用。本文还首次提出无瓣海桑叶片的防污策略模型，包括：　　(a)抑制附着:叶片表面有蜡质分布，润湿性差，这会抑制藤壶附着或使其附着不牢，且针簇状突起的表面微地貌也可能会抑制藤壶附着或使其附着不牢;无瓣海桑本身产生的化合物齐墩果酸及其从环境中富集的污染物邻苯二甲酸酯均分布在叶片的表面，均会抑制藤壶的附着; 　　(b)附着后防除:无瓣海桑的叶片本身轻且柔软，这导致叶片在潮水冲刷下易发生较大角度的弯折、使得在其上附着本就不十分牢固的藤壶个体在生长到一定大小后容易发生基底与叶表面分离，而从叶表面脱落;叶片表面可能存在抑制藤壶生长或导致藤壶附着后死亡的化合物。
作者：	冯丹青
专业：	海洋生物学
导师：	李少菁;柯才焕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	厦门大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文