CRYSTAL AND MOLECULAR STRUCTURES AND MS ANALYSE OF beta-CARBOXYLETHYL (OR alpha-METHYLETHYL) GERMANIUM TRICHLORIDES

This paper reports the results of the crystal and molecular structures, CI-MS and FAB-MS analyse of Cl3GeCH2CH2COOH and Cl3GeCH(CH3)CH2COOH. The characters and active parts of these molecules are also discussed

Product monitoring and quantitation of oligosaccharides composition in agar hydrolysates by precolumn labeling HPLC

Since the discovery of multiple bioactivities for agarobiose oligomers, a quantitative method has been in great need to monitor the agarobiose oligomers. This report demonstrates that agarobiose oligomers can be separated with high resolution in HPLC after introducing a-naphthylamine into compounds. Agarobiose oligomers ranged from biose to decaose were isolated by Sephadex column. HPLC analysis indicated that each oliomer could be quantified with good linearity and a low detection limit of 0.1-4 mug/ml. The chromatographic profiles of agaro-oligosaccharides with different hydrolysis modes (hydrochloride, citric acid, solid acid, and hydroxyl radical degradation) showed that agarobiose could be obtained more than 57.8% using solid acid mediated hydrolysis, while hydrochloride acid could degrade agar into a series of agaro-oligosaccharides from biose to decaose. The yield of oligosaccharides was low if hydrolyzed by citric acid. The Fenton degradation can increase the speed of hydrolysis, but the product was complex. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Comparative analysis of astaxanthin and its esters in the mutant E1 of Haematococcus pluvialis and other green algae by HPLC with a C30 column

A gradient reversed-phase high-performance liquid chromatography (HPLC) method using a C30 column was developed for the simultaneous determination of astaxanthin, astaxanthin monoesters and astaxanthin diesters in the green algae Chlorococcum sp., Chlorella zofingiensis, Haematococcus pluvialis and the mutant E1, which was obtained from the mutagenesis of H. pluvialis by exposure to UV-irradiation and ethyl methanesulphonate (EMS) with subsequent screening using nicotine. The results showed that the contents of total astaxanthins including free astaxanthin and astaxanthin esters ranged from 1.4 to 30.9 mg/g dry biomass in these green algae. The lower total astaxanthin levels (< 2 mg/g dry biomass) were detected in the green algae Chlorococcum sp. and C. zofingiensis. The higher total astaxanthin levels (> 16 mg/g dry biomass) were found in the green alga H. pluvialis and its mutant E1. It is notable that the mutant E1 is found to have considerably higher amounts of total astaxanthin (30.9 mg/g) as compared to the wild strain of H. pluvialis (16.1 mg/g). This indicates that UV-irradiation and EMS compound mutagenesis with subsequent screening using nicotine is an effective method for breeding of a high-producing astaxanthin strain of H. pluvialis. In addition, the green alga C. zofingiensis had a remarkably higher percentage of astaxanthin diesters (76.3% of total astaxanthins) and a remarkably lower percentage of astaxanthin monoesters (18.0% of total astaxanthins) in comparison with H. pluvialis (35.5% for diesters and 60.9% for monoesters), the mutant E1 (49.1% and 48.1%) and Chlorococcum sp. (18.0% and 58.6%).

attB site disruption in marine Actinomyces sp M048 via DNA transformation of a site-specific integration vector

An efficient conjugation method has been developed for the marine Actinomyces sp. isolate M048 to facilitate the genetic manipulation of the chandrananimycin biosynthesis gene cluster. A phi C31-derived integration vector pIJ8600 containing oriT and attP fragments was introduced into strain M048 by bi-parental conjugation from Escherichia coli ET12567 to strain M048. Transformation efficiency was (6.38 +/- 0.41) x 10(-5) exconjugants per recipient spore. Analysis of eight exconjugants showed that the plasmid pIJ8600 was stably integrated at a single chromosomal site (attB) of the Actinomyces genome. The DNA sequence of the attB was cloned and shown to be conserved. The results of antimicrobial activity analysis indicated that the insertion of plasmid pIJ8600 seemed to affect the biosynthesis of antibiotics that could strongly inhibit the growth of E. coli and Mucor miehei (Tu284). HPLC-MS analysis of the extracts indicated that disruption of the attB site resulted in the complete abolition of chandrananimycin A-C production, proving the identity of the gene cluster. Instead of chandrananimycins, two bafilomycins were produced through disruption of the attB site from the chromosomal DNA of marine Actinomyces sp. M048.

Determination of multiple trace elements in seawater using chelation ion chromatography and ICP-MS

An off-line chelation system combined with ICP-MS technique was developed for the quantitative determination of trace elements in seawater, namely V, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Pb, U and rare earth elements(REEs). The system was built based on an ion chromatography equipped with MetPac((R)) CC-I chelation columns which had a strong selective chelation to these target elements within a pH range 5.2-5.6. Acidified seawater samples and NH4Ac(2 mol/L) were blended to meet suitable pH before being injected into the chelation column, thus target elements were retained while alkali and alkaline metals were excluded. Then chelated elements were eluted by HNO3 (1 mol/L) and samples were collected for ICP-MS analysis. Varying the ratio of input( gen. 200 mL) to output( gen. 5 mL), the target elements which were concentrated as 40 times as their concentrations were far beyond instrumental quantification limits. At last, a certificated seawater CASS-4 was introduced and our detected values were in good agreement with those certified values.

海带根中α-glucosidase 和PTP-1B 靶向生物活性物质的分离纯化及其抗糖尿病作用研究

海带根是一种治疗糖尿病的民间中药，在沿海地区有很长的民间用药历史。食用海带根能够有效降低糖尿病患者的血糖，起到治疗作用。本文目的在于发现海带根中抗糖尿病的天然活性物质并分析它们在糖尿病治疗中的靶点；进一步开发一种低价且无毒副作用的化学类新药或中药新药。 α-glucosidase和 PTP-1B是II型糖尿病的两个重要靶点，海带根提取物能同时作用于这两个靶点。通过抑制这两种酶，降低血糖水平，85%乙醇粗提物对两种酶的IC50分别为1589ug/ml、IC50 1271ug/ml。乙酸乙酯相和石油醚相分别抑制α-glucosidase和 PTP-1B，IC50分别为380ug/ml和220ug/ml。因此以α-glucosidase和 PTP-1B的抑制活性为导向，用天然产物化学的方法对活性成分进行追踪分离，寻找单体活性物质进而鉴定其结构。由于乙酸乙酯相具有α-glucosidase抑制活性，用硅胶柱层析（石油醚：丙酮5：1、1：1），（二氯甲烷：甲醇60：1、20：1、5：1），凝胶柱层析Sephadex LH20（二氯甲烷：甲醇1：1），HPLC （80% 甲醇-水），对α-glucosidase抑制剂进行分离，得到组分IC50 为3.6ug/ml。用质谱仪和核磁共振确定结构。 生物活性测定结果表明α-glucosidase和 PTP-1B是两种不同的物质，分别位于乙酸乙酯相和石油醚相。光照实验和高温实验表明抑制α-glucosidase的活性成分对光照和温度敏感。光照48h或者50℃ 12h而且对α-glucosidase的抑制活性显著降低，TLC检测并用FeCl3显色初步表明抑制α-glucosidase的活性成分可能是多数酚类物质。动物实验显示在1450ug/kg剂量下，乙酸乙酯相能够显著降低糖尿病小鼠血糖，与阴性对照组差异极显著（P<0.01）。表明，海带根提取物在体内和体外均呈现出抗糖尿病活性，是一种潜在的抗糖尿病药物。

海洋红藻多管藻和松节藻的化学成分及抗氧化活性研究

海洋生物具有产生丰富多样的次生代谢产物的能力，其中红藻门松节藻科海藻卤代次生代谢产物以其结构新颖、生物活性独特引起了天然产物化学家的重视。 本论文对海洋红藻多管藻和松节藻进行了化学成分研究，综合利用各种色谱学方法 (硅胶柱层析、反相硅胶柱层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、半制备高效液相色谱以及重结晶等) 和现代波谱学技术 (IR、UV、EI-MS、FAB-MS、HR-ESI-MS、CD、1H-NMR、13C-NMR、DEPT、1H-1H COSY、HSQC、HMBC等)，共分离鉴定了100个化合物，发现25个新化合物。 从多管藻中分离鉴定38个化合物 (24个溴酚化合物)，其中7个新化合物 (均为溴酚化合物)，包括1个菲并呋喃结构溴酚 (P1), 2个二氢菲结构溴酚 (P2, P3)，1个含 5,7-dihydrodibenzo[c,e]oxepine 结构溴酚 (P4)和3个简单溴酚 (P5, P6, P7)。P1 (urceolatin) 属首例报道的具有菲并呋喃结构的天然产物，从该种中分离的化合物P12 和 P13 可能是其生源合成的前体。P2和P3为第二例报道的具有二氢菲结构的溴酚化合物。 从松节藻中分离并鉴定了62 个化合物，其中18 个为溴酚类新化合物，44 个为已知化合物。化合物具有多变的取代基团，包括2 个脲基吡咯烷酮溴酚化合物 (R1, R2), 4 个γ-脲基丁酸溴酚化合物 (R3-R6)，5 个酰胺溴酚化合物 (R7, R8, R9, R13, R14)，1 个溴酚砜化合物 (R12), 1 个Xanthene 溴酚化合物 (R10)和5 个简单溴酚化合物 (R11, R15, R16, R17, R18)。R1、R2 是首例报道的含有脲基吡咯烷酮片段的天然产物，R10 为首次报道的溴代Xanthene 类天然产物。 对分离到的化合物进行了清除DPPH 和ABTS两种自由基活性的筛选。结果发现溴酚类天然产物具有显著的DPPH自由基清除活性，其中R3 的IC50 仅为3.3 μM, 其活性强度约为阳性对照BHT (IC50 为82.1 μM) 的24倍。另外，溴酚类天然产物对ABTS自由基有较强的清除活性，R2 的TEAC（Trolox efficency activity capacity）值为5.2 mM，约为阳性对照 (ascorbic acid, 1.02 mM) 的 5 倍。初步的构效关系研究发现，稠环分子、多羟基和邻位甲氧基等结构特点能有效增强DPPH 自由基清除活性；特殊取代基如脲基、吡咯烷酮等含有氮原子的基团，能有效增强ABTS 自由基清除活性，多羟基、溴代等结构特点也使其活性有所增强。 本研究结果丰富了海藻卤代化合物的结构类型，为多管藻和松节藻的合理利用提供了一定的科学依据。

三种红藻活性物质的发现及松节藻醇提物抗糖尿病药理研究

海藻是海洋生物中的一大类群，由于其特殊的生活环境，能够代谢产生大量结构独特多变和活性特殊多样的代谢产物，是化学和生物活性多样性研究的重要对象之一。我国海域辽阔，海藻资源丰富，为寻找结构新颖、生理活性独特的先导化合物，加强对海藻资源的开发利用，本论文对中国沿海的三种海洋红藻进行了化学成分和生物活性研究，同时对山东青岛海域生物量丰富的一种海洋红藻松节藻进行了动物体内抗糖尿病活性研究。 利用正相硅胶柱色谱、Sephadex LH-20柱色谱以及反相HPLC和重结晶等现代分离手段，对山东青岛沿海的红藻扇形叉枝藻（Gymnogongrus flabelliformis）进行了系统的化学成分研究，从中得到单体化合物26个，通过波谱学方法（IR、MS、NMR等）鉴定了他们的结构，分别为(3R,6R,7E)-(+)-3-O-phenylacetyl- 4,7-megastigmadiene-9-one（1），(3R,7E)-(-)-3-O-phenylacetyl-5,7-megastigmadiene -9-one（2），(3S,6R,7E)-(+)-3-hydroxyl-4,7-megastigmadien-9-one（3），(3S,5R,6S,7E)- (-)-3-hydroxy-5,6-epoxy-7-megastigmene-9-one（4），(3S,5S,6R,7E)-(+)-3-hydroxy- 5,6-epoxy-7-megastigmene-9-one（5），Dehydrovomifoliol（6），(3R)-(-)-4-[(2R,4S)-4- acetoxy-2-hydroxy-2,6,6-trimethylcyclohexylidene]-3-buten-2-one（7），2,3,3′-三溴-4,4′,5,5′-四羟基-1′-乙氧甲基双苯基甲烷（8），2,2′,3,3′-四溴-4,4′,5,5′-四羟基双苯基甲烷（9），3-溴-4,5-二羟基苯甲醛（10），2,3-二溴-4,5-二羟基苯甲基甲醚（11），2,3-二溴-4,5-二羟基苯甲醇（12），N, N-二甲基酪胺（13），4-羟基苯甲酸乙酯（14），4-羟基苯甲基乙醚（15），4-羟基苯乙基乙酯（16），4-羟基苯乙酸甲酯（17），4-羟基苯甲醛（18），豆甾-4-烯-3-酮（19），胆甾-4-烯-3-酮（20），胆甾醇（21），尿嘧啶（22），尿嘧啶核苷（23），腺嘌呤核苷（24），丁二酸（25），5-羟基-4-甲基-5-戊基-2,5-二氢呋喃-2-酮（26）。其中化合物1、2为新化合物，化合物3为新天然产物，所有化合物均为首次从该属海藻中分离得到。通过 MTT 法对部分单体化合物进行了肿瘤细胞毒活性筛选, 结果表明，化合物8、9、10、12对筛选的所有细胞株均有较强细胞毒活性，化合物11对人肺癌细胞株（A549）、人肝癌细胞株（Bel 7402）、人结肠癌细胞株（HCT-8）有一定细胞毒活性。通过研究单体化合物对小鼠腹腔巨噬细胞TNF-分泌的影响，对其进行抗炎活性筛选，结果表明，化合物8、9、11、13、17、23、24、25对小鼠腹腔巨噬细胞TNF-分泌表现出明显的抑制作用。 从采自山东荣成镆铘岛的红藻小珊瑚藻（Corallina pilulifera）的乙酸乙酯萃取物中分离得到16个单体化合物，通过波谱学方法鉴定化合物结构14个（另外2个正在鉴定中），分别为2α-乙氧酰基-2β-羟基-A-降胆甾-5-烯-4-酮（27），胆甾-4-烯-3-酮（28），胆甾醇（29），3β-羟基-胆甾-5,24(28)-二烯-7-酮（30），2α-羟基-胆甾-4-烯-3-酮（31），6α-羟基-胆甾-4-烯-3-酮（32），3β-羟基-胆甾-5-烯-7-酮（33），(E)-phytol epoxide（34），Phytenal（35），3,7,11,15- tetramethyl-hexadec-2-en-1-oll（Phytol）（36），Loloilide（37），(3S,5R,6S,7E)-(-)-3-hydroxy-5,6-epoxy-7- megastigmene-9-one（38），Dehydrovomifoliol（39），4-羟基苯甲醛（40）。其中，化合物 31为新天然产物，化合物27为首次从植物中分离得到，所有化合物均为首次从该种海藻中分离得到。通过 MTT 法对分离得到的单体化合物进行了肿瘤细胞毒活性筛选,化合物27和化合物32对筛选的所有肿瘤细胞株均有细胞毒活性，且化合物27对人胃癌细胞株（BGC-823）、人结肠癌细胞株（HCT-8）和人卵巢癌细胞株（A2780）具有中等强度抑制活性。化合物28、化合物31和化合物33对人肝癌细胞株（Bel 7402）、人结肠癌细胞株（HCT-8）和人卵巢癌细胞株（A2780）有一定细胞毒活性。 从采自广西北海涠洲岛的多管藻Polysiphonia sp.的乙酸乙酯萃取物中分离得到6个单体化合物，通过波谱学方法鉴定化合物结构5个（另外1个仍在鉴定），分别为胆甾醇（41），3,7,11,15-tetramethyl-hexadec-2-en-1-ol（Phytol）（42），3-吲哚甲醛（43），4-羟基苯甲醛（44），4-羟基苯甲酸（45）。 对山东青岛沿海的松节藻 (Rhodomela confervoides) 乙醇提取物进行了初步的体内抗糖尿病活性研究，采用链脲佐菌素诱导的2型糖尿病（STZ-DM）大鼠模型对其进行体内降糖实验，结果发现，松节藻乙醇提取物在糖尿病大鼠体内不仅具有显著的降血糖作用，且呈现良好的量–效关系，而且能够纠正糖尿病引发的物质代谢紊乱，增加体重，提高试验动物的成活率，因此具有良好的应用开发前景。

红树林植物海榄雌化学成分研究

本论文对红树林植物海榄雌的化学成分进行了研究，对其中分离得到的部分化合物进行了初步的生物活性筛选。 海榄雌采自海南东寨港，样品干燥后用氯仿甲醇（1：1）浸泡提取，合并提取物，先后用石油醚、乙酸乙酯和正丁醇萃取。得到石油醚相、乙酸乙酯相、正丁醇相和水相。 各部分采用常规的硅胶柱层析、制备薄层层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、反相硅胶柱层析、半制备HPLC以及重结晶等手段分离得到28个化合物。利用各种现代波谱技术(IR、UV、ESI-MS、FAB-MS、HR-FAB-MS、1D-NMR、2D-NMR等)，确定了其中20个化合物的结构，其中包括2个新化合物：化合物A1 2′-O-(5-phenyl-2E, 4E-pentadienoyl)mussaenosidic acid和化合物A2 2′-O-(p-methoxycinnamoyl)mussaenosidic acid，以及13个首次从海榄雌中报道的化合物。 对得到的20个化合物A1－A20进行了DPPH自由基清除活性筛选，化合物A4、A5、A6和A16表现出较好的活性，其IC50分别为9.61 μg/mL、8.55 μg/mL、11.72 μg/mL和7.73 μg/mL；化合物A13和A15表现出中等强度的DPPH自由基清除活性，其IC50分别为34.80 μg/mL和44.90 μg/mL；其他化合物只表现出微弱活性，其IC50均大于100 μg/mL；阳性对照BHT的IC50为18.00 μg/mL。 对分离得到的部分样品进行了抑菌活性测试，各样品在测试浓度下对测试菌均未表现出明显的抑菌活性。

两种海洋生物次生代谢产物的研究

本论文对多指软珊瑚（Sinularia numerosa）和鼠尾藻（Sargassum thunbergii）两种海洋生物的化学成分进行了研究，对从其中分离得到的大部分化合物进行了初步的生物活性筛选。 多指软珊瑚采自海南三亚，样品经冷冻干燥并粉碎后用丙酮浸泡提取得到提取物；鼠尾藻采自山东青岛沿岸，样品干燥后用乙醇提取，将提取物先后用石油醚、乙酸乙酯和正丁醇萃取，得到石油醚相、乙酸乙酯相和正丁醇相提取物。 采用常规的硅胶柱层析、反相硅胶柱层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、制备薄层层析、重结晶以及半制备HPLC等手段分离得到38个化合物。利用各种现代波谱技术（IR、UV、MS、HR-MS、1D-NMR、2D-NMR等），确定了其中27个化合物的结构。其中，从多指软珊瑚中得到30个化合物，鉴定了其中得19个化合物，包括2个新的西松烷二萜类化合物（化合物SN1，命名为Numerolides A；化合物SN2，命名为Numerolides B）、1个新的甾醇类化合物（化合物SN3，命名为Gorgost-3β, 7β-diol）以及15个首次从该种中报道的化合物。从鼠尾藻中分离鉴定了8个化合物，包括植醇、岩藻甾醇、2个单萜类化合物、1个环戊烯酮类化合物及3个不饱和长链化合物，这些化合物皆为首次从该种中报道。对大部分化合物作了针对人肝癌细胞株SMMC-7721体外细胞毒活性和抗菌活性筛选，所测样品均未显示针对SMMC-7721的细胞毒活性，而化合物SN15具有中等强度的抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的活性，化合物SN19有促进金黄色葡萄球菌生长的活性。

海洋红藻鸭毛藻化学成分及抗氧化活性的研究

本论文采用DPPH（αα-二苯基-β-苦味酰自由基）自由基清除法和β-胡萝卜素-亚油酸氧化法对采自青岛沿海的28种海藻的粗提物进行了抗氧化活性筛选，以2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、没食子酸(GA)和抗坏血酸(AscA)作为阳性对照。结果发现大多数海藻都表现了不同程度的抗氧化活性。其中，鸭毛藻Symphyocladia latiuscula的抗氧化活性最强。 鸭毛藻粗提物的乙酸乙酯相在两种方法中都表现了最强的抗氧化活性，乙酸乙酯相通过VLC被进一步分为7个组分(F1–F7)。其中F1对DPPH自由基的清除率最强，而在β-胡萝卜素-亚油酸实验中F4的抗氧化活性最强。 另外，还测定了粗提物、各相和各组分的总酚含量和还原能力。其中28种海藻粗提物的总酚含量变化范围为0.10到8.00 mg没食子酸/g海藻干重，还原能力变化范围为0.07到11.60mg抗坏血酸/g海藻干重。统计分析发现，对于粗提物和各相，抗氧化活性和总酚含量以及和还原能力都存在很强的正相关。这些结果将有助于进一步分析抗氧化活性强的海藻，从而确定活性原理。 由于鸭毛藻的抗氧化活性最强，所以对它的化学成分做进一步的调查。采用硅胶柱层析、制备薄层层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、反相硅胶柱层析、半制备HPLC及重结晶等手段分离得到19个化合物。运用各种现代波谱技术（IR、UV、ESI-MS、EI-MS、FAB-MS、HR-FAB-MS、1D-NMR、2D-NMR等）鉴定了它们的结构，其中包括4个新化合物：化合物S1 1-(2,3,6-三溴-4,5-二羟基苄基)-四氢吡咯-2-酮、化合物S2 1,2-双(2,3,6-三溴-4,5-二羟基苯基)乙烷、化合物S3 6-(2,3,6-三溴-4,5-二羟基苄基)-2,5-二溴-3,4-二羟基苄甲醚和化合物S4 2,3,6-三溴-4,5-二羟基苄甲砜，以及5个已知化合物和10个首次从鸭毛藻中报道的化合物。 分离到的溴酚化合物S1-S10具有显著的DPPH自由基清除活性，其IC50值在8.1-24.7 µM之间，且它们的活性是BHT（IC50 = 81.8 µM）的3.3到10倍左右。初步的构-效关系研究发现，分子中的羟基数目与活性有直接关系。

两种海洋生物内生真菌的化学成分及其生物活性研究

海洋微生物次生代谢产物是海洋天然产物研究的重要组成部分。其中海洋真菌因其代谢可以产生大量结构新颖活性独特的化合物，已经成为天然药物的重要来源。近来已经有许多关于海洋生物内生真菌的生理活性次生代谢的报道，为寻找发现新的药物先导化合物提供了可能。本论文对一株毛壳霉属海藻内生真菌Chaetomium sp和一株红树林内生真菌的次生代谢产物的化学成分进行了研究，对其中分离得到的化合物进行了初步的生物活性筛选。 毛壳霉属海藻内生真菌Chaetomium sp.系从青岛近海采集的红藻多管藻Polysiphonia urceolate Grev中分离得到。红树林内生真菌Fs系从采自中国南海红树林植物海桑Sonneratia caseolaris中分离得到。对这两株真菌分别进行了发酵培养，对真菌培养物的菌丝体和发酵液分别用甲醇和乙酸乙脂进行提取。将提取液经减压蒸干后经HPLC检测，两部分基本相同，合并进行化学分离。 对发酵提取物采用常规的硅胶柱层析、制备薄层层析、凝胶Sephadex LH-20柱层析、反相硅胶柱层析，重结晶以及半制备高效液相色谱等分离手段，得到单体化合物。利用各种现代波谱技术(IR、UV、EI-MS、FAB-MS、HR-ESI-MS、1H-NMR、13C-NMR、DEPT、1H-1H COSY、HMQC、HMBC等)，结合甲醇解等化学转化方法鉴定了其中45个化合物的结构。其中，从Chaetomium sp分离鉴定了35个化合物，其中2个为新化合物，分别为化合物EN1 （命名为Chaetopyranin）、EN2 （命名为Chaetofuranin）。从Fs中分离鉴定了10个化合物的结构，其中1个为新化合物Fs1。 对大部分分离到的单体化合物进行了细胞毒活性测试，结果显示新化合物EN1对3株细胞系SMMC-7721, HMEC和A-549具有中等细胞毒活性，IC50分别为28.5, 15.4, 39.1 μg/mL。同时一些已知化合物特别是苯甲醛类衍生物对A-549显示了较强的细胞毒活性，这些在以前文献中未见报道。

两种海藻提取物的化学成分和生物活性的研究及其应用

本论文的研究工作由两部分组成，第一部分研究了海带（Laminaria japonica）水提取物中的活性物质，并研究了提取物对蔬菜促生长的影响及其作用机制。第二部分对三列凹顶藻(Laurencia tristicha)乙醇提取物的乙酸乙酯相进行了活性筛选和化学成分研究，并对其中分离得到的单体化合物进行了生物活性筛选。 第一部分主要以中国人工养殖的海带为原料，使用与海藻多糖生产相结合的提取技术并浓缩其中的有效成分。对浓缩提取物进行了蔬菜的农田效果实验，并对作物抗旱性能的增加、作物硝酸盐积累的减少、作物品质的改善、以及作物抵抗病毒病的能力等影响进行了作用机制方面的研究。海藻浓缩提取物进行的农田效果实验表明：作物抗旱型相对含水量RWC值在92%~94%之间；病毒病的防治效果最高可达到91%；作物的品质有明显的改善，最重要的是首次发现海藻提取物有降低蔬菜中硝酸盐的含量（硝酸盐的含量是与有机蔬菜区别的重要指标之一）的作用。该部分研究工作的创新性主要体现在：（1）首次在国内外提出和采用与海藻多糖生产相结合的提取技术。该技术的应用不但减少了提取成本，使工业化生产成为可能,更重要的是使我国的海藻工业生产可能实现高值化和开辟综合利用的新途径。（2）首次发现海藻中的小分子海藻多糖具有和细胞激动素、甜菜碱、植物生长素等活性物质同样的生物活性。 第二部分的研究是在查阅了大量的近20年来国内外有关红藻凹顶藻中化学成分研究的相关文献的基础上，对凹顶藻中的次生代谢产物进行了综述。该论文主要是通过对红藻三列凹顶藻的95%乙醇提取物的乙酸乙酯相进行化学成分分析和生物活性筛选以期能够发现具有药用前景的活性先导化合物。 为了寻找具有生物活性的化合物，我们对采自我国南海硇洲岛海域的红藻三列凹顶藻的95%乙醇提取物的乙酸乙酯相进行了活性筛选。采用MTT法对其在KB细胞株、Bel-7402细胞株、PC-3M细胞株、MCF-7细胞株、Ketr-3细胞株模型上进行了细胞毒活性测试；采用酶模型对其进行了Na+,K+-ATPase的抑制活性测试；采用MTT法对其在犬主动脉血管模型上进行了血管平滑肌细胞增殖抑制活性测试；结果表明，三列凹顶藻的95%乙醇提取物的乙酸乙酯相对Na+,K+-ATPase和犬血管平滑肌细胞增殖具有一定的抑制活性。 利用正相和反相色谱、Sephadex LH-20色谱以及反相HPLC等手段进行分离纯化，从我国南海海域的红藻三列凹顶藻中分离得到33种化学成分，通过波谱学方法（IR、MS、NMR）以及X-ray单晶衍射试验对其化学结构进行了确证，其中化合物L1~L8为新结构化合物，化合物L5为具有新骨架的全新结构化合物，化合物L9~L13为新天然产物，化合物L18和L22系首次从海洋生物中获得，所有化合物均为首次从该属海藻中得到。新化合物L1~L8均为倍半萜类化合物，命名分别为：(1R,3R)-(-)-3-(3-hydroxy-4-methylphenyl)- 1,3-dimethyl–2-methylidene cyclopentanol (L1), (1R,3R)-(-)-3-(4-methylphenyl)-1,3-dimethyl-2-methylidenecyclopentanol (L2)， (1R, 3R)-(-)-3-(2-hydroxy-4-methylphenyl)-1,3-dimethyl–2–methylidenecyclopentanol (L3)，(+)-(1S,2R)–2-(3–hydroxy–4–methylphenyl)-1,2-[3.1.0]bicy-clohexane (L4)，()-(1S,2R) -5-hydroxy–6–methyl-spiro-dihydrobenzofuran-2(3H),2-{1-methyl-[3.1.0]bicyclohexane} (L5), (+)-6-methyl-2-(p-tolyl)hept-4-en-2,6-diol (L6)，(3R,3aS,8bS)-(-)-2,3,3a,8b–tetrahydro–7-bromo – 3 a– hydroxymethyl - 3, 6, 8b - trimethyl-1H- cyclopenta[b] benzofuran (L7 )，(3R, 3aS, 8bS) - (-) - 2,3,3a,8b–tetrahydro–3 a–hydroxymethyl-3,6,8b -trimethyl -1H – cyclopenta [b] benzofuran (L8)。25个已知结构化合物确定为：(+)-(1R,2R)-4-bromo-1,5, 9–trimethyl–12– methylidene–8–oxa-tricyclo[7.2.1.02]dodeca-2,4,6-triene (L9)，(3S,3aR,8bS)-(-)-2,3,3a, 8b– tetra -hydro–7-bromo–3–hydroxy-3,3a,6,8b-tetramethyl-1H-cyclopenta[b]benzofu- ran (L10 )，(3R, 3aR, 8bS) - (-) - 2, 3, 3a, 8b – tetrahydro – 7 - bromo – 3 – hydroxy - 3,3a,6,8b - tetramethyl - 1H - cyclopenta [b] benzofuran (L11 )，(3S,3aR,8bS) - (-) - 2, 3, 3a, 8b – tetrahydro –3–hydroxy -3, 3a, 6, 8b - tetramethyl-1H-cyclopenta[b]benzofuran (L12 )， ( 3aR, 8bS) - (-) - 3a,8b –dihydro–7 - bromo – 3, 3a, 6, 8b - tetramethyl - 1H - cyclopenta[b]benzofuran (L13 )，aplysinol (L14 ) ，aplysin (L15)，laurebiphenyl (L16)，johnstonol (L17)，gossonorol (L18)，7,10-epoxy-ar- bisabol-11-ol (L19)，10-epi-7,10-epoxyarbisabol-11-ol (L20) 3β-hydroxy- 5α, 6α-epoxy- β- ionone (L21 )，3β-hydroxy-5β,6β-epoxy-β-ionone (L22 )，胆甾醇 (L23 )，胆甾-5-烯-3β,7α二醇胆甾-5-烯-3β,7α二醇 (L24)，β-谷甾醇 (L25)，叶绿醇 (L26 )，玉米黄素 (L27 )，对羟基苯甲醛 (L28 )，3-吲哚甲醛 (L29 )，1-O-十六烷酰基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基-丙三醇(L30 )，1-O-十八烷酰基-3-O-β-D-吡喃半乳糖基-丙三醇 (L31 )，丙三醇-1-软脂酸单酯 (L32 )，正十六碳酸 (L33 )。 采用MTT法对其中23个单体化合物在Bel-7402细胞株、BGC-823细胞株、A549细胞株、A2780细胞株、HCT-8细胞株和HELL细胞株模型上进行了细胞毒活性测试；采用MTT法对其中13个单体化合物在犬主动脉血管模型上进行了血管平滑肌细胞增殖抑制活性测试；结果表明，部分单体化合物显示出一定的生物活性。

中国沿海典型区域织纹螺毒性及毒素成分研究

织纹螺（Nassarius spp.）味道鲜美，是中国及其它一些亚洲国家沿海地区居民习惯食用的一种水产品。但是，近几十年来，中国沿海频繁发生食用织纹螺中毒事件，严重威胁着人们的身体健康和生命安全。加之人们对织纹螺体内的毒素成分、来源及其毒性变化规律还没有清晰的认识，因此难以有效预防和控制食用织纹螺引起的中毒事件。本文根据文献报道，在中国沿海食用织纹螺中毒事件多发的典型区域，包括江苏省的连云港市和盐城市、浙江省的舟山市和宁波市、福建省的宁德市、厦门市和莆田市设立了监测点，于2006年和2007年间进行了连续采样，应用小鼠生物测试法调查了织纹螺毒性的消长情况，并利用高效液相色谱-质谱联用（Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，LC-MS）和高效液相色谱技术（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）对织纹螺体内的毒素成分进行了分析。 实验结果表明，2006年于江苏省盐城市射阳海域采集的织纹螺样品中，阳性样品检出率为56%，毒性在2-5 MU/g组织（湿重）之间变化，在2007年于同地采集的8个样品中，除一个样品毒性为3.14 MU/g组织（湿重）以外，其余样品均表现为阴性；而2007年采集自连云港市赣榆海域的织纹螺样品，在采样期间则呈现出极高的毒性，最高达到846.52 MU/g 组织（湿重），毒性在监测期间呈“M”状波动，在5月和7月下旬出现两个毒性高峰。2006年于浙江省宁波市象山港采集的织纹螺样品中，阳性样品检出率为25%，毒性均在2.5 MU/g组织（湿重）左右；而同年采集自舟山市定海的织纹螺样品中，阳性样品检出率为100%，最高毒性达18.40 MU/g组织（湿重），毒性在监测期间也呈“M”状波动，高峰期出现在6月初和7月底。2006年3-9月采集自福建省宁德霞浦、厦门同安和莆田涵江采集的织纹螺样品中，阳性样品检出率分别为20%、43%和14%，除7月中旬采集自宁德霞浦的一个样品毒性达到16.19 MU/g组织（湿重）之外，其余样品毒性均在2-5 MU/g组织（湿重）间波动。从阳性样品的时间分布规律来看，3月份和6、7月份是阳性样品集中出现的时期。根据以上调查结果可以看出，织纹螺的毒性消长呈现出较明显的地域性和季节性特征，不同地区的织纹螺毒性存在差异，而同一区域织纹螺毒性的消长则表现出明显的季节性集中趋势。除了2007年采集自连云港赣榆的织纹螺样品毒性与其平均个体组织重量有相似的变化趋势以外，其余地区的织纹螺样品毒性和个体大小无明显相关性。 利用LC-MS和HPLC技术对织纹螺样品中的毒素成分进行了分析，确定河豚毒素（tetrodotoxin, TTX）及其同系物（trideoxyTTX，4-epi-TTX，anhydroTTX，oxoTTX）是所采集织纹螺中的主要致毒成分，样品中没有检测到麻痹性贝毒毒素（Paralytic Shellfish Poison, PSP）。自不同地区采集的织纹螺中毒素成分基本一致，但组成存在一定差异。其中，采自江苏省连云港赣榆和浙江省舟山定海的织纹螺样品中，trideoxyTTX是主要的成分，其次是TTX；而从其它采样地点采集的织纹螺中，TTX都是主要的毒素成分，其次才是trideoxyTTX及其它同系物。对采集自江苏省连云港赣榆和浙江舟山定海的织纹螺体内毒素的解剖学分布进行了分析，结果表明肌肉、消化腺和剩余部分中的毒素组成基本一致，其中trideoxyTTX是主要的毒素成分，其次为TTX，但采自浙江舟山的织纹螺剩余部分中的TTX是主要的毒素成分。在监测期间，各组织中的毒素组成没有明显变化，但毒素含量随季节变化表现出了一定的差异。 综上所述，在中国沿海典型区域开展的织纹螺毒性调查结果表明其毒性消长具有一定的地域性和季节性特征。分析结果显示织纹螺体内的毒素成分是河豚毒素及其同系物，采自不同区域的织纹螺体内毒素成分基本一致，但毒素组成稍有差异。对织纹螺中毒素的解剖学分布研究显示，各组织中的毒素含量随季节变化而表现出一定差异，但毒素组成没有明显的季节性变化。这些结果显示中国沿海的织纹螺应具有相似的毒素来源，研究结果将为相关部门有效监测、预防和控制食用织纹螺中毒事件提供有力的科学依据。

四株海洋放线菌遗传转化体系的研究

作者所在的课题组，自1998年以来从胶州湾海泥中陆续分离了800株海洋放线菌，并从4株放线菌中分离出了12个新结构活性化合物。选择产生新颖抗肿瘤抗生素的海洋放线菌M045和M048，产全霉素的海洋放线菌M095和产蒽醌类化合物的海洋放线菌M097为研究材料，建立了海洋放线菌的遗传转化体系，为海洋放线菌的遗传工程操作及天然化合物组合生物合成奠定了基础。 （1）通过接合转移建立了菌株M045的遗传转化体系。用来源于蓝藻Anacystis nidulans UTEX625的别藻蓝蛋白基因验证了转化体系的有效性。通过PCR及基因组步移方法获得长度为1709bp的部分聚酮合成酶（PKS）基因，分析其同放射菌素基因具有同源性，利用基因中断插入失活该基因，但未获得突变株。因此尝试通过反向遗传学方法，克隆该菌株中新骨架抗肿瘤抗生素——中国霉素的生物合成基因簇，本研究已经构建了该菌株Fosmid基因组文库，对基因组文库的筛选工作正在进行中。 （2）利用PEG-介导的质粒pIJ702转化原生质体和接合转移两种方法均成功获得菌株M048的转化子，其中接合转移率高达10-4。菌株M048来源于高盐的海洋环境，维持原生质体所需渗透压与模式菌株—变铅青链霉菌（Streptomyces lividans）有很大差异，本研究对菌株M048原生质体形成和再生的各种因素进行了优化，获得了渗透压稳定剂蔗糖最佳浓度为0.4M。 质粒pIJ8600整合于菌株M048染色体上，对该转化株的抑菌活性、薄层层析（TLC）以及HPLC-MS进行了分析。结果表明，同野生菌株相比，该转化株对7种受试菌的抑菌活性显著增强，TLC显示差异的化合物条带，HPLC-MS显示化合物组分有差异。因此质粒pIJ8600的整合，引起菌株次级代谢产物生物合成途径的改变，使有抑菌活性的化合物大量累积。 从菌株M048染色体上克隆获得了1196bp的部分PKS基因，通过基因中断插入失活该基因，结果显示M048突变株次级代谢产物抑菌活性增强，HPLC分析发现显著差异。初步分析该PKS基因的中断使菌株体内某些生物合成途径受阻，而大量合成抗菌活性强的chandrananimycin C，或者产生了抑菌活性强的其它化合物。 （3）本研究成功建立了菌株M095的接合转移体系。M095/pIJ8600转化株的生物学活性分析并未发现差异，表明该菌株染色体上的整合位点（attB）是中性（neutral）的。通过PCR以及基因组步移的方法克隆获得了该菌株的部分糖基转移酶基因，该基因中断突变株对4株受试菌的抑菌活性增强，HPLC显示有差异，表明该糖基转移酶基因参与了菌株M095活性次级代谢产物的生物合成过程。 （4）对于菌株M097，用接合转移法成功获得了转化子。实现了别藻蓝蛋白基因的重组表达，并纯化了表达产物，体外试验表明其具有清除羟基自由基能力。结果表明来源于蓝藻的外源基因可以在海洋放线菌体内有效表达和正确折叠，初步验证了本研究所建立的海洋放线菌遗传转化体系的稳定性及有效性。对M097/pIJ8600转化株的生物学活性分析，未发现差异，表明该菌株染色体上的整合位点是中性的。 本论文首次将基因工程技术引入四株海洋放线菌，建立了海洋放线菌自身的基因转移系统，为利用基因工程技术改造海洋放线菌的天然化合物生物合成途径提供了方法。对部分PKS基因中断突变株的生物学活性及化学分析，初步揭示了通过遗传转化方法进行化合物组合生物合成的可行性。