红树林微生物来源生物碱的开发利用

卢文珺　卢文琼

【摘 要】红树林是分布于热带、亚热带海岸的潮间带的木本植物群落，红树林土壤中含有异常丰富的细菌、真菌、放线菌等微生物类群，红树林土壤处于咸淡水交界的滩涂区，且交替性的受到海水浸泡，微生物在适应独特的生境时能产生特殊的代谢产物。红树林来源微生物的生物碱等次级代谢产物在抗菌、抗肿瘤、抗氧化和细胞毒性等方面有可能发挥更大作用。

【关键词】红树林；生物碱；微生物；开发利用

1 红树林生态系统

1.1 红树林概况

红树林是生长在热带、亚热带近海海岸潮间带，受周期性潮水浸淹，以红树植物为主体的潮滩湿地生物群落。红树林生态系统是指以红树植物为主的常绿灌木、乔木、藤本及草本植物以及原生动物、无脊椎动物、爬行动物、鸟类、哺乳动物和微生物所形成的生态系统。红树林生态环境具有较高的生产力，同时也具有较高的分解能力，我国红树林主要分布于海南、广东、广西、福建、浙江沿海、香港、澳门及台湾等地。红树林是海洋和陆地的过渡带，兼具二者特点的同时也有自身特性，红树林土壤截留了大量的陆源有机物颗粒，含有红树落叶及其它悬浮物，营养丰富，同时具有盐度和氧气梯度。

1.2 红树林生态系统中的微生物类群

红树林土壤中含有丰富的细菌、真菌、放线菌等微生物类群，包括有降解污染物能力和海洋修复的类群，有溶磷固氮能力的类群及能产生各种生理活性物质的类群。红树林区的微生物丰度、分离率及物种多样性远高于其他非红树林环境。对广东湛江地区的红树林土壤微生物进行研究，发现红树林土壤中的微生物数量明显多于非红树环境土壤。红树林细菌对于碳氮等营养元素的循环具有重要的作用，Gina等研究了参与红树林系统物质循环的微生物，发现固氮菌、溶磷菌、光合细菌、硫酸盐还原菌及产甲烷菌较活跃。Routray等人对印度红树林的研究发现，红树林地区的氨氧化细菌、硝化细菌及反硝化细菌的数量远高于非红树林地区，表明红树林地区的物质循环更迅速。

2 生物碱

2.1 生物碱定义

生物碱广泛存在于植物、动物、微生物中的一类除蛋白质、肽类、氨基酸及维生素B以外的含氮有机化合物，大部分生物碱含有较复杂的氮杂环结构，并有各种生理活性。自古以来，人们就懂得用各种动植物作为中草药治疗各种疾病，其中大部分中草药的有效成分为生物碱类化合物。直到19世纪才提出了生物碱的概念。目前，公认生物碱应该有以下几个特点：（1）含有氮原子，具有中性或碱性；（2）不包含大分子量多肽（不包含大于1.5千道尔顿）；（3）氮原子源于嘌呤母核或甾体与萜类的氨基化；（4）除上述标准外的其他化合物。

2.2 生物碱的分类

生物碱来源各异，结构多样，分类学上很难有统一的分类标准，目前的分类方法主要有按照来源分类，按照化学结构分类。

2.2.1 按照来源分类

根据生物碱来源的不同，可分为罂粟科生物碱、木兰科生物碱、茄科生物碱、石蒜科生物碱等多种。这种分类方法相对比较概括，并不能准确反应出化学结构与用途的联系。

2.2.2 按照化学结构分类

这种分类方法是根据生物碱的化学结构进行分类，如氮原子的位置及与环的结合方式，是目前应用最多，也是相对比较合理的一种分类方法。根据化学机构，可将生物碱分为以下几类：（1）有机胺类生物碱，（2）吡咯类生物碱，（3）六元氮杂环生物碱，（4）其他结构生物碱。

2.3 生物碱的生理活性

2.3.1 抗肿瘤活性

抗肿瘤一直是医学研究的热点。研究表明，长春花类生物碱、喜树类生物碱及二萜类生物碱等具有良好的抗肿瘤活性。

2.3.2 对心血系统的作用

生物碱在这方面的活性包括抗心律失常、降压、抗凝血和降血糖等。

2.3.3 对神经系统作用

士的宁生物碱具有提高中枢神经系统的作用，能提高大脑皮质的感觉功能，且毒副作用较低。

2.3.4 抗菌作用

博洛回碱、学根碱具有广谱抑菌作用，对大肠杆菌、枯草杆菌、铜绿假单胞菌、四连球菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌等具有抑制作用。

2.3.5 其他活性

Ferreira等人从花椒中提取了生物碱，发现该生物碱可以有效杀灭小鼠克氏锥虫。汤俊从蚬壳花椒中分离到的生物碱4-甲氧基-1-2-喹诺酮具有内酰胺结构，经过活性测定，发现其可能具有抗老年痴呆症活性。庞辉等人提取了两面针中的总生物碱，经动物实验，发现两面针总生物碱对大鼠胃溃疡具有防御和治疗作用。龙德清等人对魔芋生物碱进行了开发利用，发现魔芋生物碱有利于糖尿病的治疗。

3 海洋环境中的生物碱

随着研究的不断深入，从陆生生物中发现新种类生物碱及药理活性较好的生物碱类化合物的几率越来越小，难度越来越大。于是，研究人员把目光转向了海洋环境。

海洋蕴藏有丰富的生物资源，且具有高盐、低/低温、高压、低光照等极端条件，独特的生存环境使海洋生物可能进化出特殊的代谢途径，产生独特的代谢产物。目前，已从海洋中筛选到了相当数量的活性物质，特别是从海绵、海鞘及藻类中得到了一系列具有抗肿瘤、抗病毒活性的天然生物活性物质。

从海鞘中分离到的新型海洋生物碱的具有良好的抗肿瘤活性的，细胞实验结果表明，其对乳腺癌、肺癌结肠癌等有明显抑制的作用。 四氢异哇啉生物碱Ecteinascidin 743分离自白海鞘Teinascidiaturbinata，能烷基化DNA小沟中的鸟嘌呤残基，干扰核酸能与核酸蛋白相互作用，对L1210白血病细胞和小鼠P388细胞有较强抑制作用，临床试验结果表明对软组织瘤和乳腺癌有很好的疗效。

海绵是海洋活性物质的重要来源，从中分离到的生物碱多是结构新颖，生理活性较好的化合物。Cytarabine是分离自海绵的生物碱，用于淋巴瘤和急性白血病的治疗，已于1995年批准上市。Makaluvamine 是吡咯吲哚苯醌类生物碱，具有细胞毒活性，通过抑制DNA拓扑异构酶II活性，导致DNA双链断裂，从而抑制癌细胞的生长，达到治疗结肠癌的效果。

从海洋微生物（真菌、放线菌、细菌）代谢物中分离的吲哚类生物碱，具有较好的抗肿瘤生物活性。

4 展望

红树林分布在热带和亚热带海岸，具有高分解率、高归还率和高生产力等特点。红树林土壤处于咸淡水交界的滩涂区，且交替性的受到海水浸泡，微生物在适应独特的生境时有可能产生特殊的代谢产物。红树林微生物在适应特殊环境的过程中，有可能获得特殊的代谢途径、产生特殊的代谢产物，红树林来源微生物的生物碱等次级代谢产物在抗菌、抗肿瘤、抗氧化和细胞毒性等方面也有可能发挥更大作用。

【参考文献】

[1]林鹏.中国红树林生态系[M].科学出版社，1997.

[2]阎冰.红树林土壤细菌和古菌的 16S rDNA 多样性研究[D].华中农业大学， 2007.

[3]蒋云霞，郑天凌，田蕴.红树林土壤微生物的研究：过去，现在，未来[J].中国生物学文摘，2007，21（9）：28.

[4]殷明亮.湛江红树林滩涂真菌群落的分离鉴定和资源调查研究[D].广东海洋大学，2010.

[5]Jensen P，Fenical W. The relative abundance and seawater requirements of Gram-positive bacteria in near-shore tropical marine samples[J]. Microbial ecology， 1995， 29 （3）： 249-257.

[6]李倩茹，符夏梨.红树林土壤微生物与土壤酶活性分析[J].广东农业科学， 2009（007）：93-96.

[7]Holguin G，Vazquez P，Bashan Y. The role of sediment microorganisms in the productivity， conservation， and rehabilitation of mangrove ecosystems： an overview[J]. Biology and fertility of soils， 2001， 33（4）： 265-278.

[8]Routray T，Satapathy G，Mishra A. Seasonal fluctuation of soil nitrogen transforming microorganisms in Bhitarkanika mangrove forest[J]. Journal of Environmental Biology， 1996， 17 （4）： 325-330.

[9]刘湘，汪秋安.天然产物化学[M].化学工业出版社，2005.

[10]高锦明.植物化学[M].科学出版社，2003.

[11]Cordell G A，Quinn‐Beattie M L，Farnsworth N R. The potential of alkaloids in drug discovery[J]. Phytotherapy Research， 2001， 15（3）： 183-205.

[12]荀兰.民间草药博落回的药用与化学成份[J].黔西南民族师范高等专科学校学报，2007（4）：92-94.

[13]Ferreira M E，Nakayama H，de Arias A R. Effects of canthin-6-one alkaloids from Zanthoxylum chiloperone on Trypanosoma cruzi-infected mice[J]. Journal of ethnopharmacology， 2007， 109（2）： 258-263.

[14]汤俊，朱卫.蚬壳花椒化学成分的研究[J].中草药，1995，26（011）：563-565.

[15]庞辉，何惠，贾晓栋.两面针总碱对胃溃疡大鼠黏膜防御因子的影响[J].时珍国医国药，2007，18（3）：533-534.

[16]龙德清，杨峰.魔芋生物碱的开发应用[J].食品研究与开发，2006，27（001）： 101-104.

[17]季宇彬，池文杰.海鞘中抗肿瘤活性物质的研究[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2005，21（1）：6-10.

[18]Twelves C，Hoekman K，Bowman A. Phase I and pharmacokinetic study of Yondelis （TM）（Ecteinascidin-743； ET-743） administered as an infusion over 1 h or 3h every 21 days in patients with solid tumours[J]. European Journal of Cancer， 2003， 39（13）： 1842-1851.

[19]黄孝春，郭跃伟.海绵药物的研究进展：化学和生物活性[J].中国天然药物， 2005，3（1）：1-9.

[20]胡艳红，张庆林，王正平.海洋微生物生物活性代谢物研究进展及技术问题[J].科学技术与工程，2004（002）：160-163.

[责任编辑：杨玉洁]