紅樹林微生物來源生物堿的開發利用

盧文珺　盧文瓊

【摘 要】紅樹林是分布于熱帶、亞熱帶海岸的潮間帶的木本植物群落，紅樹林土壤中含有異常豐富的細菌、真菌、放線菌等微生物類群，紅樹林土壤處于咸淡水交界的灘涂區，且交替性的受到海水浸泡，微生物在適應獨特的生境時能產生特殊的代謝產物。紅樹林來源微生物的生物堿等次級代謝產物在抗菌、抗腫瘤、抗氧化和細胞毒性等方面有可能發揮更大作用。

【關鍵詞】紅樹林；生物堿；微生物；開發利用

1 紅樹林生態系統

1.1 紅樹林概況

紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶近海海岸潮間帶，受周期性潮水浸淹，以紅樹植物為主體的潮灘濕地生物群落。紅樹林生態系統是指以紅樹植物為主的常綠灌木、喬木、藤本及草本植物以及原生動物、無脊椎動物、爬行動物、鳥類、哺乳動物和微生物所形成的生態系統。紅樹林生態環境具有較高的生產力，同時也具有較高的分解能力，我國紅樹林主要分布于海南、廣東、廣西、福建、浙江沿海、香港、澳門及臺灣等地。紅樹林是海洋和陸地的過渡帶，兼具二者特點的同時也有自身特性，紅樹林土壤截留了大量的陸源有機物顆粒，含有紅樹落葉及其它懸浮物，營養豐富，同時具有鹽度和氧氣梯度。

1.2 紅樹林生態系統中的微生物類群

紅樹林土壤中含有豐富的細菌、真菌、放線菌等微生物類群，包括有降解污染物能力和海洋修復的類群，有溶磷固氮能力的類群及能產生各種生理活性物質的類群。紅樹林區的微生物豐度、分離率及物種多樣性遠高于其他非紅樹林環境。對廣東湛江地區的紅樹林土壤微生物進行研究，發現紅樹林土壤中的微生物數量明顯多于非紅樹環境土壤。紅樹林細菌對于碳氮等營養元素的循環具有重要的作用，Gina等研究了參與紅樹林系統物質循環的微生物，發現固氮菌、溶磷菌、光合細菌、硫酸鹽還原菌及產甲烷菌較活躍。Routray等人對印度紅樹林的研究發現，紅樹林地區的氨氧化細菌、硝化細菌及反硝化細菌的數量遠高于非紅樹林地區，表明紅樹林地區的物質循環更迅速。

2 生物堿

2.1 生物堿定義

生物堿廣泛存在于植物、動物、微生物中的一類除蛋白質、肽類、氨基酸及維生素B以外的含氮有機化合物，大部分生物堿含有較復雜的氮雜環結構，并有各種生理活性。自古以來，人們就懂得用各種動植物作為中草藥治療各種疾病，其中大部分中草藥的有效成分為生物堿類化合物。直到19世紀才提出了生物堿的概念。目前，公認生物堿應該有以下幾個特點：（1）含有氮原子，具有中性或堿性；（2）不包含大分子量多肽（不包含大于1.5千道爾頓）；（3）氮原子源于嘌呤母核或甾體與萜類的氨基化；（4）除上述標準外的其他化合物。

2.2 生物堿的分類

生物堿來源各異，結構多樣，分類學上很難有統一的分類標準，目前的分類方法主要有按照來源分類，按照化學結構分類。

2.2.1 按照來源分類

根據生物堿來源的不同，可分為罌粟科生物堿、木蘭科生物堿、茄科生物堿、石蒜科生物堿等多種。這種分類方法相對比較概括，并不能準確反應出化學結構與用途的聯系。

2.2.2 按照化學結構分類

這種分類方法是根據生物堿的化學結構進行分類，如氮原子的位置及與環的結合方式，是目前應用最多，也是相對比較合理的一種分類方法。根據化學機構，可將生物堿分為以下幾類：（1）有機胺類生物堿，（2）吡咯類生物堿，（3）六元氮雜環生物堿，（4）其他結構生物堿。

2.3 生物堿的生理活性

2.3.1 抗腫瘤活性

抗腫瘤一直是醫學研究的熱點。研究表明，長春花類生物堿、喜樹類生物堿及二萜類生物堿等具有良好的抗腫瘤活性。

2.3.2 對心血系統的作用

生物堿在這方面的活性包括抗心律失常、降壓、抗凝血和降血糖等。

2.3.3 對神經系統作用

士的寧生物堿具有提高中樞神經系統的作用，能提高大腦皮質的感覺功能，且毒副作用較低。

2.3.4 抗菌作用

博洛回堿、學根堿具有廣譜抑菌作用，對大腸桿菌、枯草桿菌、銅綠假單胞菌、四連球菌、金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌等具有抑制作用。

2.3.5 其他活性

Ferreira等人從花椒中提取了生物堿，發現該生物堿可以有效殺滅小鼠克氏錐蟲。湯俊從蜆殼花椒中分離到的生物堿4-甲氧基-1-2-喹諾酮具有內酰胺結構，經過活性測定，發現其可能具有抗老年癡呆癥活性。龐輝等人提取了兩面針中的總生物堿，經動物實驗，發現兩面針總生物堿對大鼠胃潰瘍具有防御和治療作用。龍德清等人對魔芋生物堿進行了開發利用，發現魔芋生物堿有利于糖尿病的治療。

3 海洋環境中的生物堿

隨著研究的不斷深入，從陸生生物中發現新種類生物堿及藥理活性較好的生物堿類化合物的幾率越來越小，難度越來越大。于是，研究人員把目光轉向了海洋環境。

海洋蘊藏有豐富的生物資源，且具有高鹽、低/低溫、高壓、低光照等極端條件，獨特的生存環境使海洋生物可能進化出特殊的代謝途徑，產生獨特的代謝產物。目前，已從海洋中篩選到了相當數量的活性物質，特別是從海綿、海鞘及藻類中得到了一系列具有抗腫瘤、抗病毒活性的天然生物活性物質。

從海鞘中分離到的新型海洋生物堿的具有良好的抗腫瘤活性的，細胞實驗結果表明，其對乳腺癌、肺癌結腸癌等有明顯抑制的作用。 四氫異哇啉生物堿Ecteinascidin 743分離自白海鞘Teinascidiaturbinata，能烷基化DNA小溝中的鳥嘌呤殘基，干擾核酸能與核酸蛋白相互作用，對L1210白血病細胞和小鼠P388細胞有較強抑制作用，臨床試驗結果表明對軟組織瘤和乳腺癌有很好的療效。

海綿是海洋活性物質的重要來源，從中分離到的生物堿多是結構新穎，生理活性較好的化合物。Cytarabine是分離自海綿的生物堿，用于淋巴瘤和急性白血病的治療，已于1995年批準上市。Makaluvamine 是吡咯吲哚苯醌類生物堿，具有細胞毒活性，通過抑制DNA拓撲異構酶II活性，導致DNA雙鏈斷裂，從而抑制癌細胞的生長，達到治療結腸癌的效果。

從海洋微生物（真菌、放線菌、細菌）代謝物中分離的吲哚類生物堿，具有較好的抗腫瘤生物活性。

4 展望

紅樹林分布在熱帶和亞熱帶海岸，具有高分解率、高歸還率和高生產力等特點。紅樹林土壤處于咸淡水交界的灘涂區，且交替性的受到海水浸泡，微生物在適應獨特的生境時有可能產生特殊的代謝產物。紅樹林微生物在適應特殊環境的過程中，有可能獲得特殊的代謝途徑、產生特殊的代謝產物，紅樹林來源微生物的生物堿等次級代謝產物在抗菌、抗腫瘤、抗氧化和細胞毒性等方面也有可能發揮更大作用。

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[責任編輯：楊玉潔]