海洋天然產物化學實驗課程教學探索與實踐

姜 薇， 張立奎， 董昆明

(揚州大學 海洋科學與技術研究所， 江蘇 揚州 225127)

0 引 言

海洋天然產物結構多樣，不同的結構具有不同的理化性質，提取分離方法也不盡相同。通過海洋天然產物化學理論課的學習，同學們已經掌握了各類海源天然化學成分的結構特點、理化性質、提取分離方法、結構鑒定方法、生物合成途徑及生物活性等基礎知識。由于教科書是按照化合物骨架類型不同進行的章節劃分，所以提取分離的知識過于概括，針對性不強。此外天然藥物化學本身就是實踐性非常強的學科[1]，實驗課安排必不可少。開設這門實驗課之初，存在著3個客觀因素：① 揚州不是一個沿海城市，實時從海洋中取樣并非易事；② 海洋天然產物化學實驗做起來非常耗時，總的教學課時只有24學時；③ 海洋天然產物化學實驗有機溶劑消耗量大，本科教學經費有限。因此在開設這門實驗課時就先需要解決：① 如何獲取海洋生物樣品；② 如何設計每個實驗，讓學生在較短的時間內學會運用多種方法分離不同極性和酸堿性的物質；③ 如何實現溶劑及其他耗材的節約和循環使用，達到節省經費、節能環保的目的。

1 實驗設計

本課程共設6個實驗項目：實驗1,硅膠薄層板的制備。往硅膠中加入一定比例的羧甲基纖維素鈉水溶液，均勻涂布在干凈載玻片上，自然陰干后適宜溫度烘干備用[2]。實驗2，海藻多糖的提取和定性分析。采用水提醇沉法提取水溶性多糖，苯酚-硫酸法識別多糖類化合物[3-4]。實驗3,海藻中葉綠素的提取。利用非極性有機溶劑提取脂溶性葉綠素，減壓濃縮去除有機溶劑，得葉綠素粗浸膏[5]。實驗4，葉綠素的分離。采用制備薄層法分離不同極性的葉綠素[6]，各組自行摸索流動相條件，運用實驗1中自制的薄層板分離實驗3中得到的葉綠素浸膏。實驗5，海洋真菌中醌類化合物的分離。采用堿溶酸沉法分離不同酸性的醌類化合物[7]。實驗6，醌類化合物的純化。運用高效液相色譜法進一步分離純化實驗5中的醌類化合物，最終獲得單體化合物[8]。這6個實驗的設計充分考慮了需要解決的3個問題。

1.1 海洋生物樣品的獲取

實驗2～4中用到的杜氏鹽藻(學名Dunaliellasalina)是一種嗜鹽的綠色微藻，為購買的商品藻種，接種在F/2固體培養基上4℃保存，用前提前一個月進行復蘇培養，做到可以常年使用[9-10]。實驗5、6中用的菌種是實驗室前期分離自連云港海水的真菌，具有代謝大量蒽醌類化合物的特點，實驗前一個月大量發酵即可。獲取這些實驗所用到的海洋生物樣本不受實驗時間地點限制，滿足隨時可以開展實驗的要求。

1.2 實驗安排環環相扣，節約實驗時間

如何設計每個實驗，讓學生在較短的時間內學會運用多種方法分離不同極性和酸堿性的物質;采用的方法是：

(1) 線下線上相融合。把教學大綱、實驗要點以及關鍵操作視頻等學習資料提前一周發布在學校的網絡教學平臺上，設置討論區開展學生-學生，學生-老師的課前討論，學生通過線上的提前學習，一方面對下一次即將開展的實驗課有充分的了解，另一方面學生也在實驗課前發現了自身存在的知識薄弱之處，及時查漏補缺，為順利完成實驗任務做好準備，節約了實驗時間。

(2) 實驗設計環環相扣。實驗2～4是使用的同一個實驗樣品，把藻種接到培養液中培養一個月后開展實驗2，采用過濾的方法將藻體和藻液分離開來，藻液用于完成實驗2的訓練，藻體用于實驗3的葉綠素提取，實驗3提取的浸膏用于實驗4的薄層半制備分離。在這3個實驗中，學生依次熟悉了大極性多糖的提取及定性分析的方法，了解到小極性葉綠素的提取過程，學會運用薄層半制備法分離化合物的實驗技能。在這3個實驗的設計中，一環套一環，每次實驗課完成既定教學任務的同時，又為下一次的實驗課提前做了部分工作，節約了實驗時間。同樣實驗5和6的設計思路也體現了短時間內高效完成技能培訓的目的。在實驗5中，同學們學會了運用堿溶酸沉法分離不同酸性的化合物。實驗5分離得到的化合物純度比較差，這樣在實驗6中同學們利用現代色譜技術-高效液相色譜對其粗品進行純化，最終得到單體化合物。這樣實驗5和實驗6總體的實驗時間會大大縮短。經過實驗2～6的訓練，學生掌握了運用不同方法分離不同性質化合物的能力，為日后從事相關工作奠定了專業基礎。

1.3 實驗耗材物盡其用，既節省又環保

如何實現溶劑及其他耗材的節約和循環使用，達到節能環保的目的，在實驗內容上，也作了精心設計。

實驗1由學生自己動手制備薄層板，用于接下來5個實驗，使用完將表面的硅膠清洗干凈，玻璃板烘干，可供下一屆學生繼續使用。這樣設計，學生一方面掌握了薄層板的鋪制過程，在以后的工作中可以根據實驗需要設計不同規格的薄層板，另一方面也節約了實驗耗材支出。實驗2中需要用乙醇去沉淀多糖，實驗后乙醇濃度降低，導致無法重復使用，自制了重蒸裝置，可以將醇濃度從70%提高到90%以上，滿足下一屆學生關于這個實驗的溶劑使用要求。實驗3用石油醚提取海藻中葉綠素，經過減壓濃縮后回收的石油醚含有少量的水，往溶劑中加入少量無水硫酸鈉進行干燥脫水，得到的石油醚溶劑可以重復使用。實驗4中采用制備薄層色譜法分離葉綠素，事實上半制備薄層色譜和柱色譜分離原理相似，在本實驗中，選擇了綠素類含量大的藻種，這類成分分離度較高，可見光下就非常容易分辨，選擇半制備薄層色譜法只需用0.1 L試劑就能分離得到純品，如果運用柱色譜法至少要1 L的有機溶劑。實驗6中高效液相色譜用到的甲醇-水，經過減壓濃縮回收后得到的甲醇/水混合溶液，用酒精計測其密度，下次使用前先摸索好流動相條件，然后用這些回收的溶劑再少量勾兌甲醇或者水，將密度調整到既定條件即可重復使用。

2 結 語

海洋天然產物化學實驗課所掌握的提取分離技能可以拓展應用到環境污染物分析、藥品檢驗分析、農藥殘留和毒品檢測等多個領域。該課程也是海洋資源與環境本科專業的核心必修課程。通過前期課程實踐，已經摸索出了一套高效節能且適應非沿海城市高校開展海洋天然產物化學實驗課的教學方案。學生在完成海洋天然產物化學理論課學習的同時，通過該實驗課的訓練，可以獨立完成不同性質物質的提取分離及分析工作。為選課學生日后從事海洋天然產物開發和利用工作，乃至其他一些天然和人工有機物的分析檢測工作都奠定了良好的專業基礎。

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