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[硕士论文] 吕韩
海洋科学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:中国的大规模海藻养殖占全球海藻养殖产量的一半,是世界水产养殖总产量的1/4(按重量计)。除了其巨大的直接经济价值,海藻养殖在生态系统服务方面的贡献也相当巨大,而这并没有得到人们充分的认识和量化。海藻养殖产生的生态系统服务除了固碳释氧净化空气、水体富营养化调节和重金属去除等直接生态系统服务以外,相比陆地农业海藻养殖节省了许多成本,如避免了淡水、农药和化肥的消费,以及巨大的由于耕地性质的改变造成的生态系统服务损失。因此,为加强人们对海藻养殖生态系统服务直接价值与间接价值的认识,本文以2005年-2014年我国以及浙江省和江苏省的养殖海藻为研究对象,利用替代成本法和机会成本法对海藻养殖直接与间接生态系统服务价值进行评价,分析各项服务的重要性。结果显示,直接生态服务价值主要包含三项:海藻固碳价值、海水富营养化调节价值和重金属移除价值。固碳价值采用中国碳交易市场价格(35元/t碳),占比13.72%;富营养化调节及重金属移除价值参照《排污费征收标准管理办法》,占比分别达到65.91%和20.36%。间接生态系统服务价值远大于直接生态系统服务价值,其中1吨海藻可以避免0.22公顷森林转化为耕地,0.077吨肥料,146吨淡水和0.011吨农药以及所产生的生态系统服务损耗。2014年,全国海藻养殖直接和间接生态系统服务分别达到了13700万元和227.0亿元,浙江省和江苏省的海藻养殖生态系统服务价值分别达到了49430和31180万元。其中,浙江省和江苏省的海藻养殖三项直接生态服务价值分别达到了40.96万元、196.55万元、60.71万元和25.83万元、123.98万元、38.29万元,而四项间接生态服务价值分别达到46487.04万元、1160.78万元、308.52万元、1176.71万元和29321.52万元、732.15万元、194.60万元、742.21万元,远大于海藻直接经济价值,而我国绵长的海岸带以及滞后的海藻产业发展规模表明我国海藻养殖具有巨大的发展潜力,促进海藻养殖将成为缓解土地压力和解决全球粮食危机的方案之一。
[硕士论文] Syed Shams ul Hassan
Marine Sciences 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:当今的医药环境迫切地需要新的药物,特别是能杀死具有抗性的病原体的抗生素。尽管在生物合成和化学合成领域,抗生素的合成已经取得了巨大的进步,但自然界仍是新抗生素的最大来源。海洋海洋生物提供了巨大而多样的栖息地。由于海洋环境多变的性质,如温度、压力、盐度、金属浓度,海洋环境和缺氧海洋沉积物是海洋生物产生新型化合物的重要来源。具有生物多样性的特殊海洋环境是生物活性天然产物的丰富来源,其中许多天然产物在陆地上未能发现。海洋生物的独特性导致海洋天然产物的多样性。近几十年来,由于其多种生物活性和广泛的用途,海洋天然产物受到广泛关注。现如今已有包括萜类化合物、类固醇、酚类化合物、生物碱多糖、肽、聚酮化合物和脂肪酸在内的16000种天然产物已经从海洋中分离出来。海洋微生物,尤其是海洋真菌和放线菌,已经被证明是寻找结构新颖的次级代谢产物的巨大宝库。放线菌在耐火生物材料的回收和具有药物作用的新次级代谢物的生产中发挥重要的生态学作用。放线菌是抗生素的主要生产者,能产生多种次级代谢物。放线菌产生的抗生素约占三分之二。放线菌因其产生次级代谢物的能力而受到广泛关注。生活在严苛环境中的海洋真菌作为新的生物活性产物来源而受到科学工作者关注由于海洋热液口是地球上最有生产力的环境,因此极端微生物的次生代谢物多样性相当高。Loihichelins和Ammonificins是海洋热液口来源的新天然产物的第一份报道。只有少数来自螃蟹的海洋真菌已经被研究。本项研究中,我们选择一株源自东海沉积物的链霉属放线菌H-1003和一株源自台湾龟山岛富含硫的热液口真菌XZ-1。本研究的目的是从海洋放线菌和真菌产生的次级代谢产物中分离具有药用价值的生物活性化合物。本论文将从两个方面研究海洋放线菌和真菌的次级代谢产物。首先,筛选生物活性化合物来从海洋微生物中得到抗生素。其次,运用生物和非生物胁迫的新策略来发现新的生物活性化合物。最后,对微生物产生的生物活性化合物进行评价和表征。真菌和放线菌菌株都在正常和金属胁迫条件下培养。用乙酸乙酯萃取培养基中的代谢产物,并通过TLC、柱色谱、制备型HPLC等不同的光谱技术进行纯化。通过HPLC,UV和NMR鉴定纯化合物的结构。通过Spot方法研究它们对金黄色葡萄球菌,枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的体外抗菌活性。
  微生物具有对生物和非生物胁迫产生抗性并保持其适应性的各种机制。随着分子生物学和化学生物学技术的进步,已经证实次级代谢物在微生物对环境的适应过程中起着重要作用。在病原体攻击,重金属胁迫,伤害,辐射或高可见光水平等生物和非生物胁迫下,微生物会合成抗胁迫化合物。一些研究表明使用生物和非生物诱导剂可以增加海洋微生物次级代谢物的产量。通过化学方法诱导,包括重金属,是药物发现的新技术之一。在本研究中,海洋放线菌菌株H-1003分别在有、无金属胁迫下培养。用不加任何金属离子的空白培养基培养菌株H-1003,但在空白培养基提取物中没有观察到峰。选用Gause,M1和ISP2这三种不同类型的培养基作为初始培养基。选用0.5mM、1mM、2mM和4mM/L这四种浓度的五种金属Co2+、Ni2+、Zn2+、Cr2+、Cd2+来筛选适合H-1003菌株的金属离子。180转/分钟培养10天后,除去菌丝体,用等体积的EtOAc萃取培养基两次。结果表明,放线菌的代谢模式随Co2+、Cr2+、混合金属(Co2++Cd2+)的刺激而改变,产生4种新的代谢物。新产生的代谢产物经制备型高效液相色谱分离,质谱、核磁结构鉴定,被确认为四个已知化合物enterocin(1),anhydromevalonolactone(2),cyclo-trans-4-OH-(D)-Pro-(D)-Phe(3)and L,L-cyclo(phenylalanyl-tryptophyl)(4)。由于化合物1有包含单取代苯环和甲氧基化的α-吡喃酮环的独特骨架以及极强的抗菌活性,使得该化合物与其他代谢产物具有显著地不同。因此利用响应面分析法进一步研究了化合物1enterocin的产量。优化后的金属胁迫条件为2mM/L浓度的Co2+,20mg淀粉的高氏培养基,培养时间为10天,摇床转速180转每分钟。在此条件下,enterocin的产量被提升至5.33mg/L,这远远高于对照组的产量。化合物1还显示出抗菌活性,对金黄色葡萄球菌MIC值为62.5μg/ml,对大肠杆菌MIC值为31.25μg/ml,对枯草芽孢杆菌MIC值为31.25μg/ml。1mM浓度的Cr2+胁迫菌株H-1003出现化合物2和3的两个新峰。在其他浓度下仅产生化合物2,1mM是得到化合物2和3的最佳浓度。Co2+和Cd2+的混合金属胁迫菌株H-1003产生化合物4的一个新峰。在此之前,使用单一金属胁迫时,在该区域没有观察到峰,使用两种金属一起胁迫使该区域出现峰。4种不同的金属离子浓度下均可产生这一新峰。该实验证明,使用两种金属同时胁迫可以得到使用单金属胁迫时不会产生的新化合物,并且海洋微生物可以非常好地适应不同浓度金属离子的胁迫。
  由于独特及严酷的生长环境,使得海底热液口微生物成为海洋天然产物的研究热点。如今从海洋热液口环境中得到新的化合物的报道较少,其中少有关于海洋热液口螃蟹的研究。热液口螃蟹中的海洋细菌和真菌非常难以在陆地条件的培养基上生长。本研究中,从热液口螃蟹Xenograpsus testudinatus内脏中分离得到的真菌菌株XZ-1可以在正常的PDA培养基中培养。通过TLC,柱色谱和制备型HPLC分离和纯化真菌的代谢物,并通过HPLC-MS,UV和NMR鉴定化合物。生物活性指导筛选得到5种化合物。首先对筛选初步纯化物质的生物学潜力,之后对有生物活性的部分进行进一步纯化。初始筛选针对包括金黄色葡萄球菌,大肠杆菌,枯草芽孢杆菌,铜绿假单胞菌,肺炎克雷伯氏菌和白色念珠菌等许多细菌和真菌病原体。5个化合物均为已知化合物,分别是Ergosterol(5),Homodimeric WIN64821(6),Hydroxysydonic acid(7),Diorcinol(8)和Cordyol C(9)。化合物5为无色晶体,是已知化合物谷甾醇,对各种癌细胞系均存在细胞毒性。独特结构的化合物6具有强的神经激肽拮抗剂活性和抗肿瘤活性。化合物7对金黄色葡萄球菌有抗菌活性。文献报道化合物8和化合物9对抗细菌和真菌病原性菌株产生有效的结果,因此在初始抗微生物筛选中被选择为有效的抗微生物剂。纯化后,两种化合物都被鉴定为已知化合物。文献报道化合物9具有强抗病毒活性。所有化合物的结构已经通过1H、13C、DEPT和文献查证确定
  海洋环境中蕴含着大量的新颖化合物,是一个未开发的药物宝库,今后仍将有助于寻找新药。因为独特的环境,海洋热液口已经成为了研究人员的新焦点。大规模培养海洋真菌和放线菌来发现新的天然抗生素的过程仍需要许多新的生物技术和方法。海洋真菌和细菌生物技术所应用的方法和技术主要来源于相应的陆地类似物,并且很大程度上反映了海洋微生物的特定需求。目前,代谢工程和海洋微生物学,如金属胁迫方法,尚未转化为工业技术,但为改进生产过程和建立新的过程提供了许多选择。从海洋真菌和放线菌中得到海洋抗生素的
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