海藻的鉴定、表征及其生物活性化合物的生产潜能研究

目的:从中国沿海采集野生海藻。首先,利用形态学和分子生物学鉴定揭示海藻具体种属,有利于后续开展海藻生物活性成分的研究。其次,对海藻生化成分和理化性质进行全面表征,有助于了解各海藻在生产生物活性化合物方面的潜力。最后,明确海藻生长地海水的理化性质,探索海水因素和海藻生长/活性物质的相关性,为海藻的大规模人工培养提供参数指导。方法:从山东省,海南省和辽宁省采集海藻样品,同时收集三个采样地点的海水。利用形态学鉴定和分子学鉴定明确海藻的种属、测定海藻的生化成分(碳水化合物、蛋白质、油脂、水分、总固体、挥发性固体、灰分)。用元素分析仪测定海藻生物质中碳、氮、氢、氧和硫元素的比例。通过傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)明确海藻生物质中存在的重要官能团、潜在的生物活性化合物及相对比例。利用p H计、多功能水质检测仪、便携式溶解氧测定仪、总有机碳分析仪、总氮测定仪和多参数水质测定仪测定海水样品的p H值,电导率、总溶解性固体和盐度,总有机碳,总氮,总磷和化学需氧量。对S.thunbergii GEEL-15和P.australis GEEL-18利用超声波辅助进行了总多酚、褐藻多酚和类黄酮的提取和含量测量,并和以往研究的提取方GW4869使用方法法和产量进行了比较。结果:(1)从山东省青岛市、海南省三亚市和辽宁省大连市采集了六种海藻,通过测序鉴定为Sargassum thunbergii GEEL-15、Mastocarpus stellatus GEEL-16、Ulva sp.GEEL-17、Padina australis GEEL-18、Chondrus sp.GEEL-19、Betaphycus gelatinae GEEL-20。(2)通过对海藻生物质中生化成分进行分析,比较了碳水化合物、蛋白质和油脂在六种海藻中的占比,这为各海藻提取生物活性化合物的种类选择提供了指导。此外,通过与以往研究中同属海藻的生化成分进行比Gel Doc Systems较,明确了本研究中海藻的生化组成在相应海藻属中的水平,这有助于确定在同属水平上本研究海藻是哪类生物活性化合物提取的更优选择。(3)海藻中的挥发性固体代表了一类广泛的次生代谢产物,本研究海藻的高挥发性固体表明它们富含生物活性化合物。M.stellatus GEEL-16、P.australis GEEL-18和Chondrus sp.GEEL-19生物质的高灰分提示这几种海藻是提取硫酸多糖的优势物种。(4)FTIR光谱显示了各海藻生物质中的重要官能团,预测了海藻中可能存在的化合物,例如多糖、糖蛋白、氨基酸、岩藻多糖、藻酸盐、β-甘露醛酸、硫酸多糖。此外FTIR光谱可以对海藻中重要化合物的结构进行一定程度的辨别,例如多糖中硫酸盐基团的位置。(5)TGA曲线通过在不同温度范围呈现的失重百分比表明了海藻中存在的主要化合物及其相对比例,例如石莼多糖、海藻酸、岩藻多糖、藻酸盐、海带多糖,以及这些化合物的热解性质。(6)海水理化性质中pH、总氮、总磷、盐度、温度是影响海藻生长和活性成分的关键参数。(7)S.thunbergii GEEL-15总多酚、褐藻多酚和类黄酮的含量均高于P.australis GEEL-18,Docetaxel更具备提取多酚类生物活性化合物的潜力。此外,相比于传统的溶剂提取,超声波辅助提取可以显著提高多酚类化合物的产量。结论:本研究海藻种属的鉴定,以及生化成分和理化性质的测量,明确了这些海藻在生产生物活性化合物上的潜力,有助于后续生物活性化合物提取的种类选择和生物活性的研究。了解海藻生长地海水的理化性质可以为未来这些海藻的实验室和大规模栽培的参数设置提供指导。此外在原有培养条件的基础上,可以通过对某个或某些参数的调节来控制某些生化成分和生物活性化合物的含量,改善海藻培养中有价值的生物化合物的合成和最大限度地生产,更好地对人类健康服务。