南海岛屿周边浮游植物中的活性物质资源

The Resources of Bioactive Substances from Phytoplankton around the South China Sea Islands

摘要: 利用光学显微镜分别对海南岛新村和上川岛附近的水样进行浮游植物种类组成的基本情况分析，对所鉴定的浮游植物种属进行次级代谢产物文献检索，为进行这些资源的食用或药用价值开发利用奠定基础。结果显示：海南岛新村共发现浮游植物47种，其中2018年11月35种，2019年2月21种，两个季节浮游植物种类既有交叉又有演替；2019年05月上川岛距离岸边从远及近“V”型采样点的浮游植物呈现明显的人类生活影响趋势。三个航次共鉴定浮游植物57种，覆盖硅藻门、黄藻门、甲藻门、蓝藻门、金藻门、裸藻门，文献检索显示其代谢产物丰富多样，包含糖苷类、萜类、脂肪酸类、生物碱类、大环内酯类、类胡萝卜素类、肽类、甾醇类。总体来说，海南岛新村和上川岛浮游植物组成均匀度较低，丰富度较高；硅藻门种类数最多，其次是甲藻门，其代谢产物丰富多样，具有筛选发现活性天然产物的潜力，同时为南海岛屿周边浮游植物调查研究提供基础数据。

Abstract: In order to lay a foundation for the development and utilization of medicinal valuable phytoplankton, the phytoplankton species identification of water samples from Xincun of Hainan Island and Shangchuan Island is analyzed using optical microscope, and the reported secondary metabolite types of these identified phytoplankton were summarized by literature retrieval. The result showed a total of 47 species in Xincun samples, including 35 species in November 2018 and 21 species in February 2019. There are both cross and succession in phytoplankton species in these two seasons. “V” type of sampling points was set along the Shangchuan Island in May 2019. The phytoplankton showed obvious impact by humans from near too far. A total of 57 species, belonging to bacillariophyta, xanthophyta, pyrrhophyta, cyanophyta, chrysophyte, and euglenophyta, were identified in three voyages. Their secondary metabolites were various by literature, including glucosides, terpenoids, fatty acids, alkaloids, macrolides, carotenoids, peptides, sterols and so on. In summary, phytoplankton near the two islands has lower uniformity and higher species abundance. Most of them belong to bacillariophyta and followed by pyrrhophyta. The secondary metabolites of phytoplankton were various, and have the potential of screening and finding of bioactive natural products. At the same time, it can provide the basic data for phytoplankton investigation in the South China Sea.

1. 引言

海洋浮游植物属于微型生物(micro-organisms)，是海洋生态系统中的最重要的初级生产者，被认为是复杂海洋生态系统的自然生物指示剂，其群落特征是研究海区其他生态和环境问题的基础，也是水质监测的重要生物类群 [1] [2]。除此以外，浮游植物中存在着丰富的、结构独特的生物活性物质，其中有许多具有药理活性，特别是微藻类具有生长速度快、繁殖周期短、产量高、易于人工培养、适应能力强等特点，在医药和保健品的开发应用方面具有巨大的潜力，逐步受到人们的重视。Barchi [3] 等人在颤藻中分离出大环内酯类抗生素，他们具有细胞毒活性和抗肿瘤活性；Bjornland [4] 等人在舟形藻中分离到胡萝卜素、类胡萝卜素类化合物，也具有一定的预防和治疗心脑血管疾病的作用。另外，虾青素作为新型的化妆品原料，广泛应用于眼霜、乳剂等护肤品中 [5]。南海地处热带、亚热带，四季气候温和，年平均气温为21℃~23℃，6~8月水温大多在28℃以上，水温季节变化明显，10月至次年2月为降温期。除此以外，海南的台风季节一般发生在每年6~11月的夏秋季节，主要集中于8~10月，对海水中浮游植物种类影响较大(https://www.tuliu.com/read-107135.html, https://baike.baidu.com/item/%E6%B5%B7%E5%8D%97/13346?fr=aladdin#3)。南海为中国边缘四海中最大的一个半封闭的陆缘海 [6]。浮游植物门属种类较多 [7] [8]，季节性差异明显。

考虑到季节和地理位置等原因，本次研究分别在内海和外海各选一个具有代表性的地点——海南岛新村和上川岛，对其浮游植物种类组成、季节变化进行调查研究，为发现有价值的浮游植物种类提供参考，同时对海洋活性物质、新药先导化合物的研究提供基础数据。

2. 材料和方法

选取海南岛新村和上川岛的表层0.5 m水样，观察藻类差异，调查站位见表1和图1。现场分别取未加固定液的水样和保存于终浓度为5%的鲁哥氏液中的水样两份 [7]，带回实验室静置沉淀，浓缩后在光学显微镜下进行分析鉴定 [2] [6] [7] [8]。

光学显微镜(eclipse Ti, Nikon)参数(目镜10倍，物镜40倍)；鲁哥试剂(碘以及碘化钾购买于国药集团)；50 mL无菌离心管。

Table 1. The information of sampling stations

表1. 样品采集信息

Figure 1. Sampling stations of phytoplankton Island

图1. 样品断面调查图

3. 结果与讨论

3.1. 浮游植物组成

海南岛新村2018年11月份共鉴定藻类35种，其中硅藻门25种、黄藻门1种、甲藻门3种、蓝藻门3种、金藻门2种，裸藻门1种；2019年2月份共鉴定藻类21种，其中硅藻门16种、甲藻门4种、蓝藻门1种。海南上川岛共鉴定出藻类21种，分属于硅藻门15种、甲藻门4种、蓝藻门1种、裸藻门1种(表2)。三个航次的浮游植物中硅藻种类占绝对优势，硅藻中根管藻、菱形藻、斜纹藻种类居多。与朱根海等 [6] 的研究相比，发现黄藻门和裸藻门的藻类各一株。

上川岛“V”型采样点中S5没有检测出浮游植物，从地理位置可以看出，这两个位点远离海岸线，受人类影响较少。S1站位鉴定出硅藻门5种，裸藻门1种；S2站位硅藻5种；S3站位硅藻门1种；S4站位蓝藻门1种；S6站位硅藻门4种；S7站位硅藻门5种，甲藻门4种(见表3)。硅藻门呈现明显的“V”型分布，越靠近岸边，藻种类越丰富。

两个地点浮游植物生态类型较丰富，有广温广盐类型，代表种中肋骨条藻(X2)、圆筛藻(X2)、琼氏圆筛藻(X2)、刚毛根管藻(X1、X2)、布氏双尾藻(S)、等。低盐近岸性类型，代表种主要有尖刺菱形藻(S)、丹麦细柱藻(X、S)等。高温外海类型包括叉角藻(Ceratium furca) (S)、三角角藻(S)等。

新村的冬季和春季藻种类数与多样性显示出一定的季节变化。冬季藻类种数35种，春季鉴定的藻种数为21种，两个季节浮游植物种类既有交叉又有演替。冬季浮游植物中还检测到黄藻门、金藻门和裸藻门，春季没有检测到。

浮游植物生长繁殖必须从水体中吸取无机营养元素。另外调查区受到沿岸水和西北太平洋外海水以及西南季风的作用和影响，使得海南岛东北沿岸区域营养盐丰富，水体肥沃，水体也相对稳定，给浮游植物生长、繁殖带来了有利条件。冬季主要上升流区在吕宋岛的西北，越南外海近南海中部海区，上升流区具有高营养水涌升，浮游植物很丰富 [6]。

Table 2. Phytoplankton species identified in the Xincun Island and Shangchuan Island

表2. 海南岛新村、上川岛浮游植物类别

Table 3. Phytoplankton species identified in the Shangchuan Island

表3. 上川岛采样点藻种类

3.2. 浮游植物中的活性物质资源

浮游植物中存在着丰富的、结构独特的生物活性物质，其中有许多具有药理活性，在医药和保健品的开发应用方面具有巨大的潜力。Imada N. [9] 等人从骨条藻属获得的二十碳五烯酸衍生物具有抑制其自身生长的作用；Urbanova K.等人 [10] 从舟形藻属获得的反式棕榈油酸具有植物发芽诱导剂，血管保护剂，抗肿瘤，杀藻剂的作用；Gustafson K.R. [11] 从席藻属中分离到的糖苷类化合物可参与CO₂在细胞膜上的交换，同时在体外显示抗hiv-1活性；Ayaka等人 [12] 研究发现小鼠口服裸藻属对非酒精性脂肪性肝炎具有抗纤维化活性，有望成为抑制非酒精脂肪肝的替代品。角毛藻的提取物具有抗菌、抗生物膜活性以及抗氧化和一氧化氮抑制活性 [13] [14]。

该研究分别对所鉴定的浮游植物种属进行次级代谢产物文献检索，以分辨其中活性物质资源，为进行这些资源的食用或药用价值开发利用奠定基础。检索到产糖苷类代谢产物的有角毛藻属、菱形藻、赤潮异弯藻属、席藻属；产萜类代谢产物的有舟形藻属、根管藻属、海链藻属、斜纹藻属、金藻属、凯伦藻属；产多不饱和脂肪酸类代谢产物的有骨条藻属、菱形藻属、舟形藻属；产生物碱类代谢产物的有小环藻属、菱形藻属、舟形藻属、细柱藻属、裸藻属；产大环内酯类代谢产物的有颤藻属；产类胡萝卜素类代谢产物的有舟形藻属、菱形藻属、细柱藻属、小环藻属、球石藻属、裸藻属；产肽类代谢产物的有舟形藻属、微囊藻属；产甾醇类代谢产物的有细柱藻属、五刺多甲藻属(见表4)。

Table 4. The active substance of phytoplankton around islands in the south China sea

表4. 南海岛屿周边浮游植物中的活性物质资源

从藻类获得的糖苷类、萜类、脂肪酸类、生物碱类、大环内酯类、类胡萝卜素类、肽类、甾醇类化合物，具有明显的生物活性，是进行新药及保健与功能食品研制和开发的原料来源。

基金项目

1) 中国水产科学研究院院级基本科研业务费专项项目(2018GH13)；

2) 农业部“引进国际先进农业科学技术”(948)项目(2015-Z18)；

3) 科技基础资源调查专项(2018FY100202)；

4) 中国水产科学研究院基本科研业务费资助项目(2020TD68)。

NOTES

^*通讯作者。