第02章海洋药用生物第1节海洋微生物

• 能在 0℃生长，或其最适生长温度低于20℃的微生物，称
为嗜冷微生物。
• 嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中。细胞膜
构造、酶活力等具有适应低温的特点。
嗜压性
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• 水深增加10m，静水压力递增1个标准大气压 • 海洋最深处的静水压力可超过1000大气压 • 56％以上的海洋环境处在100-1100大气压的压力之中 • 嗜压性-是深海微生物独有的特性
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海洋微生物在海洋环境中的作用
• 海洋--世界上最庞大的恒化器，承受巨大的冲击（如 污染）而仍保持其生命力和生产力； • 微生物在其中是不可缺少的活跃因素。
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• 开发利用海洋以来，竞争性的捕捞、航海活动、大工 业兴起带来的污染、海洋养殖场的无限扩大，使海洋
生态系统的动态平衡遭受严重破坏。
• 海洋微生物以其敏感的适应能力和快速的繁殖速度在 发生变化的新环境中迅速形成异常环境微生物区系， 积极参与氧化还原活动，调整与促进新动态平衡的形 成与发展。
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• 海洋化能自养细菌通过对氨、亚硝酸盐、甲烷、分子氢和 硫化氢的氧化过程取得能量而增殖。
• 深海热泉的特殊生态系中，硫细菌利用硫化氢作为能源而
增殖；
• 深海底部，硫细菌负担了全部初级生产；
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• 另一些海洋细菌则具有光合作用的能力。
• 不论异养或自养微生物，其自身的增殖都为海洋原生
动物、浮游动物以及底栖动物等提供直接的营养源。
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真菌
• 海洋真菌多集中分布于近岸海域的各种基底上，按其
栖住对象可分为寄生于动植物、附着生长于藻类和栖
住于木质或其他海洋基底上等类群；
• 某些真菌是热带红树林上的特殊菌群；
• 某些藻类与菌类之间存在着密切的营养供需关系，称 为藻菌半共生关系。
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酵母菌
• 大洋海水中酵母菌密度为每升 5-10个； • 近岸海水中可达每升几百至几千个； • 海洋酵母菌主要分布于新鲜或腐烂的海洋动植物体上； • 海洋酵母菌多数来源于陆地； • 只有少数种被认为是海洋种。
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• 海水中营养物质比较稀薄，部分海洋细菌要求在营养贫乏 • 在营养较丰富的培养基上，有的细菌于第1次形成菌落后即 迅速死亡，有的则根本不能形成菌落。 • 海洋细菌在形成菌落过程中，自身代谢产物积聚过甚而中 毒致死。
• 这种现象说明常规的平板法并不是一种最理想的分离海洋
微生物方法。
趋化性与附着生长
其培养特征、大部分生理生化特征和细胞壁组成特征都与陆
栖的鲁特格斯链霉菌基本相似，但又有一定差别。
• 特别是具有强的液化琼脂和中等的耐盐能力，最后确定为一
个新的亚种，定名为鲁特格斯链霉菌鼓浪屿亚种
(Streptomyces rutgersensis subsp． gulangyuensis)。
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Streptomyces （链霉菌）
பைடு நூலகம்下页
• 这些微生物都具有在特定的极端环境条件下生存繁衍 的能力和与之相适应的生理机能，与常见的微生物很 不一样，大部分是前所未见的新种属。 • 这类微生物的分离研究刚刚起步，这类特殊生态系统 中的生物已经引起药物开发研究者的重视。
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• 从福建泉州湾海泥中分离到一株嗜碱的海洋链霉菌2B，
有强的耐盐能力，特别能在pH 10的培养基里生长并
海洋细菌的分布特点
• 分布广、数量多，海洋生态系统中，分布的规律：
1. 近海区的细菌密度较大洋大，内湾与河口内密度尤大；
2. 表层水和水底泥界面处细菌密度较深层水大，底泥中较海
水中大；
3. 不同类型的底质间细菌密度差异悬殊，泥土中高于沙土。
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微生物分布
• 海洋调查时常发现某一水层中细菌数量剧增，这种微
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• 海水中的营养物质虽然稀薄，但海洋环境中各种固体表面或
不同性质的界面上吸附、积聚着较丰富的营养物。
• 多数海洋细菌都具运动能力。某些细菌还具有沿着某种化合
物浓度梯度移动的能力，称为趋化性。
• 某些专门附着于海洋植物体表而生长的细菌称为植物附生细 菌。海洋微生物附着在海洋中生物和非生物固体的表面，形 成薄膜，为其他生物的附着造成条件，从而形成特定的附着 生物区系。
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大量事实表明，海洋微生物将成为开发新型药物的重要资源。
1. 海洋是新种属的微生物的生存繁衍地
2. 海洋是独特生态系统工程的微生物的生存繁衍地 3. 海洋微生物是新型生物活性物质和先导化合物的来源 4. 海洋微生物也是其他有应用价值的医药品的重要来源
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l.海洋是新种属的微生物的生存繁衍地
• 微生物的种类和数量都明显地随着环境的不同而变化； • 环境条件越多样化，越能造就生存繁衍的微生物种类的多 样化，越有可能分离到新种属的微生物。
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• 从福建沿海海泥和日本海洋科学技术中心提供的深海 海泥中分离到一批嗜冷和嗜碱的微生物 • 生长需要极碱性的环境(pH 10或以上) • 需要低的温度(零度则生长，20℃就生存不下去)
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• 能产生多种活性物质，包括淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶等， 所产生的这些酶具有独特的性能。 • 即在低温和高碱性的环境里，酶的活性特强； • 也能产生抗细菌的物质，但末见产生抗真菌的物质。
嗜盐性
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• 嗜盐性-海洋微生物最普遍的特点 • 真正的海洋微生物的生长必需海水 • 海水中富含各种无机盐类和微量元素 • 钠为海洋微生物生长与代谢所必需 • 钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生 物生长所必需的
嗜冷性
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• 90％海洋环境的温度都在5℃以下，多数海洋微生物的生
长要求较低的温度，超过37℃就停止生长或死亡。
• 从所做的极有限的海洋菌株的分离、纯化和鉴定中，屡次
获得新种或新的亚种，说明海洋的确是微生物新种属的
“聚宝盆”。
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2.海洋是独特生态系统工程的微生物的生存繁衍地
• 海洋是地球上早期生命的诞生地，环境独特，包罗了高 压、低营养、低温、无光照，以及局部高温、高盐，等， 所谓生命极限的环境。 • 从海洋分离到许许多多能生存繁衍于独持生态系统的新 的嗜压微生物、嗜热微生物、嗜盐微生物、嗜碱微生物 等。
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• 微生物代谢的中间产物，如抗生素、维生素、氨基酸
或毒素等，是促进或限制某些海洋生物生存与生长的
因素。
• 某些浮游生物与微生物之间存在着相互依存的营养关
系。如细菌为浮游植物提供维生素等营养物质，浮游
植物分泌乙醇酸等物质作为某些细菌的能源与碳源。
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• 海洋微生物富变异性，能参与降解各种海洋污染物或毒物， 有助于海水的自净化和保持海洋生态系统的稳定。
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• 近海微生物有可能来自陆地，但由于长期适应海洋的 环境，至少它们必须要有适应水环境、液化琼脂和耐 盐能力。 • 从而倾向于形成新种属。
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调查表明
• 近海区，海洋微生物与陆栖微生物相似，链霉菌占优势； • 深海区，过渡到以小单孢菌和诺卡氏放线菌占优势； • 水深6000m的深海区，只有嗜压的假单孢菌才能生长。
• 分解有机含氮化合物者有分解明胶、鱼蛋白、蛋白胨、多 肽、氨基酸、含硫蛋白质以及尿素等的微生物； • 利用碳水化合物类者有主要利用各种糖类、淀粉、纤维素、 琼脂、褐藻酸、几丁质以及木质素等的微生物。 • 降解烃类化合物以及利用芬香化合物如酚等的微生物。
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• 海洋微生物分解有机物质的终极产物，如氨、硝酸盐、磷 酸盐以及二氧化碳等都直接或间接地为海洋植物提供主要 营养。 • 微生物在海洋无机营养再生过程中起着决定性的作用。
区分布现象主要决定于海水中有机物质的分布状况。
• 赤潮之后往往伴随着细菌数量增长的高峰。
• 利用微生物分布状况，可以指示不同水团或温跃层界
面处有机物质积聚的特点，进而分析水团来源或转移
的规律。
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细菌
• 海水中的细菌以革兰氏阴性杆菌占优势，常见的有假单胞 菌属等10余个属。 • 海底沉积土中则以革兰氏阳性菌偏多。芽胞杆菌属是大陆 架沉积土中最常见的属。
产生抗菌物质。
• 所产生的抗菌物质包括2个部分：
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• 一部分是脂溶性的抗革蓝阳性细菌的物质；
• 一部分是水溶性的广谱的抗生素。
• 后者经分离、纯化和鉴定，是一种新型的氨基糖苷类抗生
素，称为丁醚苷菌素。 • 对许多能产生钝化酶的细菌，具有强的抑制作用。 • 过去报道，丁醚苷菌素是由环状芽孢杆菌产生的，而由海 洋微生物产生还是首次报道。
海 洋 药 物
第2章 海洋药用生物
第2章
海洋药用生物
第1节 海洋微生物
第2节 海洋微藻类
第3节 大型海藻类 第4节 海洋无脊椎动物类 第5节 海洋脊椎动物类 第6节 海洋中药
第1节 海洋微生物
1. 海洋微生物概述 2. 海洋微生物-- 新药开发的重要资源
3. 顶头孢霉菌--头孢菌素
思考题
1.海洋微生物概述
• 以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物 • 是海洋生态系统中的重要环节 • 作为分解者，促进物质循环； • 海洋沉积成岩及海底成油成气，都起到了重要作用。 • 化能自养菌则是深海生物群落中的生产者。
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海洋微生物
1. 污损水工构筑物，在特定条件下的代谢产物，如氨、 硫化氢，毒化养殖环境，造成养殖业损失；
多形性
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• 同一株细菌纯培养中，可以同时观察到多种形态，如球
形、椭圆形、大小长短不一的杆状或各种不规则形态的
细胞；
• 这种多形现象在海洋革兰氏阴性杆菌中表现尤为普遍。
• 这种特性是微生物长期适应复杂海洋环境的产物。
发光性
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• 海洋细菌中有少数几个属表现发光特性； • 发光细菌通常从海水或鱼产品上分离到； • 细菌发光现象对理化因子反应敏感，利用发光细菌作 为检验水域污染状况的指示菌。
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• 海洋是独特生态系统的微生物的重要聚集地；
• 这类微生物的分离研究才起步，已显示极大的潜力并
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• 从暂时或局部的效果来看，其活动结果可能是利弊兼有； • 但从长远或全局的效果来看，微生物的活动始终是海洋生 态系统发展过程中最积极的一环。
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• 海洋微生物多数是分解者 • 部分是生产者 • 具有双重的重要性 • 微生物参与海洋物质分解和转化的全过程。
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海洋中分解有机物质的代表性菌群：
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• 浅海微生物一般只忍耐较低的压力； • 深海嗜压细菌则具有在高压环境下生长的能力，能在 高压环境中保持其酶系统的稳定性。
• 研究嗜压微生物的生理特性必需借助高压培养器来维
持特定的压力。
• 严格依赖高压而存活的深海嗜压细菌，由于研究手段
的限制，难于获得纯培养菌株。
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低营养性
的培养基上生长。
这在食物链上有助于初级或高层次的生物生产。
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• 在海洋动植物体表或动物消化道内，形成特异的微生物区 系，弧菌等是海洋动物消化道中常见的细菌 • 分解几丁质的微生物往往是肉食性海洋动物消化道中微生 物区系的成员。 • 某些真菌、酵母和利用各种多糖类的细菌常是某些海藻体
上的优势菌群。
• 船蛆与细菌（德氏腺）
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Streptomyces （链霉菌）
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• 陆栖的鲁特格斯链霉菌的菌 株不产生抗菌物质 • 海栖的鼓浪屿亚种则能产生 抗菌谱广、抗菌活力强和毒 性低的新抗生素8510。
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• 海栖微生物中有一部分则完全是未曾见过的。
• 鉴定过一株绿色小四孢菌，是前所末见过的新种，命名为
绿色小四孢菌厦门新种。
2. 颉颃作用消灭陆源致病菌；
3. 巨大的分解潜能几乎可以净化各种类型的污染； 4. 提供新抗生素以及其他生物资源； 随着研究技术的发展，海洋微生物日益受到重视。
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• 海洋微生物的特性 • 海洋细菌的分布特点
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• 海洋微生物在海洋环境中的作用
海洋微生物的特性
• 海洋环境以高盐、高压、低温、稀营养为特征。 • 长期适应复杂的海洋环境而生存，有其独具的特性： 嗜盐性、嗜冷性 、嗜压性、低营养性、趋化性与附 着生长、多形性、发光性
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• 长期生长繁衍于海洋的链霉菌、小单孢菌和诺卡氏放
线菌，即使有一部分从经典的分类意义上与一些陆栖
微生物菌属十分相似，但由于适应了海洋环境，既显
示出一系列特殊的生理性状(如耐盐和液化琼脂等)，
也具备有不同的遗传背景，将倾向于构成新的亚种。
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• 从厦门鼓浪屿海区的海底泥样中分离到一株海洋链霉菌株，
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2.海洋微生物--新药开发的重要资源
• 半个多世纪以来，陆栖微生物已成为像抗生素、酶抑制剂等 生物活性物质的重要资源，形成了辉煌的抗生素时代。
• 种种原因，特别是研究方法创新的滞后和筛选模型陈旧，结
果寻找到新种属的微生物或有特殊机能性状的微生物的几率
大幅度地降低。
• 与之相关联的，开发出新型的药物的几率也大幅度地下降。