海洋微生物研究篇1

关键词：热喷涂；海洋环境；腐蚀破坏；功能涂层

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0000-00

随着人类生存和探索领域的拓展，海洋正成为支撑社会可持续发展新的战略基地。海洋领域的探索与开发，离不开先进的海洋工程装备。由于海洋环境的特殊性，在海洋环境中工作的装备容易受到腐蚀、冲蚀、海生物吸附，造成使用效率下降，甚至失效。因此，海洋工程装备常常需要进行热喷涂处理。

本文针对海洋环境的特殊性，介绍了热喷涂技术在海洋环境装备中的应用，并探讨了其存在的问题与未来发展的方向。

1海洋环境对海洋装备的破坏因素

金属材料在海洋环境中破坏的因素主要有：化学因素、物理因素、生物因素、区域因素。海水流速会影响材料的腐蚀电位；海洋生物腐蚀过程中也包含极其复杂的化学腐蚀[1-2]。这也会造成金属材料腐蚀机理的复杂性。

1.1化学因素

海洋环境对金属材料破坏的化学因素主要包括：含盐量、溶氧量、二氧化碳、pH值等。金属浸在海水中，由于金属表面材料微区成分的不均匀性，导致金属与海水界面上电极电位的分布也呈现微观的不均匀性而形成了无数个微电池，形成阴极区和阳极区。碳钢微电池腐蚀反应[3]为：

pH值升高有利于抑制碳钢海水中腐蚀，产生钙镁沉淀物附着在材料表面，利于阴极保护。但表层海水中pH值变化幅度不大，所以该区域内pH值的影响较小。

1.2物理因素

海洋环境中金属材料破坏的物理因素包括：流速、波浪、潮汐、泥沙、温度等[4]。研究发现船用碳钢3C与09MnNb的腐蚀速率随海水流速的增加而迅速增加，对于不锈钢1Cr18Ni9、钛合金TC4，流速对腐蚀速率的影响较小[5]。刘薇[6]研究了风浪冲击力的周期性及其对金属材料的破坏，认为材料破坏与海域载荷分布具有幅度周期性变化相关。SoaresCGuedes[7]等人考察了相对海水湿度、氯化物、温度对钢结构腐蚀影响，提出了不同环境因素影响的非线性时间相关的腐蚀模型：

f（Tr）=0.415[Tr]+0.585，当T，Tn用摄氏温标表示；

f（Tr）=7.412[Tr]+6.412，当T，Tn用开氏温标表示；

T为实际温度，Tn为理论温度，Tr=T/Tn（与温标表示方法有关），f（Tr）为温度相关的腐蚀率修正因子。该模型中，若T、Tn若以摄氏温标表示，则相对湿度对腐蚀作用的影响最大，而大气温度影响最小；若T、Tn以开氏温标表示，则大气温度对腐蚀作用的敏感程度最高，而氯化物的影响最低。

1.3生物因素

海洋生物污损过程主要有三个阶段：初期阶段、发展阶段、稳定阶段。LittleBrendaJ[8]阐述了海生物群落影响的两种现象：腐蚀的快速发展以及硫酸盐还原菌（SRB）产生的硫化物衍生物，在腐蚀进程中，化学反应普遍加快，导致不锈钢快速腐蚀，在无生命条件下的表现为氧气量的减少。MoradiM[9]等对金属氧化细菌群中的316不锈钢的腐蚀行为进行了实验，发现细菌群中的316不锈钢腐蚀速率显著上升，EDS分析结果指出，在金属腐蚀产物和细菌的新陈代谢组织部分有Si元素富集和Cr、Fe元素的增加，因此，金属氧化细菌的新陈代谢活动可以改变金属化合物和腐蚀产物的化学成分。BritoLVR[10]等研究了碳钢浸海前6个月与大型污损生物相关的腐蚀行为，发现大型生物污损对材料具有保护作用；含优势生物为丝状海藻、藤壶、水螅和薄壳状苔藓虫等的群落组，局部腐蚀比例最高。现阶段单纯研究微生物对金属破坏作用的较多，并没有结合化学因素和物理因素等综合因素来考察金属破坏行为，同时在不同生物对金属材料的破坏机理方面研究还不够深入。

1.4区域因素

区域因素是指海洋装备在整个海洋空间所处的相对位置，通常将海洋腐蚀环境分为五个区域：海洋大气区、海洋飞溅区、海水潮差区、海水全浸区和海底泥土区，其腐蚀的机理与腐蚀速率也就有很大差异（见表2）。

海洋环境对金属的破坏作用研究的方向有：不同材料在大流速或湍流条件下的冲刷腐蚀机理、形成的腐蚀产物、结垢、生物膜的性质及其对区和闭塞区内腐蚀过程的影响以及生物因素和电化学因素之间的交互作用等。

2热喷涂技术在海洋环境中的应用

2.1海洋装备防腐

热喷涂技术应用在大型钢结构腐蚀防护主要有电弧喷涂和火焰喷涂，材料主要是锌、铝及其合金。PardoA[12]等人在镁铝合金表面喷涂铝涂层，利用冷压进行后处理后，涂层成分更加均匀，涂层与基体结合更紧密，孔隙率降低，耐蚀性得以很大提高。在铝中加入稀土获得铝稀土涂层可增强耐蚀性，刘毅[13]等人研究了铝稀土涂层在3.5%的NaCl溶液中的腐蚀机理，结果表明铝稀土涂层的致密层氧化膜不完整，主要成分为Al（OH）3。

非金属材料也在海洋防腐工程中发挥其特殊作用，SinghSK[14]等人将低密度聚乙烯（LDPE）混合以不同浓度顺丁烯二酸（MAc），再经着色处理并制成聚乙烯涂层。实验表明，经处理后的LDPE的结合力明显高于未处理的LDPE，含30%红铁氧化物的聚乙烯涂层的耐蚀性明显好于含量为20%或40%的涂层。TambeSP[15]等人研究了乙烯醋酸盐（EVA）和乙烯醇（EVAl）与聚乙烯的混合物涂层的耐蚀性，EVA/PE性能优于EVAl/PE。

2.2特殊零件制造

螺旋桨是舰船、潜艇等的关键推动装置，其材料一般为ZQAl12-8-3-2、ZHMn55-3-1等，受气蚀破坏严重。采用低压等离子喷涂镍钛合金制备螺旋桨抗空蚀涂层，使用寿命比铝青铜提高了4倍，在螺旋桨上已有采用。

美国海军已广泛采用了热喷涂技术，极大的改善了相应系统的性能与寿命，表3列举了热喷涂技术在美国海军舰船上的应用。

丁彰雄[17]等人对船用曲轴失效与修复进行了研究，采用Ni/Al结合底层+自粘结复合材料、青铜涂层的结构，利用亚音速火焰喷涂技术，可得到高性价比的优质涂层。

2.3特殊功能涂层

Cu2+吸引并穿透带负电的细胞膜与膜内蛋白质上的羟基、氨基、巯基发生反应，破坏蛋白质的结构，使微生物无法增殖或死亡。

相关部门研制的Al+10%Al2O3复合线材和芯材可制增摩涂层，其摩擦因数可达0.7～0.9，结合强度达22MPa。清华大学摩擦学国家重点实验室利用热喷涂技术得到了先进纳米结构固体自涂层，使得45钢的耐磨性提高20倍以上，降低了零部件的磨损，提高传动效率。

3结语

在海洋环境中利用热喷涂技术的领域随着具有更高性能的新材料的不断涌现，使用范围越来越广。

首先，多环境耦合条件下复合功能涂层成为未来研究方向之一。陈永雄[19]等人已展开对热环境与海洋腐蚀环境中复合涂层（Zn-Al-Mg-Re）的研究来阻止海洋环境腐蚀。

其次，进一步提高零部件表面涂层的综合性能也成为未来科研人员追逐的焦点。例如深海探测器、潜艇等需在黑暗、低温及高压的环境中工作，一旦零部件达不到要求，很可能发生船毁人亡的惨剧。

最后，智能涂层的研究有望成为未来热喷涂技术的发展方向之一。在军事领域，各种舰船、潜艇都试图增强其隐身、抗电子干扰的功能，将特殊纳米材料喷涂潜艇蒙皮上，可以“感觉”各种水文环境极细微的变化，提前“察觉”来袭的敌方鱼雷以及时规避，并最大限度地降低噪声。

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海洋微生物研究篇2

揭开巨鱿死亡之谜？

研究领导人、巴塞罗纳加泰罗尼亚理工大学海洋声学家米切尔・安德烈表示，根据研究，海洋中的噪音污染对海洋动物的影响程度超过此前预计。他在一份声明中说：“我们知道海洋中的噪音污染会严重影响海豚和鲸鱼，它们利用天然声纳进行导航和捕猎。这项研究第一次发现噪音污染也让无脊椎动物深受其害。无脊椎动物是一个规模更大的海洋动物种群，此前并未发现它们的生存也与声音关系密切。”

21世纪初，人们在西班牙阿斯图里亚斯沿海发现巨型鱿鱼尸体。一些案例中，巨型鱿鱼尸体在当地船只使用气枪产生低频声脉冲后不久出现，另有一些案例则涉及石油和天然气钻探作业。在对巨型鱿鱼尸体进行研究时，科学家发现它们的身体遭受严重损伤，套膜变成浆状，触须青肿，平衡器也遭到损害。这些充满液体的器官位于鱿鱼眼后，帮助它们在水中保持平衡和位置。

海洋生物学家安格尔・古拉当时认为，勘探船产生的声音污染对头足类动物以及其他海洋动物的生存造成不利影响，但这一推测并未得到证实。这位西班牙海洋研究所的生物学家表示：“借助于这项研究，我们找到了证据，低频声波能够给头足类动物造成损伤。”古拉并没有参与此项新研究，研究论文将刊登在《生态学与环境疆域》杂志上。

损伤随时间加剧

研究过程中，研究小组对87只头足类动物暴露在低频声波环境下受到的影响进行了分析。这87只头足类动物属于4个种群，分别是2种鱿鱼、1种章鱼和1种乌贼。2小时内，这些头足类动物一直暴露在声音强度157至175分贝的噪音环境下，噪音频率在50至400赫兹之间。安德烈在接受“国家地理新闻”采访时表示，这种强度和频率范围在很多人类海上活动产生的噪音中较为普遍，例如军方声纳测试或者测量海床下方物质特性的石油和天然气勘探。

结束噪音暴露之后，科学家屠宰了这些动物，有些立即屠宰，有些则在96小时之后。噪音暴露后立即屠宰的动物出现平衡器损伤迹象。平衡器细胞的微小毛发状结构消失，让这些动物变成跛子。头足类动物在水中游动时，微小毛发状结构会发生弯曲，帮助它们保持平衡。96小时后屠宰的动物遭受的损伤更为严重，平衡器出现明显大洞。

安德烈表示：“这是陆地哺乳动物和鸟类在急性噪音暴露后发生的典型过程。外部受损后又出现严重声损伤，随着时间的推移，损伤日益加重。”在生命的最后时刻，受测的头足类动物只微微移动身体，它们不再游动、进食或者。

第二组受测的头足类动物共有大约100只，它们并未暴露在声脉冲环境下，身体保持健康状态，行为正常。分开前，两组头足类动物被放入同样的玻璃缸，所有动物在测试前均行为正常，这也就排除了圈养或人工喂养导致受测头足类动物出现机体损伤的可能性。

仍需进行更多研究

海洋研究所的古拉表示，虽然实验中的头足类动物体积远远小于巨型鱿鱼，但实验发现能够解释巨型鱿鱼遭受的损伤。受测动物是巨型鱿鱼的理想“替身”，他没有理由怀疑研究发现不适用于巨型鱿鱼。需要指出的是，受测动物与巨型鱿鱼遭受的损伤存在差异。古拉称，10年前发现的巨型鱿鱼出现的损伤比受测动物更为明显，说明它们受到多个声音源影响，所承受的噪音强度也要超过实验中的动物。

与受测的动物不同，巨型鱿鱼并不是受伤那么简单，而是丢掉性命。科学家表示，西班牙巨型鱿鱼遭受的命运说明，暴露在低频声波环境下可导致巨型鱿鱼走向死亡。古拉解释说：“发现巨型鱿鱼尸体时，我们认为它们的死因可能有两个，一个是声波的直接影响，另一个是平衡器部分受损，导致鱿鱼无法辨别方向。失去方向感的巨型鱿鱼从深海游到海面，巨大的温差导致它们送命。”

海洋微生物研究篇3

溶血毒素(hemolytictoxins)是鱼毒性海洋微藻产生的一类次生代谢产物，是导致鱼类和贝类大量死亡的主要原因之一［1－2］。溶血毒素的致毒作用与洋地黄皂甙(digitonin)相似，作用于血红细胞而使之溶解破裂［3－4］。该毒素对鱼类及水生动物的毒性作用靶器官为鳃，对生物膜的可逆作用引起生物膜通透和泄漏，从而导致鱼类死亡［5］。能够产生溶血毒素且已经造成巨大渔业损失的鱼毒性赤潮藻主要有海洋卡盾藻(Chattonellamarina)、球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)、米氏凯伦藻(Kareniamikmotoi)和多环旋沟藻(Cochlodiniumpolykrikoides)等［6－8］。由于鱼毒性藻类引发的赤潮在世界范围内造成了巨大的经济损失，其产生的溶血毒素逐渐成为海洋学研究的热点。据文献统计，约有30种以上藻类能够产生溶血毒素，主要隶属于甲藻门(Pyrrophyta)、针胞藻门(Rhaphidophyta)、定鞭藻门(Haptophyta)、蓝藻门(Cyanophyta)和硅藻门(Bacillariophyta)［7］。溶血毒素的种类繁多，结构和成分复杂，目前仅对少数藻类产生的溶血毒素研究得比较清楚且确定了化学结构，如小定鞭藻(Prymnesiumparvum)、前沟藻(Amphidiniumsp.)、卡尔藻(Karlodiniumsp.)、环状异帽藻(Heterocapsacircularisquama)、米氏凯伦藻和球形棕囊藻等［9－15］。本文对海洋微藻溶血毒素的类型、理化性质、生物合成和毒性作用进行综述，为今后深入研究海洋微藻溶血毒素和鱼毒性海洋微藻的毒性机制研究提供科学参考。

1产生溶血毒素的藻类

细菌、水螅(Hydra)、水母(Jellyfish)、对虾(Penaeus)和藻类等均能分泌溶血毒素。细菌分泌的溶血毒素是其致病性的重要侵染因子，水螅等腔肠动物分泌的溶血毒素与摄食有密切关系，对虾等甲壳动物分泌的溶血毒素则是重要防护因子，而藻类分泌的溶血毒素是次生代谢产物，能对周围水体中的动植物产生毒害作用，可能是藻类的一种防御机制和生存策略［16－17］。据文献统计，能够产生溶血毒素的藻类有30种，包括甲藻16种，针胞藻5种，定鞭藻4种，蓝藻4种，硅藻1种(表1)，每种藻都可能产生多种溶血毒素［9,18］。

2藻类溶血毒素的类型、结构和性质

溶血毒素的种类繁多，结构和成分复杂。目前仅对少数藻类产生的溶血毒素研究得比较清楚且确定了化学结构(表1)。Kobayashi等1986年从前沟藻(Amphidiniumsp.)中分离出一类大环内酯类溶血毒素，命名为前沟藻毒素(Amphidinolides，图1)。迄今，从前沟藻(Amphidiniumsp.)中报道了38种大环内酯类化合物，其中34种被称为Amphidinolides［9］。这些大环内酯类化合物可划分为32种分子骨架类型，化学结构和毒性特征存在较大差异，但其显著的抗肿瘤活性吸引了药物学家的关注。另外，成功确定溶血毒素化学结构的藻类还包括:小定鞭藻产生的2种小定鞭藻毒素(Prymnesins，图2)［10］和一系列糖脂类化合物［31］;Fibrocapsajaponica产生的3种多不饱和脂肪酸［11］;环状异帽藻产生的2种卟啉衍生物［12］和4种糖脂类溶血毒素［22］;球形棕囊藻产生的溶血毒素，包括3种糖脂类成分［14］;米氏凯伦藻产生的单半乳糖甘油二酯和双半乳糖甘油二酯也具有溶血活性［19］。Place等［37］从剧毒卡尔藻(Karlodiniummicrum=Karlodiniumveneficum，先前称为微小卡罗藻)中分离获得一类具有溶血毒性和细胞毒性的化合物，命名为卡尔藻毒素(Karlotoxins)，有关的检测方法和毒素应用已于2004年获得美国专利，但其化学结构直到2008年才被报道［15］。总的来讲，目前从藻类中分离并鉴定了化学结构的溶血毒素主要为糖脂类、双半乳糖、聚氧多烯聚醚、大环内酯类、卟啉衍生物和多不饱和脂肪酸等化合物。对其他藻类溶血毒素的组成和理化性质也进行了大量研究。自我国东海海域的剧毒卡尔藻分离出的溶血毒素主要含有3种不同性质的组分，其中2种组分分离于总脂提取液，从而推测这2种组分与该藻高含量的多不饱和脂肪酸有关［21,38］。集胞藻(Synechocystissp.)含有蛋白类溶血毒素，分子量约为80kDa，具有热不稳定性［34］。与此相似，从泰氏亚历山大藻(Alexandriumtaylory)中也分离出蛋白类溶血毒素［23］。Onoue和Nozawa率先从海洋卡盾藻中分离出溶血毒素，并测定出其对绵羊血红细胞的溶血活性为0.18HUmg－1［39］。海洋卡盾藻溶血毒素包括多种组分，可能为糖脂和糖类物质，某些组分的溶血活性具有光依赖性，只有在光照条件下才有活性，兔红细胞对该溶血毒素最为敏感［29,40－41］。

3藻类溶血毒素的检测方法

溶血毒素的检测主要是血红细胞溶解测定法(ErythrocyteLysisAssay，ELA)，其原理是基于溶血毒素作用于血红细胞使之溶解破裂，从而通过吸光度的变化来判断溶血毒素是否存在，并与已知浓度的溶血性物质(如洋地黄皂甙)进行比对以确定其溶血能力［1－2,4］。研究表明，温度、pH、金属阳离子、氧化物及某些蛋白类物质等能对藻类溶血毒素的溶血活性产生影响［1,3,42－43］。例如，米氏凯伦藻和球形棕囊藻溶血毒素的溶血活性随温度的升高而增加［3,44］;半胱氨酸盐、过氧化氢和Zn2+等都能提高集胞藻的溶血活性，某些还原剂和金属离子(Ca2+、Mg2+和Cu2+等)则抑制其溶血活性［43］。Ca2+能够显著增强海葵(Stichodactylahelianthus)溶血毒素的溶血活性，而在K+同时存在时这种增强效果骤减［42］;Hg2+对米氏凯伦藻和球形棕囊藻溶血毒素的活性具有很强的抑制作用［3,44］。溶血毒素对不同类型血红细胞的溶血活性也存在差异，如海洋卡盾藻溶血毒素对兔血红细胞的溶解程度明显高于其他动物［41］。由此可以看出，影响溶血毒素活性的因素很多，且没有普遍的规律性。另外，在不同检测波长下所测得的溶血毒素活性也不尽相同［1,24,42］。血红细胞溶解测定法是目前溶血毒素测定最常用的方法，但与其他多数生物检测方法相似，该法仅能够实现溶血毒素的初步定性定量分析，精确度不高，也无法获得具体的化合物信息。ELA法测定溶血毒素的影响因素较多，重现性较差，不同实验室之间缺乏统一的标准和程序，测定结果缺乏可比性。建立化学仪器检测方法是实现溶血毒素准确定性定量的关键。目前国际上只有少数实验室分离纯化了藻类溶血毒素并建立了仪器检测方法，如Place等［37］建立了Karlotoxins的HPLC-MS检测法，实现了对该毒素的定性定量分析。在此基础上，Mooney等［20,45］对不同产地和株系的卡尔藻和其他海洋微藻的Karlotoxins含量和特征进行了研究。由于多数海洋微藻溶血毒素的化学结构尚未确定以及毒素纯品(标准品)缺乏，相关的仪器检测方法不够完善，制约了海洋藻类溶血毒素的深入研究。

4影响海洋微藻溶血毒素合成的因素

海洋微藻溶血毒素的产生机制非常复杂，与其生命周期密切相关。不同产毒藻在不同生长阶段的毒素产量可能存在较大差别，如塔玛亚历山大藻(Alexandriumtamarense)和链状亚历山大藻(Alexandriumcatenella)在对数生长初期和中期麻痹性贝类毒素(PSP)含量最高，随后显著下降，新陈代谢可能是其含量下降的主要原因［46］;而球形棕囊藻和利玛原甲藻(Prorocentrumlima)分别产生的溶血毒素和大田软海绵酸(OA)浓度峰值却出现在平台期或衰亡期，表明这两种藻的产毒机制与Alexandriumsp.不同［4］。Yasumoto［10］认为，藻类毒素的产生可能与自我保护机制有关，随着水体中营养元素不断被消耗，产毒藻在平台期或衰亡期合成能抑制其他竞争生物生长繁殖的次生代谢产物，从而在竞争中处于优势地位。但是，周成旭等［38］对不同生长期剧毒卡尔藻溶血活性的研究表明，该藻在整个生长期都有较高的溶血活性，从而推测溶血毒素是该藻正常的生理代谢产物，并非受到环境胁迫后才合成的次生代谢产物。江涛等［47］对海洋卡盾藻的溶血活性进行了研究，结果表明海洋卡盾藻在对数生长初期的溶血活性最强，溶血活性随培养时间的延长逐渐下降，推测可能是藻细胞毒素的合成速率与细胞的分裂速率不同步有关。环境因素影响溶血毒素的合成。溶血毒素的合成与藻类的生长环境密切相关,当藻类生长受到限制时,溶血毒素的分泌量可能会增大［4,48-53］，但不同限制因素对不同藻类溶血毒素合成的影响并不一致。研究表明，温度对球形棕囊藻溶血毒素合成的影响较为显著，而盐度和光照对其影响则不显著［50］，但盐度能够显著影响海洋卡盾藻和Fibrocapsajaponica的溶血活性［51－52］;水体中高pH和低pH均能增强剧毒卡尔藻的溶血活性，而小定鞭藻对鱼的溶血毒性随水体pH降低而减小［49,53］。水体中营养元素限制也可能促进溶血毒素合成，如N和P限制都能够增强Chrysochromulinapolylepis和小定鞭藻的溶血活性［48］，Fe和N限制对球形棕囊藻溶血活性的影响非常显著［4］;与此相反，Fibrocapsajaponica的溶血活性在N限制下要比非N限制小，其原因可能是由于非N限制下该藻易于聚集从而能够积累溶血毒素［46］。营养元素限制对其他类型藻毒素的合成也存在影响，如P限制下塔玛亚历山大藻麻痹性贝类毒素产量增加，N和P限制下利玛原甲藻和渐尖鳍藻(Dinophysisacuminata)细胞中大田软海绵酸含量增加［54］。值得注意的是，营养元素影响藻毒素合成的化学机理仍不清楚。

5溶血毒素对水生生物的毒性(化感作用)

赤潮藻溶血毒素的产生可能是抑制其它藻类竞争者生长和繁殖的策略(化感作用)［16－17］。当藻类生存环境受到压迫时，为保证自身生存繁殖的需要而产生一种抑制其它竞争生物生长繁殖的物质，即化感物质。溶血毒素可能是鱼毒性赤潮藻产生的一类重要的化感物质［4,16－17,28］。塔玛亚历山大藻滤液对东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)的生长具有显著的抑制作用，抑制效果与溶血活性的强弱程度一致，而与麻痹性贝类毒素(PSP)的浓度无关，说明溶血毒素可能在塔玛亚历山大藻化感效应中发挥重要作用［55］。研究表明，小定鞭藻在N或P缺乏条件下，其滤液对威氏海链藻(Thalassiosiraweissflogii)、微小原甲藻(Prorocemrumminimum)和波罗的海红胞藻(Rhodomonascf.baltica)的生长均产生抑制作用［56］。但是，在营养充足时，小定鞭藻滤液对这些藻不产生抑制作用。营养盐限制刺激了小定鞭藻毒素(Prymnesins)产量增加，这可能是小定鞭藻滤液能够抑制其他藻类生长的主要原因［56］。另外，许多能够产生溶血毒素的赤潮藻，如Chrysochromulinapolylepis和Kareniamikimotoi等，均显示出对其他藻类生长的抑制作用，但相关的化感物质尚不能确定［28］。溶血毒素对鱼类等水生动物具有明显的毒害作用［49］。溶血毒素作用的部位为鱼类的鳃弓、鳃耙、鳃丝及鳃小片，中毒鱼鳃出现鳃小叶上皮细胞增生、邻近鳃小叶粘连、上皮细胞脱落、鳃血管破裂、血细胞渗出等组织病理现象。鳃小叶在溶血毒素作用下发生病变，影响鱼鳃的呼吸、分泌和排泄等功能，最终造成鱼类的死亡［57－59］。溶血毒素可能是通过改变膜的透性而导致水生动物中毒，其被水生动物吸收后产生直接的致毒效应，或者在阳离子(Ca2+、Mg2+、Zn2+和Cu2+等)存在和适宜的pH条件下对鳃组织造成损伤。小定鞭藻产生的溶血毒素在加入毒素抑制剂(如卵磷脂、胆固醇及脑磷脂等)后，溶血活性显著降低，说明该类溶血毒素和胆固醇等物质竞争相同的靶位［60］。另外，溶血毒素可能还具有多重危害性，如小定鞭藻(P.parvum)所分泌的毒素除了能溶解血红细胞外，还可以对肝细胞、羊膜细胞、腹水细胞以及肿瘤细胞的细胞膜产生作用而使之溶解，因此被认为具有细胞毒性［61］。

6溶血毒素的应用前景

溶血毒素在医药卫生领域具有重要的应用价值。从Amphidiniumsp.中分离的大环内酯类溶血毒素(Amphidinolides)以其独特的大环内酯结构和显著的抗肿瘤活性，吸引了众多药物学家和化学家关注。研究表明，Amphidinolides对小鼠淋巴癌L1210细胞和人类表皮样癌KB细胞表现出很好的细胞毒性(在3μgmL－1下有70%~90%的抑制率)［9］。有些赤潮藻，如Heterocapsacircularisquama，Chattonellamarina和Heterosigmaakashiwo等，产生的溶血毒素具有光依赖性，只有在光照下才具有溶血活性，所以这类溶血毒素可以应用于光敏剂药物的研发［1,12,29］。目前，光敏剂药物已经广泛应用于治疗恶性肿瘤。另外，溶血毒素在抗真菌和病毒方面也有一定的效果［37,62］。总的来讲，溶血毒素种类繁多，结构差异大，生物活性各异，具有很大的药物开发潜力。另外，溶血毒素在海洋环境监测和食品安全领域具有重要的作用。目前，有关海洋微藻溶血毒素对人类健康的影响尚不明确。明确溶血毒素产毒藻种和毒素特征，分离纯化足量溶血毒素纯品并建立精确的定性定量检测方法，实现对鱼毒性赤潮和水产品中溶血毒素的监测，这对保护海洋生态环境安全和人类健康具有重要意义。

海洋微生物研究篇4

关键词：海洋药物学教育特色课程

现代海洋药物研究从20世纪40年代开始，经过大半个世纪的发展，已取得了非常显著的成就，凸显出快速发展的趋势。我国现代海洋药物研究虽然起步较晚，但经过数十年的发展也取得了令人瞩目的成就，特别是近些年来在“利用海洋、发展海洋”的发展趋势下，国内涉海相关医药研究机构和高等院校相继成立了以利用海洋药用资源，开发海洋药物为目的的实验室、研发中心和科研基地，吸引并培养了一大批从事海洋药物研究和教学的药学专业人才。经过不断的发展完善，海洋药物研究日趋成熟，已成为具有巨大潜力的药学新型学科分支。

随着海洋药物深入研究和海洋药物学科的发展，已有很多院校的药学专业开设的课程中涉及了海洋药物学相关的内容。涉海院校如中国海洋大学、上海海洋大学、浙江海洋学院等因地制宜的开设了《海洋药物学》等相关本科生及研究生课程，并结合各自的研究方向和特点，逐步形成了《海洋药物学》特色课程。海洋药物学作为新兴学科的特色课程，最终目的是培养海洋药物相关专业学生对海洋药物学的兴趣，增强学生开发海洋新药的意识，启发学生拓宽海洋药物研究新思路，提高学生将化学学科、药学学科、海洋生物科学学科等理论知识和实践技能综合应用于进行海洋药学方向的实际工作能力，掌握海洋生物资源利用、熟悉海洋来源的功能性产品的开发。然而目前国内对于海洋药物学的内涵还未有系统全面的介绍，对海洋药物学的范畴、对象以及基本思路还未理清。

海洋药物作为一种新兴的学科，它涉及的内容非常广泛，要想把海洋药物列为本科生学习的一门课程，并且要求学生在一定的时间内熟悉有关海洋药物的基础知识，老师在教课时就要重点突出、详略得当并体现我国海洋药物研究的内涵和特色。现在我国还比较缺乏用于本科学生学习的海洋药物方面的书籍，现有的论著主要是易杨华和焦炳华2006年编著出版的《现代海洋药物学》，易杨华2004年主编出版的《海洋药物导论》等。《海洋药物导论》和《现代海洋药物学》的内容编排较为合理地体现了海洋药物课程的内涵，

全面系统地介绍了海洋药物研究的最新进展、研究方法及成就，可为学生学习提供参考，但不适合单独作为教材使用；张朝晖主编的《海洋药物研究与开发》能提供按照中医药思路研究开发传统海洋中药的内容，因此也可选用部分作为教材使用，能够体现中医药的优势。随着海洋药物研究成果的积累和专著的出版，近几年也编写出版了比较适于本科教学用的《海洋药物学》教材。我们要选择合适的能够展现出课程内在含义的教材，如果暂时没有合适的教材，教师就要根据各自学科、专业的课程特点选择符合要求的论著传授学生相关知识。

合理的课程内容设置是达成良好教学效果的关键，为更好地开展海洋药物教学，体现海洋药物学的课程特色，现就课程内容安排提出以下几点建议：

一、传统海洋中药极具中国特色

传统中医中药具有鲜明的中国特色，海洋中药是祖国中药宝库中的重要组成部分，对传统海洋中药的研发和产业化是国家海洋经济的重要增长点之一。我国海洋药用资源丰富，有关乌贼、昆布、麒麟菜、海马、海龙等海洋植物和动物药的记载已有几千年的历史。因此，开展现代海洋中药研究具有非常重要的意义。2010年《中华海洋本草》的出版标志着我国海洋药物学进入成熟阶段，《中华海洋本草》主要阐述了海洋药物的作用、发展历程，真实地描绘出目前海洋药用资源的情况，能够为海洋药物的相关研究及开发提供有利的科研资料，这本书是同一领域内第一部较为完整、科学、有价值的大型书籍。《中华海洋本草》收录海洋药物613味，涉及药用生物及具有潜在药用开发价值的物种1479种，另有矿物15种。因此，要适当安排讲授海洋本草的内容，讲解传统中药典籍中记载的海洋中药，如何利用现代天然药物化学和生物学的技术确定海洋中药的有效成分和毒性成分。突出海洋中药复方的特点和优势，海洋中药及其复方历经2000余年的临床应用，已证明其构成的合理性、科学性和实用性。中药及其复方效应物质基础的研究对阐明复方有效成分及其作用原理，赋予传统医药以现代科学内涵，具有重要意义。还要强调中医理论指导下的海洋中药和保健品的研制和开发思路，实现对我国传统海洋中药及其文化的继承和发扬。

二、海洋天然产物是现代海洋药物研究的重要内容

海洋天然产物研究是现代海洋药物研究的基础，我国对海洋天然产物的研究走在世界前列，每年都有许多具有新颖结构的海洋天然产物被发现。因此，对海洋天然产物相关内容的涉及是海洋药物学的重点内容，在海洋药物学课程内容的具体编排上应侧重于包括海洋动物、海洋植物和海洋微生物等各种来源的天然产物化学结构类型，比较不同来源海洋生物中结构类型的差异，以及可能成为药物的化合物（先导化合物）的化学结构特征或有效成分、相应成分的药理活性、生物来源和与这些活性成分相关的各种研究方法。同时结合海洋生物药物的特点，着重讲解海洋生物毒素的应用、海洋微生物的代谢特征及其代谢产物、重要的海洋生态系统中海洋红树林生态系统及珊瑚礁生态系统中次级代谢产物等知识点，从化学生态学的角度改变孤立研究某种特定海洋生物的模式，从生态学的宏观视角探索海洋活性天然产物作用机制的本质。把生物对环境的适应性，生物与生物之间捕食、竞争等关系考虑在内，运用海洋化学生态学的研究方法和思路，进行海洋天然产物的海洋药物的探索。讲授教学法是海洋药物学教学中最主要的教学方法。海洋药物学的基本理论和研究方法以及海洋生物毒素的结构特征和药理药效作用等海洋药物学的理论性、基础性的内容以讲授法教学为主，特别是课程的初始章节采用讲授法是最恰当的。案例教学法基本贯穿于海洋药物学教学的全过程。对先导化合物的发现背景、分离纯化方法、药理药效和药物制剂等具体内容通过案例教学法展开，将海洋药物理论知识溶于具体的实例，逐步识别关于化合物、药理作用和制剂的中心问题，在案例教学法中要遵循“启发式教学”的指导思想，这对增强学生的实践意识和学习能力有直接作用。

三、海洋药物发展的新技术新思路

多学科的交叉也是海洋药物学的特色之一，在向学生介绍海洋药物发展的新技术新思路时也要充分体现了海洋药物学的多学科交叉融合的重要意义。海洋药物研究的最大瓶颈是药源问题，海洋生物相对陆地生物来说难以大量采集和获得，天然产物微量存在、结构复杂，因此有必要向学生介绍海洋生物资源的特点，如何解决药源等问题。在讲解探索各种解决方案和途径的时候，可以穿插现代海洋药物研究的新思路和新技术，探讨海洋药物开发的趋势。通过各种先进技术如深潜技术、高通量筛选技术的介绍，扩展学生开阔视野，启发学生的思考。从海洋生物特别是极地、深海等特殊生境海洋生物中寻找活性化合物依然是海洋药物未来发展的重点内容。另外微生物资源将成为海洋药物研究开发的热点，海洋微生物种类丰富多样，从海洋微生物中分离出的化合物结构新颖，具有显著的生物活性，利用基因工程克隆转导表达药源基因，利用微生物工程和发酵工程技术对药源微生物进行大规模发酵和在基因水平上调控代谢等是促进药物先导化合物，、提高产量，解决药源问题很有前景的途径，是开发海洋药物，产生经济和社会效益的关键。

海洋药物学的发展突飞猛进，且涉及到多学科交叉的内容，在有限的课时内，很难一一讲解，所以我认为海洋药物学作为新兴课程，讲授的过程中主要是起到提纲挈领的作用，把最具特色和最前沿的内容呈现给大家，提高学生的兴趣，启发学生的思维，并配合网络资源和数据库，使学生在初步了解海洋药物学概念的同时，根据不同兴趣点继续学习海洋药物学相关知识，为我国海洋药物发展提供储备力量。

参考文献：

[1]吴文惠、杨靖亚、许剑锋、张朝燕、刘克海、包斌.海洋药物学课程教学的合理设计模式[J].药学教育.2012，28（6）：14-15

[2]王令充、吴皓、刘睿.适应中医药学科专业的海洋药物学教学探讨.新校园[J].2011，9：12-13

海洋微生物研究篇5

――中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授朱毅

微塑料残片在海洋中的聚积已经引发了健康和安全担忧。塑料颗粒含有可能造成危害的成分，它们会进入动物体内，并进而转移到吃鱼的人身上。摄入的微塑料可能会进入人体细胞，并在细胞中存在数月之久。微塑料污染的问题到底有多严重？这些材料是从哪里来的？为了回答这些问题，科学家沿着全球的18处海岸寻找微塑料污染物，并设法追踪这种污染的可能源头。

――悉尼大学沿海城市生态影响研究中心研究员马克？布朗

虽然我们还不清楚这些微塑料对人类健康有多大的影响，但它们必定是无益的。认识、研究它的方方面面，自然是政府和科学家们的责任。但地球是我们每一个人的，我们污染的环境，也正是我们生活的环境。不管微塑料的广泛存在是否直接威胁到人体健康，减少塑料的使用和丢弃――从而减少微塑料的产生，都是必要的、也是每一个人都可以做出的贡献。

――美国普渡大学食品工程博士云无心

有众多大小不足5毫米的细微塑料片浮游在东京湾的海水中。这些塑料片被称为“微塑料”，这些“微塑料”含有被认为会致癌或降低生殖能力的“多氯联苯”以及对甲状腺功能有不良影响的“多溴联苯醚”。这些化学物质具有毒性且难被降解，据分析，“微塑料”上吸附的是在禁用前就被废弃的、积聚在海底的此类化学物质。

――东京农工大学教授、环境化学专家高田秀重

浴液、护手霜、磨砂膏等化妆品中含有聚乙烯、丙烯酸酯等微粒，或者说微塑料，涂抹在皮肤上，等到清洗时会随着水流进入下水道。这些微粒通常无法被污水处理系统过滤掉，混在污水污泥中，蔓延至农业用地。每立方米处理过的污水含86至714个微塑料，而干燥的污泥中含量更高，每千克含2.4万个微塑料。

――德国海洋生物研究机构“阿尔弗雷德？韦格纳研究所”

海洋微生物研究篇6

孙军,是中国科学院海洋研究所的一名研究员,多年来他对海洋中的浮游植物进行了深入的研究。他认为浮游植物,作为海洋中营浮游生活的藻类,微小、众多而重要。同时,他也认为浮游植物是海洋最主要的初级生产者,为海洋生态系统提供基础生产力,是几乎全部海洋动物食物来源的基础,同时也通过光合作用过程,调节着海洋中的CO₂和O₂平衡,进一步调节和影响全球气候。

通过多年的分析研究,孙军博士发现人类活动直接得益于生态系统的某些服务功能,例如食物来源、生产原料和健康的环境等,生态系统中物种多样性与生态系统的稳定性有很强的相关性。他说,海洋浮游植物大约有3万多种,中国有记载的只有不超过3000种分布于13个门类,这些物种支持了我国的海洋生态系统。但是,目前我们海洋生态系统也面临了众多的威胁,这包括全球变暖、富营养化、过渡捕捞或养殖、外来物种入侵等等⋯⋯这些问题都直接作用于海洋浮游植物,通过浮游植物反映出来,成为大家熟知的赤潮、食物短缺等社会经济问题。

那么,未来中国近海海洋生态系统如何变化?孙军分析,可能的前景是:未来中国近海由于近岸富营养化严重,甲藻赤潮频发,人们会控制磷酸盐的排放,而同时由于在近岸海水养殖业发达,因此近岸和河口生态系统结构会越来越简单,单一物种的群体会大量繁殖造成不同浮游植物物种的水华频发,使得近岸生态系统变得不可预测。

孙军说,我们要面对越来越多的不同藻类水华现象及随之而不同的各种后续生态过程。其中藻类大量沉降而续之缺氧现象会越来越普遍。至于中国的开阔陆架海,则由于沙尘暴和全球CO₂升高等现象,我们会面临越来越多的陆架水华现象,甚至出现外海水华。因此,他呼吁:海洋浮游植物多样性的保护已经迫在眉睫。

海洋卫士,国际科技合作

孙军博士作为我国知名的海洋浮游植物和海洋生态学的研究专家,曾多次受邀参加国际性学术会议并做口头报告。曾经在德国基尔大学、奥登堡大学、汉堡大学、香港科技大学、美国特拉华大学、美国南加州大学访学。他利用各种形式,广泛开展国际科学研究合作,主持和参与国际合作项目多项,催生了一大批科研成果。

孙军带领他的研究团队在独立自主的研究基础上,充分利用国内国际两种资源,两种优势,取得了一系列的突破。他首次对中国入境压载水中外来浮游植物群落和物种进行研究;首次揭示微型浮游动物高速摄食于低生物量浮游植物(FGLB)现象,用微型浮游动物对浮游植物被动摄食的资源分配假说来解释浮游植物的水华过程;首次结合直接计量法和稀释法估算中型浮游动物对浮游植物和微型浮游动物的摄食压力等等。

累累硕果,见证科研辉煌

在中国科学院海洋研究所,孙军将我国近海和印度洋-阿拉伯海的海上石油通道等区域海洋学作为自己的主要研究领域。主持和参与部级别项目以及国际合作项目20余项,取得了不少成绩,成为我国青年科技工作者中的佼佼者。他先后140余篇,其中SCI或EI源期刊论文40余篇,SCI引文率170余篇,其理论和成果得到国内外同行的一致认可,并受邀成为国内外部分海洋期刊的专业审稿人和《生物多样性》期刊的编委,成为自然科学基金和科技部有关项目的评审专家。