南四湖流域典型人工濕地植物資源化研究.pdf

1、南四湖流域是南水北調(diào)東線工程輸水干線及調(diào)蓄湖區(qū)，為了保障調(diào)水水質(zhì)及流域生態(tài)環(huán)境安全，山東省采用“治，用，保”并進(jìn)的戰(zhàn)略圍繞南四湖流域水質(zhì)的核心問題開展了大規(guī)模治理行動，并取得顯著的效果，其中“?！本褪巧鷳B(tài)修復(fù)和保護(hù)，通過流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的恢復(fù)重建，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化服務(wù)功能，治理過程中以湖濱帶規(guī)?；烁€濕及河口人工濕地建設(shè)作為核心內(nèi)容。實踐證明，恢復(fù)重建后的南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)在減少流域面源污染、水質(zhì)的改善以及突發(fā)污染緩沖中起著

2、重要作用。在流域治污取得顯著成果的同時，南四湖人工濕地規(guī)?；ㄔO(shè)過程中也存在著一些問題，首先是由于濕地植物的管理滯后等原因造成的人工濕地植物收割不及時可能造成二次污染;其次，規(guī)?；瘽竦匦迯?fù)重建過程中產(chǎn)生的大量生態(tài)補償資金缺口。高附加值的濕地植物資源化開發(fā)利用技術(shù)是推進(jìn)人工濕地可持續(xù)運行及流域生態(tài)恢復(fù)重建的關(guān)鍵支撐技術(shù)。在這一背景下，本研究想要解決的主要問題是如何針對南四湖流域人工濕地植物特點對其進(jìn)行高附加值資源化利用，從而實現(xiàn)以利用促進(jìn)

3、流域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。為了解決這一問題，本論文提出了基于活性植物天然產(chǎn)物的人工濕地植物資源化思路。
　　天然產(chǎn)物一直以來都是藥物研發(fā)的重要來源，目前超過50％的抗腫瘤藥物是來源自天然產(chǎn)物或是經(jīng)由天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)修飾的半合成產(chǎn)物。由于植物體內(nèi)活性天然產(chǎn)物較低的含量，天然產(chǎn)物的規(guī)?；眯枰罅康闹参锷锪?，這成為制約天然產(chǎn)物產(chǎn)業(yè)化的主要障礙，而人工濕地中大量的植物資源為進(jìn)行基于活性天然產(chǎn)物的植物資源化提供了潛在的可能性。
　　研究中

4、對南四湖流域濕地植物資源進(jìn)行全面調(diào)查，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)高等維管植物共計128種，屬于47科，117屬?；谥参镔Y源調(diào)查結(jié)果及流域植物資源化開發(fā)現(xiàn)狀，選擇四種在南四湖流域廣泛分布的人工濕地優(yōu)勢植物種:荇菜(Nymphoidespeltatum(Gmel.)O.Kuntze)、菹草(Potamogeton crispus L.)、蓮(Nelumbo nuciferaGaertn)、空心蓮子草(Alternanthera philoxeroides

5、(Mart.)Griseb)，進(jìn)行研究。
　　植物材料采集后，首先提取得到植物總次生代謝產(chǎn)物，然后通過評價其對腫瘤細(xì)胞抑制活性初步篩選具有抗腫瘤活性的濕地植物。實驗結(jié)果表明菹草，荇菜，蓮的總代謝產(chǎn)物具有一定的腫瘤抑制活性。實驗中還重點對南四湖流域惡性入侵植物空心蓮子的抗腫瘤活性進(jìn)行評價，分別采集空心蓮子草早春幼苗及夏季成熟植株進(jìn)行次生代謝產(chǎn)物提取，液相分析結(jié)果顯示空心蓮子草幼苗具有含量及種類更豐富的代謝產(chǎn)物組分，但實驗結(jié)果表明空心

6、蓮子草幼苗提取物及成熟植株提取物對多種人腫瘤細(xì)胞均無抑制作用。根據(jù)活性篩選結(jié)果，進(jìn)一步對具有較好抗腫瘤活性的荇菜及菹草進(jìn)行活性成份篩選。
　　荇菜次生代謝產(chǎn)物提取后，按極性分段，并評價不同極性部位對PC3及U2OS腫瘤細(xì)胞的抑制活性，結(jié)果表明荇菜提取物低極性部分具有相對顯著的腫瘤抑制活性，采用硅膠柱層析色譜及葡聚糖凝膠色譜技術(shù)對其活性部位主要組分進(jìn)行分離純化，并通過LC-Q-TOF-MS/MS技術(shù)鑒定ephedrine，ephed

7、radine C，4-hydroxycoumarine，Delta-1-dehydrotanshinone為其主要組分。該結(jié)果為南四湖流域荇菜的高附加值資源化利用提供了基礎(chǔ)科學(xué)證據(jù)。
　　菹草總次生代謝產(chǎn)物被石油醚、乙酸乙酯、正丁醇三種溶劑依次萃取后，以人類卵巢癌腫瘤細(xì)胞ES-2和人乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231為實驗對象，評價三部分提取物的腫瘤抑制活性。實驗結(jié)果顯示菹草乙酸乙酯部分提取物具有比較高的腫瘤抑制活性，MDA-MB-2

8、31腫瘤細(xì)胞對其更為敏感。細(xì)胞形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)菹草乙酸乙酯提取物能夠影響MDA-MB-231細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征。研究中進(jìn)一步評價該部分提取物對MDA-MB-231腫瘤細(xì)胞細(xì)胞周期進(jìn)程的影響及細(xì)胞增殖抑制機制，細(xì)胞周期實驗結(jié)果表明該活性部位可以導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)程位于S期與G2期過渡段的停滯，細(xì)胞凋亡實驗結(jié)果表明該提取物在中低濃度下促進(jìn)細(xì)胞凋亡，高濃度下可導(dǎo)致細(xì)胞壞死。此外細(xì)胞劃痕實驗結(jié)果表明乙酸乙酯部分提取物能有效抑制體外培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞L9

9、29的遷移活性。綜上所述，可以確定菹草乙酸乙酯提取物是菹草的活性部位，并對其進(jìn)行進(jìn)一步的分離純化。通過MCI柱色譜、中壓分離系統(tǒng)、葡聚糖凝膠、制備液相等手段從該活性部分中分離到六個單體化合物。
　　研究中分離到菹草中兩個含量較高的次生代謝產(chǎn)物成份，鑒定為兩個黃酮類黃酮苷化合物luteolin-3'-O-β-D-glucpyranoside(LU3'O-GP)和flavone-6-C-β3-D-glucopyranoside(FL6

10、C-GP)。評價了兩種化合物對ES-2腫瘤細(xì)胞增殖，形態(tài)特征，細(xì)胞周期進(jìn)程，細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞遷移侵襲的影響作用，實驗結(jié)果顯示LU3'O-GP對ES-2腫瘤細(xì)胞的增殖，形態(tài)特征，遷移，侵襲，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)表達(dá)均有明顯的抑制作用，而FL6C-GP對ES-2細(xì)胞則無明顯的相應(yīng)抑制作用。LU3'O-GP是實驗中分離純化獲得的南四湖流域菹草含量最高的次生代謝組分，研究中發(fā)現(xiàn)了該化合物對ES-2腫瘤細(xì)胞顯著的遷移及侵襲抑制活性，揭示了其

11、在醫(yī)藥健康領(lǐng)域潛在的利用價值，同時進(jìn)一步證明了本研究提出的南四湖流域基于高附加值天然產(chǎn)物篩選的人工濕地植物資源化思路的可行性。
　　綜上所述，本研究基于抗腫瘤活性天然產(chǎn)物對南四湖流域人工濕地植物資源化進(jìn)行研究，通過初步篩選后對兩種典型人工濕地植物進(jìn)行了抗腫瘤活性篩選，從多個方面對抗腫瘤活性進(jìn)行評價，對植物代謝產(chǎn)物活性成份進(jìn)行了分離純化，并探討了其抗腫瘤活性機制。本研究為南四湖流域濕地植物高附加值資源化利用提供了新的思路，初步探討并