在天然药物化学实验教学中增加海洋天然产物实验的探索

史大华，马卫兴，司鑫鑫

（江苏海洋大学药学院，江苏 连云港 222005）

天然药物化学是药学专业一门重要的专业基础课程[1]。该课程对于训练学生从事天然产物生产或研发具有重要的作用。由于海洋生物的生存环境与陆生生物不同可以产生丰富多样次生代谢产物[2]，海洋天然药物的研究与开发日益成为新药开发的热点。海洋天然产物是新型药物先导化合物的重要来源，多种海洋来源的新药已经上市或进入临床[3]。因此，天然药物化学的研究范围也从陆地拓展到海洋。为了适应海洋天然产物研究的发展及对人才的需要，《天然药物化学》（第五版，人民卫生出版社）教材新增了“海洋天然产物”章节。天然药物化学实验课程在天然药物化学教学中占有重要的地位，是理论知识和实际操作的纽带。通过实验不仅能够使学生掌握天然药物有效成分提取、分离和结构鉴定的基本操作技能，而且能够更好地培养学生的科学思维以及创新意识与创新能力。然而，目前国内高校天然药物化学实验的主要研究对象几乎全部为大黄、槐米等陆生植物。因此，学生缺乏对海洋天然产物研究方法的直观认识，不利于对天然药物化学课程相关内容的学习[4]。

1 在天然药物化学实验中增加海洋天然产物实验的必要性

陆地有70%以上的面积为海水所覆盖。海洋是一个高盐、高压、寡光照的生存环境。在这种环境中生存的生物与陆生生物有着很大的区别。海洋生物可以产生一些结构独特而药理作用显著的海洋次生代谢产物。这些代谢产物对具有很好的抗病毒、抗肿瘤、抗老年痴呆症等生物学活性。随着天然药物研究的发展，人们从陆生生物中分离提取结构新颖的先导化合物的难度越来越大。在这种情况下，各国都把药物研发的目光瞄准海洋。向广袤的海洋要药物已经成为各个国家的共识。我国在1978 年全国科学大会上提出“向海洋要药”的倡议之后，海洋天然药物获得了快速地发展。我国海域辽阔，生物种类繁多，已经记载的生物共2 万多种，隶属于44 个门，其中12 个门是我国特有的。这些生物是我国海洋天然药物研究开发的巨大宝库。但是，我国海洋药物研究方兴未艾，一些海洋药物开发的关键技术尚未得到解决。目前上市的海洋药物还较少[5]。因此，我国目前需要大力发展海洋药物，对从事海洋天然药物的研发的人才需求大大增加。

海洋天然产物的研究与开发与陆生的天然研究与开发具有相似之处，也是经过原料的采集、预处理、提取、分离、结构鉴定与生物学活性研究等阶段。海洋天然产物与陆生天然产物研究在分离纯化与结构鉴定方面都利用相似的方法与技术。但是，在前期的原料采集、预处理与提取方面，天然产物与陆生生物差别较大。因此，在药物化学实验中增加海洋天然药物化学实验，让学生熟悉海洋生物材料的采集、预处理、分离纯化等方面的内容对天然药物化学的学习非常重要。

2 在天然药物化学实验中增加海洋天然产物实验的可行性

海洋天然产物实验要涉及海洋生物的采集、预处理、提取分离、结构鉴定及生物学活性研究等过程。受地理条件的限制，不是所有的高校都具有到海洋中采集海洋生物的条件。笔者所在的高校-淮海工学院是位于海滨城市连云港的一所高校，具有采集海洋生物的便利条件，随时都可以组织学生到海洋中采集海藻、贝类及海洋微生物等海洋生物开设海洋天然产物实验。有些内陆高校可能不具备采集海洋生物的条件。这些高校可以利用海洋微生物作为海洋天然产物研究的目标。海洋微生物具有生长周期短，容易培养等特点，易于进行产业化生产。因此，海洋微生物作为巨大的潜在药物和化学资源成为新药研发的热点。这些高校可以从兄弟院校获得海洋微生物的菌种，在天然药物化学实验中设计海洋微生物的发酵提取及分离纯化等内容。例如，华南农业大学的李春远等利用一株海洋细菌为实验对象设计了一个海洋生物天然药物化学综合实验。该综合实验包含了菌株发酵条件优化、提取分离纯化，结构鉴定等实验内容，很好地训练了学生开展海洋微生物次生代谢产物研究的能力[4]。海洋微生物发酵产物的海洋天然产物的研究虽然与陆生天然产物的研究具有很大不同，除了在样品采集过程中需要船只，采样器等特殊的仪器设备之外，其他的科研仪器设备与陆生天然产物研究所需科研仪器基本相同。因此，一般高校都具开设海洋天然药物研究的条件，在天然药物化学实验教学中增加海洋天然产物实验切实可行。

3 海洋天然产物实验的选题

一个好的实验项目，选题非常重要。海洋天然药物化学实验选题不但要能够培养学生创新意识和实践能力、提高学生的综合素质，也要考虑到学生的学术水平课时安排、实验的难度控制等问题[6]。在海洋天然药物实验的选题上，要结合地区的海洋生物资源特点、教学安排等进行选题。实验内容不一定全面覆盖海洋天然药物研发的全过程。由于海洋天然产物与陆生的天然产物后期的研究过程如分离纯化与结构鉴定基本相似。考虑到课时量的限制，海洋天然药物的设计可以只涉及海洋生物的采集或发酵、海洋生物的预处理及提取分离等与陆生天然产物研究具有较大区别的部分，而省略或简化后续的分离纯化与结构鉴定的相关内容。海洋天然产物实验的选题可以来源与教师自己的科研实践，也可以根据文献调研进行课题设计。结合我们的教学科研实践，设计了几个海洋天然产物实验，在天然药物化学实验教学中进行了尝试。课程改革增强了学生对海洋天然药物相关知识的理解，增强了学生的动手能力，提高了学生研究海洋天然产物的兴趣。

4 海洋天然产物实验选题实例

实例1 浒苔多糖的提取分离与含量测定

海藻多糖具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎、提高免疫力等多种生物学活性，是海洋天然药物的重要来源。结合我们前期的科研实践及连云港海域具有较多野生浒苔的资源条件我们设计了浒苔多糖的提取分离与含量测定的实验[7]。实验过程包括浒苔的采集、浒苔的预处理、浒苔多糖的提取及浒苔多糖的含量测定等过程（如图1 所示）。通过实验，学生认识了海洋生物浒苔，了解了浒苔的生长环境，掌握了浒苔的采集方法、预处理方法及其浒苔多糖的提取方法和多糖含量测定方法。对于内陆地区不方便进行海藻采集的高校可以省略海藻采集的环节，直接利用干燥的海藻如海带或紫菜进行多糖提取研究。

图1 浒苔多糖的提取分离与含量测定实验设计框架

实例2 海洋微生物的分离纯化及发酵产物的提取。

海洋微生物海生长周期短，容易培养，可以用发酵罐进行大规模发酵，比较适合作为海洋天然药物化学实验的实验材料。海洋微生物采集之后可以进行菌种保存，内陆地区的高校也很容易获得海洋微生物菌种，从事海洋微生物天然产物的研究。结合科研实践，设计了一个海洋微生物次生代谢产物研究实验用于实验教学[8]。分离纯化了一株发酵产物具有较强的乙酰胆碱酯酶抑制活性的海洋真菌SH0701,利用这株微生物设计了一则海洋天然药物产物实验。实验设计框架如图2 所示。该实验利用摇瓶发酵海洋微生物SH0701，发酵结束后固液分离，利用乙酸乙酯进行萃取。然后利用Ellman 法检测提取物的乙酰胆碱酯酶抑制活性。利用石油醚、氯仿、乙酸乙酯和正丁醇把提取物分为5 段，再检测不同极性段的乙酰胆碱酯酶抑制活性，进一步深入了解活性追踪分离海洋天然产物的方法。通过该实验，让学生熟悉了海洋微生物天然产物的发酵、提取及活性追踪分离天然产物的方法。

图2 海洋微生物的分离纯化及发酵产物的提取实验设计框架

5 教学效果

根据地区近海的特点及科研实践，我们设计了两个海洋天然产物实验用于天然药物化学实验教学。学生参与海洋天然产物实验的积极性较高，能够很好地完成实验。通过这两个海洋天然产物的实验教学，让学生掌握了海洋生物的采集、海洋微生物的培养、海洋生物的预处理、海洋活性物质的提取及活性追踪分离等方法。取得了预期的教学效果，提高了学生的海洋天然产物的研发能力。

6 结语

海洋天然药物的研究日新月异，海洋天然药物研发需要越来越多的专业人员。在天然药物化学教学中增加海洋天然产物内容是时代的需求。本文分析了在天然药物化学实验教学中增加海洋天然产物实验的必要性和可行性及选题的思路与方法。在实验教学中，结合高校实验条件与科研实践，设计了浒苔多糖提取和海洋微生物发酵产物提取与活性测试两个海洋天然产物实验。这两个实验的加入，加深了学生对海洋天然产物研究的认识，让学生掌握了海洋生物采集、海洋微生物发酵、提取及生物活性测试等海洋天然产物研究的方法，对学生将来从事海洋天然产物研究打下坚实的基础。