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锉海绵属海绵次级代谢产物及其生物活性研究进展

梁林富1, 3, 刘海利1*, 李玉芬1, 马文泉2, 郭跃伟1, 何文斐1*

(1. 中国科学院上海药物研究所新药研究国家重点实验室, 上海 201203; 2. 潍坊生物医药创新创业服务中心,

山东潍坊 261205; 3. 中南林业科技大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410004)

摘要: 锉海绵属(Xestospongia) 海绵分布十分广泛, 富含结构新颖、生物活性显著的次级代谢产物, 已成为国际上海洋天然产物的研究热点之一。该属海绵中的次级代谢产物主要涉及生物碱、醌类、萜类、甾体、脂类、聚酮等结构类型, 其中很多化合物具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒等生物活性。本文全面考察了锉海绵属海绵中次级代谢产物和生物活性的研究进展, 重点叙述近5年的研究成果, 以期为海洋天然产物的研究与开发提供参考。

关键词: 海绵; 锉海绵属; 次级代谢产物; 生物活性

中图分类号: O629 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2014) 09-1218-20 Review on the secondary metabolites from Xestospongia sponges and

their bioactivities

LIANG Lin-fu1, 3, LIU Hai-li1*, LI Yu-fen1, MA Wen-quan2, GUO Yue-wei1, HE Wen-fei1*

(1. State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai

201203, China; 2. Weifang Biomedical Innovation and Entrepreneurship Service Center, Weifang 261205, China;

3. College of Material Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

Abstract: The genus Xestospongia is one of the most widespread genera of sponges, containing abundant secondary metatolites with novel structures and potent bioactivities. The main structure types of secondary metatolites found in this genus are alkaloids, quinines, terpens, steroids, lipids, polyketones, etc. These metatolites exhibit a variety of bioactivities, such as cytotoxic, antibacterial and antiviral activities. This paper reviews the progress in the chemistry and pharmacological activities of the second metabolities from sponges of Xestospongia, especially for recent five years, with the aim for further research.

Key words: sponge; Xestospongia; secondary metatolite; bioactivity

海绵 (Sponge) 在地球生存已有7～8亿年了, 是原始的多细胞生物, 属于多孔动物门 (Porifera), 也称海绵动物门 (Spongiatia或Spongia)。海绵种类繁

收稿日期: 2014-04-30; 修回日期: 2014-06-19.

基金项目: 国家海洋“863”计划 (2013AA092902, 2012AA092105);

国家自然科学基金资助项目(81273430,41306130); 中国

科学院国家新药研究重点实验室项目 (SIMM1203ZZ-03);

中国药科大学天然药物活性组分与药效国家重点实验室项

目 (SKLNMKF201412); 中国博士后科学基金资助项目

(2012M520956).

*通讯作者 Tel / Fax: 86-21-50805813,

E-mail: hlliu@https://www.wendangku.net/doc/0114765381.html,; wenfeihe@https://www.wendangku.net/doc/0114765381.html, 多, 在浩瀚的海洋中, 分布着总数约5000～10000种海绵; 在陆地淡水湖泊、河流以及沼泽中还有约150种淡水海绵。它们大致可以分为3类: 钙质海绵纲(Calcarea)、寻常海绵纲 (Demospongiae) 和六放海绵纲 (Hexactinellida), 其中寻常海绵纲海绵数量最多, 分布最广。

锉海绵属海绵(Xestospongia) 在分类学上属于寻常海绵纲简骨海绵目 (Haplosclerida) 石海绵科(Petrosiidae) 海绵生物, 广泛分布于印度洋、太平洋、加勒比海等海域, 形态特征为其宽阔的中央腔及开口。自1978年的第一篇研究报道[1]以来, 美国、日

本和澳大利亚等国学者相继对该属十余种海绵生物的化学成分及生物活性进行了研究[2]。锉海绵属海绵富含结构新颖及生物活性显著的次级代谢产物, 多有文献报道[3?24]。2010年, 刘永宏等[2]对该属的化学成分及生物活性进行综述, 但部分文献未纳入, 比如溴代不饱和脂类化合物未被收录[25]。鉴于近几年世界各国学者对锉海绵属海绵不断掀起的研究热潮, 本文将按照化合物的结构类型, 如生物碱、醌、萜、甾体、脂类和聚酮等, 对该属中重要次级代谢产物进行综述, 同时对各类化合物的结构特征进行详细的归纳总结, 分类更细、更明确, 并重点突出近5年的研究成果。

1 生物碱

不论是传统的天然产物化学, 还是当前蓬勃发展的海洋天然产物化学, 生物碱一直是研究热点。目前锉海绵属已报道超过100个生物碱, 广泛分布于海绵Xestospongia caycedoi[18, 26, 27]、Xestospongia wiedenmayeri[28]、Xestospongia ingens[29?32]、Xestospongia exigua[13, 14, 33?35]、Xestospongia ashmorica[36]、Xestospongia cf. carbonaria[5, 6]、Xestospongia cf. vansoesti[37]、Xestospongia testudinaria[38, 39]及未定种该属海绵[6, 17, 40?59]中。本文按照其结构类型, 将生物碱划分为异喹啉类生物碱及其二聚体、3-烷基吡啶类生物碱及其聚合体、β-咔啉类生物碱、大环喹嗪类生物碱和其他类型生物碱。

1.1异喹啉类生物碱及其二聚体

该类生物碱包含了两种结构类型: 简单异喹啉类和二聚异喹啉类。由于异喹啉类生物碱同时存在于链霉菌等微生物中, 很多科学家认为此类生物碱可能是海绵体内的共附生微生物产生的次级代谢产物[26, 27]。

1.1.1简单异喹啉类目前, 锉海绵属已报道了15个简单异喹啉类生物碱[26, 27, 37, 40, 42, 56], 其结构大致可以分为两种类型: 一类是以renierol (1)[26]为代表的结构中含对苯二醌结构单元的简单异喹啉类生物碱(总共10个[26, 27, 40, 42]), 其结构特征是碳环为7-甲基- 8-甲氧基对苯二醌, 差异仅在于氮杂环的氧化程度和C-1、N上有无取代以及取代基的类型。另一类是以salsolinol (3)[37]为代表的结构中含邻苯二酚结构单元的简单异喹啉类生物碱(总共5个[37, 56]), 其结构特征是碳环为7, 8-邻苯二酚结构, 氮杂环是四氢还原产物, 差异在于氮杂环的C-1、C-4以及N上有无取代以及取代基的类型(编号以文献[26]为依据)。

第一类简单异喹啉类生物碱renierol (1) 及其衍生物mimosamycin (2) 是由Ireland等[26]从采自斐济(Fiji) 沙岛 (Sand Island) 的海绵X.cayredoi中分离得到的, 为该属最早报道的异喹啉类生物碱。第二类简单异喹啉类生物碱salsolinol (3) 是Tsukamoto等[37]从采自印度尼西亚北苏拉威西省 (North Sulawesi) 的海绵X. cf. vansoesti中分离得到的, 该类生物碱通常存在于哺乳动物中, 这是首次从海绵生物中发现该类生物碱。最近报道的生物碱N-methylnorsalsolinol (4) 属于第二种结构类型, 由Utkina等[59]从澳大利亚的海绵Xestospongia sp.中得到的,具有很好的清除DPPH自由基的活性(IC50=3.58 μg·mL?1),与阳性对照药trolox相当(IC50=4 μg·mL?1)。

1.1.2二聚异喹啉类根据结构特点, 锉海绵属的二聚异喹啉类生物碱都属于renieramycin型。目前, 该属报道了13个此类生物碱, 分别是renieramycins G (5)[27]、M[47]、N[47]、O[48]、Q[48]、R[48]、S[48]、T (6)[59]、U (7)[59]、V (8)[58]、W (9)[57]、X (10)[57]和Y (11)[57]。其结构骨架都是相同的, 差异在于A、E两环的氧化程度和取代情况, 以及C-14和C-21上的取代基的种类及构型(编号以文献[47]为依据)。

此类代表化合物renieramycin G (5) 是该属最早报道的二聚异喹啉类生物碱, 由Davidson[27]从采自斐济的海绵X. caycedoi中得到的。近两年, Saito等[58, 59]用KCN预处理泰国蓝海绵Xestospongia sp., 从中得到了renieramycins T?V (6～8)。化合物6和7结构的最大特点是A环被还原为多羟基酚, 且其中两个邻酚羟基环合成了二氧甲叉基。化合物8是目前唯一一个连甾体的renieramycin型生物碱。生物碱6对肿瘤细胞HCT116、QG56、AsPC1和T47D都具有很好的细胞毒活性, IC50值分别为0.039、0.077、0.098和0.0047 μmol·L?1。Saito还和Concepcion等[57]合作从采自菲律宾民都洛岛 (Mindoro Island) 的蓝海绵

Xestospongia sp.中得到了renieramycins W ?Y (9～11)。其中, 化合物10和前述的6是双键顺反异构体。 1.2 3-烷基吡啶类生物碱及其聚合体

这类生物碱包含了3种结构类型: 简单3-烷基吡啶类、二聚3-烷基吡啶类以及其衍生的多环双3-烷基吡啶类。该类生物碱也是锉海绵属的研究热点化合物, 不仅在于其结构的新颖, 还在于其具有多种生物活性。

1.2.1 简单3-烷基吡啶类简单3-烷基吡啶类生物碱的结构特点就是分子中含有吡啶环, 其C-3位被烷基取代, 烷基末端的亚结构是胺或其衍生物, 差异在于脂肪链的长度、不饱和度、取代基的位置。目前, 该属总共有7个简单3-烷基吡啶类生物碱的报道, 它们分别是xestamine (A ?C, 12～14)[28]和hachijodine (A ?D, 15～18)[46]。

1.2.2 单环双3-烷基吡啶类从结构形式上分析, 此类生物碱是两分子简单3-烷基吡啶类由N-C 直接相连而得到的二聚体, 但实际上其可能生源前体是氨、丙烯醛和长链二醛, 它们之间按照Baldwin- Whitehead 方式[60]缩合形成。

目前, 该属只报道了4个单环双3-烷基吡啶类生物碱, 分别是cyclostellettamines A (19)、G (20) 和dehydrocyclostellettamines D (21)、E (22), 它们之间的差异就在于脂肪链的长度和不饱和度[49]。 1.2.3 多环双3-烷基吡啶类多环双3-烷基吡啶类生物碱的结构差异很大, 不仅在于其基本框架的类

型多种多样, 而且即使是同一框架类型的化合物也存在环的大小和不饱和度上的差别。但它们有个共同特点, 其分子中都含有两个3-烷基吡啶的亚结构单元, 生源上都可以追溯到相应的双3-烷基吡啶类生物碱前体[17, 18, 29, 61], 它们都是其前体分子内[4+2]环加

成的产物。

锉海绵属的此类生物碱总共有16个, 按照骨架可以划分为xestocyclamine、ingenamine、ingamine、madangamine和halicyclamine 5个系列。Xestocycla- mine型生物碱是五环结构, 现已报道了2个[17, 41], 最早报道的是xestocyclamines A (23)[17, 41]。Ingenamine 型生物碱是五环结构, 已报道了6个[29, 31], 最早报道的是ingenamine (24)[29], 其绝对构型是通过Mosher法确定的[31]。Ingamine系列生物碱也是五环结构, 目前只有2个[30], 为ingamines A (25)和B (26)。事实上, 若不考虑环的大小差异, xestocyclamine、ingenamine和ingamine这3个系列的生物碱的基本框架是等同的。Madangamine型生物碱也是五环结构, 但其基本框架的构造不同于前面3类。目前, 该系列生物碱已经报道了5个[8, 32], 最早报道的是madangamine A (27)[18]。Halicyclamine系列生物碱是四环结构, 其基本框架完全不同于前面4个系列。该类型生物碱在锉海绵属中目前只报道了1个, 为halicyclamine B (28)[43], 其结构得到单晶衍射的确证, 但绝对构型待定。

1.3 β-咔啉类生物碱

该类生物碱包含了两种结构类型: 简单β-咔啉型和manzamine型, 其中, 该属报道的β-咔啉类生物碱的类型主要是manzamine类。1.3.1 简单β-咔啉类目前, 锉海绵的简单β-咔啉

类生物碱只报道了3个, 分别是xestoamine (29)[45]、xestomanzamines A (30)[50]和B (31)[50]。它们之间的差

异在于氮杂六元环的氧化程度以及C-1的取代基的

类型(编号以文献[45]为依据)。

1.3.2 Manzamine类 Manzamine类生物碱是该属

最主要也是最重要的β-咔啉类生物碱, 其可能生源前

体是氨、丙烯醛、长链二醛和色氨酸, 它们之间按照Baldwin-Whitehead方式[60]缩合。目前, 锉海绵属总共

报道了10个[36, 50, 52], 分别是manzamines A、E (32)、

F (33)、J和X (34), 3,4-dihydromanzamine A, 6- deoxymanzamine X, manzamine A N-oxide, manzamine

J N-oxide (35) 和3,4-dihydromanzamine A N-oxide (36)。它们之间的差异在于亚结构β-咔啉的C-6和

C-8的取代情况、N-2的氧化程度以及多环结构中

N-27?C-34所形成的八元环的开合、氧化等变化(编

号以文献[52]为依据)。鉴于manzamine类生物碱同时

存在于多个种属的海绵中, 而海绵往往体内有大量

共生菌的存在, 因此有些科学家认为此类生物碱可

能是海绵体内的共生菌的次级代谢产物[50]。

1.4 大环喹嗪类生物碱

锉海绵属的大环喹嗪类生物碱数目不少, 目前

已有21个[33?35, 45, 51, 53, 54], 而且被发现的时间也早, 该

属最早报道的生物碱xestospongins A?D (37～40)[33]就属于此类。这类生物碱的可能生源前体是双烷基吡啶类或其还原产物[54], 按照此原理设计的仿生合成也成功地获得目标产物[62]。

大环喹嗪类生物碱的基本结构是两个喹嗪骈合一个大环形成的具有一定对称性的五环骨架, 常见的是两个1-氧杂喹嗪骈合一个二十元环(骨架I, 代表化合物37), 其他的为一个1-氧杂喹嗪和一个喹嗪骈合一个十八元环(骨架II, 代表化合物41), 以及两个喹嗪骈合一个十六元环(骨架III, 代表化合物42)。骨架中的喹嗪环有顺式和反式两种构型, 骈合方式也存在顺、反差异, 主要变化发生在两个喹嗪环上, 差异包括有无被取代及取代基的类型和构型, 及氧化程度(包括氮氧化), 而且发生变化的位置比较固定, 为A环的C-7和C-9、B环的C-2和C-3、C环的C-2'和C-3'、以及D环的C-9' (编号以文献[33]为依据)。正如其基本骨架存在对称性一样, 有时发生变化的位置也存在对称性。该属的此类生物碱按照名字划分, 可以分为xestospongin[33, 45, 51]、araguspongine[35, 45, 53]、aragupetrosine[54]、petrosin[54]和xestosin[34]5个系列。

1.5 其他类型生物碱

此类生物碱包括motuporamine类、aaptamine类、pyridoacridine类、三嗪类和吲哚类。

1.5.1 Motuporamine类生物碱 Motuporamine类生物碱是此分类中数目最多的一类, 已报道的共有9个, motuporamines A?I (43～51)[13, 14]。其结构特点是分子中形成一个氮杂大环(十三元、十四元或十五元), 氮原子上连亚精胺取代基, 差异在于氮杂大环的大小及其环上的双键的位置和数目以及甲基取代基的位置, 个别化合物亚精胺取代基的末端氨基被甲酰化。这类化合物的可能生源前体是氨、丙烯醛和长链二醛, 它们之间按照Baldwin-Whitehead方式[60]缩合形成。

1.5.2Aaptamine类生物碱目前,锉海绵属aaptamine 类生物碱共报道了8个, 分别是化合物52～59[55]。此类化合物的基本骨架是萘啶骈合苯的三环骨架,

差异在于苯环的氧化程度、是否再骈合其他环以及所

骈合的环的类型及其上的取代情况。

1.5.3 Pyridoacridine类生物碱目前,该属pyridoa- cridine类生物碱已报道了3个, 分别是amphimedine (60)[6]、neoamphimedine (61)[5, 6]和deoxyamphimedine (62)[5, 6]。这类化合物的结构特点是分子中含有5个环, 可以看成是两个吡啶 (D、E环) 骈合一个吖啶(A、B、C环) 的稠合体, 差异在于E环的氧化程度

及羰基的位置。

1.5.4 三嗪类生物碱目前, 该属三嗪类生物碱仅

报道过1个, 为化合物noelaquinone (63), 由Scheuer

等[44]从采自印度尼西亚德拉旺岛 (Derawan Island)

的海绵Xestospongia sp.中得到的。这个六环化合物

可以看做是醌的衍生物, 与醌的差别在于对苯二醌

环被氮杂, 同时骈合了三嗪环。

1.5.5 吲哚类生物碱目前, 已报道了4个吲哚类生

物碱, 它们分别是3-吲哚醛(64)、3-吲哚乙酸(65)、

3-吲哚乙酸乙酯(66) 和5-吲哚醛(67), 都是从中国

南海的海绵X.testudinaria中得到的[38, 39]。

2 醌

醌类化合物在锉海绵属分布较广, 在海绵X. exigua[19]、Xestospongia sapra[63?67]、X. cf. carbonaria[7]以及未明确鉴定种名的Xestospongia sp.[15, 68?72]中均有发现。数目也比较多, 将近40个。这些醌类化合物都是多环稠合的, 按照结构特点来划分, 可以分为

4类: halenaquinone类、xestoquinone类、xestoquinolide 类和adociaquinone类。

2.1 Halenaquinone类

Halenaquinone类是数目最多的醌类化合物, 共有20个[7, 19, 44, 63, 65?68, 70, 71], 以该属最早报道的醌类化合物halenaquinone (68)[19]来命名。这类化合物的特点是分子中含有5个环, A、B、C和D环是碳六元环, E环是呋喃环(环的编号以文献[7]为依据)。在有的分子中, 呋喃环被部分还原, 变成了2, 3-二氢或2, 5-二氢呋喃环, 甚至呋喃环开环。所有halenaquinone类化合物的A环的C-3均被羰基或羟基取代, B、C两环或C、D两环形成了类似萘醌的亚结构, 结构变化主要发生在D环, 差异在于氧化程度和取代基。

在2010年前后, Williams等[70]研究了采自印度尼西亚圣加拉奇岛 (Sangalaki) 的海绵Xestospongia sp., 从中得到了xestosaprols F?L (69～75)。这些化合物的共同特点是A环的C-3的酮羰基还原为羟基, D 环还原为对苯二酚、苯酚或苯, E环还原为2,3-二氢呋喃环。其中, 化合物69和71相继是第二个和第三个具有乙二醇醚结构单元的天然产物。化合物69～75都具有抑制引发老年痴呆症的蛋白酯酶BACE-1的活性, 其中化合物71的活性最好 (IC50值为82 μmol·L?1)。与此同时, Bourguet-Kondracki等[71]从斐济群岛 (Fiji Islands) 的海绵Xestospongia sp.中得到了xestosaprol C methylacetal (76) 和orhalquinone (77), 其中化合物76也存在于该课题组采自所罗门群岛 (Solomon Islands) 的海绵X. testudinaria中。化合物76的结构特点是四氢呋喃环被还原为2, 5-二氢呋喃环, 且C-1位形成了半缩醛结构, C-8位形成了缩酮结构, 同时D环还原成对苯二酚后其中一个羟基形成了磺酸酯。化合物77的结构特点是四氢呋喃环开环, 同时C-2/C-3形成一个双键Δ2, C-3不存在该类常见的酮羰基或羟基。在活性测试中, 化合物77对人和酵母菌Saccharomyces cerevisiae的法尼基转移酶具有强的抑制活性, IC50值分别为(0.41±0.03)和(0.40±0.01) μmol·L?1。此外, 在抗疟实验中, 化合物77对氯喹有耐药性和敏感性的疟原虫Plasmodium falciparum都具有中等的杀死能力, IC50值分别为(9.22±0.44) 和 (10.94±0.28) μmol·L?1。

2.2 Xestoquinone类

Xestoquinone类也是数目比较多的醌类化合物,

总共有11个[15, 64, 66, 68?70], 以该属报道的醌类化合物 xestoquinone (78) 来命名[64]。这类化合物与halena- quinone 类化合物很相似, 唯一标志性的差异在于A 环的C-3未被羟基取代或氧化成羰基, 即C-3仍是亚甲基。

Xestosaprols D (79) 和E (80) 是Williams 等[69]

在2010年前后从采自印度尼西亚圣加拉奇岛的海龟湾 (Turtle Bay) 的海绵Xestospongia sp.中得到的。与xestoquinone (78) 不同的是, 它们分子中的D 环还原为环己烯酮。化合物79的C-16的绝对构型是通过其 (R )-(α)-methoxyphenylacetic acid 衍生物的变温氢谱来确定的, 但其C-6的绝对构型待定; 而化合物 80的两个手性中心 (C-6, C-13) 的绝对构型都待定。Xestosaprol D (79) 具有抑制引发老年痴呆症的蛋白酯酶BACE-1的活性, IC 50值为30 μg·mL ?1。根据预测的log P 值2.62和其低相对分子质量可以有效帮助该化合物穿透血脑屏障, 作者[69]认为xestosaprol D (79) 将是一类新的非缩氨酸类BACE-1抑制剂的先导物。Xestosaprol M (81)[70]是该课题组在对上述海绵样品的后续研究中得到的, 其分子中的D 环还原为苯环。该化合物对蛋白酯酶BACE-1也有抑制活性, IC 50值为 (104 ± 8) μmol·L ?1。

2.3 Xestoquinolide 类

Xestoquinolide 类也是以该属所报道的醌类化合物的名字来命名的。目前仅有2个, 是xestoquinolides A (82) 和B (83), 由Crews 等[7]分别从采自斐济和瓦努阿图 (Wanuatu) 的同种海绵X. cf. carbonaria 中得到的。它们的结构特点是分子中含有四个环, A 、B 和C 环是碳六元环, D 环是七元不饱和内酯环, 其中B 、C 两环形成了1, 4-萘二醌的亚结构。化合物83和82的差异在于83的D 环有个很少见的牛磺酸取代基 (-NHCH 2CH 2SO 2-) 并环合成了另一个六元环 (E 环)。

2.4 Adociaquinone 类

锉海绵属最早报道的两个该类型化合物adocia- quinone A (84) 和 B (85) 最初是从海绵Adocia sp.中得到的[72]。根据结构特点, adociaquinone 类可以看成是halenaquinone 类和xestoquinone 类的衍生物, 因为它们唯一标志性差异是adociaquinone 类的D 环存在牛磺酸取代基。这个牛磺酸取代基在有的化合物中是以长链形式存在[15, 68, 73], 在有的化合物中环合成六元环[15]。

最新报道的该类型醌类化合物xestosaprol N (86) 是Lee 等[73]从采自密克罗尼西亚联邦 (Federated States of Micronesia) 魏诺岛 (Weno Island) 的海绵Xestospongia sp.中得到的, 其结构特点是不仅E 环

(四氢呋喃环) 开环, 而且是降C-1型醌类化合物。化

合物86具有微弱的抑制人肺腺癌细胞NCI-H23和

前列腺癌细胞PC-3生长的活性, GI50值分别为28.21

和28.95 μg·mL?1。

3 萜

锉海绵属报道的萜类化合物不多, 目前只有17个。除去最近报道的二倍半萜, 其余的都是上世纪八

九十年代报道的。虽然该属的萜类化合物数目不多,

但结构新颖且骨架类型多样。按照碳原子数划分, 可

以分为倍半萜与氢醌形成的杂萜、脱辅基类胡萝卜素、双环C19降萜、二倍半萜、双环及单环降三萜和

三萜糖苷。为了简便起见, 将上述化合物粗略地合并

为4种类型: 倍半萜、降二萜、二倍半萜和三萜。

3.1 倍半萜

从结构上分析, 此处的倍半萜其实就是倍半萜―氢醌结合体。这类化合物只有3个, 是Coval 等[74]在1995年报道的wiedendiol-A (87)、-B (88) 和strongylin A (89), 全都来自于巴哈马群岛 (Bahamas) 的克鲁克德岛(Crooked Island)的海绵X.wiedenmayer。

3.2 降二萜

根据结构特点, 此处的降二萜可以分为脱辅基类

胡萝卜素和双环C19降萜这两类, 每类仅有1例, 分别

是xestodiol (90)[75]和xestenone (91)[76], 都来自加拿大

的鹿尔群岛(Deer Group of Islands)海绵Xestospongia vanilla。

3.3 二倍半萜

直到最近, 锉海绵属才有1个二倍半萜92的报道。这个化合物是Pedpradab等[77]从泰国锡高湾 (Sikao Bay) 的海绵Xestospongia sp.中得到的, 其分子中含有硫氧化的噻吩环。它是第一个来源于海绵的含噻吩环的长链二倍半萜。化合物92对Vero细胞具有弱的细胞毒活性 (IC50=31 μmol·L?1)。

3.4 三萜

从结构特点来区分, 此处的三萜包含了两类: 降三萜和三萜糖苷, 总数为11个, 是萜类中化合物数目最多的一类。这类化合物都是由Andersen课题组从太平洋东北海域的海绵X. vanilla中得到的[21, 78, 79], 其中三萜糖苷93、94和95的苷元以及降三萜96和97都具有之前未报到过的新骨架。

4 甾体

锉海绵属的甾体化合物数量众多, 结构新颖、生物活性多样。按照目前已经报道的甾体骨架的碳原子数目, 可以分为C27～C32; 按照所报道的甾体中是否

含有酯基, 又可以分为甾醇和甾醇酯。下文就按照第二种分类来叙述。

4.1 甾醇

该属的甾醇结构变化多端, 从很普通的C27甾醇, 到侧链中度烷基化的C29甾醇, 再到侧链高度烷基化的C31甾醇, 甚至有的侧链环合成环丙烷。结构跨度之大, 在其他海绵属中不常见。按照甾醇侧链有无环丙烷结构, 分为两类: 侧链烷基化的甾醇和侧链含环丙烷的甾醇。

4.1.1 侧链烷基化的甾醇该属已经报道的侧链烷基化的甾醇有几十个[4, 9?11, 16, 20, 80?82], 其母核分为如下所示的3种 (R1～R3)。这些甾体的侧链变化多端, 可以分为如下16种(98～113)。这些侧链最短的为

C7, 最长的为C13, 而且相同长度的侧链也存在异构现象, 即侧链烷基化程度有差异。

4.1.2 侧链含环丙烷的甾醇侧链含环丙烷的甾醇在锉海绵属并不常见, 目前已经报道了13个, 全部来自于日本冲绳海域的该属海绵, 分别由Kobayashi[83]、Yamada[8, 84?86]和Kobayashi[87]等研究小组得到。这13个甾醇分别是xestokerols A?C (114～116)[83]、aragusterols A?H (117～124)[8, 84?86]、aragusteroketals A (125)[87]和C (126)[87], 其基本骨架都是C29甾醇, 差异在于母核的C-3、C-7和C-16, 以及侧链的C-20、C-21和C-22的取代情况。这类甾醇不仅结构新颖,

抗菌、抗肿瘤等生物活性也很显著。

4.2 甾醇酯

目前, 锉海绵属的甾醇酯已经报过10个, 其甾体骨架的碳原子数目有多种变化, 包含C27、C28、C29和C304种。按照酯的类型, 可以划分为两类: 磺酸酯和脂肪酸酯。

4.2.1 甾醇磺酸酯文献检索发现, 锉海绵属的甾醇磺酸酯只报到过4个, 分别是haplosamate A (127) 和B (128)[88]以及ibisterol sulfates B (129) 和C (130)[89]。它们甾体骨架的碳原子数目分为两种: C28和C29, 其分子中均含有磺酸酯钠基团, 极性很大。有意思的是, 这4个化合物的3-磺酸酯钠基团均为α构型。

4.2.2 甾醇脂肪酸酯目前, 锉海绵属的甾醇脂肪酸酯已报到过6个, 其中一个是C27甾醇饱和脂肪酸酯[90], 其余5个是C30甾醇不饱和脂肪酸酯[91, 92], 而且这5个的C30甾醇是同一个化合物, 并且不饱和脂肪酸都是溴代, 差别在于溴原子的数目和取代位置。有意思的是, 这6个甾醇脂肪酸酯都是3-OH酯化, H-3的构型均为α。

3个C30甾醇不饱和脂肪酸酯134～136是Ooi 等[91]报道的, 从巴布亚新几内亚 (Papua New Guinea) 的锉海绵属中得到。其中, 化合物135和136均是首次报道的两种不同方式二溴取代的不饱和脂肪酸甾醇酯。

5 脂类

不管是化合物数目, 还是所发表的文章的质量, 脂类化合物都堪称是锉海绵属的次级代谢产物的一个重要的大类。该属报道的第一个次级代谢产物(7E, 13ξ, 15Z)-14, 16-dibromo-7, 13, 15-hexadecatrien- 5-ynoic acid[1]就属于这一类。这类化合物主要分布于X. muta、X. testudinaria以及其他未鉴定种名的海绵中, 可划分为4类: 脂肪醇类、脂肪醚类、脂肪酸类和氨基醇类。

5.1 脂肪醇类

锉海绵属直到最近才有5个脂肪醇类化合物137～141的报道, 它们是由Ankisetty等[93]从密克罗尼西亚联邦波纳佩岛 (Pohnpei) 的海绵Xestospongia sp.中得到的。按照分子结构中含有多个烯炔的特点, 它们也属于多聚烯炔类化合物。按照碳链长度来划分, 化合物137和139是C24多聚烯炔类脂肪醇, 而138、140

和141分别为C22、C23和C25多聚烯炔类脂肪醇。作者根据旋光和核磁数据, 结合生源途径上的关系, 把它们的绝对构型都定为 (6R)。化合物137～141对革兰氏阳性菌(Mycobacterium intracellulare) 和革兰氏阴性菌(Pseudomonas aeruginosa) 均具有中等的抗菌活性。

5.2 脂肪醚类

锉海绵属唯一一个脂肪醚类化合物mutafuran H (142)是由刘永宏等[81]从中国南海的海绵X.testudinaria 中得到的。化合物142是第十个从海绵中分到的含有四氢呋喃环的溴代不饱和脂类化合物。它的绝对构型(11R, 12S) 是根据其NOE效应, 并与已知化合物旋光数据相比较得出的。这个化合物对卤虫(Artemia salina) 幼虫有中等的毒性 (LC50=2.60 μmol·L?1), 对乙酰胆碱酯酶具有很强的抑制活性 (LC50=0.64 μmol·L?1)。

5.3 脂肪酸类

脂肪酸类化合物由于含有羧基, 在柱色谱分离时会拖尾, 且彼此之间极性相差小, 使得化合物分离难度大大增加。为了克服这个困难, 常将样品先进行甲基化。因此, 脂肪酸类化合物往往以酯的形式得到。甲基化常用的试剂是重氮甲烷, 优点是产物单一。根据脂肪酸类化合物是否含有不饱和键, 又继续划分为两类: 饱和脂肪酸类和不饱和脂肪酸类, 其中不饱和脂肪酸类是研究重点。锉海绵属的不饱和脂肪酸类化合物有个很明显的特点即溴代, 仅少量是例外。同时, 溴代在不饱和脂肪酸类化合物中不仅存在溴原子数目的差异, 还存在取代位置的差异, 其中最常见的是末端单溴取代和二溴取代。下文按照脂肪酸类化合物是否含有不饱和键以及溴原子数目的差异, 分成饱和脂肪酸类、无溴取代的不饱和脂肪酸类、单溴取代的不饱和脂肪酸类、二溴取代的不饱和脂肪酸类和三溴取代的不饱和脂肪酸类5个部分。

5.3.1 饱和脂肪酸类目前, 锉海绵属的饱和脂肪酸类化合物都是普通常见的脂肪酸, 其碳链分直链和支链两类, 如Carballeira等[94]从波多黎各 (Puerto Rico) 的海绵X. muta中得到的脂肪酸143～145。5.3.2 无溴取代的不饱和脂肪酸类无溴取代的不饱和脂肪酸类又有多种结构类型, 有常见的普通的脂肪酸146[94]、γ-丁烯内酯147[12]、过氧化物148和149[12]、多聚烯炔150[95]、二元羧酸酯151[96]等。

二元羧酸酯xestospongiene Z13(151) 是林文翰等[96]从中国北部湾涠洲岛的海绵X. testudinaria中得到的, 它是目前该属唯一一个双羧酸化合物。化合物151对人早幼粒细胞型白血病细胞株HL-60、胃癌细胞株BGC-823、肝癌细胞株Bel-7402和上皮癌细胞株KB均具有弱的细胞毒活性。

5.3.3 单溴取代的不饱和脂肪酸类分析和比较所有的单溴取代的不饱和脂肪酸类化合物, 最常见的是末端取代, 仅少量取代在C-6位。即按照溴取代是否在末端可分成两类: 末端单溴取代和非末端单溴取代。

在所有的末端单溴取代的不饱和脂肪酸类化合物中, 末端取代的都是不饱和键, 有孤立的双键、炔?烯共轭的双键、烯?炔共轭的叁键和烯?炔?烯共轭的双键。按照以上不饱和键的类型, 末端单溴取代的不

饱和脂肪酸类化合物可划分为4类。

到目前为止, 溴末端取代的是孤立双键的不饱和脂肪酸类化合物已报道过9个(152～154[97], 155～158[98], 以及159和160[22])。这9个化合物中, 除了化合物160外, 其余8个化合物的末端双键的构型均为E式。E式的溴取代的末端双键的质子在CDCl3溶剂中的化学位移特征是δH 6.00处是d峰, δH 6.16处是dt峰; Z式的质子在C6D6溶剂中的化学位移特征是δH 5.65处是q峰, δH 5.86处是d峰。

截止目前, 溴末端取代的是烯?烯共轭双键的不饱和脂肪酸类化合物已报道过8个, 其中4个是早先由Molinski等[22]从巴哈马的海绵X. muta中得到的C20溴代不饱和脂肪酸161～164, 另外4个是最近由林文翰等[99]从中国北部湾涠洲岛的海绵X. testudinaria 中得到的C16溴代不饱和脂肪酸165～168。这8个化合物中, 除了化合物161、163和164外, 其余5个化合物的末端烯?烯共轭双键的构型均为(E, Z) 式。(E, Z) 式的溴取代的末端烯?烯共轭的双键的质子在CDCl3中的化学位移特征是δH 5.96 (td, J = 15.0, 7.5 Hz), 6.44 (dd, J = 15.0, 10.0 Hz), 6.61 (dd, J = 10.0, 7.2 Hz), 6.08 (d, J = 7.2 Hz); 在C6D6中的化学位移特征是δH 5.53 (td, J = 15.2, 7.2 Hz), 6.50 (ddd, J = 15.2, 10.4, 1.6 Hz), 6.23 (dd, J = 10.4, 7.6 Hz), 5.71 (d, J = 7.6 Hz)。

据统计, 溴末端取代的是炔?烯共轭双键的不饱和脂肪酸类化合物现已报道过10个, 其中9个是C18溴代不饱和脂肪酸(169[100], 170～172[101], 173～175[100], 176[96]和178[92]), 剩下1个是C16溴代不饱和脂肪酸(177[102])。这10个化合物中, 除了化合物176外, 其余9个化合物的末端炔?烯共轭双键的构型均为E式。E式的溴取代的末端炔?烯共轭的双键的质子在CDCl3中的化学位移特征是δH 6.18 (dt, J = 14.0, 2.3 Hz), 6.55 (d, J = 14.0 Hz); Z式的质子在CDCl3中的化学位移特征是δH 6.23 (dt,J = 7.8, 2.1 Hz), 6.47 (d, J = 7.8 Hz)。

化合物179是该属报道的唯一一个溴末端取代

的烯?炔共轭叁键的不饱和脂肪酸类化合物, 由Patil 等[97]从巴哈马哥伦布岛的海绵X.muta得到, 具有抑制HIV-1蛋白酶的活性, 其IC50值为7 μmol·L?1。

迄今为止, 溴末端取代的是烯?炔?烯共轭双键的不饱和脂肪酸类化合物已报道过12个, 其中化合物180～182[102]是C16溴代不饱和脂肪酸, 化合物183和184[97]以及189～191[92]是C18溴代不饱和脂肪酸, 化合物185[103]、186[25]和188[92]是C20溴代不饱和脂肪酸, 而化合物187[25]是C22溴代不饱和脂肪酸。这12个化合物中, 除了化合物182外, 其余11个化合物的末端烯?炔?烯共轭的两个双键的构型均为(E, E) 式。(E, E)式的溴取代的末端烯?炔?烯共轭的双键的质子在CDCl3中的位移特征是δH 6.15 (dt, J=16.1, 7.1 Hz), 5.56 (dd, J=15.7, 1.7 Hz), 6.30 (dd, J=14.0, 1.7 Hz), 6.64 (d, J = 14.0 Hz)。

单溴非末端取代的不饱和脂肪酸类化合物现已报道过9个, 其中化合物192～199[98]中溴取代在C-6位, 而在化合物200[96]中溴取代在C-5位。化合物192～199的共同特点是6位双键都是E式, 且均存在9位Z式双键, 差异在于碳链的长度、不饱和度以及支链存在与否。按照总碳链的长度来划分, 化合物192是C16溴代不饱和脂肪酸, 化合物194～196是C27溴代不饱和脂肪酸, 化合物193、197和198是C28溴代不饱和脂肪酸, 而化合物199是C29溴代不饱和脂肪酸。化合物193和196对淋巴瘤细胞L-1210和上皮癌细胞KB具有弱的细胞毒活性, 其IC50在1～20 μg·mL?1。最近报道的化合物xestospongiene Z12 (200) 是从中国北部湾涠洲岛的海绵X. testudinaria 中得到的[96], 含有一个γ-内酯环, 其绝对构型(4R)是根据Uchida等[104]总结的CD经验规则来确定的。化合物200对人早幼粒细胞型白血病细胞株HL-60、胃癌细胞株BGC-823、肝癌细胞株Bel-7402和上皮癌细胞株KB均具有弱的细胞毒活性。

5.3.4 二溴取代的不饱和脂肪酸类除末端单溴取代的不饱和脂肪酸类化合物外, 二溴取代的不饱和脂肪酸类也是该属不饱和脂肪酸类的常见成分, 其数目将近50个。二溴取代的位置基本上都是在末端, 少数在碳链中间位置。根据两个溴原子取代的位置的差异, 可以分为末端偕二取代、末端间二取代和其他二取代方式等3种。其中前面两种是最普遍的二溴取代方式, 这两类化合物的数目相差无几。

截止目前, 该属已经报道了29个末端偕二取代的不饱和脂肪酸类化合物201～216[22, 92, 96, 98, 102, 103], 分别从海绵X.testudinaria、X.muta和未明确定种的该属海绵中得到。它们的碳链长短不一, 分别为C9 (202[102])、C14 (204[103]、210～216[96])、C16 (208[102])、C18 (201[102]、203[92]、205～207[98]) 和C20 (209[22])。分析上述化合物, 发现二溴取代的双键都是孤立的双键, 而不是任何形式的共轭双键。末端偕二取代的双键的质子在CDCl3中的化学位移特征是δH 6.40 (t, J = 7.0 Hz); 在C6D6中的化学位移特征是δH 6.04 (t, J = 7.4 Hz)。

据统计, 13个末端间二取代的不饱和脂肪酸类化合物217～229[1, 96, 99]来自于锉海绵属, 且集中在两种海绵X. testudinaria和X. muta中。分析上述化合物, 发现这些化合物碳链长度一样, 都是C14, 而且二溴取代的双键都是烯?烯共轭双键, Δ15的构型均为Z式, 差异在于Δ13的构型。末端间二取代的共轭双键中双键Δ15的构型是根据H-15/H-16的偶合常数, Δ13的构型是根据存在H-15/H-13或是H-15/H2-12的NOE相关峰来确定的。末端间二取代的(E, Z) 式共轭双键上的质子在CDCl3中的化学位移特征是δH 6.08 (t, J = 7.6 Hz), 6.74 (d, J = 7.4 Hz), 6.43 (d, J = 7.4 Hz); (Z, Z) 式共轭双键上的质子在CDCl3中的化学位移特征是δH 6.11 (t, J = 7.8 Hz), 6.73 (d, J = 7.7 Hz),

6.43 (d, J =

7.7 Hz)。比较上述氢谱数据, 发现两种形式的共轭双键中Δ13的质子的化学位移几乎一样, 包括偶合常数在内, 所以其构型只能依靠NOE相关峰来判断。

目前, (5Z, 11E, 15E, 19E)-6, 20-dibromoeicosa-5, 11, 15, 19-tetraene-9, 17-diynoic acid (230) 是该属中唯一一个二溴取代方式不同于上述两种方式的不饱和脂肪酸类化合物, 由Molinski等[103]从澳大利亚西部埃克斯茅斯湾 (Exmouth Gulf) 的海绵Xestospongia sp.中得到的, 其分子中的两个溴分别取代在C-6和C-20。

5.3.5 三溴取代的不饱和脂肪酸类三溴取代的不饱和脂肪酸类化合物在锉海绵属中不常见, 总共有15个[96, 98, 99]。除第一个是Kobayashi等[98]在1995年得到以外, 其他14个都是林文翰等[96, 99]在近两年得到。这15个化合物碳链长度相同, 都是C14, 但三溴取代的位置不同。按照碳链的编号来定义, 可以分为以下4种: 6,14,16-三溴取代、7,14,16-三溴取代、6, 16,16-三溴取代和14,16,16-三溴取代。

目前, 该属已报道的全部6个6,14,16-三溴取代的不饱和脂肪酸类化合物是xestospongienes Z5?Z10(231～236), 4个7,14,16-三溴取代的不饱和脂肪酸类化合物是xestospongienes Z1?Z4 (237～240), 4个14,16,16-三溴取代的不饱和脂肪酸类化合物是xestospongienols E?H (241～244)。其中, 化合物231～240分子结构的末端都是间二取代的(E, Z) 式共轭双键, 化合物241～244分子结构的末端是14, 16, 16-三溴取代的共轭双键, 该类共轭双键的质子在CDCl3中的位移特征是δH 6.11 (t, J = 7.4 Hz), 7.01 (s)。它们的绝对构型也用Mosher方法确定, 对人早幼粒细胞型白血病细胞株HL-60、胃癌细胞株BGC- 823、肝癌细胞株Bel-7402和上皮癌细胞株KB均具有弱的细胞毒活性。

目前, 化合物245是锉海绵属已报道的唯一一个6,16,16-三溴取代的不饱和脂肪酸, 是Kobayashi等[98]从日本冲绳的海绵Xestospongia sp.中得到的, 其溴取代的5位双键为E式, 且9位含有少见的Z式孤立双键。

5.4 氨基醇类

与脂肪酸类化合物类似, 氨基醇类化合物也由于是长链化合物, 彼此之间极性相差小, 也使得分离难度很大[3]。文献[3]报道的一种解决之策是先进行乙酰化后再分离, 但有个缺点是氨基和羟基均可以被乙酰化, 得到的是多个混合物, 不像脂肪酸类化合物的甲基化反应可得到单一的产物——甲酯。

目前, 从该属只得到5个氨基醇类化合物246～250[3, 105], 但所有的氨基醇类化合物碳链长度相同, 均为C14化合物。它们的差异在于碳链上的不饱和键数目和位置。在不饱和氨基醇类化合物246～249中, 化合物248只含有一个双键, 而化合物246[3]、247[3]和249[105]却含有2个共轭双键。246、247和249的差异在于双键位置的不同: 246和247的共轭双键位于C-5?C-8, 即Δ5,7; 而249的共轭双键位于C-11?

C-14, 即Δ11,13。化合物250[105]是唯一一个饱和氨基醇类化合物。化合物246和247的绝对构型是通过化学反应降解为L -丙氨酸得到的[3]。据此, 作者Scheuer 等[3]认为, 脂肪酸和丙氨酸是氨基醇类化合物的生物合成前体。 6 聚酮

4个聚酮类化合物 plakinic acids I ?L (251～254) 是近两年由Molinski 等[23, 24]从两种海绵Plakortis halichondroides -Xestospongia deweerdtae 的共生体中得到的。这4个化合物均为ω-苯基烷基的聚酮过氧化物, 而且目前尚未发现此类化合物存在于独立生存的上述两种海绵中。化合物251～254的绝对构型通过对其化学降解产物萘甲酰胺, 运用Molinski 等发展的L-CD 法

[106?108]

来确定的。这4个化合物对真菌

Candida albicans 、C. glabrata 、C. krusei 和Cryptococcus neoformans 具有显著的抑制活性, MIC 值均≤0.5

μg·mL ?1

, 优于实验中的阳性对照。文章的作者认为结构中的1, 2-二氧杂环乙烷和ω-苯基烷基上的1个甲基支链对抗菌活性起了关键作用。

通过以上的例子可以看出, 锉海绵属海绵是结构多样的海洋天然产物重要来源。对该属海绵的化学成分及生物活性的深入研究, 不仅提供了一系列具有显著生理活性的新药先导化合物, 而且极大的丰富了天然产物的结构类型。很多结构复杂的活性化合物已经被有机合成化学家全合成或已取得阶段性的进展, 这又极大的促进了合成有机化学的发展。

我国海域辽阔, 锉海绵属海绵资源丰富, 但国内学者对我国该属海绵的化学成分及生物活性的研究与国际水平相比还有一定差距, 而美国、日本和欧洲等发达国家在这方面的研究已取得了许多重要成果, 因此加强这方面的科研投入和加快培养该领域的高水平研究人才, 对我国的科技发展和新药开发具有

重要的战略意义。

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海绵城市建设发展与探讨

海绵城市建设发展与探讨随着经济和各行各业的快速发展，由于城市化进程加快和人类活动日益密集，以硬化建设为主的城市建设显得刻板。在水资源十分稀缺的今天，自然系统已然在城市中严重失衡。如何对城市建设的发展做进一步的提升和完善，成为当今社会的首要问题。“海绵城市”是基于国外先进的雨水管理理念，结合自身城市的发展情况，对于治水提出的一种新的构思。文章针对海绵城市的建设研究进展进行深入分析，并对出现的若干问题进行了全面探讨，提出了相应的建议。标签：海绵城市建设；研究与进展；问题探讨引言当今中国城市内涝问题严重，地下水位下降尚未得到缓解，水资源短缺的问题尚未得到解决。海绵城市的提出正是建立在这些水问题的存在基础之上，旨在提出一个较为全面的解决方案，缓解我国水危机，从根本上解决我国目前所面临的水问题。 1海绵城市建设的现状及相关问题 1.1海绵城市建设的现状由于城市化基础设施的建设加快，城市中的地表水和地下水联系出现中断，使原有径流汇流的水文条件发生了较大改变，汇流加剧现象频频出现。经济建设发展较为迅速的南方，更是出现严重的洪涝灾害等相关水灾，应利用“渗、蓄、滞、净、用、排”的方式来实现对多重径流雨水的相关控制，从而丰富城市的功能性，恢复原有的城市良性水文循环系统，甚至重构城市的生态结构，通过进一步支持、建设、规划、设计和运营管理，实现海绵城市的更好发展。 1.2海绵城市建设的相关问题 1.21水资源污染问题在过去的时间里，人们对城市的开发以牺牲城市总绿地和森林等自然资源为代价，过度的砍伐使城市化进程中的洪涝灾害日渐加重，水污染问题得不到良好的解决；水资源污染严重，让人们的健康得不到应有的保障。为了根治这一问题，可以在城市化建设中引入海绵城市的建設理念，对水资源进行有效利用，并将自然风景规划到城市建设中。通过低碳的开发方式，减少对森林植被破坏的同时，保证水资源不受到二次污染，维护城市规划的原有样貌。 1.22宣传工作开展力度不够海绵城市建设的提出，一定程度上反映着城市建设的需求，要想进一步完善

基于“海绵城市”理念下生物滞留设施的研究进展

基于“海绵城市”理念下生物滞留设施的研究进展摘要：随着我国城市化进程的加快，由城市下垫面改变和降水径流引发的环境问题日益严重，作为低影响开发措施之一，生物滞留技术对于消纳、净化降水径流具有重要作用[1-2]。通过对生物滞留系统去除污染物存在的问题和国外现在研究的解决方案综合分析。为进一步深入研究生物滞留系统提供参考性建议。关键词：生物滞留设施；雨水污染；雨洪管理随着城市化进程加快，由雨水引发的城市水质恶化、洪涝灾害等问题日益凸显。一方面，由于城市开发不合理，可渗透地表面积越来越少，由暴雨径流产生的面源污染已成为城市水环境恶化的重要原因。降雨径流中含有悬浮物、耗氧物质、营养物质、有毒物质、油脂类物质等多种污染物，这些污染物随径流流进江河湖泊，造成了水污染[4]。美国国家环保署把城市降雨径流列为导致全美河流、湖泊污染第三大污染源，城市雨水径流对河流污染的贡献占9%，129种重点污染物中约有50%在城市径流中出现，在一些州，城市径流和其他非农业的面源被列为主导污染源，城市水体BOD年负荷40%-80%来自雨水径流[5]。我国90%以上城市水体污染严重，很多城市水体有黑臭或水华现象发生，严重影响社会经济可持续发展。针对城市径流污染及相应的雨洪管理，传统的末端治理设施占地面积大、建设集中、却无法改善城市环境。受全球气候变化影响，强降雨引发的城市地表径流强烈波动，使城市洪涝问题面临不断加剧的风险。目前，城市发展迫切需要可持续性的雨洪管理新策略，低影响开发就是目前国际上城市水环境保护和可持续

发展的于洪管理新策略[6]。低影响开发（low impact development,简称LID）就是目前国际上城市水环境保护和可持续发展的雨洪管理新策略。LID措施于20世纪90年代发源于美国马里，主要采用分散[7]。多样。小型、本地化的技术从源头上储存、渗滤、蒸发以及截留雨水，最大程度地保护开发改造地区水文机制，减少负面环境影响，其主要包括生物滞留、绿色屋顶、可渗透路面铺装等措施，均是通过减少不透水面积、增加雨水渗滤，利用雨水资源实现可持续雨洪管理。其中，生物滞留技术目前较流行，其净化水质效果在美国及其他发达国家得到广泛认同和应用，但在国尚属于新兴领域。 1 生物滞留设施涵生物滞留技术指在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的技术。生物滞留设施分为简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施，按应用位置不同又称作雨水花园如图1、生物滞留带、高位花坛、生态树池等。生物滞留系统如图2所示，由表面雨水滞留层、种植土壤覆盖层、植被及种植土层、砂率层和雨水收集等部分组成[8]：（1）表面雨水滞留层在系统表面留有一定低于周边地表标高的空间，用以收集径流雨水以及当径流量大时暂时储存雨水。（2）种植土壤覆盖层在种植土表层铺树叶、树皮等覆盖物，防止雨水径流对表面土层的直接冲刷，减少水土流失。还可以使植物根部保持潮湿，为生物生长和分解有机物提供媒介，并过滤污染物。

初级代谢与次级代谢之间的关系

初级代谢一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。如何区分初级代谢与次级代谢初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停的进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。为许多主物都具有的主物化学反应，例如能量代谢及氨基酸、蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢（primary metabolism）。与此不同，只在一定范围内主物的特异的代谢，则为次级代谢。在次级代谢的产物中，对维持生命占有重要地位的并不少，但另一方面，各种动植物和微生物所大量积累的生物碱、类萜（ferpenoid）、酚类、抗菌物质、色素等，其生理意义并不完全清楚。次级代谢产物许多是在胚胎发育的特定时期以及其他特定组织中产生的，所以产物在经济效益上以及对生物体性状表现的调节在研究上都被看成是重要的。第三节微生物初级代谢和次级代谢的关系微生物代谢产物的利用。利用微生物代谢过程中产生的众多代谢产物生产各种发酵产品。按照积累产物类型：初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶；次级代谢产物，抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。按照发酵类型：自然发酵：酒精、乳酸等；终端产物，赖氨酸、鸟苷酸、腺苷酸等；

中间产物，柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、高丝氨酸、肌苷酸、黄苷酸等；一、初级代谢与次级代谢产物微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等），即为初级代谢产物。由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；二是调节酶的合成，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、协调进行，以达到最佳调节效果。

(完整word版)补充材料---提高初级、次级代谢产物产量的方法

第二节提高初级代谢产物产量的方法我们知道，初级和次级代谢产物在遗传控制、合成途径等方面存在差异的，因而获得发酵过量生产的方法也不同。由于次级代谢产物的合成远离初级代谢的主要途径，微生物细胞对其合成控制较弱，因此，改变环境条件易于影响其表达，基因型改变后的产量变异幅度也较大，而初级代谢产物则与此相反。这在选择提高代谢产物方法时应予考虑。提高初级代谢产物产量的方法主要有以下几种： 1.使用诱导物与糖类和蛋白质降解有关的水解酶类大都属诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就会增加胞外酶的产量。如加入槐糖（1，2-β-D-葡二糖）诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。但诱导物的价格往往比较贵，经济上未必合算。加入廉价的含有诱导物的原料，如槐豆荚等某些种籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木聚糖，培养过程中可陆续被水解产生槐糖、木糖，这就是经常采用的方法。但是，玉米芯等这类不溶性聚合物的分解过程缓慢，以其唯一碳源时，培养周期比较长，产品的体积生产率仍难大幅度提高。可考虑先使微生物在廉价的可溶性碳源中迅速生长，形成大量菌体后，再加入诱导物诱导水解酶类生成的方法。诱导物的浓度过高及能被迅速利用时，也会发生酶合成的阻遏，这在纤维二糖对纤维素酶的产生，对二糖对半纤维素酶生产中都已观察到，这也是使用诱导物时应予注意的。 2.除去诱导物——选育组成型产生菌在发酵工业中，要选择到一种廉价、高效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导物在工艺上也多不便，更为有效的方法是改变菌株的遗传特性，除去对诱导物的需要，即选育组成型突变株。通过诱变处理，使调节基因发生突变，不产生有活性的阻遏蛋白，或者操纵基因发生突变不再能与阻遏物相结合，都可达到此目的。迄今尚未见由于结构基因发生改变而得到组成型的报道。已设计出多种选育组成型突变株的方法，其主要原则是创造一种利于组成型菌株生长而不利于诱导型菌株生长的培养条件，造成对组成型的选择优势以及适当的识别两类菌落的方法，从而把产生的组成型突变株选择出来。例如把大肠杆菌半乳糖苷酶的诱导型菌株经诱变处理后，先后含乳糖的培养基中培养，由于组成型突变株半乳糖苷酶的合成不需诱导即能产生，因此可较诱导型的出发菌株较早开始生长，在一定时期内菌数的增加便较快，如持续进行培养时，由于诱导酶形成后，原菌株生长速率亦逐渐增加，这种选择性造成的差别就会减少，可用交替在乳糖、葡萄糖

海绵城市建设研究进展与若干问题探讨

海绵城市建设研究进展与若干问题探讨摘要海绵城市，顾名思义，就是城市像海绵一样，能够吸水也能够挤出水来。在降雨量很大時，能够及时吸收、渗透、扩散雨水，补充地下水，做好地表径流；在遇到干旱情况时，能够及时调整释放水资源，让水能够在城市中自然存在。海绵城市的建设是为了解决城市中水自然灾害，进而发展城市建设的一种途径。关键词海绵城市建设；研究进展；若干问题；探讨前言海绵城市具有降温、防洪、抗旱等效益，从根本上解决城市阻绝水与生态的问题，迈向真正的生态与低碳城市。在海绵城市概念问题上，存在对海绵城市与低影响开发之间的认识误区，简单地认为海绵城市就是低影响开发，混淆了广义低影响开发与狭义低影响开发。一方面，海绵城市统筹低影响开发雨水系统、雨水管渠系统和超标雨水系统，因此低影响开发是海绵城市重要组成部分；另一方面，海绵城市注重保护与源头控制，与低影响开发理念有着高度的契合，低影响开发是海绵城市的基本理念。 1 海绵城市建设研究进展 1.1 国外研究进展海绵城市的本质是对雨水的管理，国外类似概念有美国的低影响开发（LID）、澳大利亚的水敏感城市设计（WSUD）、英国的可持续排水（SUDS）等。低影响开发主要提倡采用基于微观尺度景观控制的分散式小规模雨水处理设施，使区域开发后的水文特性与开发前基本一致，最大限度地降低区域开发对周围生态环境的冲击，建造出一个具有良好水文功能的场地。水敏感城市设计综合考虑城市防洪、基础设施设计、城市景观、道路及排水系统和河道生态环境等，通过引入模拟自然水循环过程的城市防洪排水体系，实现城市发展和自然水环境的和谐共赢。英国采用可持续排水措施对地表水和地下水进行可持续式管理：排水渠道多样化，避免传统下水管道是唯一排水出口；排水设施兼顾过滤，减少排入河道的污染物；尽可能重复利用降雨等地表水。可见，各国雨水管理侧重点虽然不同，但基本内涵和发展趋势相近。现代雨水管理是一个复杂的系统工程，涉及多学科交叉领域，需要多专业、跨部门的配合，需要从水质、水量、良性水循环系统和城市景观、生态等进行整体考虑。 1.2 国内研究进展国内对海绵城市的研究主要分为理论研究和应用研究两部分。理论研究方面，国内学者集中研究低影响开发，为我国海绵城市应用推广奠定了基础。相关学者应用SWMM模型对单项或组合低影响开发措施在不同降雨条件下削减雨洪

海绵城市建设研究进展与若干问题探讨杨凯1

海绵城市建设研究进展与若干问题探讨杨凯1 发表时间：2018-06-06T10:40:02.733Z 来源：《基层建设》2018年第11期作者：杨凯1 杨聪2 [导读] 摘要：为了充分发挥海绵城市建设的作用，本文中对海绵城市建设研究与若干问题进行探讨，希望对促进我国城市建设事业的发展，可以起到促进作用。 1.昆明市规划设计研究院云南昆明 650041； 2.中国华西工程设计建设有限公司昆明分公司云南昆明 650299 摘要：为了充分发挥海绵城市建设的作用，本文中对海绵城市建设研究与若干问题进行探讨，希望对促进我国城市建设事业的发展，可以起到促进作用。关键词：海绵城市；研究进展；若干问题前言随着我国工业的不断发展，对工业用水的消耗量不断增加，再加上全球范围内的气候改变，这造成城市的用水不断紧张，很多城市都出现了用水严重紧张的局面。为了有效解决水资源紧张问题，必须顺应自然，建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。我国在这一方面进行了积极的探索，吸取了外国发达城市对雨水资源管理的经验，经过近年的努力，我国不仅理论上取得了一定的突破，在实际应用领域也取得了很不错的成绩，但由于对其研究和应用还处在发展阶段，问题还是较多。[1] 1海绵城市的内涵随着城市化进程的不断发展，城市的发展规模得到了迅速的扩大，但由于城市发展理念的滞后，这导致城市建设不合理的现象开始显现，其中最普遍的问题是城市发展过程中遇到的水问题，例如城市会频频初心内涝、水资源大量流失、生态环境恶劣等问题。[2]为了有效解决这个问题，国内外的很多专家开始研究如何对雨水资源进行高效利用，并提出了雨水收集、低影响开发、绿色雨水基础设施、水敏感城市设计等理论，这为海绵城市理论的诞生，打下了一个非常好的基础。海绵城市是指城市在功能上如同海绵一样，可以对水资源进行弹性的利用，通过吸水、蓄水、渗水、净水等过程对雨水进行有效的处理，在雨水匮乏的季节，又可以将储蓄的水及时释放出来，彻底放弃了过去对雨水进行不加利用进行排放的粗放模式，将绿地、公园作为城市中的海绵体，通过渗水、滞水、蓄水、净水、用水、排水等措施，来有效的解决城市内涝问题，同时又可以对雨水资源进行高效的回收，海绵城市建设已经成为当前城市发展的热门话题，也逐步渗透进了现代城市发展建设的理念。 2当前国内外对海绵城市的研究进展海绵城市的根本是对雨水资源的管理，国外在很早就有了相关方面的概念，例如有美国的低影响开发、英国的可持续排水等。其主要强调的是建设微观尺度的分散式小规模雨水处理设施，最大程度还原城市建设前的自然雨水调节系统，最大程度降低对生态环境的影响，建造出一个良好的水文功能场地。对于水敏感型的城市，要综合考虑城市防洪、基础设施设计、城市景观、道路及排水系统等，通过对自然水循环系统的模拟，来实现对城市水资源的综合利用管理。例如英国就采取了可持续的地表水和地下水管理模式，对排水进行分类处理，提高对水资源的利用率，在排水系统中加入了水过滤设施，减少排入到河道的污染物，最大程度对地表水进行利用。[3] 各个国家城市虽然对水管理的侧重点各不相同，但基本理念都是一样的，降低雨水对城市的破坏，最大程度对水资源进行利用。先进的海绵城市建设理念，是将城市水循环作为一个整体，将雨洪管理、供水和污水管理一体化。现代雨水管理是一个复杂的系统工程，涉及多个学科，需要多个专业的配合，需要从水质、水量、良性水循环系统和城市景观、生态等进行综合性的考虑。我国对海绵城市的研究进展也很快，其研究可以分成理论研究和应用研究，理论研究主要集中在低影响开发，这给海绵城市理念在城市建设中的应用，奠定了一个非常好的基础。在应用研究方面，李卓熹等应用SWMW模型对单项或组合低影响开发措施在不同降雨条件下削减雨洪与面源污染的效果进行研究，结果表明，低影响开发措施在小强度短历时降雨条件下效果较好，不同的措施效果差别很大。 3当前我国在海绵城市建设发展中遇到的问题海绵城市建设理念的推广势必对传统城市建设理念造成冲击。人们在思维上的局限，在很长一段时间内会阻碍海绵城市建设的推进速度。毕竟是新事物，人们要从内心真正接受需要一个过程。人们已经习惯了钢筋水泥丛林，习惯了用水泥硬化的路面和广场，习惯了这些设施给生活带来的便利，却忽略了这些不渗水、不透气的设施正逐步对我们的城市造成了极大的影响，城市内涝频繁这就是非常重要的原因。传统城市建设理念已在人们心中根深蒂固，必须冲破旧理念的牢笼，才能让海绵城市建设理念真正在人们心中扎根，人心所向必定能使全社会形成合力，做好海绵城市建设。在海绵城市建设试点中，有些城市不注意或不善于对城市综合问题的梳理和把握，也没有制定科学系统的建设方案，仅停留在简单盲目地上一些支离破碎的项目上。另外由于地方政府的部门利益和行政责权所使然，往往各自为政，各干各的项目，如此碎片化的推进，导致系统不能兼容，整体效益差，从而影响了海绵城市建设的整体效果。因此，要建设好海绵城市，需要统一的领导部署，以自然为先导，以循环为关键，以功能为切入点，使之形成统筹协调的生态治理系统。海绵城市在旧城区的推进困难重重。旧城区普遍建筑密集、人口众多、绿地面积少、街道狭窄、地下管网错综复杂、排水设施陈旧且标准低等不利因素制约着海绵城市的建设。海绵城市设施的改造往往会对旧城区居民的日常生活造成影响，处理这些现实的矛盾需要耗费大量的时间和精力。海绵城市建设在我国尚属于新生事物，没有现成的、成熟的经验与技术可以借鉴。海绵城市建设的人才缺乏，也是影响海绵城市建设进展的重要因素。人才的培养不可以一蹴而就，需要理论研究和学习实践的过程，需要时间的积累。由于海绵城市建设不是单纯的工程项目，海绵城市建设的要求是综合性的、创新性的，对技术人员有着很高的要求。虽然海绵城市建设得到了我国政府的大力支持，但由于建设资金十分庞大，这导致海绵城市的建设脚步比较缓慢，再加上项目的的资金回报率较低、效果不能立即现象，这也大大降低了地方投资建设的积极性。当前虽然海绵城市建设在理论上已经有了很大的突破，但在实际应用技术研究上还有很大的欠缺，有很多技术都是直接照搬西方的建设技术，对技术还不能完全掌握和理解，这造成技术的应用不能充分发挥出应有的作用。[4]此外，在配套技术的研发上，也存在很多不到位的地方，例如海绵城市建设需要的各种建设材料，有很多都处于空白阶段，很多都是用常规的工程材料加以替代，这些材料根本不具备什么吸水能力，这进一步降低了技术的应用效果。在海绵城市的建设规划上也存在很大欠缺，海绵城市建设应该是一项系统性的工程，非常强调整个城市水循环系统的建设，如果地区发展规划建设不平衡，不仅会直接制约海绵城市建设的效果，甚至会引起其它地方的内涝问题，这需要城市设计者进一步加强城市建设的统筹规划，降低海

探讨海绵城市理念下的城市规划设计朱俊李治

探讨海绵城市理念下的城市规划设计朱俊李治发表时间：2018-10-08T16:02:37.267Z 来源：《新材料.新装饰》2018年5月下作者：朱俊李治 [导读] 随着我国城市化的快速发展，城市的数量急剧增加，城市规模不断扩大，城市化快速发展的同时其弊端也日益凸显，如水资源短缺、城市内涝频发等问题，极大地影响着人们的生活质量和城市发展水平。海绵城市理念是在尊重自然的条件下，实现雨水在城市的渗透、积存以及净化，从而促进城市发展。在城市规划设计中应用海绵城市的理念，可有效提升城市抗洪的能力，同时也是21世纪城市规划发展主要趋势，希望对相关单位有一定帮助。（安徽省城乡规划设计研究院，安徽合肥 230022）摘要：随着我国城市化的快速发展，城市的数量急剧增加，城市规模不断扩大，城市化快速发展的同时其弊端也日益凸显，如水资源短缺、城市内涝频发等问题，极大地影响着人们的生活质量和城市发展水平。海绵城市理念是在尊重自然的条件下，实现雨水在城市的渗透、积存以及净化，从而促进城市发展。在城市规划设计中应用海绵城市的理念，可有效提升城市抗洪的能力，同时也是21世纪城市规划发展主要趋势，希望对相关单位有一定帮助。关键词：海绵城市；设计理念；城市规划；融合一、海绵城市的内涵概述所谓海绵城市指的是城市在适应环境变化和应对雨水造成灾害的时具有良好的弹性，下雨时可吸水并存储在特定位置，需要时再进行释放利用。在2012年4月《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中首次提出海绵城市的概念。简而言之，海绵城市其实就是建立一个雨水开发系统，并通过此系统实现雨水资源的良性循环，从而增加城市利用雨水的能力，并有效缓减雨水对城市基础设施的影响。大量应用实例表明，把海绵城市理念应用到城市规划设计中，可以很大程度上。降低雨水资源的浪费，实现水资源的循环利用，因此，海绵城市也被称之为一种可持续的绿色雨水排放系统。二、基于海绵城市理念的城市规划设计 2.1 城市水系统的规划设计通常情况下，如江、河、湖、海等水系统具有一定程度的自净能力。故在城市规划设计中，要加强对这些水资源系统和雨水资源的利用率。具体而言，可从以下几方面入手。（1）在城市规划中要尽量实现对原江、河、湖、海等水系统的保护，确保这些水资源充分发挥其自净能力的同时，提高城市对雨水的利用率。（2）应避免城市水系统被污染，并杜绝被污染水系统流入，降低外界因素水系统自净能力的影响。（3）随着社会经济的发展，产生了大量的杂物和工业废水，对城市水系统自净能力造成了严重的影响，因此，在城市规划设计中，必须综合考虑这一点，积极建设海绵城市来恢复城市水系统的自净能力，确保城市水系统能实现良性循环利用。 2.2 城市人工生态海绵体的规划设计我国不同区域地质条件和天然气候有较大差异，因此，并不是所有的城市都拥有丰富的天然海绵体，甚至有的城市属于海绵体严重匮乏地区，如陕西西北部、甘肃南部等，均属于水资源极其匮乏地区，大幅增加海绵城市建设的难度。在这样基础上，就需建立人工生态海绵体，也就是采用相应的技术和手段，对这些城市进行人工改造，以提升其抗洪排涝的能力。因此，在城市规划设计中并不是只有具有丰富水系统的城市才能建设海绵城市。较干旱的城市，通过人工干预的方式也可具有海绵城市的特性。同时在城市规划设计中，还要更新传统居民区、工业区等建设模式，最常用的方法就是通过分散小规模下沉绿地方式，以代替传统集中式的绿地，从而最大限度上提升城市水资源的利用率。 2.3 基于海绵城市理念的城市雨洪管理规划设计在城市规划设计中应用海绵城市的理念，其主要原理就是通过对城市内部水环境的合理规划，充分发挥城市海绵的功能。如在很多城市均建立了很大面积的湿地，其主要作用防治雨洪灾害，同时湿地也是一种镶嵌式的海绵结构。因此，基于海绵城市理念的城市雨洪管理规划设计，可以从两方面入手。（1）尽量建立整合多处系统化湿地系统。（2）提供适合当地生物居住的环境，最大限度上保证城市最原始的生态环境。为当地居民营造更加舒适的生活居住环境。总而言之，在基于海绵城市理念的城市雨洪管理规划设计中必须整合当地的湿地系统，并加强水质净化、地下水、雨水等水系统的利用率。同时也要设置科学合理的潜流整合功能，确保被净化后的雨水能充分回流到湿地中，最大限度上实现水资源的良性循环。 2.4 基于海绵城市理念的城市道路规划设计海绵城市理念提出的主要动因是城市水资源污染问题日益严峻，在此基础上，基于海绵城市理念的城市道路规划设计中，要尽量确保城市道路具有解决城市洪涝和径流污染的负荷的能力，从而达到缓减城市水资源污染的压力，实现可持续化发展。就全国目前城市道路规划设计发展的现状而言，城市道路所占的水径流量约是城市规划建设总流量的35% 以上，不但对加速了水资源污染速度，而且也是城市雨水污染的主要来源之一。由此开展基于海绵城市理念的城市道路规划就显得尤为重要。甚至甚多城市在规划建设中，把城市道路建设作为海绵城市的主要内容，其原因主要体现在以下两方面。（1）近年来，我国社会经济快速发展，对交通物流的效率和安全性提出了更高的要求。因此，在城市规划设计中，要尽量保证车辆通行的流畅性和安全性，不能对城市道路交通的正常运行造成丝毫影响，否则也就失去了城市规划设计的意义。可以用下凹式绿化带来代替道路两侧的绿化建设，大量实例表明，下凹式绿化带能够有效改善路面雨水径流质量和径流量，以期最大现代上提升水资源的质量和循环利用的效率。同时在基于海绵城市理念的城市道路规划设计中，可以充分应用 LED 树池，透水路面等方式，在保证交通通畅的基础，减少对城市水资源的污染。（2）要合理应用道路景观绿化带，海绵城市建立成功案例表明，下凹式道路绿化带主要的作用是可将雨水径流直接汇集到地下水资源中，对城市道路的正常使用没有丝毫影响，既能实现海绵城市雨水储存的目的，而且还能在雨水储存过程中实现雨水资源的净化和渗透。因此，这一点在海绵城市规划设计中必须格外重视，才能最大限度满足海绵城市对储水和蓄水的需要。 2.5 促进城市海绵理念与城市规划有机融合的建议（1）国家财政部门对海绵城市建设的试点城市给予相应的资金补助。（2）凡试点城市在海绵城市规划建设中，由省级财政部门、城

微生物初级代谢与次级代谢的关系

议微生物初级代谢与次级代谢的关系摘要：微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多关键词：微生物初次级代谢初次级代谢产物一、初级代谢与初级代谢产物微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等），即为初级代谢产物。由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；二是调节酶的合成，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、协调进行，以达到最佳调节效果。一般将微生物通过代谢活动所产生的自身繁殖所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢，该过程所产生的产物即为初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等。二、次级代谢与次级代谢产物一般将微生物与外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般

海绵城市规划设计要点研究

海绵城市规划设计要点研究发表时间：2019-08-01T15:49:51.437Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年8期作者：吴友标[导读] 实现可持续发展，有效进行资源的循环利用，是目前我国社会发展的主要原则。湖南常德 415000 摘要：实现可持续发展，有效进行资源的循环利用，是目前我国社会发展的主要原则。海绵城市建设已经成为了当前很多城市建设的重要方向，其也确实在很多方面都能够表现出较强的作用价值优势，尤其是对于水资源的调节，更是应该借助海绵城市进行有效规划设计，合理规划建设城市建筑以及城市水系统规划等，有利于及时缓解解决城市水源短缺以及生态环境遭破坏的问题，提升城市建设的生态效益和社会效益。基于此，本文首先分析了海绵城市规划设计的重要意义，然后对海绵城市的规划设计要点进行了阐述，以供参考。关键词：海绵城市；城市规划；运用分析 1海绵城市规划设计意义 1.1提升了对城市水资源的保护对于我国城市建设的过程中，水资源的保护是非常重要的。对于城市来说，其自身发展的速度相对比较快，而且对于城区来说，为了进一步满足经济的发展标准，就要对相应的厂房进行建设，这就会促使工业废水的上涨以及不规则的排放，进而对生态环境产生一定的破坏，对于水资源来说，其自身的污染相对比较严重。对于生态海绵城市的理念来说，就是利用城市的水资源合理规划设计对其进行进一步的改善，进而对水资源进行循环的利用。保证资源的可持续发展。 1.2保证城市发展的可持续性我国对于城市发展的可持续性非常重视，并且对环境的发展也非常重视。因此，对于海绵生态城市的理念就显得尤为重要，能够保证能源的可持续发展的利用和资源的充分利用，进而促进我国经济的不断发展，保证城市绿色的可持续发展战略，为人们的生产和生活提供保障。 2城市规划中海绵城市的主要设计内容 2.1总体规划层面在城市规划设计中，要合理运用海绵城市，就必须根据城市的实际情况，对其现有的生态系统进行识别，确定其水文生态循环格局，并将其作为总体规划的关键点。具体规划内容：（1）设定不准建设区域：实际上就是指城市潜藏了内涝危险的区域以及绿色地带等；（2）设定蓝线：简单来说就是针对规划范围内的岸线以及水域设定一个保护区域；（3）明确重点区域：结合城市现有片区的功能布局情况和用地性质等特征，以及下一步的城市发展目标，确定海绵城市建设的重点区域；（4）土地开发：在城市范围内提倡土地利用集约开发，分配用于生态建设的空间。 2.2各类专项规划若基于城市规划建设的横向深度来看，在对海绵城市应用过程中，其涉及到了多个方面的专项规划，具体包括了绿地系统、道路交通以及水系统规划等。（1）城市绿地系统规划：针对该系统的规划重点应当加强对雨水去向的合理处理，具体包括了渗透、消纳、净化。结合当前城市规划来看，绿地系统实际包括了防护、公园以及生态等绿地系统，其不仅具备了美化环境的作用，同时也是海绵城市规划非常重要的载体。（2）城市道路交通系统规划：城市道路设计与水系统本身就有着非常密切的联系，除了需要沿着排水管道合理规划城市道路之外，同时道路也是地表水的主要源头，为此，合理设计道路排水、路向以及路面等各方面对雨水的引流至关重要，同时也是连接停车场下沉式绿地系统以及道路防护绿化带等雨水收集系统非常重要的桥梁。（3）城市水系统规划：具体来说包含了污水、供水、湖泊沟渠自然水系统等在内的所有水系统。针对自然水系统必须将其列入到城市绿地建设的范围，而针对污水、供水以及雨水等系统则将其列入到城市基础建设项目。 2.3详细规划层面在海绵城市规划中，详细规划应当从两方面着手，分别为控制性和修建性详细规划，即从项目规划以及落地两方面来保证落实。控制性详细规划则主要是结合实际情况，从而开发强度、地块范围、建筑密度、绿地覆盖率等相关指标来实施有效的控制，同时结合定性、定位以及定量的协同作用，明确具体的规划地块和建设要求，制定适宜的规划设计策略。修建性详细规划主要是指基于控制性详细规划基础上，借助现有的水文、地形地势等各方面的特征，从场地空间布局、绿地空间、设施配备建设等各方面来帮助水体形成自然的渗透、积存、循环，促使城市形成一个完善且良性的生态功能。 3海绵城市规划设计要点 3.1修复和保护天然海绵体在海绵城市中，海绵体发挥着至关重要的作用，没有进行大规模城市开发之前，自然散落的降雨，实际上最多只会有30%能够快速进入河流，大部分通过土地的漏渗、涵养，以及通过植被蓄纳并缓慢蒸发参与水气循环。这样就涵养了生态、解决了资源、改善了环境。但现在由于城市的粗放发展，把这个自然存在的海绵体给破坏了，所以一下雨，雨水就只能通过城市排水系统排出，从而造成了内涝频发、径流污染、雨水资源大量流失、地面下沉、生态环境破坏等诸多雨水问题。由于以往对这方面的忽视，导致城市大量的天然海绵体遭受严重破坏。天然海绵体主要是指城市原生态的生态系统，如湖泊、河流、湿地及地形地貌。为此，可通过保留原有地形地貌，打造绿色生态长廊，在城市中构建起一个生态海绵体系，帮助天然海绵体在自我的修复，充分发挥其原本的蓄水、饮水作用。同时通过水中培养植物、生态砌岸等措施来帮助自然生态系统的快速修复。加快对城市水系统的更新升级以及建设，促使城市水系统能够形成一个自然循环过程，帮助城市恢复生态稳定的同时，较好的实现调洪功能。除此之外，制定相应的规章制度加强对海绵体的保护，尽可能地减少人为对海绵体造成的损害。 3.2构建生态海绵体

海绵城市建设研究进展与若干问题探讨樊海超

海绵城市建设研究进展与若干问题探讨樊海超发表时间：2019-06-05T17:24:41.713Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年3期作者：樊海超1 郭鹏2 [导读] 近年来，随着城市发展步伐过快，城市建设造成城市内水生物栖息地受到严重伤害，自然系统在城市内严重失调。摘要：近年来，随着城市发展步伐过快，城市建设造成城市内水生物栖息地受到严重伤害，自然系统在城市内严重失调。海绵城市，作为一种生态建设，主要利用自然能力解决城市内水基础设施问题，为城市的发展做好铺垫。笔者将从海绵城市建设的背景出发，结合海绵城市建设的现状，提出海绵城市建设发展中存在的问题进行探究，找到方法实现城市建设发展的进一步提升与完善。关键词：海绵城市；给排水建设；注意问题引言：在海绵城市的给排水建设中，建设者需要结合实际情况具体分析并找出建设的关键问题。 1 当前城市给排水面临的问题 1.1 给排水设施建设滞后近年来，随着城市面积的不断扩大，建筑物高度的不断提升，城市现有的供水管道在长度、结构和质量等各方面都开始难以满足发展的需要。然而，城市居民对水资源的需求却一直不断增加，这加大了城建部门给排水设施建设工作的压力。同时，很多城市的城建部门对地下设施的建设也缺乏足够的重视，地上设施与地下设施建设的速度不协调，使得城市给排水设施的建设欠账较多。另外，一些城市建设管理部门对已经建成的市政给排水管道缺乏有效的日常维护和周期性排查，这也是导致城市给排水设施建设滞后的一个重要原因。 1.2 对短时极端天气的应对能力较差随着全球变暖程度的加深，气候变化更加频繁，温室效应和城市热岛效应愈加严重，受此影响，城市极端天气频繁发生，如短时强对流天气和局部强降水等，这给城市的给排水建设工作提出了更严峻地考验。另外，此类短时间极端天气具有突发、易逝的特点，更容易造成城市内涝和供水污染，或是造成道路拥堵、基础设施损坏等社会问题。 1.3 雨洪资源利用不足当前，我国城市的雨洪利用设施在规划、建设和管理方面均滞后于城市建设进程和经济发展进程。造成这种现象的原因有两个：一是城市的雨水污水管道没有相互分离，几十年来的气候变化造成了很严重的“资源归类错误”，雨水并没有得到有效收集和充分利用；二是城市雨洪资源利用设施的标准较低，城市排水管网所能承受的降雨量较小，这一标准与国外先进城市排水管网所承受的降雨量相差较大。 2 海绵城市给排水建设的意义 2.1 弥补给排水设施欠账在建设海绵城市的过程中，应该将自然措施与人工措施相结合，尽量保持城市开发之前的自然水文特征，通过保护城市原有的生态系统来涵养水源、应对强降雨。另外，利用生态手段对传统粗放型城市进行改造，最大限度地修复已经被破坏的水体和其他自然环境。在城市建设中，应尽量增加绿地面积，以有效积存、渗透并净化雨水，满足城市生产、生活以及景观用水、供水的需求。在建设过程中，应将自然降水、地表水和地下水进行统筹管理，有效协调给排水的各个环节，充分考虑城市发展和城市给排水建设的复杂性和长期性，建立起城市生态保护、土地利用、水系绿地等各种基础设施网络，统筹建设地下管道网络、充分发挥城城市资源优势，尽量在缓解城市管道网络压力、提高管道网络承载力的同时，有效收集城市雨水，对各种水资源进行充分利用。 2.2 提高极端天气抵抗能力据统计，我国共有642座有防洪任务的城市，但是其中未达到国家要求防洪标准的有340座；在34座特大防洪城市中，能达到国家要求防洪标准的仅有7座。除此之外，一些新建立的城市新区和工业园区更是严重缺乏防洪投入。因此，相关部门应该通过海绵城市建设，建立起完整的给排水设施，将防水、排水、蓄水、处理水等各环节有机结合起来，避免在遭遇短时间局部强降水时，出现地面径流汇集速度加快、流量加大的现象，尽量减轻城市防雨防洪的工作压力，从而减少城市内涝的发生次数。 2.3 提高城市水资源利用率随着各地经济的不断发展，我国的城市化已经进入以提高城市化质量为主的阶段，因此，我国相关建设者必须要坚持科学的新型城市化发展道路，将城市建设工作与城市资源保护工作相结合，实现城市的可持续发展。要想有效提高城市水资源的利用率，建设者要在现有环境下，建立起一个具有自然积存水资源、自然渗透水资源和自然净化水资源功能的海绵城市，在新型城市的建设进程中，要充分协调城市资源与城市建设之间的关系。通过建设海绵城市来提高城市水资源的利用率，可以在很大程度上缓解城市水资源短缺的问题。在建设过程中，要统筹雨水开发系统、雨水管理系统和雨水排放系统，加强对雨水的渗透、存储、管理和净化，有效收集并利用雨水资源，减轻城市供水的压力。 3 海绵城市给排水建设需要注意的问题 3.1 突出规划引领，进行科学建设在城市建设规划中，要统筹考虑相关的专项性规划、控制性规划、修建性规划等，将各项规划任务融入总体规划工作中。在规划、开发过程中，要尽量降低影响，明确各项规划目标，结合城市开发的区域特点确定相应的规划目标。通过加强对城市雨水径流控制和管理，尽量缓解城市内涝，从径流源头消灭供水污染，实现雨水资源的充分利用，有效改善城市景观，在城市内部建立起一个全面有效的水循环系统。海绵城市的建设内容复杂，工作量大，因此，要注重“大规划”的理念，从城市的供水、防洪、排水、环保等各方面入手，将各环节衔接起来，统筹规划设计，科学分析城市的给排水设施现状及未来发展趋势，按部就班地照规划设计步步推进建设。 3.2 注重顶层设计，推进建设进程与实施力度海绵城市建设的投资量大，工作周期长，且我国在该领域仍处于初步探索阶段，并没有充足的建设经验。因此，在建设海绵城市的过程中，应该充分借鉴世界先进城市的建设经验，注重对海绵城市建设的顶层设计，从国家层面上制定海绵城市建设方案，完善城市雨洪资源利用、给排水管道网络建设规章制度，通过政策扶持、财政补贴等方式推动海绵城市的建设和发展。 3.3 大力开展试点，落实责任主体与经验推广

海绵城市建设规划设计思路

海绵城市建设规划设计思路为缓解城市内涝情况，优化城市环境，海绵城市理念已受到众多城市规划和建设者的青睐。海绵城市即城市可以像海绵一样排水、吸水及储水。该类城市除了弹性良好外，还可更好地适应环境变化，使城市水资源问题得到有效缓解，提升城市应对自然灾害的能力及自身的防御能力。 1工程概况某市在开展沙湖港及周边环境综合整治工作时，将工作重点放在了排涝方面，基于周边区域发展情况，科学运用滨水景观资源，并对其进行深入利用再开发。本工程的主要目的是为了更好地处理港渠黑臭水体，提升渠道排涝能力，同时建设一个集海绵景观游憩、宣教及科普为一体综合性公园。基于工程所在地的地势情况对公园进行规划，通过多种办法建立综合海绵系统，将雨洪处理设施与城市景观结合，做到景观及防洪工作的相互结合，使公园不仅具有丰富景观，同时滨水空间也可向纵深延伸。 2海绵城市建设规划设计要点论述在开展海绵城市建设时，需考虑各种基础设施和周边情况，科学使用现有条件；需对雨落管断接技术进行优化，围绕建筑周围绿地布置使用屋顶雨水，如雨水花园等。通过建筑绿色屋顶的使用，使雨水得到净化，提升水质，同时使汇流时间得以放缓，降低公园内涝压力；

在对公园内部的绿地展开设计时，可通过多种滞留设施的使用来对其进行处理，要求布置溢流口。在进行公园设计时可降低雨水管道的布置量，若一定要使用雨水管道，须布置雨水口。从各种源头对雨水进行处理后，就将其投入到绿化及景观水体的使用中。为降低公园对水资源的使用量，景观水体应避免使用自来水作为补水水源；而应积极进行雨水积蓄利用，通过一系列措施开展雨水收集，雨水要优先投入到补充景观水体，绿化及喷洒道路方面。雨水的处理途径具体为：雨水在降落到屋面后，需要通过初期弃流，使其汇集到高位花坛及雨水桶中，之后需使其溢流汇集到低势绿地内，其中雨水桶中的雨水可以投入到绿化用水中；降落到地面上的雨水可通过雨水花园、低势绿地或渗透铺装等形式使径流得到净化及消纳，其他超标准雨水需要近排入雨水管道中。为降低雨水管道内杂质含量，可把各种截留装置，如旋流沉沙或截污挂篮等悬挂于雨水口。雨水通过处理后，其中一部分可排入雨水管内，通过间接方式加以使用，其余可流入景观水体或雨水池内得到调蓄、储存，并对其进行过滤消毒处理后再集中配水，之后可投入到道路浇洒、绿化灌溉及景观水体补水方面。由于公园本身很难消纳全部的雨水，所以过多的雨水可排入到公园周边其他公园及广场中。公园中雨水的应用流程具体如图1所示。 3海绵城市建设规划设计技术 3.1透水性铺装方法在使用透水性铺装方法时，需要考虑以下两个方面：（1）进行铺设时，材料之间应有更宽的衔接缝隙面积，从而增强缝隙透水量；（2）选择材料时，应要选择透水率更高的透水

07海绵共附生微生物次级代谢产物的研究进展_朱伟明

综　述海绵共附生微生物次级代谢产物的研究进展朱伟明,张　敏,方玉春,朱天骄,顾谦群 (中国海洋大学教育部海洋药物重点实验室,海洋药物与食品研究所,山东青岛266003) 摘　要:　海绵独特的摄食、滤食系统使其体内体表富集了大量的微生物,这些微生物能够产生多种结构新颖的生物活性物质, 对海绵共附生微生物的研究正在成为开发海洋药物资源的重要内容之一。本文按化合物的生源途径及其结构类型简要介绍近几年来海绵共附生微生物次级代谢产物及其生物活性的研究进展。关键词:　海绵;共附生微生物;次级代谢产物中图法分类号:　S917.1;R282.77 文献标识码:　A 文章编号:　1672-5174(2007)03-377-08 海绵属于多孔动物门,是最原始的低等多细胞海洋动物,全世界约有10000～15000种,我国也有5000种左右。海绵的固着生活方式,缺乏有效的物理性防御,在生存竞争中,海绵积聚或分泌许多对其他生物具有威慑性、攻击性、甚至毒害性的次级代谢产物,这些次级代谢产物往往具有显著的生物活性,包括抗菌、抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗炎、抗心血管疾病等活性,尤其是具有细胞毒活性的化合物超过10%,明显高于其他海洋动物(2%)、陆生植物(<1%)[1] 。然而,海绵采集困难、有效成分含量低等因素,制约着开发利用。近年,国外对海绵中次级代谢产物及其生态学作了探讨性研究,结果发现,某些活性物质实际上可能是由与其共附生的微生物产生的,并从海绵共附生微生物中发现许多与其宿主相同或相关的结构新颖、活性独特的次级代谢产物[2-4]。这些发现对运用海洋微生物的发酵工程、基因工程等技术在解决天然海绵资源及活性天然化合物药源问题具有重要意义。因此,对海绵共附生微生物活性次级代谢产物的研究成为国内外研究者的热点。已从海绵共附生微生物次级代谢产物中发现了含氮化合物(肽类、生物碱类、神经酰胺等)、内酯类、醌类、酮类、聚醚类、萜烯类及甾体等。作者所在课题组从2003年开始研究海绵共附生微生物及其具有细胞毒活性的次级代谢产物,已从黄渤海及南海海绵中分离获得9株具有细胞周期抑制、细胞凋亡诱导及细胞毒活性的微生物。对其中2株具有强细胞毒活性的微生物的次级代谢产物进行了活性跟踪分离,获得化合物15个(其中新活性化合物3个、高活性化合物2个),结构类型涉及生物碱、甾体、芳香类化合物等。本文将结合本实验室的工作,就近几年来海绵共附生微生物次级代谢产物的研究进展作一综述。 1　含氮类化合物含氮类化合物主要包括肽类、生物碱,它们大多具有显著的生物活性。 Alteramide A (1),1个新的有细胞毒活性的四环生物碱,是从与海绵Halichondria okadai 共附生的细菌Alteromonas sp .中分离获得的[5]。从冲绳海绵Halichondria altum 中分离的细菌Vibrio sp .代谢产生1个新的有3个吲哚环聚合的有抗菌活性的化合物trisindoline (2)[6]。从采自大西洋的海绵Isodictya setifera 中获得的通讯作者:guqianq @ouc .edu .cn 基金项目:山东省自然科学基金项目(Z2006C13);国家高技术研究发展计划项目(2003AA624020)资助收稿日期:2006-07-14;修订日期:2006-11-09 作者简介:朱伟明(1965-),男,教授,博导。E -mail :weimingzhu @ouc .edu .cn 　第37卷　第3期　2007年5月　中国海洋大学学报 PE RIODICAL OF OCEAN UNIVERSIT Y OF CHINA 37(3):377～384M ay ,2007