抗污损双吲哚生物碱类化合物的作用机制及其环境生态风险评估

Diindol-3-ylmethanes belong to the antifouling (AF) bisindole alkaloids with diindol-3-ylmethylene, which show low-toxicity to target organisms and excellent AF activity in the field test. These compounds have great potentials in the commercialization of environmental-friendly AF compounds. Up until now, there is no other report on the mode of action (working mechanism) and environmentally ecological risks assessment of these AF compounds. In this project, we will investigate 1) the mode of action of two antifouling compounds di(1H-indol-3-yl)methane (DIM) and 4-(di(1H-indol-3-yl)methyl)phenol (DIM-Ph-4-OH) using Bugula neritia as the target organism; 2) ecotoxicology of these two compounds using Melita longidactyla, Oryzias melastigma and Prorocentrum dentatum as the representative non-target organisms; and 3) degradation kinetics of DIM and DIM-Ph-4-OH in seawaters of sub-tropical harbors. This work will deepen our understanding of how antifouling compounds affect the settlement and metamorphosis of marine fouling organisms and provide scientific insights for the commercialization potential of diindol-3-ylmethanes. In addition, this project will provide theoretical foundation and technical support for future development of eco-friendly antifouling additives of our own country.

以 3,3'-二吲哚亚甲基为基本结构的双吲哚生物碱类化合物对目标污损生物毒性低，海区应用挂板抗污损效应强，具有作为环保型海洋防污剂的实用价值和开发潜力。截至目前，该类化合物尚未见其抗污损作用机制及其环境生态风险评估的任何报道，值得深入研究。本项目研究以抗污损双吲哚生物碱类 3,3'-二吲哚甲烷和 4-（二（1H-吲哚-3-基）甲基）苯酚为化合物基础，以苔藓虫为污损生物代表物种，以马尔他钩虾、海水青鳉和原甲藻为非靶向生物毒性测试模式生物，以亚热带深圳海域海水为物质降解速率测定环境介质，对双吲哚生物碱类化合物进行抗污损作用机制研究及其环境生态风险评估，最终加深我们对该类化合物如何调控污损生物附着变态这一复杂过程作用机制的认识，该项目所获得的数据将为双吲哚生物碱类化合物作为环保型海洋防污剂的商业开发及应用价值评估提供重要参考数据，并为我国开发具有自主产权的环保型防污剂提供理论基础和技术支持。

以3,3'-二吲哚亚甲基为基本结构的双吲哚生物碱类化合物对目标污损生物毒性低，海区挂板应用抗污损效应强，具有作为环保型海洋防污剂的实用价值和开发潜力。本项目以抗污损3,3'-二吲哚甲烷DIM和4-（二（1H-吲哚-3-基）甲基）苯酚DIM-Ph-4-OH为化合物基础，对该类化合物进行了抗污损作用机制研究及其环境生态风险评估，主要包括：1）运用转录组学方法探究不同浓度DIM处理苔藓虫幼虫后的差异表达基因，采用生物信息学工具分析幼虫应答DIM的复杂过程，揭示DIM可能通过影响与幼虫附着变态过程中的脂肪酸生物合成、蛋白质合成、应激性和细胞凋亡通路等相关基因来发挥其抗污损作用，同时大量与脂肪酸生物合成及蛋白合成相关基因的表达发生上调，目前在其他抗污损活性物质分子作用机制中未发现此种现象，这也许是DIM特有的抗污损作用机理；2）通过非损伤微测技术和原子力显微镜对DIM-Ph-4-OH的抗新月菱形藻污损作用机理进行了初步探究，结果表明该化合物可改变藻细胞表面H+和Ca2+流量，同时通过增加藻细胞壁的粗糙程度来降低细胞壁完整性，从而使其表面对痕量金属的吸附基团种类和数量变少而发挥抑藻作用；3）在有效抗污损浓度范围内，DIM对海水原甲藻具有一定的急性毒性，而DIM-Ph-4-OH对该藻几乎无毒；8.46 μg L-1的DIM处理海水青鳉28天后，对成鱼下丘脑-垂体-性腺-肝脏轴线相关的内分泌与生殖功能表现出慢性毒性，主要是由于成鱼轴线器官中的部分基因发生差异表达，扰乱激素分泌，使雌鱼体内卵黄蛋白原和卵壳蛋白含量降低，而雄鱼则相反。随后，导致雌鱼卵巢生殖功能下降，对雄鱼则造成较为明显的肝脏组织液泡化；此外，初步确定了DIM在自然海水中，23°C、4天后可降解。本研究加深了人们对抗污损化合物如何调控污损生物附着变态这一复杂过程作用机制的认识，所获得的数据将为双吲哚生物碱类后续作为环保型防污剂的应用与开发提供重要参考。本项目已发表相关研究论文9篇，其中SCI收录6篇，申请专利1项，协助培养已毕业硕士研究生3人。