微生物次级代谢产物一直都是新型药物先导化合物的宝贵资源库。然而,常规的天然产物分离研究目前已面临两个日益严峻的难题:第一个问题是常规培养条件下次级代谢生物合成基因簇的沉默现象阻碍了对这一资源库的高效挖掘,第二个问题是已知化合物的重复分离现象在微生物次级代谢产物分离过程中日益普遍,已造成了大量实验精力与资源的双重浪费。本文采用重金属胁迫与微生物共培养两条技术路线来诱导海底热液口微生物次级代谢沉默基因簇的表达,并结合代谢组学策略快速定位及分析激活沉默基因簇后新产生的次级代谢产物,实现了微生物常规培养条件下隐蔽的活性天然产物的高效筛选与对这些隐蔽天然产物化学生态学功能的初步探讨。主要研究内容及结果如下:1)综合重金属胁迫培养体系和代谢组学分析方法设计了一个海底热液口放线菌隐蔽抗生素发现策略,通过应用这一抗生素发现策略,我们快速从一株热液口放线菌Streptomyces sp.WU20的镍胁迫发酵液中分离得到一个菌株常规条件下不合成的的新抗生素1。抑菌活性测试显示这一带特殊环丙烷边链结构的胁迫产物具有良好的抗枯草芽孢杆菌活性。2)新设计了一个菌种间物理分隔但是互相可以进行化学物质交换的多菌种跨膜共培养装置,并且通过综合质谱分析,多变量数据分析及质谱分子网络化等多种技术建立了菌种间化学交流下微生物隐蔽天然产物的发现策略。结合这一新装置和代谢组学策略,我们研究了菌种间化学接触对一个真菌-细菌人工群落及一个放线菌-放线菌人工群落的次级代谢组的影响作用。结果显示菌种间化学交流能对人工共培养群落的次级代谢产生显著影响,可以诱导共培微生物新合成或增加分泌一系列分子。在热液口真菌Cladosporium sp.WUH1和模式细菌Bacillus subtilis CMCC(B)63501组成的共培养体系内,真菌对比单独培养时新合成一组带有多羟基边链的特殊联苯醚分子,其中包含一个具有抗肺炎克雷伯菌活性的新抗生素(7)。更进一步的代谢组学分析结果揭示联苯醚分子的诱导效应可能来源于人工微生物群落中真菌在细菌分泌抗真菌表面活性肽后的化学防御反应。3)构建了一个由热液口橘青霉Penicillium citrinum Y34与模式细菌绿脓杆菌Pseuodomonas aeruginosa CMCC(BB)1 01 04组成的跨膜共培养体系,通过质谱分子网络化的方法揭示了共培养体系中丰度较低的新橘霉素类分子。为了增加这些新代谢产物在共培养体系中的产量,我们新设计了一个加速菌种间化学交换的机械循环式共培养装置。结合多变量数据分析与质谱分子网络化技术筛选得到机械循环式共培体系中与化学交流速度正相关的一对新橘霉素类代谢产物。最终,通过质谱导向的追踪分离成功发现了一个结构高度氧化的新骨架类型抗生素citrinolide(29)。这一新结构具有比生合成前体橘霉素更强的抗绿脓杆菌活性,说明其可能为菌种间竞争过程中真菌化学防御机制的反应产物。4)构建了一个由热液口真菌A.spergillus.sclerotiorum DX9和热液口放线菌·Streptomyces sp.WU20组成的同源热液口微生物跨膜共培养体系,经过代谢组学分析发现真菌菌株在共培养体系中与单独培养相比会显著增加分泌一系列notoamide类型结构。基于诱导分子的追踪分离结果与notoamide类结构的已有生合成研究,我们发现目标共培养体系中真菌不仅自身合成notoamide结构的生合成前体cyclo(Pro-Trp),同时还生物转化了放线菌分泌的cyclo(Pro-Trp)以合成更多的notoamide型分子。进一步的代谢组学分析证明热液口放线菌Streptomyces sp.WU20这一菌株具有高效的外源氨基酸转化能力,在目标共培养体系中添加外源色氨酸与脯氨酸可以进一步增加notoamide类型化合物的产量。这一系列结果可以为海洋微生物次级代谢沉默基因簇的诱导表达及对应隐蔽天然产物的高效挖掘提供新的研究思路,同时也证明我们设计的跨膜共培养装置结合代谢组学分析策略可以为自然界微生物群落生态的探究提供重要的化学线索。