中国极地海洋微生物研究进展

极地海洋环境蕴含丰富的微生物资源,其独特的生命特征、特殊的极端环境适应及生态效应机制,都有着重要的科学研究意义及应用开发前景。回顾我国近10年来在极地海洋微生物领域的研究,所取得的主要进展包括:(1)揭示了南北极海洋微生物群落特有的结构和功能、二甲基硫/二甲基巯基丙酸内盐(DMS/DMSP)循环相关基因及可培养细菌基因组的独特生物地理学特征;(2)发现了极地海洋细菌通过代谢DMSP抵御原生动物捕食的新生态功能、温度响应新机制及新的几丁质氧化降解利用通路;(3)揭示了噬菌体对极地海洋细菌种群的调控作用;(4)阐明了极地海洋细菌产生的系列新型有机质降解酶的催化机制及其应用潜力;(5)建立了极地海洋细菌胞外多糖的制备工艺,评估了其在医学及食品等领域的应用潜力;(6)分离鉴定了系列极地海洋微生物新物种。以上研究成果先后发表在Nature Microbiology,Nature Communica-tions,Microbiome,ISME Journal等国际知名期刊上,提升了我国极地海洋微生物研究的水平、影响力和话语权。未来加强多学科交叉研究及前沿技术应用研发将进一步促进我国极地海洋微生物学研究的发展。

退化海洋生态系统修复相关概念与修复模式的探讨

退化海洋生态系统的修复是确保海洋资源可持续利用、保护海洋生态环境及建设海洋生态文明的关键举措,也是当前国内、外共同关注的焦点。本文在梳理海洋生态系统概念的形成与发展脉络,以及生态修复与退化海洋生态系统内涵的基础上,深入探讨了三个关键科学问题:提升科学认知、采用先进技术和加强适应性管理。这些问题的解决对于海洋生态系统的研究和修复工程的实施至关重要。

基于生物资源的万山海洋牧场生境适宜性评估

万山群岛海域生态环境日益恶化、渔业资源持续衰退,因此建设万山群岛海洋牧场,修复海域生态环境、实现渔业资源可持续利用迫在眉睫。针对现阶段基于海洋生物资源的海洋牧场适宜性评估的研究较少,本研究利用渔业资源调查和全球物种数据库记录数据及13个环境因素数据,采用物种分布模型MaxEnt对选择的白姑鱼、日本金线鱼、红星梭子蟹和浅缝骨螺潜在分布区进行预测,探讨海洋生物地理分布与海洋环境因素之间的关系进而进行万山海洋牧场生境适宜性评估,结果表明:(1)各模型AUC值均大于0.9,说明构建的模型对这些物种潜在分布的模拟效果较好,后续可采用MaxEnt模型对4种生物的栖息地分布区进行预测;(2)海底浮游植物密度、海底温度以及海底硅酸盐浓度是影响这4种海洋生物栖息地分布的关键环境因子;(3)基于该4种海洋物种MaxEnt模型的HSI分布区所存在重叠区域来看,海洋牧场拟建设区域应为纬度21.85°N~22.15°N,经度113.6°E~114.2°E。研究结果可为万山海洋牧场规划和建设提供科学依据。

不同植被类型红树林沉积物海洋线虫群落的比较——以东寨港红树林自然保护区为例

为探究不同植被类型红树林海洋线虫群落特征的差异及原因,本研究于2020年11月,在海口东寨港红树林自然保护区选择5种植被类型的红树林,对各红树植被类型下沉积物海洋线虫群落结构及多样性进行研究。结果表明,本研究中所有采样点的海洋线虫总平均丰度为(31.3±14.6) ind./cm^(2),其中白骨壤林海洋线虫平均丰度最高((55.5±4.9) ind./cm^(2)),海莲和尖瓣海莲混交林的平均丰度最低((24.4±13.8) ind./cm^(2))。共鉴定海洋线虫24科54属74种,且不同红树植被类型下海洋线虫的群落结构存在差异。聚类分析和非度量多维度分析结果将海洋线虫群落划分为5组,基本代表了5种植被类型的沉积物中海洋线虫群落。同时,海洋线虫群落物种数S、丰富度指数d、均匀度指数J、香农维纳多样性指数H′和优势度指数D在不同植被类型群落间具有显著差异,具体表现如下:榄李、混交林和角果木林海洋线虫群落丰度低且多样性低,以海绕线虫属(Haliplectus)和微口线虫属(Terschellingia)为优势属,以有机碎屑为食的沉积食性海洋线虫为主,其中特化的选择性沉积食性者占比极高(>60%);白骨壤和红海榄林沉积物中的海洋线虫丰度高且多样性高,分别以裸口线虫属(Anoplostoma)、微口线虫属(Terschellingia)和拟齿线虫属(Parodontophora)为优势属;选择性沉积食性者占比低(<23%),非选择性沉积食性者和刮食者均占比高,为优势摄食类型。通过PRIMER 6.0软件中的模块BIOENV进行生物与环境连接的逐步分析和相关检验的结果表明,沉积物分选系数和叶绿素a含量是解释研究区域线虫群落物种组成差异的最佳参数组合。同时,红树植被类型的差异同东寨港海洋线虫群落结构及多样性的变化具有密切关系。

中国海洋生物研究70年

随着中国“海洋强国”战略的提出,加快建设海洋类学科的发展成为历史必然,海洋生物是海洋不可分割的一部分,海洋环境和生物相互依存,相互作用,海洋生物研究重要性日益凸显。为纪念中国科学家在海洋生物领域的突出贡献,本文回顾了建国以来中国海洋生物相关的重要研究进展,梳理了中国科学家在海洋生物领域的突出贡献,系统总结并讨论了未来研究方向,抛砖引玉,希望籍此助推中国海洋生物研究的新高潮。

中国海洋治理的困境及其应对策略研究

随着海洋治理实践日趋深入和广泛,海洋治理框架亦日趋成熟,海洋管理体制、海洋法律法规及实施机制成为其重要组成部分。海洋管理体制、海洋法律法规及公众参与机制问题是当前中国海洋治理的主要困境。中国海洋治理中存在着海洋管理体制不顺、海洋法律法规建设滞后及公共参与机制不健全等问题,重视海洋管理体制革新策略、海洋法律法规竞合策略及公众参与机制构建策略,对推进和完善中国海洋治理十分必要。

中国海洋生态学的发展和展望

本文结合国际海洋生态学的研究历史,回顾了中国海洋生态学的发展历程。从海洋生物多样性、海洋生物生产力、海洋生态灾害以及大洋和极地研究等方面,总结了70年来中国在海洋生态学领域取得的成就。同时,指出了目前中国在此领域存在的问题、今后的发展方向和重点,为促进中国海洋生态学学科的发展和海洋生态文明建设具有重要指导意义。

海洋细菌Pseudoalteromonas sp.01中新型褐藻胶裂解酶AlyPC1的研究

为挖掘新型褐藻胶裂解酶,使其开发成为制备褐藻寡糖的工具酶,本研究中表征了来源于海洋细菌Pseudoalteromonas sp.01的褐藻胶裂解酶AlyPC1。本文作者在生物信息学分析的基础上,对AlyPC1进行了重组表达及酶学性质的研究。序列比对结果显示,AlyPC1是PL7家族第五亚家族的一个褐藻胶裂解酶。酶学性质研究发现:AlyPC1最适反应温度为35℃,将AlyPC1置于5~30℃孵育1 h,仍保留80%以上的酶活;在Tris-HCl缓冲液中,AlyPC1最适反应pH为8.0,当pH在7.5~9.0之间时,酶活保留了90%以上,证明AlyPC1具有良好的温度稳定性以及宽泛的pH耐受性;反应体系中NaCl的含量为200 mmol/L时,AlyPC1的酶活最高;乙二胺四乙酸(EDTA)以及一些金属离子如Mn^(2+)、Zn^(2+)和Ni^(2+)等能够明显抑制AlyPC1的活性。AlyPC1能够降解褐藻胶、polyG以及polyM三种底物,因而说明AlyPC1是一种双功能褐藻胶裂解酶。同时,AlyPC1以内切的形式降解褐藻胶,产生二糖、三糖以及四糖。

中国海洋经济增长与海洋环境污染互动关系研究——基于广义脉冲响应函数的实证分析

论文运用广义脉冲响应函数方法,考察我国1999-2011年间海洋环境污染指标与海洋经济增长之间的长期动态影响特征。分析结果表明,海洋经济增长是导致我国海洋环境污染排放增加的重要原因,随着海洋经济的增长,将导致各类污染物的排放量在当期大幅增加,但在后期影响作用越来越小,而且我国海洋环境将有进一步恶化的趋势;海洋环境污染物排放的增加会阻碍海洋经济的发展,而污染物排放的增加在当期对海洋经济增长不会产生冲击,其负面影响往往要在滞后一段时期后才得到显著反应。

海洋动物胚胎冷冻保存的研究进展

冷冻保存是一种在生物及医学领域广泛使用的技术手段。自20世纪90年代以来,有关冷冻保存方法的研究逐年增多,其研究方向不仅局限于物种范围,在细胞类型以及应用领域中也呈现出多样化的趋势。随着海洋动物在胚胎学及遗传育种方面研究的不断深入,致力于冷冻保存海洋动物胚胎的研究也在增多。本文聚焦于海洋动物胚胎冷冻保存技术,按海洋棘皮动物、海洋软体动物、海洋虾类及海洋鱼类来对海洋动物胚胎进行分类,概述了近年来对30余种海洋动物胚胎冷冻保存研究的进展,分析了海洋动物冷冻保存所面临的技术挑战以及未来的发展趋势。

海洋环境中抗生素抗性基因的分布、来源、传播和风险研究

当前抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)在海洋环境中已普遍存在并广泛传播,具有潜在的生态健康风险。本文综述了国内外近岸海洋环境(河口、沿海地区以及周边海洋)和极地海域中ARGs的分布和归趋特征,总结了医疗废水、陆地径流、污水处理厂尾水和养殖废水等近岸海域ARGs的主要来源,分析了近岸海域ARGs的传播扩散途径和影响因素,探讨了近岸海域ARGs传播对人类健康构成的潜在风险以及评估方法。最后,我们从构建海洋环境中ARGs污染的标准化检测方法、深入研究海洋环境中ARGs的传播转移规律等方面对今后的研究进行了展望。本综述为全面了解海洋环境ARGs污染以及健康风险提供支撑。

分层递进式海洋生命科学创新人才培养实践教学体系的构建与实践

按照布鲁姆教育目标分类理论建立实践教学体系,将生物科学、生物技术和生态学三个专业的实践教学作为一个整体考虑,在生命现象的认知、专业技能训练、分析与应用能力培养的基础上营造创新的氛围和土壤,构建了"3+1"分层递进式实践教学体系,为学生创新能力的养成提供有利的环境。对教学内容和方法进行改革,建立和完善了由学生自主管理的 "创新实践基地",为创新人才成长提供了保障,人才培养质量得到明显提升。

三嗪除草剂扑草净对海洋浮游植物群落的影响——基于对微藻种群动态、种间竞争和光合能力的分析

以三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、海水小球藻(Chlorella pacifica)和球等鞭金藻(Isochrysis galbana)为研究对象,设置单藻培养组和双藻1:1(细胞密度比)共培养组,研究了扑草净对3种海洋饵料微藻种群动态、光合能力和种间竞争的影响.结果表明,扑草净对三角褐指藻、海水小球藻和球等鞭金藻的96h-EC50值分别为为7.65,16.67,4.11μg/L,扑草净对3种微藻的毒性大小为:球等鞭金藻>三角褐指藻>海水小球藻;扑草净通过抑制微藻的光合作用使微藻种群数量显著降低;扑草净暴露减弱了海水小球藻对三角褐指藻的竞争抑制且暴露于环境浓度(0.5和5μg/L)扑草净12d后便可导致海水小球藻和球等鞭金藻共培养体系中的敏感种球等鞭金藻全部消亡,最终使得种间作用向着更有利于硅藻的方向发展.研究结果为评估三嗪类除草剂扑草净的海洋生态风险提供了理论支撑.

论海洋中国梦的建构性特征

海洋中国梦是以海洋文明复兴和海洋文明转型为双重目标,关于"认知海洋、利用海洋、生态海洋、管控海洋与和谐海洋"的愿景规划和理想追求。它是中国梦的有机组成部分,同时也是实现中国梦的重要途径。海洋中国梦不同于西方航海时代的海洋争霸,也不同于我国传统的海洋开发策略,具有鲜明地建构性特征。

溢油在海洋生态系统中的风化、生态学效应及环境风险评价

海洋石油污染是全球性的海洋环境问题之一,对海洋生态系统影响极大。本文综述了溢油入海后降解、转化及其随食物链的传递过程,分析其对海洋三大生物类群的毒性效应及可能的作用机制,探讨评价溢油环境风险的方法,并对今后的研究进行展望,为深入研究溢油的生态学效应、科学评价溢油的环境生态风险提供参考。

磷酸三丁酯诱导下海洋浮游植物活性氧产生的分子机制研究

随着多溴联苯醚被逐步禁用,有机磷酸酯成为主要的替代品被广泛使用,逐渐进入到海洋环境中,给海洋生物带来极大威胁。由有机磷酸酯导致的活性氧(ROS)过多积累而产生的氧化损伤被认为是其致毒的主要机制。但在浮游植物细胞中,ROS如何被诱导产生并不清晰。本文以海洋硅藻——三角褐指藻为研究对象,利用转录组和生理生化手段,研究了浮游植物细胞ROS产生与清除过程对一种烷基有机磷酸酯——磷酸三丁酯(TnBP)的响应特征。结果表明,不同浓度TnBP胁迫(1.5、3.0和4.5μmol·L^(-1))能够诱导三角褐指藻细胞内ROS含量上升。转录组和生理生化验证结果显示,TnBP抑制了三角褐指藻的岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体捕光天线蛋白和放氧复合体关键组分的基因表达,下调了铁氧还蛋白-NADP+还原酶等电子传递链关键基因的表达量和电子传递速率,促进了ROS的产生。同时,TnBP抑制了过氧化物酶体中与货物蛋白转运相关基因的表达。在谷胱甘肽代谢途径中,TnBP虽然诱导抗坏血酸抗氧化酶活性升高,但降低了谷胱甘肽还原酶活性和基因表达,造成还原型/氧化型谷胱甘肽比值下降,表明TnBP抑制了藻细胞对ROS的清除能力,最终引起了ROS的过量积累。在所有的生理生化指标中,光合电子传递速率可以作为敏感的生物标志物来反映TnBP对浮游植物的生态毒性。研究结果将为包含TnBP在内的烷基有机磷酸酯的毒性作用模式提供依据,对于海洋生态系统中有机磷酸酯的风险评估具有实际意义。

海洋弧菌对青岛近岸浒苔暴发的响应研究

本研究拟针对浒苔(Ulva prolifera)暴发过程中微生物群落结构的变化规律进行探索,研究结果将对了解浒苔暴发期间的生物地球化学循环具有重要意义。本研究以海洋弧菌为研究对象,通过原位取样、传统培养以及高通量测序等分子生物学手段,探究青岛近岸浒苔暴发过程中弧菌丰度和群落组成的演替规律。研究结果表明,弧菌丰度随着浒苔暴发出现显著性增加,且主要发生在浒苔暴发末期。浒苔暴发过程中营养物质吸收与释放,特别是浒苔释放的溶解有机物(DOM),使弧菌群落结构出现明显演替,优势类群由浒苔暴发前的灿烂弧菌(Vibrio splendidus)转变为消退后的坎贝氏弧菌(Vibrio campbellii)。另外,温度和SiO32-是影响弧菌丰度和群落组成的重要环境因子。

除草剂高效氟吡甲禾灵对4种海洋生物的急性毒性效应

高效氟吡甲禾灵(HPME)为禾本科植物选择性除草剂,对海岸带入侵生物互花米草(Spartina alterniflora)有针对性去除效果。为评估HPME在互花米草治理过程中对海洋生物的安全风险,文章采用静水生物试验法开展HPME对4种常见海洋生物的急性毒性试验。结果显示,当水温为18.0±1.0℃时,在HPME的胁迫下,4种受试生物均表现出肌肉松弛、运动能力下降、反应迟钝的现象,且随着胁迫时间的延长,受试生物的死亡率逐步上升,表明HPME对这些海洋生物具有神经毒性,且有累积毒性效应;HPME对四角蛤蜊(Mactra veneriformis)、刺参(Apostichopus japonicus)幼体、半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)鱼苗、琵琶拟沼螺(Assiminea.lutea)的96 h半数致死浓度(LC_(50))分别为0.888 mg/L、1.382 mg/L、0.656 mg/L、8.674 mg/L,安全浓度(SC)分别为0.0888 mg/L、0.1382 mg/L、0.0656 mg/L、0.8674 mg/L;根据化学农药环境安全评价试验准则,HPME对半滑舌鳎鱼苗和四角蛤蜊的毒性等级为高毒,对刺参幼体、琵琶拟沼螺的毒性等级为中毒。研究结果可为HPME在互花米草防治中的应用提供参考依据。

中国边缘海和西北太平洋可培养弧菌多样性及可培养弧菌胞外酶活性研究

为了探究可培养弧菌在不同海洋生境中的物种组成和其对褐藻胶和几丁质的降解能力,本研究对中国边缘海(渤海、黄海、东海及南海)和西北太平洋中的可培养弧菌进行了系统性的分离培养与分析。通过16S rRNA基因序列比对,初步确定这些弧菌的分类地位,并对部分菌株进行了胞外酶活性检测。本研究共获得弧菌744株,分属于52个种,有14个潜在新菌,分属于7个潜在新种。在中国边缘海区域共分离得到弧菌368株(分属于43个种),其中坎贝氏弧菌(Vibrio campbellii)为最优势种,共分离出52株。而在西北太平洋海域共获得弧菌376株(分属于26个种),其中查格斯氏弧菌(Vibrio chagasii,159株)占据了绝对优势地位。除不同海域间的差异外,在本研究中还发现大洋不同深度处可培养弧菌的丰度与多样性也有明显不同,海洋真光层分离出的弧菌数量最多,多样性也最高。选取中国边缘海的262株弧菌,对其进行几丁质酶和褐藻胶酶活性检测。其中:7.25%的弧菌具有褐藻胶酶活性;40.84%的弧菌具有几丁质降解能力。中国边缘海与西北太平洋可培养弧菌都具有较高的多样性,但它们的物种组成存在显著差异。同时,海水的深度也是影响可培养弧菌丰度和多样性的重要因素。这些弧菌多具有降解几丁质和褐藻胶的能力,对海洋碳代谢循环起到了重要作用。

海洋异养浮游细菌生物量及生产力的制约因素

根据海洋异养浮游细菌既是分解者 ,又是生产者的特点 ,从生态学方面探讨了海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用、研究现状及细菌生物量和生产力的制约因素。认为具有重要生态学意义的海洋异养浮游细菌生物量和生产力的主要影响因素有溶解性有机碳的性质及含量、无机营养盐浓度、海水温度、微量金属元素 (如铁 )含量。