浒苔(Ulva prolifera)漂浮生态型的分枝表型及其可塑性

黄海绿潮由浒苔漂浮生态型主导,普遍认为其具有高度分枝的表型特征,但始终缺乏形态学的量化表征。本研究针对浒苔的分枝表型,通过广泛采集漂浮生态型与定生群体样本,使用最高分枝级数和一级分枝密集度两个形态学指标进行了量化表征,结果表明,定生浒苔普遍仅有一级分枝或无分枝,而漂浮生态型分枝级数最高可达五级,其一级分枝密集度是定生浒苔的5.8倍,说明漂浮生态型的分枝程度显著高于定生浒苔。另外,无论自然条件还是人工培养条件下,发现漂浮生态型分枝表型的可塑性也明显强于定生群体。上述结果提示,高度分枝表型是漂浮生态型重要的漂浮适应性特征;而分枝表型的强可塑性,可能有助于其适应漂浮过程中多变的海洋环境。上述结论可为后续深入研究提供形态学量化指标和重要理论依据。

浒苔(Ulva prolifera)共附生细菌群落结构分析的引物优化

海藻共附生细菌密切参与宿主的生长发育、营养吸收等重要过程,浒苔(Ulva prolifera)是构成黄海绿潮的唯一优势种,对其共附生细菌开展群落结构分析,有望为成灾机制研究提供重要线索。由于植物叶绿体基因组同时具备原核特征和高拷贝数,会严重干扰共附生细菌基于16S rDNA的序列扩增。高等植物中开发了通用引物799F,利用其3′末端与植物同源区的非配对双碱基,可实现对细菌来源序列的特异性扩增。本文针对多个浒苔群体样本,首次评价了引物799F在藻类中的适用性,发现799F的3′末端与浒苔叶绿体同源区仅存在非配对单碱基,其扩增仍会受到浒苔叶绿体严重干扰。在引物799F的基础上,设计了新引物800F,与通用反向引物1492R配对扩增细菌16S rDNA中具高分辨率的V5-V9可变区,配合使用具热启动功能、同时不具校对功能的DNA聚合酶,可基本完全避免浒苔叶绿体来源序列的扩增,并阐明了方法的原理。优化的引物扩增方案可用于浒苔共附生细菌群落结构分析。

外源CaCl_(2)调控浒苔(Ulva prolifera)高温逆境的比较转录组研究

钙(Ca^(2+))作为一种必需的信号分子,在植物的生长发育和非生物胁迫调节中起着至关重要的作用。本实验采用BGISEQ平台进行高通量测序,获得浒苔外源CaCl_(2)添加(UpCa)和高温对照(UpHT)处理下相关的转录组数据,分析了在高温(35℃)下外源CaCl_(2)的添加转录组的变化。结果显示,根据UpHT和UpCa处理分析共获得36625条基因;与UpHT相比,在UpCa下鉴定出7513个差异表达的基因,包括6002个上调基因,1151个下调基因,对差异基因进行了GO富集和KEGG富集分析。对膜转运、植物信号转导和环境适应性相关的差异基因进行KEGG富集分析,主要富集在内吞(Endocytosis)、植物病原菌互作(Plant-pathogen interaction)、丝裂原激活的蛋白激酶信号通路(MAPK signaling pathway-plant)、植物激素的信号传递(Plant hormone signal transduction)、ABC转运(ABC transporters)和磷脂酰肌醇信号系统(Phosphatidylinositol signaling system)等代谢通路上。植物激素信号转导途径中,细胞分裂素、脱落酸、油菜素内酯和乙烯信号转导途径增强。抗氧化酶中FeSOD、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽S转移酶和抗坏血酸过氧化物酶等基因表达上调,下调的基因主要是热激蛋白。Ca^(2+)信号组分基因钙结合蛋白、钙调素、钙/钙调素依赖的蛋白激酶以及钙/钙调蛋白依赖性3′,5′环核苷酸磷酸二酯酶的基因表达上调,丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶和磷脂酰肌醇信号相关的基因也差异性上调。本研究系统阐述了植物信号转导、抗氧化酶、MAPK信号系统以及Ca^(2+)信号组分基因在外源CaCl2对浒苔高温压力的调节中的重要作用,可为进一步阐明Ca^(2+)信号对高温的调节适应机制提供理论基础。

盐度对浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体萌发生长及藻体繁殖的影响

黄海绿潮起源于苏北浅滩,每年夏天漂移到青岛沿岸泛滥成灾,对生态环境造成严重破坏。苏北浅滩受沿岸径流输入影响,盐度变化范围大,青岛海域盐度较稳定,稍高于苏北浅滩。盐度对浒苔微观繁殖体萌发、藻体生长及繁殖过程具有重要作用,通过室内连续受控实验,系统研究了固定盐度(5、10、15、20、25、30、33、35)和变化盐度(盐度逐渐降低)对浒苔微观繁殖体固着、萌发、藻体生长和繁殖不同阶段的影响,主要结论如下:固着阶段,盐度5不利于浒苔微观繁殖体的固着,盐度10~35对微观繁殖体固着的影响不显著,相同盐度下,孢子的固着量显著高于配子。萌发阶段,不同盐度(5~35)及不同盐度变化形式对微观繁殖体(孢子和配子)的萌发没有显著影响,孢子的萌发速度快于配子,最终均能完全萌发。生长阶段,低盐(5~15)不利于浒苔幼苗的生长。繁殖阶段,当盐度≤10时,浒苔不进行生殖活动;盐度15~35范围内,浒苔可以产生微观繁殖体,完成一个完整的生活史;在绿潮形成过程中,孢子的生殖策略为K对策,配子的生殖策略为R对策。上述结论表明,在苏北浅滩和青岛海域,盐度不是限制浒苔发生发展及繁殖过程的关键环境因子,明确了盐度在绿潮发生过程的作用,为揭示绿潮暴发机制提供科学依据。

浒苔对NH_4^+-N与NO_3^--N吸收的相互作用

在国内首次研究了大型海洋绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)对NH4+-N与NO 3--N两种氮源的选择吸收作用。结果表明:当两种氮源等浓度比例存在时,随着NH4+-N与NO3--N浓度升高,藻体对NH4+-N的吸收速率逐渐升高,而对NO3--N吸收受到抑制;当NO3--N和NH 4+-N高浓度比存在时,藻体对NH4-N的吸收速率随着NO3--N/NH4+-N比例的升高和NH4-N浓度的下降而降低;当NO3--N和NH4+-N低浓度比存在时,藻体对NH+4-N保持较高的吸收速率,而对NO3--N的吸收效率随着NO3--N浓度的降低而降低;浒苔具有同时利用水体中较高浓度的NH+4-N和NO3--N的能力,只有当NH4+-N或NO3--N浓度较低时,才以吸收相对应的氮源为主。这说明浒苔能够快速、大量地吸收水体中氮源,为爆发性增殖贮备物质条件。同时,即便两种氮源同时存在,浒苔对NH+4-N的吸收速率也远高于对NO3--N的吸收速率,因此,控制NH4+-N的大量输入仍是预防浒苔绿潮爆发的关键。

扁浒苔PCR快速检测方法研究

扁浒苔(Ulva compressa)能够导致绿潮灾害,对其开展快速检测技术研究是预防和控制其危害的重要技术手段。根据石莼属不同种类核糖体基因转录间隔区域(ITS)的序列设计了一对检测扁浒苔的特异性引物,并对其反应条件和体系进行了优化。PCR特异性检测结果表明,供试扁浒苔均扩增出与预期大小相一致的330 bp产物,而对缘管浒苔(Ulva linza)、浒苔(U.prolifera)、曲浒苔(U.flexuosae)、孔石莼(U.pertusa)的检测结果全为阴性。PCR灵敏度试验表明,该PCR体系最低可以检测到10 pg的扁浒苔DNA模板。本快速检测方法为扁浒苔的早期识别与有效治理提供了科学依据,对相关扁浒苔产业和生态学等研究也具有一定参考意义。

基于HJ-1A/1B的2014年黄海海域浒苔灾害时空分布

自2007年以来,黄海海域每年的5月初-8月中下旬浒苔（Ulva prolifera）会周期性地暴发与消亡,导致海洋生态环境被破坏以及经济损失。利用2014年的HJ-1A/1B遥感影像,利用神经网络监督分类及RULE规则影像重分类动态阈值法,对2014年的浒苔的漂移路径、各时期影响的海域面积、分布面积以及暴发高峰期的最大面积进行了动态监测。结果表明,2014年浒苔持续时间为101 d,5月中旬开始在江苏省盐城市近海出现零星斑点,分布面积为2.299 km^2,影响面积为1744.799 km^2；6月初到6月中旬浒苔广泛分布于黄海海域,分布面积扩大至1367.145 km^2,达到当年的峰值；从6月下旬开始,浒苔进入衰退期,浒苔分布面积、相对聚集密度均急剧缩小,但影响面积的峰值出现在该时期；8月初消亡于青岛附近海岸,8月20日遥感影像已难以监测到浒苔的存在。2014年黄海海域浒苔经过了“出现—发展—暴发—衰退—消亡”5个发展阶段。

浒苔原生质体再生苗对草丁膦与6种抗生素的敏感性

浒苔(Ulva prolifera)是构成黄海绿潮的优势种,通过构建浒苔稳定转化系统,可以为相关基因功能验证提供有力工具。本文以浒苔原生质体再生苗为材料,试验了对除草剂草丁膦和6种抗生素的敏感性,发现浒苔对氨苄青霉素、卡那霉素、硫酸链霉素、Zeocin 4种抗生素不敏感,对氯霉素、潮霉素较敏感,对除草剂草丁膦极为敏感,进一步统计得出草丁膦对浒苔的半致死剂量(LD50)和95%可信限,发现敏感性与光周期明显相关。上述结果为进一步筛选转化子、构建浒苔稳定转化系统打下了基础。

基于国产静止高分卫星GF4-MSS数据的浒苔灾害监测研究

基于国产静止卫星高分四号(GF4)MSS(Multi Spectral Scanner)传感器大气层顶反射率数据,采用缨帽变换得到的绿度指数实现了对中国近海浒苔(Ulva prolifera)灾害的准确监测。该算法无需大气校正和云掩膜环节,容易操作实施,同时可有效排除云像素干扰。将绿度指数应用到2019年多幅GF4-MSS遥感图像上,有效分析了浒苔范围的动态变化,为国产高分卫星系列监测浒苔灾害提供了新的技术支撑,同时推广国产光学卫星资料的使用率。

2008年黄海绿潮路径的数值模拟

利用FVCOM模式拉格朗日粒子跟踪模块模拟了2008年5月到7月黄海绿潮漂移路径,根据遥感图像选取粒子跟踪的初始位置和初始时刻,模式中加入M2,S2,K1,O1四个主要分潮和Quickscat每日风场资料作为驱动,模拟的粒子运动的主要路径和到达青岛近岸的时间与遥感图像对比都比较吻合。该结论进一步验证了前人关于青岛绿潮来源于苏北沿岸这一结论,又表明FVCOM模式可以为以后的绿潮生态模型研究提供背景流场。