南海长棘海星物种有效性探讨

南海长棘海星暴发已严重威胁到该海域珊瑚礁生态系统健康,乃至整个南海生物多样性。针对南海长棘海星拉丁学名混用、中文名不统一的现状,我们采集了中沙群岛济猛暗沙海域长棘海星样品,结合长棘海星此前物种分类和分布的研究结果,对南海长棘海星物种有效性进行探讨。结果表明:所有长棘海星序列明显分为4个类群,各类群间遗传距离范围为0.087 5~0.104 7,达到了种间差异水平。南海长棘海星与长棘海星的太平洋种聚类到一起,实为太阳长棘海星(Acanthaster solaris),与其余3个种存在明显的种间差异。太阳长棘海星中2个支系间的遗传距离为0.005 3,在COⅠ基因层面属于种内差异。南海长棘海星物种有效性的研究结果为后续开展其遗传特征与适应性机制、种群分布与扩散机制、种群暴发机制等内容的研究提供科学依据。

基于环境DNA技术的西沙礁区长棘海星种群丰度研究

长棘海星(Acanthaster planci)作为珊瑚的天敌之一,因其对珊瑚礁生态系统的灾难性破坏而备受关注。然而,长棘海星在南海珊瑚礁生态系统中的时空分布特征仍不清楚。本研究于2020年9月、2021年4月和2022年1月对西沙群岛礁区表层海水进行取样,借助环境DNA(environmental DNA)和实时荧光定量PCR技术分析了表层海水中长棘海星线粒体细胞色素-c-氧化酶亚基I(COTS-mtCOI)基因片段浓度的时空变化,及其与海水温度、盐度、pH、叶绿素含量和营养盐含量等环境因子的相关性。结果发现,2020-2022年,西沙礁区COTS-mtCOI片段浓度的变化范围为0~4.13×10^(7)拷贝数/m^(3),且永乐环礁附近一直有较高的COTS-mtCOI片段浓度。对于华光礁、晋卿岛、羚羊礁、全富岛和赵述岛而言,2020年9月表层海水中COTS-mtCOI片段的平均浓度显著高于2021年4月和2022年1月(p<0.05)。此外,COTS-mtCOI片段浓度与表层海水的温度显著正相关(p<0.05)。研究结果表明,当前长棘海星群体广泛分布于我国西沙群岛海域,永乐环礁可能分布着较高密度的长棘海星群体,水温升高可能促进长棘海星的暴发。本研究有助于了解南海珊瑚礁生态系统中长棘海星的种群分布特征,同时也能够对长棘海星暴发的预警预报提供理论依据。

四种微藻对长棘海星幼虫存活率和生长发育的影响

长棘海星[the Crown-of-Thorns Seastar(CoTS);Acanthaster spp.]的暴发严重破坏珊瑚礁生态系统的功能和物种多样性,其幼虫的存活率是决定成体种群密度的关键因素之一,因此了解长棘海星浮浪幼虫阶段的摄食及营养需求对于长棘海星灾害防控至关重要。本研究选用杜氏盐藻(Dunaliella salina)、牟氏角毛藻(Chaetoceros meülleri)、亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)和小球藻(Chlorella vulgaris)4种微藻喂养长棘海星幼虫,通过测定不同喂养条件下长棘海星幼虫的存活率、体长、体宽和胃面积等参数,结合4种微藻的营养含量,综合分析了不同微藻对长棘海星幼虫生长发育的影响。结果表明,不同的藻类投喂对长棘海星幼虫存活和生长发育产生显著的差异。幼虫生长到第16天时,牟氏角毛藻喂养的幼虫存活率为(7.20±0.01)%,所喂养幼虫的体长(678.83μm)、体宽(391.04μm)和胃面积(14628.14μm^(2))均显著高于杜氏盐藻、亚心形扁藻和小球藻喂养的幼虫。藻类生理指标和营养成分分析表明,牟氏角毛藻的蛋白质含量、能量、以及C20系列脂肪酸、饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸均高于杜氏盐藻和小球藻,而且其大小可能比较适宜幼虫的捕食。本研究表明特定种类的饵料藻类是决定幼虫发育的关键因素。

有机磷酸酯在南海长棘海星中的生物富集特征及来源解析

有机磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)是环境中一类新型有机污染物,其在南海水体和生物中普遍存在。有关南海长棘海星中OPEs的富集特征尚缺乏研究。因此,文章使用气相色谱串联三重四极杆质谱仪(gas chromatography tandem triple quadrupole mass spectrometry,GC-MS/MS)对南海珊瑚礁区长棘海星中11种典型OPEs的生物富集特征及来源进行了分析。结果表明,氯代OPEs普遍存在于长棘海星组织中,占11种OPEs总含量(∑11OPEs)的95%~98%;长棘海星中∑11OPEs(干重)存在明显的组织间差异,幽门盲囊(60.2~1130ng·g^(-1))和胃(68.2~1181ng·g^(-1))显著大于表皮(9.31~569ng·g^(-1))(p<0.05),幽门盲囊和胃在长棘海星积累OPEs时起着重要作用;长棘海星组织对磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCIPP)的生物富集能力较强,即TDCIPP在长棘海星组织中的生物富集因子BAFs大于5000L·kg^(-1);磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(TCIPP)、TDCIPP和磷酸三正丁酯(TNBP)在从珊瑚向长棘海星传递过程中表现出了生物放大效应,即长棘海星可以通过捕食珊瑚富集这4种OPEs;源解析表明,南海长棘海星体内OPEs可能主要来源于南海渔业活动、岛礁建筑和周边国家废弃物的释放,少部分可能来自船舶运输过程的释放。

长棘海星的体内脂肪酸成分及其生物学意义分析

长棘海星是热带和亚热带海域珊瑚的最重要捕食者。首次报道了长棘海星体内总脂肪酸的提取方法及其成分与含量测定。用石油醚提取低极性组分，经硅胶柱层析分离得到游离脂肪酸（酯）；用乙酸乙酯提取酯溶性神经酰胺及其衍生脂类，提取物和残余的水溶性脂类分别经盐酸甲醇解，水解产物再用石油醚提取。各提取及分离组分经GC-MS分析，发现游离脂肪酸中有C14～C20的长链饱和与不饱和脂肪酸，其中二十碳的Ω-3和Ω-6多价不饱和脂肪酸含量高，如：5，8，11，14-二十碳四烯酸甲酯（主要），8，11，14-二十碳三烯酸，5，8，11，14，17-二十碳五烯酸甲酯。在盐酸甲醇解产物中，主要检测到系列饱和脂肪酸和高含量的甾醇成分。多价不饱和脂肪酸是维持细胞膜结构和功能的必要组分，也是合成其它生理活性物质的前体化合物。据报道不饱和脂肪酸5，8，11，14-二十碳四烯酸也有诱发长棘海星捕食反应的作用。5，8，11，14-二十碳四烯酸是长棘海星体内主要的必需不饱和脂肪酸，长棘海星体内可能无法合成它，所以必须不断地捕食含有该不饱和脂肪酸的珊瑚。本实验脂肪酸（酯）的分极性段提取处理方法，能充分地提取出脂肪酸成分，排除其它成分的干扰，分析结果可靠，且重现性好。研究发现长棘海星体内有高含量的、具有重要应用价值的多价不饱和脂肪酸和甾体激素，这也为长棘海星的合理开发与利用提供了依据。

南海长棘海星共附生真菌的分离鉴定及多样性分析

长棘海星(Acanthaster planci)是热带和亚热带海域珊瑚礁的主要破坏者,体内外有丰富的共附生微生物。该文对采自南海三亚珊瑚礁保护区的一个长棘海星样品的共附生真菌,利用3种培养基进行分离纯化得到近200株真菌菌株。采用通用引物ITS1和ITS4扩增其中16株真菌的ITS-r DNA片段序列,并进行测序,测试结果提交Gen Bank,登录号为KF999808-KF999822以及KJ723458。利用邻接法构建系统发育树及简单分析该长棘海星共附生真菌的种群多样性。序列分析显示,16株真菌分别属于Ascomycota门4目(Hypocreales、Eurotiales、Pleosporales、Microascales),5属(Trichoderma、Penicillium、Neosartorya、Leptosphaerulina、Pseudallescheria),以及Deuteromycota门1目(Meliolales),1属(Fusarium,有性型Gibberella),并聚为8类。多样性分析的结果显示,菌体的个体数在镰刀属上(10株)表现为高度富集,群落的均匀度比较低。

长棘海星(Acanthaster planci)幼体特异性PCR检测技术与应用

长棘海星(Acanthaster planci)的暴发是导致我国南海乃至印度—太平洋海域珊瑚礁退化的主要原因之一。浮游幼体的密度是决定成体种群是否暴发的重要指标,但是由于幼体肉眼不可见且不易分辨,常规调查和显微镜观察均无法有效检测到自然海域的长棘海星幼体,因此迫切需要开发一种高灵敏性且特异性的长棘海星幼体检测技术。本研究针对长棘海星幼体线粒体细胞色素氧化酶亚基I(mt COI,mitochondrial cytochrome oxidase subunit I)基因序列,建立了基于聚合酶链式反应(PCR,polymerase chain reaction)的长棘海星幼体特异性检测技术,并对西沙七连屿珊瑚礁海域的长棘海星幼体进行了检测。结果表明,设计筛选的4对特异性引物均可以扩增长棘海星Apmt COI基因片段,且与蓝指海星(Linckia laevigata)、面包海星(Culcita novaeguineae)、粒皮海星(Choriaster granulatus)和吕宋棘海星(Echinaster luzonicus)没有交叉反应。在退火温度为58.5℃时,引物2aooni F/2aooni R的特异性最佳,具有较高的灵敏度,可检测到皮克级的长棘海星基因组DNA。利用该技术检测了西沙七连屿海域长棘海星幼体分布情况,发现10月底西沙七连屿珊瑚礁海域能检测到长棘海星幼体,且幼体分布并不均匀。因此,该检测技术可作为今后长棘海星幼体种群监测的有效方法。

长棘海星的暴发及其防治

为有效控制长棘海星暴发,保护珊瑚礁生态系统,文章概述长棘海星的生物特征以及暴发周期、破坏程度和暴发原因,同时基于对我国西沙群岛海域的相关调查和分析,提出防治措施。研究结果表明:长棘海星的主要食物为造礁石珊瑚,具有个体大、数量多和生长快等特点,其暴发严重破坏珊瑚礁生态系统;我国西沙群岛盘石屿海域存在长棘海星暴发的迹象,主要原因包括台风过境、全球变暖和天敌减少等;可综合采取投放天敌、人工清理以及跟踪监测和预警等措施,加强对长棘海星的防治。

长棘海星又来了

最近，日本冲绳本岛和石垣岛等琉球群岛一带海域，又出现了长棘海星大面积发生的征兆。大约20年前该海域的珊瑚曾因受到长棘海星的侵害而遭到巨大破坏。

长棘海星暴发对珊瑚礁区沉积物营养盐动力学的影响研究

长棘海星暴发对珊瑚礁生态系统产生了严重危害,而水体营养盐的补充可能是导致长棘海星暴发的一个关键因素。砂质沉积物对调控珊瑚礁区的营养盐浓度和结构起着关键作用,因此本研究通过流动式反应器对长棘海星和砂质沉积物进行模拟实验,分析长棘海星排泄活动及其死亡后有机体降解对水体营养盐的影响,并探究砂质沉积物的响应。实验结果表明:(1)长棘海星排泄的溶解无机氮(DIN)和溶解无机磷(DIP)通量分别为(83.55±4.74)μmol/(ind.·h)和(2.53±0.03)μmol/(ind.·h),这些营养盐可能给长棘海星的持续暴发提供营养条件;(2)砂质沉积物对长棘海星排泄导致的营养盐浓度升高具有缓冲作用,约70.7%的DIN和91.4%的DIP被截留在沉积物中,但沉积物界面营养盐交换导致的氮磷比升高可能不利于珊瑚生长;(3)长棘海星死后的有机体降解可促使沉积物–水界面释放营养盐,结合海星暴发密度估算,其释放的营养盐可导致上覆水中DIN和DIP浓度分别升高0.32μmol/L和0.01μmol/L,这可能会促使大型藻的快速生长而妨碍珊瑚的自我修复。

长棘海星内生菌中活性代谢物的研究

目的研究共附生于长棘海星中一种的真菌(菌株编号为SF11,菌种Sacro A)的次级代谢产物。方法主要通过真菌培养、提取、分离(柱色谱)、纯化(TLC)、鉴定(核磁共振波谱法)等手段来分离并且研究该真菌所产生的代谢产物的化学成分和药理活性。结果已从该真菌中分离出神经酰胺这类活性物质。结论海洋真菌活性代谢物的研究具有重大前景和意义。

南海长棘海星中多环芳烃的生物富集特征及来源解析

已有的研究表明多环芳烃(PAHs)在南海珊瑚礁区广泛存在,然而有关珊瑚礁区长棘海星体内PAHs的污染特征尚不清楚。因此,本文采用气相色谱串联三重四极杆质谱仪(GC-MS/MS)对南海珊瑚礁区长棘海星组织中除萘(Nap)以外的15种优控PAHs进行了定量分析,探讨了长棘海星体内PAHs的富集特征及其来源。结果表明:(1)15种PAHs广泛存在于南海不同区域长棘海星组织中,其中胃组织中的PAHs总含量(∑15PAHs)[(107±96.9)ng/g dw]显著大于幽门盲囊[(29.0±34.5)ng/g dw]和表皮[(31.0±23.5)ng/g dw](p<0.01);(2)长棘海星组织中PAHs以3环为主(69%~85%),与南海珊瑚组织中的3环PAHs占比相当,这与长棘海星以珊瑚为食这一事实相符;(3)长棘海星∑15PAHs与辐径显著负相关(p<0.05),幼年长棘海星积累PAHs的能力更强;(4)长棘海星组织对海水中除苯并(k)荧蒽(BkF)外的大部分PAHs的生物富集因子(BAFs)均小于2000 L/kg,富集能力较弱;(5)南海长棘海星体内PAHs大部分为化石燃料和生物质等燃烧源,少部分来源于石油或成岩源。研究结果为长棘海星对PAHs的富集特征增加了新知。

近15年西沙群岛长棘海星暴发周期及暴发原因分析

2005~2019年对西沙群岛主要岛礁的珊瑚礁生态系统进行监测,结果表明西沙群岛的长棘海星暴发周期大约为15年.这15年又可分为两部分,其中长棘海星破坏期为5年左右,珊瑚恢复期为10年左右. 2006~2010年是长棘海星的破坏期,珊瑚覆盖率从60%多降低到不足5%. 2011~2019年是珊瑚的恢复期,珊瑚覆盖率逐步增多到15%左右,同时珊瑚补充量和珊瑚礁鱼类都有所增多.进一步分析表明,西沙群岛海域长棘海星的暴发主要与台风天气、珊瑚礁鱼类减少、全球升温、人类活动等因素有关.台风过境带来大量的营养盐,致使浮游生物增多,从而导致长棘海星的幼虫成活率提高.全球升温和珊瑚礁鱼类的减少会使长棘海星的精卵细胞更大比例地孵化和存活.通过对15年的监控数据的分析,我们认为西沙群岛海域正进入下一个长棘海星暴发周期,为了避免珊瑚礁生态系统再一次遭受灭顶之灾,现在应采取措施积极应对.

长棘海星中含氮类化学成分研究

目的研究长棘海星(Acanthaster planci)含氮类化学成分及其对乙酰胆碱酯酶的抑制活性。方法综合运用硅胶柱色谱、中压反相ODS柱色谱、半制备高效液相色谱(HPLC)等方法对化学成分进行分离和纯化,根据核磁数据和文献对比进行化合物结构鉴定,并对化合物进行乙酰胆碱酯酶抑制活性的评价。结果从长棘海星(Acanthaster planci)中分离鉴定了8个化合物,分别为胸腺嘧啶(thymine,1)、尿嘧啶(uiracil,2)、脱氧胸腺嘧啶核苷(thymidine,3)、脱氧尿嘧啶核苷(2’-deoxyuridine,4)、苏-脯环二肽[cyclo(Pro-Thr),5]、吲哚甲醛(1H-indole-3-carbaldehyde,6)、l-苯丙氨酸(l-phenylalanine,7)、异戊胺(isopentylamine,8)。化合物5、6和8为首次从长棘海星中分离得到。其中化合物2、5、6和8表现为较弱的乙酰胆碱酯酶抑制活性。

追捕长棘海星

南海传来坏消息!西沙群岛附近的海底热带雨林——珊瑚礁遭遇"白色瘟疫",珊瑚虫被大量猎食,珊瑚礁露出白色骨骼,情况十分危急。快,让我们跟科学家去南海,追捕凶手,拯救珊瑚礁!作案现场对于珊瑚礁来说,"白色瘟疫"往往意味着环境恶化,寄生在珊瑚体内的虫黄藻离开或死亡。不过,南海的"白色瘟疫"却和虫黄藻无关,由另一种动物引起,它就是珊瑚杀手——长棘海星。

生物天敌暴发导致珊瑚礁退化的高分遥感监测与分析——以南海太平岛为例

珊瑚生物天敌黑皮海绵、长棘海星在世界范围内暴发严重威胁珊瑚礁生态健康,然而目前珊瑚礁领域尚缺乏生物天敌暴发后对珊瑚礁地貌类型影响的定量研究。文章利用太平岛珊瑚生物天敌黑皮海绵、长棘海星2次暴发事件前后,覆盖太平岛2016—2022年的26期Sentinel-2遥感影像,结合高分辨率GF-2(PMS)遥感影像和卫星遥感影像地理信息系统Google Earth平台中的数据,开展中国南海太平岛珊瑚礁地貌类型遥感影像分类实验,对密集珊瑚沉积区、稀疏珊瑚沉积区、珊瑚丛生区、沙坪、浅礁前斜坡等珊瑚礁地貌类型演变进行特征分析。结果表明:1)结合专家解译知识和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类算法开展的太平岛珊瑚礁地貌类型分类,最高总体精度和Kappa系数分别为96.46%和0.94。2)在2种珊瑚生物天敌暴发期间,太平岛的珊瑚礁丛生区、密集珊瑚沉积区、稀疏珊瑚沉积区等珊瑚礁地貌类型面积有显著下降;黑皮海绵暴发后对密集珊瑚沉积区影响最大,其面积减少72.92%;长棘海星暴发后对珊瑚丛生区影响最大,其面积减少59.17%。3)2016—2022年,太平岛珊瑚礁退化率高于恢复率,其中2017年3—6月珊瑚礁退化率最高,为23.88%;在2017年6—9月珊瑚礁恢复率最高,为18.03%。