垂向层化对海洋生物生产和碳沉降影响的模型研究

受到太阳辐射和淡水输入等影响,海洋的次表层和表层将形成温度跃层和盐度跃层。温度和盐度跃层的存在将使得海洋在不同深度上形成明显的层化现象,阻碍上下层水体间的物质交换。为了研究这种不同深度上的层化现象对海洋生态系统垂向结构的影响,使用了一个简化的一维营养盐-浮游植物-碎屑的模型进行研究。结果显示,无论是表层还是次表层的层化,都会显著地抑制层化区域以下水层营养盐的向上输运,导致层化区以上水层内营养盐浓度的降低。同时,层化区域以上水体浮游植物生物量显著降低,次表层浮游植物生物量最大值层(DCM层)变薄,导致真光层内生物生产力降低;而真光层向深海的碳输出通量也同时降低。层化区域越厚、层化越强,真光层内生物生产越受抑制,碳输出通量越低。相比于表层层化,次表层层化的存在则进一步导致DCM层深度加深,并显著降低DCM层的浓度,使得次表层层化造成的真光层内生物生产力和向深海碳沉降降低得更多。研究证明了在全球气候变化造成海洋增温和冰川融化、极端降雨事件增多造成局部海域表层盐度降低的背景下,海洋垂向层化的增强将对海洋生态系统和全球海洋生物地球化学循环产生不可忽视的影响。

中国南海来源真菌Penicillium sp.SCSIO 40438次级代谢产物研究

本论文对中国南海来源真菌Penicillium sp.SCSIO 40438的次级代谢产物进行了研究。通过硅胶柱色谱、Sephadex LH-20凝胶柱色谱以及高效液相色谱等多种分离方法对该菌株的发酵产物进行了分离纯化,并利用核磁共振和高分辨质谱等波谱学方法对分离得到的化合物进行了结构鉴定。从中共分离鉴定到9个化合物:1-(2-Methylbut-3-en-2-yl)-1H-indole-3-carbaldehyde(1)、1-methyl-2(1H)-quinazolinone(2)、fructigenine A(3)、fructigenine B(4)、2-[(s)-hydroxy(phenyl)methyl]-3-methylquinazolin-4(3H)-one(5)、3-methylviridicatin(6)、3-O-methylviridicatol(7)、viridicatol(8)和(+)-cyclopenol(9)。其中,化合物1和2为新天然产物。抑菌活性实验表明,化合物8具有中等强度的抑制金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌活性,最低抑菌浓度为8.0μg·mL^(-1)。

中国南海来源海洋链霉菌SCSIO 11863中Enterocins的分离鉴定(英文)

从南海底泥样品中分离到一株具有较强抗菌活性的放线菌株SCSIO 11863。表型和进化系统分析数据表明该菌属于链霉菌属并命名为Streptomyces sp.SCSIO 11863(KC904267)。16S rDNA序列分析表明它与白浅灰链霉菌Streptomyces albogriseolus strain ABRIINW EA1145(GQ925802)有99%的相似性。对该菌发酵液乙酸乙酯萃取物进行活性追踪分离得到了两个结构类似化合物,分别为Enterocin(1)和5-deoxyenterocin(2)。

中国海草资源分布现状、退化原因与保护对策

海草床是三大典型的近海海洋生态系统之一,具有极高的生态服务功能。然而,截至2015年我国近海海草资源分布现状尚不明晰,严重制约了我国海草床保护与修复工作的开展。2015~2021年,笔者通过实地调查,借助船只走航、声呐探测、遥感等技术手段,重点对我国近海海草资源的分布面积、种类及主要威胁进行了全面普查,并据此提出我国海草床管理与可持续利用对策。结果表明,我国近海海域海草床面积共为26 495.69hm^(2),可划分为:温带海域海草分布区和热带-亚热带海域海草分布区;我国现有海草4科9属16种。其中,温带海域海草床面积为17 095.01 hm^(2),主要分布在辽宁、河北、天津和山东沿海,分布有2科3属5种,以鳗草(Zosteramarina)和日本鳗草(Z.japonica)为优势种,其中唐山乐亭-曹妃甸海草床面积达9 025.56 hm^(2),是我国面积最大的海草床;热带-亚热带海域海草床面积为9 400.68 hm^(2),主要分布在福建、广东、广西和海南沿海,分布有4科8属12种,以泰来草(Thalassia hemprichii)、海菖蒲(Enhalus acoroides)、贝克喜盐草(Halophila beccarii)和卵叶喜盐草(Halophila ovalis)为优势种,以海南海草种类最多(12种)。我国海草床退化原因包括海岸工程建设及围填海活动、陆源污染、渔业活动、大型藻类爆发、互花米草入侵和台风等极端气候事件。同时,笔者针对不同威胁类型和强度,提出了因地制宜的保护策略。

海洋生物体内砷含量及其形态研究进展

砷是一种强毒性化学物质,毒性不但与其在环境中的总量有关,更与其化学形态密切相关。砷在海洋环境中普遍存在,而海洋生物体内砷化合物的含量较高,是海洋环境中的“砷库”。本文结合国内外对海洋生物体内总砷及砷形态的分析,总结了国内外对各类海洋生物,包括海藻、海葵、多毛类、贝类、鱼类和其他高营养级海洋动物体内不同形态砷含量、累积和形态转化等研究概况和进展。针对目前研究工作和技术水平差异,建议我国应在检测技术、样品前处理、标准品制备、砷对生物体的健康效应等方面开展深入研究,以期揭示海洋生物对砷的累积规律、形态转化机制以及在人类体内代谢过程与危害性,为保护海洋生态环境、维护海洋食品安全提供科学依据。

红树林固氮微生物及其生态功能研究进展

微生物固氮是红树林生态系统中氮素循环的一个关键环节,其产生的新氮源对红树林生态系统的氮素营养供给和初级生产力的提高有着重要意义。本文聚焦红树林固氮微生物的研究历史和现状,综述了红树林固氮微生物的群落结构、固氮速率及其测定方法,探讨了固氮微生物在红树林生态修复中的应用及其对红树林生境的指示作用,阐述了固氮微生物在耦合红树林碳、氮、硫元素循环的重要角色,并展望了红树林固氮微生物的研究前景和新视角。

热带海草泰来草沉积物真菌的群落结构、功能与分子生态网络研究

真菌是海草床生态系统的重要组成部分,它们在维持海草健康和生态系统碳氮等营养元素循环方面发挥着重要作用。为了阐明海草床生态系统真菌的群落结构及功能,文章以热带海草泰来草(Thalassia hemprichii)沉积物为主要研究对象,通过Illumina Miseq高通量测序技术分析海南岛和西沙群岛两个研究区域泰来草沉积物真菌的群落结构与物种多样性,并利用FUNGuild数据库对真菌营养类型进行预测和功能注释。研究结果表明,子囊菌门(Ascomycota)(相对丰度24.30%~76.20%)和担子菌门(Basidiomycota)(相对丰度4.98%~52.24%)为两个研究区域的共同优势种群,但是子囊菌门真菌的相对丰度在两个研究区域间存在显著性差异(p<0.05),两个区域内共有的海草沉积物真菌分类操作单元(operational taxonomic units,OTUs)数量占比为5.15%,其相对丰度为31.19%。两个研究区域泰来草沉积物真菌群落的α多样性指数中的香农指数(Shannon)和系统发育多样性(phylogenetic diversity)以及β多样性之间都存在显著性差异(p<0.05)。FUNGuild功能预测分析表明,大部分真菌的营养类型尚未确定(72.11%~91.92%),其中能够确定的主要营养类型为共生营养型(symbiotroph)、腐生营养型(saprotroph)和病理营养型(pathotroph),3种营养型可以进一步分为41个生态功能群。基于随机矩阵理论(random matrix theory,RMT)构建的两个研究区域海草泰来草沉积物真菌分子生态网络结果显示,海南岛泰来草沉积物真菌网络结构更加复杂,其平均聚类系数更高、平均连通度更高、密度更高,该真菌群落可能对外界环境变化更为敏感,而西沙群岛海草沉积物真菌群落的模块化程度更高,其中粪壳菌纲(Sordariomycetes)为分子生态网络中的关键类群。

一株海洋芽孢杆菌对亚甲基蓝的吸附作用

从深海环境样品中分离并筛选出了一株对亚甲基蓝染料具有较高吸附能力的芽孢杆菌Bacillus sp.LM-24,优化了其吸附条件并选用硅胶和大孔树脂两种载体对其进行固定化。3种吸附剂最适吸附剂浓度分别为1.216、3、10 g·L^(-1);最佳pH分别为9.0、9.0、8.0;最适吸附温度分别为30、25、25℃,最佳吸附时间分别为0.5、1、2 h,对10 mg·L^(-1)亚甲基蓝去除率分别为88%、90%、99%。动力学与等温线实验表明:3种吸附剂均存在物理与化学吸附,固定化吸附剂表面为非匀相吸附。固定化LM-24的吸附性能要优于游离微生物LM-24,对亚甲基蓝溶液具有快速且稳定的吸附作用,可作为偶氮脱色染料的潜在菌株。

水生动物肠道微生物与环境污染物互作机制的研究进展

环境污染物暴露所导致的水生动物肠道微生物失调已成为当前水生生态环境领域的研究热点,肠道微生物也同时具有代谢环境污染物并改变其毒性的能力。本研究综述了水生动物肠道微生物的群落结构功能及其与宿主健康的关系,分析了环境污染物暴露通过引起肠道微生物失调从而诱导宿主代谢、内分泌、免疫和神经毒性的相关研究结论。环境污染物能通过改变肠道微生物的组成结构、降低肠道微生物的多样性来扰乱肠道微生态稳态,从而导致肠道炎症、胃肠道和神经系统疾病以及肥胖等代谢疾病。此外,本研究还讨论了水生生物肠道微生物对环境污染物的代谢转化过程及其生物可利用性和毒性的影响。本研究全面梳理了环境污染物与水生动物肠道微生物的双向作用,以期为污染物生态效应评估与水生态风险评价提供理论参考。

海洋养殖环境微生物多样性及其作用

微生物是海洋养殖环境和海洋牧场生态系统中的关键环境因素之一,在牧场环境的物质循环、水质保障、饵料供应、水产健康等方面起重要作用,是营造海洋牧场环境且影响其可持续发展的重要因素。主要围绕海洋养殖环境中的病原微生物以及有益微生物两方面,概述了我国海洋养殖环境常见的病原性细菌、真菌、病毒以及相应的病害防治措施等,并介绍了海洋养殖环境中能够改善海水养殖环境,包括降低水体氨氮含量、降解水体硫化物、抑制赤潮藻类的生长等以及直接促进海水养殖生物生长的有益功能微生物类群。目前,我国关于海洋牧场环境营造过程中微生物的研究仍很少,而与海洋牧场环境有一定相似性的海水养殖环境中微生物的研究较为成熟,其对海洋牧场环境健康营造有很好的启示。海洋水产养殖环境中微生物的新功能菌种的发现、作用机制以及功能菌应用等方面的深入研究将会对我国大力推进海洋牧场建设起到重要的作用。

长心卡帕藻应对海洋酸化和升温的环境适应性研究

长心卡帕藻(Kappaphycus alvarezii)是主要生长于热带海域的大型经济红藻,在营养物生物提取方面具有重要的经济和生态价值,作为提取κ-卡拉胶的重要原料,广泛应用于食品和医学等多种行业。由于人类活动导致大气中CO_(2)浓度持续升高,引发海洋表层海水逐渐酸化和升温,对大型海藻产生耦合效应。因此,本文设置了两种CO_(2)浓度梯度(450×10^(-6)和1200×10^(-6))和三种温度梯度(26℃、29℃和32℃),从光合作用、细胞代谢产物、碳氮积累和酶活性方面探讨长心卡帕藻响应海洋酸化和海水升温的环境适应性变化。结果表明,CO_(2)浓度与温度变化对长心卡帕藻的Fv/Fm影响显著(P<0.05),在两种CO_(2)浓度条件下,Fv/Fm均随温度升高而增加;酸化条件与非酸化条件下可溶性糖浓度变化趋势相反,海水升温对游离氨基酸浓度影响极显著(P<0.01),在两种CO_(2)水平下,升温均会降低藻体游离氨基酸浓度。综合分析可知,升高温度对长心卡帕藻的光合作用有一定程度的积极影响,藻体对于酸化和高温的同时发生具有适应性。在当前CO_(2)浓度下,长心卡帕藻在26℃~29℃温度范围内表现出了更高的可溶性内含物积累(C、N)。高CO_(2)浓度造成的海洋酸化对长心卡帕藻产生了一定程度的负面影响,但在海水酸化的条件下,长心卡帕藻在29℃~32℃表现出更好的碳氮积累。

海洋假交替单胞菌SM9913中基因岛GIPspSM9913的鉴定和功能研究

海洋细菌由于所处环境的复杂性和多变性,进化出独特的环境适应机制。基因岛通常携带宿主细菌环境适应性有关的基因,在推动细菌环境适应性和基因组多样化中起重要作用。假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas)在各种海洋生境中广泛分布,具有重要的工业应用价值和生态修复潜力。文章以深海沉积物中分离的假交替单胞菌SM9913为研究对象,通过与表层海水中分离的假交替单胞菌TAC125进行比较基因组学分析,发现SM9913基因组上yicC基因内部整合了一个18kb的基因岛,我们命名为GIPsp SM9913。该基因岛编码整合酶、切离酶以及多套限制修饰系统。数据库检索分析发现GIPsp SM9913同源的基因岛在假交替单胞菌、希瓦氏菌(Shewanella)、弧菌(Vibrio)和气单胞菌(Aeromonas)等细菌中广泛存在。定量PCR结果显示,当切离酶表达时,GIPsp SM9913会从基因组上大量切离,产生无基因岛的SM9913突变株。测序分析表明,GIPsp SM9913的切除不会影响整合位点侧翼基因的表达。比较切离突变株与野生菌的运动能力、电转化频率和接合转移效率等,发现GIPsp SM9913可以提高宿主细菌的泳动能力和对外源DNA入侵的抵御能力。

南海海绵Callyspongia fallax化学成分的研究

对南海海绵Callyspongia fallax进行次级代谢产物的研究。采用多种色谱分离技术对95%乙醇粗提物进行分离纯化,利用核磁共振(NMR)和质谱(MS)等波谱学手段,与报道的数据进行对比,鉴定得到7个化合物,分别是(2S,3R,4E)-N-palmitoyl-octadecasphinga-4-ene(1);3,6-二苯甲基哌嗪-2,5-二酮(2);β-胆甾醇(3);胸腺嘧啶(4);尿嘧啶核苷(5);脱氧尿嘧啶核苷(6);脱氧胸腺嘧啶核苷(7)。对得到的化合物采用MTT法评价其细胞毒活性,化合物1-7均没有表现出明显细胞毒活性。化合物1和2是首次从该种属海绵中分离得到,该工作的开展丰富了美丽属海绵化合物种类多样性。

中国南海两种无节珊瑚藻——新角石藻和圆锥呼叶藻的形态解剖学和分子生物学鉴定

珊瑚藻是一类在细胞间沉积碳酸钙的底栖红藻,在海洋生态系统中广泛分布。然而,在当前全球变暖、海洋酸化等环境变化和人类活动的双重影响下,珊瑚藻的物种多样性已出现逐渐降低的趋势,因此,迫切需要开展对珊瑚藻的种类鉴定工作。本文选用两种在中国南海广泛分布的无节珊瑚藻,通过形态解剖学观察,发现两种藻均具有一组织性构造,髓部藻丝共轴,相邻藻丝间通过细胞融合相连。两种藻均具有单孔的锥形生殖窝,生殖窝明显地突出于体表,其中,藻种SCSIO C004的生殖窝直径为830~1 000μm,且数量较少,藻种SCSIO C005的生殖窝的直径为350~450μm,且数量较多。这些形态学和解剖学特征表明这两种藻均为宽珊藻亚科的种类。基于SSU r DNA和psb A基因序列对两种藻的系统发育关系进一步分析,确定了SCSIO C004为新角石藻(Neogoniolithon brassica-florida (Harvey)),SCSIO C005为圆锥呼叶藻(Pneophyllum conicum (Dawson) Keats),并明确了它们的分类地位。本实验研究结果可为深入探究珊瑚藻的生态功能和生物资源的保护、利用工作提供理论基础。

铁铝假说与海洋铝施肥增汇潜力展望

人为活动引起的二氧化碳(CO_(2))等温室气体排放是驱动全球变暖的主要因素。全球变暖对粮食、水资源、能源、经济安全等领域均产生了严重威胁。减缓全球变暖势在必行,不仅需要大规模减少CO_(2)等温室气体排放,还需要大量部署CO_(2)移除(carbon dioxide removal,CDR)技术(又称负排放技术),主动从空气中移除CO_(2)并长期封存,尽快使全球CO_(2)净排放减少为零,达到“碳中和”。海洋占地球表面积的70%,是最大的活跃碳库,具有巨大的CO_(2)吸收潜力。基于海洋的CDR是实现碳中和的必要途径,海洋CDR理论、方法、技术研究已成为热点和前沿领域。目前,海洋CDR的研究认知仍相对较弱,具有广阔的发展空间。缓解全球变暖的迫切需求促使海洋碳汇基础理论和海洋CDR研究快速发展,原创性进展不断出现。本文主要综述铁铝假说的理论基础,探讨基于“海洋铝施肥”的CDR发展潜力。铁铝假说认为,铝可增强上层海洋浮游植物固碳,降低生源碳分解速率,提高海洋生物泵效率,增加碳向深海输出、封存,调控海洋碳汇的形成,影响大气中CO_(2)的浓度。与铁一样,铝可能也是影响地球历史时期和现代气候变化的关键因子。通过提高铁的利用效率和向深海碳输出效率,铝可以弥补人工海洋铁施肥的不足,赋予海洋铝施肥成为新型的基于自然碳汇的CDR方法和技术的潜力。作为一种CDR方法,海洋铝施肥尽管具有潜在高效的特点,但还处于较为初级的概念阶段。本文提出,应当从上层海洋浮游植物固碳、生源碳向深海输出、碳的长期封存三个方面,进一步研究铝增强海洋碳汇的作用机制,完善铁铝假说和海洋铝施肥的理论基础;并在不同时空尺度上检验海洋铝施肥的CDR效能及其潜在环境影响,为基于海洋铝施肥的CDR技术开发和应用提供科学基础。

海洋源多糖和蛋白类医用材料研究与应用进展

对国内外关于多糖、蛋白类海洋生物医用材料(如透明质酸、壳聚糖、硫酸软骨素、海藻酸盐、琼脂糖、胶原蛋白等)研究的文献报道进行了整理,对其来源、制备工艺、分子结构、理化特性、力学性能、免疫原性和生物降解性、生理活性(如细胞黏附性等)、改性方法与复配特性,及其适宜剂型(如水凝胶、多孔支架、微球、纳米颗粒、微胶囊和纤维材料等)进行了简单的描述,并深入探讨其在临床应用(如组织工程、组织修复替代物、可吸收缝合线、药物控制释放、基因治疗、组织隔离膜、创伤和烧伤敷料等)中的潜力与不足,为今后海洋生物医用材料的设计和开发提供参考。

砷在海洋食物链中的生物放大潜力及发生机制探讨

砷是世界范围内危害最大的环境污染物之一,也是近海区域一种常见污染物。本文综述了近年来砷在海洋生态系统中累积、转化及传递的最新研究进展。海洋生物普遍具有较高含量的砷,这些砷主要为低毒性的有机砷形态。砷在许多海洋食物链/网中被生物放大,造成高营养级生物中的砷富集,可对生物与人类健康产生潜在危害;这与砷在淡水食物链/网中普遍被生物减小的现象形成鲜明对比。海洋鱼类和贝类等生物可将吸收的无机砷通过生物转化合成砷甜菜碱等有机砷形态,而有机砷比无机砷具有更高的食物链传递能力,可导致海洋鱼类富集更高浓度的砷。因此,砷在海洋生物中的有机形态可能有助于砷沿着海洋食物链/网富集,在某些情况下被生物放大。今后应该加强对不同砷形态在海洋食物链/网中传递及相应影响因素的研究,并通过室内模拟实验与野外调查相结合进行验证,从而加深对砷的生态毒理和生物地球化学作用的科学认识,对准确评估预测砷的生态风险和保障海洋生态安全有重要意义。

海洋来源活性肽及其抗炎活性研究进展

海洋生物因为其特殊的栖息环境,蕴藏着极其丰富的天然产物,随着对海洋探索的不断发展,越来越多具有抗炎作用的天然产物被发现,其中活性肽类具有靶向性强、活性高、毒性低等特点,药物开发前景良好。本文综述了近几十年来具有抗炎活性的海洋来源活性肽的研究进展,为开发高效安全的抗炎药物提供借鉴。

无机载体吸附-交联固定化海洋脂肪酶技术研究

使用硅藻土载体和乙二醇缩水甘油醚进行吸附-交联固定海洋脂肪酶。采用单因素与正交实验结合的实验方案,确定最佳吸附条件为20℃,pH 5.0的0.1 mol/L柠檬酸钠缓冲液,载体投放量为2 g,吸附固定化时间为6 h。交联最佳温度条件为30℃,交联时间为6 h,乙二醇缩水甘油醚浓度为1.2%。吸附交联后酶活达124.83 U/g,酶活回收率高达67.31%。固定化脂肪酶连续操作5次依然保持良好的酶活性,对比游离酶,最适反应pH没有变化,但是最适反应温度固定化酶为50℃,提升5℃。同时,固定化脂肪酶显示出较好的机械稳定性和储存稳定性。结果证明硅藻土吸附-交联固定化海洋脂肪酶在工业酶固定化上有良好的应用前景。

CRISPR/Cas基因编辑及其新兴技术在丝状真菌研究中的系统应用

丝状真菌(filamentous fungi)具有独特的形态和细胞构造,与人类健康和工农业生产息息相关,对这类生物资源的开发和利用高度依赖高效的基因编辑平台。然而,由于丝状真菌复杂多样的遗传背景,使用传统的基因编辑技术较难实现大范围的基因编辑,极大地妨碍了丝状真菌的遗传学研究。CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeat/CRISPR-associated protein)技术的出现,打破了这一困境,促进了不同种属和不同来源的丝状真菌的基因编辑,为丝状真菌的基础和应用研究带来了革命性的突破。本文简述了CRISPR/Cas系统的作用机理、分类及基于CRISPR的各种新型技术,归纳总结了丝状真菌中现有的CRISPR/Cas9系统功能组分、多种新兴CRISPR/Cas技术在丝状真菌中的应用现状以及海洋真菌中的CRISPR/Cas技术的应用情况。最后,对CRISPR/Cas系统在丝状真菌中应用进展缓慢、编辑效率低和脱靶效应等问题以及针对这些问题的潜在解决方法进行总结和展望,以期为不同类型的丝状真菌基因编辑平台的构建提供参考。