印太交汇区海洋生物多样性中心形成演化机制研究进展与展望

印太交汇区是当前全球海洋生物多样性的中心,中心的形成演化是地质历史、气候、海洋环境和生命过程协同作用的结果。本文从印太交汇区海洋生物多样性分布格局、形成演化、成因假说与环境驱动机制等角度,概述了相关研究进展,并梳理了研究存在的问题。迄今对印太交汇区多样性中心形成的关键过程和机制的认识仍相当有限。基于近岸浅海研究判定的全球海洋生物多样性中心,是否可推及深海仍然未知,对深海生物多样性分布格局及源汇机制依然不明。未来近海研究应避免对已有研究的重复,关注深海,实现重点突破。对于诸多假说的验证和科学问题的解释,需打破常规,基于今古结合和多学科交叉开展研究。通过古生物与气候环境演化记录,揭示驱动生物演化的环境要素;通过现生生物地理及分子证据,揭示生物适应演化机制与扩布路径;通过生物与海洋流体结构及动力学耦合,揭示相关生物-物理-生态过程。基于多圈层视角的研究可望系统阐释印太交汇区海洋生物多样性中心形成演化过程与机制,取得理论上的突破。

中国海及西太平洋生物分类研究进展及展望

分类学是现代生物学的基础学科,对海洋生物的分类认知是海洋生物多样性保护及资源利用的前提。我国的海洋生物分类学研究以中国近海为主,经过一个世纪尤其是近70年的发展,已基本认识了中国海域的生物种类构成和分布状况。近十年来,开展了规模不等的深海生物探测与取样,海洋生物分类研究拓展至深海。然而,总体上,我国不少海洋生物类群的分类研究还不充分,一些类群尚欠缺研究,仍有大量未知的生物待发现。本文以研究较为集中和系统的中国近海和西太平洋深海为主,概述了中国学者在海洋生物分类研究领域的总体进展,尤其是近十年来的进展。同时,结合国内外发展现状和趋势分析,就我国未来海洋生物分类学研究的开展,包括分类学科发展方向、平台建设、支撑体系等方面,提出一些想法和建议。

海洋微型底栖生物调查方法与操作规程

海洋微型底栖生物包括底栖细菌、底栖微藻及底栖原生动物等单细胞原核和真核生物,是底栖微食物网中能量传递的基础和关键环节,在海洋生物地球化学循环过程中起着重要作用。然而我国现有的《海洋调查规范》国家标准中有关底栖生物的研究仅涉及利用网筛分选的大型和小型底栖动物,缺少微型底栖生物调查的方法与规程,严重制约了对海洋整体食物网能流研究,以及微型、小型及大型底栖生物间的生态过程与作用等研究。本文提出海洋微型底栖生物调查的关键技术和规程,包括采样和固定、底栖微藻和细菌调查技术、以及底栖原生动物调查技术,所涉方法与规程是海洋微型底栖生物调查行业标准的核心内容。本方法与规程适用于潮间带、浅海和深海等不同生境的海洋微型底栖生物调查,以及利用微型底栖生物进行环境监测与评价。

中国南海自由生活海洋线虫Sabatieria Rouville,1903的三个新纪录种

对首次发现于我国南海海域Sabatieria Rouville,1903的三个种进行了描述。其中,弯刺萨巴线虫Sabatieria curvispiculata Gagarin,2013主要特征为:头刚毛较短(3μm),角皮具有不规则的侧装饰点,交接刺细长且双弯曲,雄体具有15个小的乳突状肛前辅器。锥尾萨巴线虫Sabatieriaconicauda Vitiello,1970主要特征为:具有短的锥状尾,角皮具有侧装饰点,交接刺弯曲,前半部分较宽,中间有角质化的隔膜,后半部较窄且没有隔膜,雄体具有9个小孔状的肛前辅器。迁徙萨巴线虫Sabatieria migrans Jensen&Gerlach 1977主要特征为:头刚毛较长(22μm),交接刺细长且弯曲,近端具有中间隔膜,雄体具有23个小的肛前辅器。

基于环境RNA研究海山效应对浮游细菌多样性和分布的影响

研究采用环境RNA技术探究西太平洋M4海山区细菌多样性,并与基于环境DNA技术的研究结果进行比较,解析细菌代谢活性特征。结果表明基于环境RNA和DNA技术检获的物种构成相似,但真光层中蓝细菌在RNA中的占比明显高于DNA,显示其高代谢活性;而α变形菌在RNA中的占比明显小于DNA,代谢活性低;γ变形菌在RNA中占比更大且随水层加深而增加。物种间关系网络复杂度随着水深的增加呈先升高后下降的趋势。基于RNA数据构建的网络较DNA数据网络简单,且随着水深增加变化趋势更加显著,去除蓝细菌后网络变化剧烈,而去除α变形菌对网络影响小。综上,研究基于环境RNA技术提供了海山区浮游细菌多样性及分布更加完整的认知,α变形菌在海山区多样性占比和其在群落中作用可能被高估。

青岛湾小型底栖生物周年数量分布与沉积环境

2006年6月至2007年5月对青岛湾潮间带泥沙质和沙质沉积物中的小型底栖生物及环境因子进行了周年逐月采样。研究发现,小型底栖生物在两个底质中的数量和分布上差异极大,泥沙质中的年平均丰度高达(4853±1292)个/10 cm2,沙质中为(1528±569)个/10 cm2,生物量则分别为(3186.9±1993.4)μg干重/10 cm2和(1601.5±786.2)μg干重/10 cm2。在季节相上,小型底栖生物丰度在沙质底呈双峰模式(高值出现在6、12月份,低值出现在3、9月份);泥沙质中最高值出现在6月份,最低值出现在11月份。在0—8 cm深沉积物中,48%的小型底栖生物集中于0—0.5 cm表层,分布在0—4 cm的逾86%。共发现13个主要类群,线虫在丰度上占绝对优势(泥沙质中为95%,沙质中为66%),其它较优势类群在泥沙质依次为多毛类(2%)、甲壳类幼体(2%)和桡足类(1%);沙质底则依次为甲壳类幼体(13%)、腹毛类(8%)和桡足类(6%)。泥沙质中线虫在生物量上的贡献达58%,而在沙质中其所占生物量(25%)低于腹毛类(28%)。聚类分析表明,泥沙质和沙质沉积环境间的相似度为87%,生物丰度组成间的相似度为71%;B IOENV分析表明,温度、盐度、粒度及粘土粉砂含量的组合最能解释月份和站位间的差异(r=0.614)。结合历史资料的对比研究表明,青岛湾近海的沙质环境状况已有明显改观,但泥沙质的污染状况仍然堪忧,这由小型底栖生物的高丰度值、相较耐污的线虫所占的极高比例以及线虫与桡足类丰度的高比值即可看出。

荣成天鹅湖大叶藻(Zostera marina)间2 种小型腹足类的分类学研究

小型腹足类生物在我国种类繁多,但其相关研究在国内基本属于空白。本文对荣成天鹅湖大叶藻间的2种小型腹足类生物进行了形态学及分子生物学(16S和28SrRNA基因片段)研究。结果表明,根据形态学所鉴定的短剑螺属未定种Machae roplax sp.,应为畦螺属未定种Lirularia sp.;分子生物学研究结果支持形态学对刺绣翼螺Alabapicta的鉴定。同时,与A.picta有一定形态学差异的其它4种相近形态的小型腹足类,在基因序列及遗传距离上与刺绣翼螺非常接近,亦应为刺绣翼螺Alaba picta。

斑纹小贻贝(Mytella strigata)基础生物学与生物入侵

生物入侵是继栖息地破坏之后,全球生物多样性丧失的第二大驱动因素。近年来,原产于南美洲地区的斑纹小贻贝(Mytella strigata)在印度-西太平洋海区被陆续报道,而我国台湾地区、广东、海南、福建、广西等省份同样发现斑纹小贻贝,且其已经建立可自我维持的种群。但是,作为一种新型入侵生物,斑纹小贻贝尚未引起国内海洋管理部门和科研人员足够重视,亟待查明其在我国沿海的分布现状、扩散趋势和生态影响等,为斑纹小贻贝的检测、监测、防控和管理提供科学依据。综述了斑纹小贻贝的基础生物学特征和全球生物入侵现状,发现国内的斑纹小贻贝源于南美洲加勒比海地区,于2014年左右通过船舶压舱水或船体生物污损的形式侵入我国南方沿海并迅速扩散。此外,斑纹小贻贝在我国的生物入侵处于“引进-传播”阶段,即将大规模扩繁,因此亟需开展应急清除行动。

基于形态学与核糖体DNA及其cDNA高通量测序的海洋沉积物中纤毛虫多样性比较

高通量测序技术广泛应用于环境真核微生物多样性的研究,可检获较之传统形态学方法更高的多样性。然而,检获的高分子多样性与基于形态的物种多样性在构成上的差异仍然不明。本研究首次对比分析了基于形态学的南黄海沉积物中的纤毛虫物种多样性与基于核糖体18S DNA和c DNA高通量测序的多样性异同。结果表明:形态鉴定获得8纲、20目、30科、36属共97种纤毛虫;DNA测序检获10纲、28目、55科、76属共174个OTUs;而通过c DNA测序获取的纤毛虫多样性最高,获10纲、31目、68科、99属共284个OTUs。研究发现,形态学方法检获的纤毛虫均为底栖生纤毛虫;两种分子手段检获的多样性更高,群落结构更为近似,覆盖了形态鉴定所获的绝大部分类群。但DNA测序还检获了序列比例高达90%的浮游类群,可能源于包囊或死亡沉降的物种;而c DNA测序检获了约7%的浮游纤毛虫序列。较之DNA测序,c DNA法检获的底栖纤毛虫在群落结构上与形态学结果更为接近。本研究表明,分子手段有助于更全面地揭示沉积物中的纤毛虫多样性,DNA测序可同时揭示休眠包囊、胞外DNA及过去群落的信息,而c DNA测序在研究活动纤毛虫多样性上更有优势。

中国海欧努菲虫复合种(Polychaeta,Onuphidae)的分类修订

通过对中国科学院海洋生物标本馆历年收藏的欧努菲虫属Onuphis标本的系统研究,发现我国被广泛报道的多毛类物种欧努菲虫O.eremita Audouin&Milne Edwards,1833为错误记录,该种在在中国海并无分布,绝大部分标本应鉴定为入江欧努菲虫O.iriei Maekawa&Hayashi,1999,少数为中华欧努菲虫O.chinensis Uschakov&Wu,1962、福建欧努菲虫O.fujianensis Uschakov&Wu,1962、乌氏欧努菲虫O.uschakovi Wu&Xu,2017及色斑欧努菲虫O.variolata Shen,1987。本文回顾了O.eremita和O.iriei的分类研究历史,对我国入江欧努菲虫的头部、疣足、刚毛等形态结构及地理分布进行全面研究,同时对上述欧努菲虫复合种做了形态比较,澄清了欧努菲虫长达30年的分类学误识。

斑纹小贻贝的营养成分分析与评价

外来物种是一把“双刃剑”,对本土生态环境和社会经济产生重要影响,准确评估外来物种的营养价值是发挥其经济效益的重要环节。作为近年来侵入我国东南沿海的外来物种,斑纹小贻贝(Mytella strigata)一方面威胁着本地种翡翠股贻贝的生存,另一方面在海南、福建等地区已作为海产品被售卖和食用。在此背景下,本研究依据国家食品安全检测相关标准,对斑纹小贻贝软体部常规营养指标进行测定,分析与评估斑纹小贻贝的营养价值。结果显示:斑纹小贻贝软体部水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪的含量(湿重)分别占83.20%、2.00%、12.09%和0.60%;共检测出16种氨基酸,占粗蛋白总量的84.53%,其中7种为必需氨基酸,占氨基酸总量的35.23%,必需氨基酸指数EAAI评分为76.24分,第一限制性氨基酸是半胱氨酸+蛋氨酸;检测出18种脂肪酸,包括7种饱和脂肪酸,占43.71%,4种单不饱和脂肪酸,占11.05%,7种多不饱和脂肪酸,占45.27%,DHA和EPA分别为脂肪酸总量的19.85%和13.32%;矿质元素种类丰富,钙、铁、锌、锰等微量元素含量高。研究表明,斑纹小贻贝软体部氨基酸比例符合FAO/WHO的理想蛋白模式,蛋白质营养价值高,不饱和脂肪酸含量高,矿质元素含量丰富,具有成为优质保健食品的潜力。

中国海海葵目(刺胞动物门:珊瑚虫纲)物种多样性与区系特点

基于对中国海域海葵目700余条采集记录的分类整理和分析,对中国海域的海葵物种多样性与区系特点进行了总结。迄今共记录并核实了81个海葵目物种,其中黄渤海有29种,东海有23种,南海有55种,物种多样性呈"南海最高、黄渤海次之、东海最低"的分布格局。中国海海葵目这一分布模式既与中国大多数海洋生物类群由北向南递增的物种多样性格局不同,也不同于其所隶属的珊瑚虫纲与刺胞动物门从赤道向两极明显减少的纬度梯度分布模式,亦与全球海葵目物种多样性由南北纬30°—40°向低纬度热带海域和高纬度逐步降低的分布格局不同。本文将我国海城分布的海葵进行了区系划分并分析了各海域海葵的区系特点,探讨了驱动海葵物种多样性分布的环境因素。

南黄海夏秋季纤毛虫等微小型浮游动物丰度和生物量变动及其与沙海蜇旺发的关系

大型水母沙海蜇旺发已成为黄海夏季的一个常见的生态现象。然而,沙海蜇旺发与微小型浮游动物尤其是纤毛虫的相互作用关系依然不明。本研究基于2013年6月(水母旺发初期)、8月和9月(水母旺发期)三个航次的调查,对黄海水母高发的I(33°N)、G(34°N)、E(35°N)断面的表层微小型浮游动物的丰度及生物量分布变化与水母发生关系进行探讨。微型鞭毛虫丰度6月平均丰度和生物量分别为357ind./m L和3.92μg C/L,至8月降为145ind./m L和2.55μg C/L,9月回升至160ind./m L和2.84μg C/L。共鉴定纤毛虫31属64种,三个月份纤毛虫的种类组成差别不大。纤毛虫6月的平均丰度和生物量分别为2282ind./L和8.93μg C/L,至8月降为933ind./L和3.92μg C/L,9月回升至2319ind./L和6.55μg C/L。与丰度和生物量的较大变化不同,纤毛虫6月的平均生产力为12.74μg C/(L·d),8月降至7.39μg C/(L·d),9月略增至7.79μg C/(L·d)。桡足类无节幼体仅见于6月(10.59ind./L)和8月(8ind./L),在沙海蜇旺发的8月其平均生物量(0.08μg C/L)和生产力(0.032μg C/(L·d))远低于纤毛虫。本研究表明,在南黄海水母发生过程中,纤毛虫在微小型浮游动物的生物量和生产力中占据了主导地位,并受到水母旺发的直接和间接(级联效应)影响。

玻璃质壳类底栖有孔虫卷转虫属Ammonia spp.的DNA保存方式和提取效能比较研究

对有孔虫的DNA进行有效保存及提取是开展有孔虫分子鉴定工作的前提。本研究以探索适合玻璃质壳类底栖有孔虫的DNA保存及提取方法为目的,以中国近海优势属——玻璃质类底栖有孔虫卷转虫属(Ammonia spp.)为模式生物,考察不同温度(20—120°C,间隔10°C)烘干、冷冻(–20°C、–80°C,有水、无水)以及脱氧胆酸钠裂解液(Na deoxycholate,简称DOC)处理(含和不含EDTA)保存有孔虫DNA方法,同时进行了DOC裂解液法和Guanidine裂解液法对Ammonia spp.DNA提取效能的比较。结果显示,烘干保存法中20°C组和30°C组显著优于40°C组(P<0.05);冷冻保存法中无水组显著优于有水组(P<0.05);DOC裂解液保存法各组间无显著差异(P>0.05)。三种保存方法综合效果表现为冷冻组显著优于烘干组和裂解液组(P<0.05);两种DNA提取方法的提取效果都很好,但DOC法更廉价且操作简便。本文给出了一套适用于玻璃质壳类有孔虫的DNA保存和提取的优化方案。

柔海胆科(Echinothuriidae)3个属叉棘超微结构的研究

海胆的叉棘是海胆御敌、清除体表异物的重要器官,其形状在海胆的分类上具有重要意义。本文通过扫描电子显微镜对西太平洋海山区柔海胆科软海胆属Araeosoma、兜海胆属Sperosoma和革海胆属Hygrosoma的叉棘形态与结构特征进行研究,并提供了柔海胆科属的检索表。结果表明:柔海胆有三种常见的叉棘形式,三叉叉棘、三叶叉棘和指状叉棘。三叉叉棘和三叶叉棘在3个属中均存在,指状叉棘只在软海胆属中存在,三叶叉棘和指状叉棘的超微结构变化比较细微,三叉叉棘的超微结构特征具有明显的种属间差异。建议将叉棘的种类和结构作为柔海胆科的分类依据。

西北太平洋深海小型底栖生物群落结构与分布特点初探

小型底栖生物是海洋底栖环境中数量最占优势的类群,但对于其在深海中的类群构成及分布特点还所知甚少。本研究对西北太平洋深海平原的小型底栖生物的主要类群组成及其分布特点进行了解析,并与相邻海域的小型底栖生物群落结构进行了比较分析。调查海域的水深为4080—6066m,共检获14个小型底栖生物主要类群,小型底栖生物的平均丰度和生物量分别为150.8ind./10cm^2和100.3μg dwt/10cm^2,其中线虫的平均丰度占93.6%。小型底栖生物总体上呈现沿西北至东南方向数量高,该分布趋势与黑潮延伸体影响区域基本吻合,而在黑潮延伸区两侧数量低。绝大多数小型底栖生物分布于沉积物的0—4cm分层, 4—6cm层的小型底栖生物仅占总数的不到10%。本研究中小型底栖生物丰度和生物量均低于相邻深海及冲绳海槽与南海北部深海区的研究结果。小型底栖生物各类群丰度与环境因子的相关性分析显示,小型底栖生物群落组成与沉积物叶绿素a含量和中值粒径显著正相关。生物环境分析(Biota-Environment, BIOENV)结果显示,与小型底栖生物类群结构相关性最高的环境因子组合为水深和沉积物脱镁叶绿素含量。

海洋标准化重大成果:有关微体古生物的国家新标准《海洋沉积物间隙生物调查规范》发布并实施

2017年10月14日,国家标准《海洋沉积物间隙生物调查规范》BG/T34656-2017（以下简称《标准》）由国家标准化技术委员会正式发布实施,这是我国自本世纪80年代以来首次新制定并实施有关海洋微体古生物调查的国家标准。《标准》由中国科学院海洋研究所主持,同济大学、国家海洋局第一海洋研究所、国家海洋局第二海洋研究所、国家海洋局第三海洋研究所、中国地质调查局青岛海洋地质研究所、中国科学院南海海洋研究所、中国地质大学（北京）、中国科学院南京地质古生物研究所、中国海洋大学共十家涉海单位的多位知名专家和学者共同参与起草。

热带西太平洋浮游有孔虫Globigerinoides ruber(白色)的基因型研究及其古海洋学意义

Globigerinoides ruber是最常见的热带-亚热带浮游有孔虫种类,被广泛地应用于古环境重建。本实验通过浮游生物垂直拖网采集热带西太平洋海区目标站位表层200 m以浅水体中的浮游有孔虫,在体视显微镜下挑选出单个活体G.ruber(白色)个体,采用DOC法提取虫体的总DNA,利用有孔虫特异性引物扩增SSU rDNA目的片段。我们通过构建系统发育树研究了G.ruber(白色)基因型多样性,并比较了不同基因型G.ruber(白色)的形态差异和分布特点。ML/BI树显示:在热带西太平洋海区获得的G.ruber(白色)样本中,有两大基因型Type I和Type II,Type I又包括Type Ia、Type Ib2两种类型。Type I和Type II个体的形态特征和栖息环境存在明显差异:Type I个体的三个房室呈显著的球状,主要分布在表层30 m以浅的水体中;Type II个体的三个房室呈扁平的近似球状,主要分布在水深30 m以下的水体中。本工作是对热带西太平洋浮游有孔虫DNA分子数据的重要补充,旨在为古海洋学重建提供更加精确的替代性指标。

不同PCR引物对多种海洋生境沉积物中的有孔虫DNA扩增效能的比较研究

不同PCR引物对有孔虫DNA扩增效能存在显著差异,可能导致PCR扩增的效率降低或失败。但目前为止,尚无对于不同海域生境沉积物类型(例如潮间带、近岸浅水或深海沉积物)的有孔虫引物进行有效DNA扩增方法学的比较研究。本实验有孔虫样品采自青岛湾、胶州湾、黄海、西北太平洋以及东太平洋海域表层沉积物,通过使用不同的PCR特异性引物对有孔虫SSU rDNA基因进行PCR扩增,比较不同引物获取的PCR产物的凝胶电泳结果,利用Image J软件对电泳图中目的条带的亮度进行定量分析,研究了不同扩增引物对多种沉积物类型中有孔虫SSU rDNA分子目的片段的扩增效能差异。结果显示,对于潮间带沉积物类型,s14F3和s17是扩增底栖有孔虫的有效组合;对于近岸浅海沉积物,s14F1和s17是有效组合;对于离岸陆架沉积物,使用s14F3和s15ROTEX有效;对于深海泥质沉积物,使用s14F3和s17较为有效;对于金属结核区沉积类型沉积物,使用s14F1和s15ROTEX更为有效。研究表明,由于不同水深沉积物、沉积物自身特性以及有孔虫种类组成存在差异,扩增有孔虫DNA应该根据不同的沉积物类型选取合适的PCR引物,以提高有孔虫遗传物质的扩增效能。本研究结果可为涉及不同海域沉积物类型的底栖有孔虫分子多样性等研究提供有效的技术方法参考。

单细胞转录组测序技术及其在秀丽隐杆线虫中的应用

单细胞转录组测序技术使人们摆脱了细胞异质性问题的干扰,从而在单个细胞水平实现对基因表达及转录调控机制的探索,以及对不同细胞亚群和特殊细胞类型的识别,对系统发育领域的研究具有重要意义。传统模式生物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)由于体细胞数目固定、细胞分化路径清晰等特点,近年来成为了单细胞转录组学研究的重要模型。本文对目前单细胞转录组测序技术的发展现状进行综述,总结其在秀丽隐杆线虫的细胞谱系分析、单细胞轨迹推断以及神经元细胞图谱等研究工作中的应用情况,并对未来的研究方向作进一步展望。