黄、东海水母暴发机理及其生态环境效应研究进展

在全球变化和人类活动影响下海洋生态系统的结构与功能发生了很大的变化,海洋赤潮、绿潮、白潮(水母暴发)等生态灾害在多重压力下不断出现。对于以水母为代表的胶质类生物的数量增多,国际上有很多的解释和争论:水母的暴发是一种趋势性的还是周期性的现象,关键问题是对导致水母暴发原因的认识。针对这些问题,国家重点基础研究发展计划项目"中国近海水母暴发的关键过程、机理及生态环境效应"开展了综合性的研究,对前期的研究进展和结果进行系统整理发表在本专辑中,涉及水母生活史策略、环境因子对水母不同生活史阶段的生长和发育的影响、水母的暴发对环境的影响、以及对中国近海水母暴发的新认知等。

正定矩阵因子分解模型在环境中多环芳烃源解析方面的应用

正定矩阵因子分解模型(PMF)自1993年开发至今,其在环境中持久性有毒物质(PTS),尤其是多环芳烃(PAHs)源解析中的应用取得了重大研究进展。简要介绍了PMF模型的基本原理,在综述该模型用于土壤/沉积物、大气及水体中PAHs源解析现状的基础上,结合其在实际工作的应用,评述了其在环境中PAHs源解析方面的应用潜力及发展前景。

在污染责任主体认定中环境中多环芳烃源识别方法的研究进展

环境污染事件中,污染源责任主体的认定对生态环境损害赔偿制度的实施至关重要.本文以多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)为例,通过对现有环境中PAHs源识别所使用的比值法、指纹图谱法、热源指数法和稳定碳同位素法效果的分析、归纳、总结,结合最新研究进展,讨论了其今后的发展趋势,以期为建立适用于生态环境损害赔偿制度的环境法医学判别、鉴定污染源责任主体的技术方法提供参考.

2020年夏季青岛近海及毗邻海域浮游动物群落特征

为研究夏季青岛近海及毗邻海域浮游动物的群落特征,采用2020年7月26日—8月11日在南黄海近岸海域21个站位采集的样品,分析该海域浮游动物群落的种类组成、优势种、数量分布以及生物多样性等群落特征.研究海域共鉴定出浮游动物成体51种、浮游幼虫26类,浮游动物的平均栖息密度为1147.2 m^(-3).研究海域浮游动物大致以31.5等盐线为界,划分为南黄海沿岸组群和黄海中部组群.不同组群的优势种组成差异明显,黄海中部组群优势种为中华哲水蚤(Calanus sinicus)、小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)、拟长腹剑水蚤(Oithona similis)和近缘双毛大眼剑水蚤(Ditrichocorycaeus affinis),南黄海沿岸组群优势种为小拟哲水蚤、近缘双毛大眼剑水蚤、鸟喙尖头溞(Penilia avirostris)、强壮滨箭虫(Aidanosagitta crassa)和多毛类幼体(Polychaeta larvae).表层温度和表层盐度是影响夏季青岛近海及毗邻海域浮游动物群落结构的主要环境因子.

海洋初级生产力与输出生产力的时滞效应研究进展

生物泵是海洋储碳的重要机制之一,其有机碳输出效率(e-ratio)通常用输出生产力(EP)与初级生产力(PP)的比值来表示.尽管国际学界已知e-ratio的估算受EP与PP时滞的影响,但是二者时滞的估算和解析存在较大不确定性,且造成时滞的原因尚不明确.因此,本文梳理EP与PP时滞的研究进展,总结估算和解析二者时滞的方法及挑战;并在此基础上提出南海是研究EP与PP时滞效应的理想试验场,其丰富的历史观测资料有利于构建区域食物网模型,以准确估算EP与PP时滞,并解析造成不同生态系统时滞差异的原因.

2012年三沙湾米氏凯伦藻赤潮的生态特征及成因分析

为了理清米氏凯伦藻赤潮形成与环境因素的关系,掌握其发生、发展规律,本文分析了2012年春末夏初三沙湾海域米氏凯伦藻赤潮期间的气象、水文和营养盐情况,并结合室内模拟培养实验,探讨了米氏凯伦藻赤潮形成与各环境因素的相关性。结果显示米氏凯伦藻赤潮通常发生在温度为20.5~25.0℃和盐度为24.3~32.3的海域,其细胞生长的最适温度和最适盐度分别为:22.0~25.0℃和26.0~30.0;Pearson相关性分析显示,米氏凯伦藻细胞密度与叶绿素a、无机磷、化学需氧量呈极显著正相关,与透明度、氨氮呈显著负相关;另外,米氏凯伦藻对磷酸盐的需求较低,其赤潮的形成可能主要受水体中氨氮的影响。基于现场调查和模拟实验结果,综合分析认为稳定的水文和气象条件、发生前期降雨输入的无机氮,以及由于持续阴雨导致的较低光照条件是此次米氏凯伦藻赤潮形成和维持的重要条件。

海洋生物固氮及其对全球变化的响应

生物固氮作用是海洋氮循环的重要环节之一,也是全球海洋重要的“新氮”来源,支撑海洋的初级生产力,实现大气CO_(2)的净埋藏,因而在海洋的全球气候调节功能中扮演至关重要的角色.近年来随着分子生物学、组学以及同位素地球化学等技术的发展,对海洋固氮生物的多样性、海洋生物固氮的时空格局及其影响因子等的认识不断深入,同时也涌现新的问题、催生新的思考.此外,工业革命以来人为活动导致的大气CO_(2)浓度上升引起了海洋酸化和暖化等一系列环境因子改变,揭示全球变化下单因子和多因子耦合对海洋生物固氮的影响及其机理,进而评估其发展趋势和生物地球化学效应,是当前海洋全球变化研究的前沿难题与重大挑战.

弱光层异养过程对海洋储碳的影响:进展、挑战和展望

海洋是地表系统最大的碳库和重要碳汇区。海洋生物泵通过一系列复杂的生物地球化学过程将CO_(2)转化成颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)并输送到深海,是海洋储碳的重要途径。弱光层(真光层底部到1000 m)的生物异养过程消耗了超过70%从真光层输出的POC通量,决定了生物泵的储碳效率,因此准确定量弱光层的再矿化速率对评估海洋碳汇有重要意义。本文针对海洋生物泵储碳问题,聚焦弱光层异养过程对海洋储碳的影响机制,对全球弱光层再矿化定量工作进行评述,综合分析弱光层POC的衰减、再矿化等问题,并展望了相关新技术的应用。

表面增强拉曼光谱在食品人工合成色素的现场快速筛查中的应用

已有研究表明食品加工过程中添加的人工合成色素不仅不能提供营养物质,而且可能是导致小儿多动症的来源之一,影响儿童智力发育.基于表面增强拉曼光谱(SERS)原理和便携式拉曼光谱仪,提出了一种非定向的现场快速筛查方法.该方法只需对疑似含有人工合成色素的固体或液体状食品样品进行简单前处理,即可进行SERS检测.样品前处理和检测的总时长不超过15 min,检出质量浓度在1 mg/L水平,可有效满足政府职能部门的现场执法需求.除具有快速、方便、灵敏度高等特点之外,该检测方法的最大优势在于实现了未知样品的现场非定向测试:在同一种前处理过程和检测方法下,可对食品中常添加的亮蓝、胭脂红、日落黄、柠檬黄、苋菜红和诱惑红6种人工合成色素进行快速鉴定和半定量分析.

秋茄红树林湿地土壤呼吸昼夜变化及其温度敏感性

采用LI-8100全自动土壤CO2通量测定系统于2010年7月和10月及2011年1月和4月分别对九龙江口秋茄(Kandelia candel)红树林湿地土壤呼吸的昼夜变化进行测定.结果表明,10月和4月的土壤呼吸速率昼夜变化表现为单峰型,日最高值出现在14:00,最低值出现在00:00;而7月和1月的昼夜变化则显示出不同的趋势,最大值分别出现在10:00和08:00而最低值分别出现在22:00和04:00,样地土壤呼吸速率的日均值出现在06:00—10:00.指数回归分析显示,秋茄红树林湿地土壤呼吸速率变化与土壤温度呈极显著的正相关(p<0.01),5cm层土壤的温度变化可以解释秋茄红树林湿地土壤呼吸速率变化的74.4%.

高灵敏度原子荧光光谱系统应用于砷、硒形态分析的研究

将实验室自制的高灵敏度原子荧光光谱系统与色谱分离、在线紫外光前处理装置联用，实现了元素形态的液相色谱分离、在线紫外消解、蒸气发生及原子荧光光谱测定，并以砷、硒两元素为例对系统的分析性能进行研究。样品通过加热混旋提取、离心、过滤，使用反相色谱柱并以5.0mmol／L磷酸氢二铵缓冲溶液（pH5.7）-0.5mmol／L四丁基溴化铵（TBAB）-1％甲醇为流动相进行分离；三价砷（AsO3-3）、二甲基砷（DMA）、一甲基砷（MMA）、五价砷（AsO3-4）可在7min内进行分离和测定，硒代胱氨酸（SeCys）、硒代蛋氨酸（SeMet）、四价硒（SeO2-3）、六价硒（SeO2-4）的测定约需11min。在优化实验条件下，方法检出限（DLs，S／N=3）为0.08～0.74μg/L；相对标准偏差（RSD，n=7）为1.4％～7.9％，实际样品的加标回收率为82.5％～116.596；砷、硒各形态在0.28～40.0μg/L和0.38～80.0μg/L范围内线性良好。建立的联用系统稳定性好、检出限低，可实现样品中低浓度砷、硒形态的准确测定。

利用发光细菌测试方法评价菲和芘生物降解过程的毒性变化

将发光细菌毒性测试方法应用于典型多环芳烃生物降解过程的毒性评价,研究了菲和芘单独及混合状态下生物降解过程中的毒性变化。结果表明:溶解态的菲和芘在一定浓度范围内对发光细菌均具有毒性,菲和芘对发光细菌的10 min-EC50值分别为1.61×10-5mol·L-1和2.31×10-6mol·L-1。单组分和混合组分的菲和芘经过微生物降解后,其毒性显著降低。混合组分生物降解体系中由于菲和芘分子之间的互相作用,使其对发光细菌的毒性效应与其单独存在时有差异。生物降解的各阶段,混合组分降解体系的毒性均大于单组分菲或芘降解体系的毒性,且在降解完全的后期,培养液的毒性有增加的趋势。这与菲和芘降解中间产物的积累变化有关。

对发光二极管光度检测器的研制及其在水样溶解态活性磷测定中的应用

研发简易、可靠、便携、低功耗、低成本的光度检测器,一直是环境分析仪器研究的热点之一.使用2只880nm发光二极管(light emitting diode,LED)及一块由计算机USB接口驱动的数据采集卡(data acquisition card,DAC),制作了对发光二极管光度检测器(paired emitter detector diode,PEDD).一只LED作为光源,连接在DAC的模拟信号输出端口;另一只作为光学检测器件,连接在模拟信号差分输入端口,再通过计算机对DAC进行简单设置并完成数据计算,即可实现光度检测功能.优化了光源LED和检测LED的各项性能指标.使用PEDD分别作为静态和流动体系的光度法检测器,与商品化检测器对比,测定结果无显著差异.PEDD制作简易、成本低、体积小、功耗低,基本不受环境背景光干扰,非常适合作为便携式检测器,也适合作为实验教学仪器.

表面增强拉曼光谱对西地那非类药物的快速检测

采用表面增强拉曼光谱(SERS)技术并结合简单的前处理流程,对保健品样品中11种西地那非类药物进行了非定向快速筛查研究.结果表明,11种西地那非类药物可根据结构分为5类,类别之间SERS谱图差异显著;类别内SERS谱图具有共性特征,特征峰相对强度差异明显.实际样品的检测中,西地那非类药物的最低检出浓度约为0.05 mg/kg;前处理和测试的总时长约为3~5 min,且与检测目标物和样品无关.本方法高灵敏度、快速和非定向检测的设计理念为快速检测保健品中违禁添加药物提供了新思路和新方法.

重金属Cd、Pb对褐菖鲉肝脏组织中HSPs基因表达的影响

为了解重金属污染对海洋鱼类热休克蛋白(HSPs)基因表达的影响,将褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)分别暴露于1.6、8、40、200、500μg·L^(-1)Cd、Pb溶液中,用环介导等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAM P)定量检测褐菖鲉肝脏HSP60、HSP70、HSP90、HSC70 mRNA表达量。结果表明:Pb仅在40μg·L-1时显著抑制HSP60、HSP90、HSC70 mRNA表达量,8μg·L^(-1)时即可显著抑制HSP70 m RNA表达量,并在40μg·L^(-1)时达到最小值;Cd对HSP60、HSP90、HSC70的诱导不明显,但能显著诱导HSP70,并在500μg·L^(-1)时达到最大值。相比之下,褐菖鲉肝HSP70基因对重金属Cd、Pb污染较为敏感,有潜力成为监测海洋重金属污染的预警分子。

两株溶藻弧菌噬菌体的生理特性和基因组研究

利用噬菌体治疗水产养殖细菌病害具有专一性强、自我增殖能力强等优点,可以有效减少对环境的污染。为了获得可防治水产病原体溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)的生物杀菌剂,本研究以Vibrio alginolyticus ATCC 17749T为宿主,从福建省东山岛的对虾养殖场与水产市场污水环境中分离得到两株巨型噬菌体vB_ValM_R10Z和vB_ValM_R11Z,并分别从噬菌体形态、宿主范围、生命周期和基因组信息等方面进行了鉴定和分析。实验结果显示,噬菌体R10Z和R11Z具有相似的噬菌斑形态和电镜形态,属于肌尾噬菌体;除宿主之外,噬菌体R10Z和R11Z均能侵染另一株欧文氏弧菌Vibrio owensii JL3186;两株噬菌体均对氯仿不敏感,表明其衣壳蛋白不含脂类物质;噬菌体R10Z和R11Z的潜伏期均为20min,但裂解量却相差一倍,分别为45PFU·cell^(-1)和114PFU·cell^(-1);两株噬菌体的基因组大小分别为247167bp和246831bp,G+C含量分别为41.30%和41.33%,两者基因组相似性达99.45%,均未检测出毒力基因与抗药性基因;系统发育分析显示两株噬菌体均属于Myoviridae(科),Tevenvirinae(亚科),Schizotequatrovirus(属),同源基因在环境中分布广泛。两株噬菌体性状优良,在水产病害的噬菌体治疗领域具有重要的研究价值和潜在的应用价值。

空间位阻对溶解态甲基菲生物降解的影响

以菲(Phe)和甲基菲(MP:1-MP、3-MP、4-MP、9-MP)为研究对象,运用同步焚光法研究微生物Novosphingobium pentaromativorans US6-1对5种溶解态多环芳烃(PAHs)的降解特性.结果显示:MP在8×10^(-7),1.2×10^(-6)mol/L2种浓度下,其生物降解过程符合零级动力学,降解速率均为:4-MP<9-MP<1-MP<3-MP;5种PAHs的最大生物降解速率同理论最大跨膜通量存在良好的线性关系;NaN_3对Phe降解速率影响较小,但抑制MP降解且抑制程度与取代基位置有关.

铜绿微囊藻胞内DOM光降解及其对芘结合能力的影响

利用紫外可见吸收光谱法及荧光光谱法研究有氧和缺氧条件下紫外线A波段(UV-A)辐照对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)胞内溶解性有机质(IDOM)(M.aeruginosa-IDOM)光降解行为,并考察光降解对其与芘结合能力的影响.结果表明,M.aeruginosa-IDOM经6d光降解后,有氧组中溶解性有机碳(DOC)浓度及其吸收系数a355降解幅度均高于缺氧组.有氧及缺氧状态下M.aeruginosa-IDOM光降解过程中吸光度比值E2/E3(250nm/365nm)变化相似,但254nm处比紫外吸收值(SUVA254)变化不同.激发–发射三维荧光光谱法(EEMs)结合平行因子(PARAFAC)分析,结果显示,M.aeruginosa-IDOM中类蛋白C1、长波激发类腐殖质C2及短波激发类腐殖质C3荧光强度在两种光降解条件下变化趋势不同.M.aeruginosa-IDOM光降解过程符合一级降解动力学特征的参数,在有氧组中降解半衰期均短于缺氧组.此外,光降解过程中,有氧组M.aeruginosa-IDOM与芘结合能力降低,但缺氧组M.aeruginosa-IDOM与芘结合能力先下降后增加.

褐菖鲉肝HSC70基因的环介导等温扩增技术的建立及在石油污染剂量效应研究中的应用

从褐菖鲉肝脏中克隆了热休克蛋白HSC70基因,利用环介导等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)建立HSC70基因的定量检测方法。为检测该方法的可行性,将褐菖鲉分别暴露于石油水溶性成分(water-soluble fraction,WSF)20、60、180μg·L-11 d后,利用real-time PCR及LAMP技术同时测定褐菖鲉肝HSC70 mRNA表达量,两种方法测定结果基本一致,证实LAMP技术可用于褐菖鲉肝HSC70基因的定量。为更细致了解石油WSF影响褐菖鲉肝脏HSC70基因表达的剂量-效应关系,将褐菖鲉分别暴露于25、50、75、100、125、150、175μg·L-1WSF中,5 d后采样,用LAMP技术定量检测HSC70 mRNA。结果表明,HSC70 mRNA表达量在50μg·L-1浓度组即被显著诱导,在75μg·L-1浓度下达到最大值,这说明褐菖鲉肝HSC70基因对石油污染较敏感,有潜力作为海洋石油污染的生物标志物。

海水中痕量重金属的薄膜扩散梯度技术原位富集

研究表明对生物体有直接作用的金属并非溶解态的全部,而是其中的活性部分.薄膜扩散梯度技术（DGT）作为一种原位富集有效态金属的新技术,被广泛应用于自然水体里重金属的分析.本研究设计了一种能同时原位富集海水中的Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的DGT装置;使用自制的凝胶扩散系数测定装置获得了金属离子在扩散相凝胶中的扩散系数;考察了pH、离子强度等对富集效果的影响,当pH为5.6-8.6、离子强度在10-700mmol/L范围内,富集效果不受影响.在厦门近岸海域成功地进行为期7d的海水中重金属的原位富集,实验结果显示,DGT能够富集该海域海水中6.672%-45.33%的溶解态重金属,即获得DGT有效态.平行样测定的相对标准偏差均小于10%,该方法可用于海水中痕量有效态重金属的分析.