海洋生物诞生过程、新资源发掘与高值利用

本文以46亿年来地球、海洋及生命的形成与演化为主线,简要回顾了生命体由简单到复杂、从低级向高级、从水生到陆生逐级演化的历史进程,以及重大环境变化事件对生物毁灭性灭绝、生物适应与多样性演化的影响,阐明海洋尤其热带海洋在生命诞生、孕育及庇护等过程中所发挥的不可替代作用。同时,分析了热带海洋生物资源多样性中心形成的重要自然环境因素及可能机制。并针对印太交汇区深海极端环境微生物生态系统、浅海典型的海草/藻床、珊瑚礁、生物多样性和热带渔业资源,论述了热带海洋生物多样性资源的保护、发掘与高值开发利用。

饲料中添加海洋生物营养强化剂对蛋品质的影响

试验旨在研究饲料中添加海洋生物营养强化剂对鸡蛋蛋品质的影响,将600只健康海兰褐壳蛋鸡随机分为两组,分别饲喂普通九洲鸡饲料和含有海洋生物营养强化剂的九洲鸡饲料,对比分析其鸡蛋蛋品质及其功能性营养物质(必需氨基酸、脂肪酸及类胡萝卜素)的变化,试验期56d。结果显示,试验组海兰褐壳蛋鸡所产鸡蛋(海洋生命蛋)的蛋黄颜色为橙红到鲜红色,蛋黄重/蛋清重为0.424,而普通鸡蛋的蛋黄为黄色和橘黄色,蛋黄重/蛋清重为0.365。海洋生命蛋的总氨基酸含量为13.22g/100g,其中各必需氨基酸含量较普通鸡蛋均有不同程度的提高;海洋生命蛋中多不饱和脂肪酸高达30.53%,类胡萝卜素含量达到0.75mg/枚,而普通鸡蛋仅为0.52mg/枚;同时,在海洋生命蛋中检测出虾青素,其叶黄素/玉米黄素为1.12,且其有机硒含量为290~490μg/kg。上述结果表明,添加海洋生物营养强化剂的饲料可较全面地提高鸡蛋的蛋品质。

绿潮生物学机制研究

绿潮发生机制极其复杂,但其核心机理是绿潮暴发时漂浮"藻席"中的浒苔快速形成巨大生物量,涉及浒苔生物学过程对环境的响应及其生理生化基础。为此,本文在已有研究报道的基础上,对浒苔生活史研究进行了充分的理论补遗;分析了漂浮"藻席"中浒苔生长与繁殖过程,认为该过程是绿潮生物量形成的关键;阐述了浒苔孢子囊形成是对富营养化背景下海水溶解无机氮(DIN)中硝态氮高占比的响应,认为一氧化氮分子可促进浒苔营养细胞向孢子囊的转化;解析了浒苔细胞对逆境因子的响应途径与机制。基于已有的研究成果,本文对浒苔引发绿潮的生物学过程进行了理论推定。人为或自然因素使固着浒苔处于漂浮状态,形成小规模"藻席";富营养化背景下海水DIN中硝态氮占比的升高赋予了浒苔巨大的繁殖潜能,漂浮过程溶解无机碳(DIC)"充裕"和"不足"两个阶段的交替以及食藻动物啃食产生的藻片段使孢子囊形成比例大幅提升;孢子原位萌发等使释放的孢子在"藻席"中获得了附着基,个体数目随之指数增长;结合漂浮浒苔的高生长速率,"藻席"规模不断扩大,短时间内形成巨大生物量。同时,本文还对今后的绿潮研究提出一些建议,认为啃食动物在浒苔生物量消长过程中发挥重要作用,在漂浮"藻席"系统中扮演着"生态引擎"的功能,同时系统阐明浒苔孢子的原位萌发等现象的生物学机理应该是未来绿潮的重要研究内容。

深海热液口大型底栖生物遗传多样性的研究进展

深海热液口及其生物群落自1977年发现以来,受到海洋生物学界的广泛关注。近年来伴随深海调查技术的进步,大量热液生物群落相继被发现,并在生物地理学、生态学和生物多样性方面取得了显著的进展。目前,受采样不足及分类学研究的限制,针对深海热液口的遗传多样性研究多集中于大型底栖生物。本文拟对该领域的研究成果进行简要综述,以期加深对深海热液口大型底栖生物的物种分布模式、扩散途径及群体连通性的认识,为深海热液口生物多样性的研究提供新视角。

海洋线虫Litoditis marina低氧胁迫响应的转录组分析

全球气候变化导致海洋氧含量降低,海水低氧胁迫对海洋无脊椎动物的生长、发育和繁殖造成了严重的威胁。以海洋线虫Litoditis marina为实验对象,观察了其在不同氧浓度(21%、3%、1%和0.5%)条件下的生长发育速率,并对不同氧浓度条件下的L1幼虫样品进行了转录组测序和分析。实验结果表明,当环境氧浓度从21%下降至3%时,L.marina的发育成熟速度明显加快,进一步下降至1%时,产卵时间延长并和21%氧浓度接近,但当氧浓度为0.5%时,L.marina的产卵时间显著延迟。比较转录组分析表明,相比于21%氧浓度环境,3%、1%和0.5%低氧条件下L.marina的糖酵解、糖异生、硫代谢和线粒体碳代谢等通路相关基因的表达显著上调;而寿命调控通路、细胞色素P450代谢通路和ABC转运蛋白相关基因的表达显著下调。研究结果发现的海洋线虫应对氧浓度胁迫的基因表达变化模式,为深入理解海洋无脊椎动物应答低氧胁迫分子机制提供了重要参考。

海洋线虫Litoditis marina酸性pH胁迫响应的转录组分析

工业革命以来,二氧化碳排放导致了海洋酸化。海水pH下降对无脊椎动物的生长发育、繁殖、代谢和免疫等多个生命过程产生重要影响,但海洋无脊椎动物如何感知和响应酸性pH胁迫的分子机制还很不清楚。本研究以团队建立的海洋线虫Litoditis marina品系为模型,对其在不同酸性pH条件下的表型特征及转录组数据进行了分析。结果表明,当pH从实验室最佳生长条件5.92下降到5.33时,L.marina生长发育的速度明显减慢,但依然可以产卵繁殖;但当pH下降到4.33时,L.marina的生长受到严重影响,表现为不能长成成体且不能产卵繁殖。通过转录组数据分析,发现当pH从5.92下降到4.33时,海洋线虫L.marina脂肪酸β-氧化通路基因和不饱和脂肪酸合成相关基因表达上调;表皮相关基因表达则呈现差异变化,2个nas基因和6个ptr基因表达显著上调,表皮胶原基因col类基因的表达没有发生显著变化;细胞色素P450通路相关基因、凝集素C基因和HSP70家族基因的表达量显著上调。当pH从5.92下降到5.33时,上述提到的这些上调基因中的大多数没有发生显著变化。我们发现的海洋线虫应答酸化胁迫的主要调控模式,为理解生物体能够在低pH环境中生存的分子机制提供了参考,为筛选和识别生物体响应和适应酸化胁迫的关键基因奠定了基础。

微生物降解土壤中多环芳烃的研究进展

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在土壤中分布广泛且存留时间长。利用理化手段去除PAHs不仅价格昂贵,还会对土壤、沉积物以及地下水层等自然环境造成二次污染。生物修复主要是利用微生物代谢多样性降解有害污染物,被认为是最具有前景的修复技术。目前已分离鉴定出多种微生物具有降解PAHs的能力。为了更好地应用微生物修复土壤及环境中的PAHs污染,需要更加深入了解降解过程中微生物代谢途径的生理生化以及分子遗传机制。综述了土壤中多环芳烃的微生物降解,在前人研究的基础上,阐述了不同降解途径对不同分子量多环芳烃的生物代谢转化机理,为提高土壤中降解菌的生物修复能力提供了理论依据。

海洋线虫Litoditis marina早期发育的转录组分析

全球气候和环境变化影响海洋动物的生长发育和繁殖等生命过程,探究环境因子调控发育的分子机制,需要深入了解海洋动物早期发育的生理和分子特征。以实验室驯化的潜在模式动物海洋线虫Litoditis marina为研究对象,对其胚胎期和孵化后发育早期2 h、4 h和6 h的L1幼虫样品进行了转录组测序和分析。结果表明,2 h、4 h和6 h的L1幼虫间差异较小,而三个L1幼虫样品与胚胎期相比,基因表达发生了显著变化。通过KEGG富集分析,发现与胚胎期相比,三个L1幼虫样品的多个通路如核糖体、核糖体生物发生、糖酵解/糖原异生、TCA循环和氧化磷酸化通路相关基因发生了显著上调。另外还发现多个神经递质和神经肽受体基因如dop-和npr-等在L1期转录水平显著上调。与胚胎期相比,L1幼虫的多个DNA复制和修复相关、Notch、Hippo和Hedgehog信号和剪切体等通路相关基因发生了显著下调。发现的L.marina早期发育转录组变化模式与已经发表的陆生模式生物秀丽线虫Caenorhabditis elegans从胚胎期到L1幼虫的转录组变化特征非常相似,但同一上调或下调通路中具体发生表达变化的基因有些不同。另外,L1幼虫显著上调的核糖体生物发生通路相关基因在秀丽线虫中发生了显著下调。进一步通过基因编辑等技术和方法深入研究发育调控关键基因的功能将为海陆近缘线虫间的发育进化机制、海洋线虫对潮间带环境适应以及全球气候变化应答的分子机制研究提供新认知。

扩增子测序技术在牡蛎GⅡ型诺如病毒基因多样性研究中的评估

牡蛎中诺如病毒基因多样的研究对病毒的流行传播和疫情防控具有十分重要的意义,二代测序技术(next generation sequencing, NGS)的扩增子测序具有高通量、高准确性等优势,被广泛应用于基因组学、转录组学和表观基因组学等领域。为评估扩增子测序技术对牡蛎中诺如病毒多样性研究的可行性,采用经典的巢式反转录PCR(reverse transcription-PCR, RT-PCR)方法对人为污染诺如病毒的牡蛎样品进行检测并将产物进行扩增子测序,对病毒基因型覆盖度和灵敏度进行分析。结果显示,在覆盖度方面,扩增子测序技术能够检测出人为添加到牡蛎中的6种GⅡ型诺如病毒,覆盖率达到100%;在灵敏度方面,对人为污染有不同数量诺如病毒的牡蛎进行检测及测序分析,证实扩增子测序的灵敏性较高,低于50个病毒粒子也能检测出。综上,扩增子测序技术提高了牡蛎中诺如病毒检测的准确性以及基因型的丰富度。

金乌贼(Sepia esculenta)早期发育阶段内壳形态学指标的主成分分析

为揭示金乌贼(Sepia esculenta)早期发育阶段内壳生长发育规律和形态学特征,本研究采集其红珠与黑珠期、心跳期、出膜期、初孵化幼体、5日龄、10日龄6个时期的金乌贼,分别测量其胴腹长(DML)、胴宽(MB)、体重(BW)、壳长(CL)、壳宽(CB),壳重(CW)、生长纹数(LN)7项指标,进行内壳形态学的主成分分析。结果显示,红珠与黑珠期、出膜期和10日龄时期各生长指标间均呈显著性正相关,心跳期、初孵化幼体期和5日龄时期部分生长指标间相关性不显著。主成分分析显示,红珠与黑珠期、心跳期的第1主成分为质量因子(体重和壳重),出膜期、初孵化幼体、5日龄、10日龄等4个时期的第1主成分为长度因子(胴腹长和壳长),这表明金乌贼不同时期内壳形态学各性状的生长速率存在一定差异,出膜前(红珠与黑珠期和心跳期)质量因子的增长优于长度因子的增长,而出膜后(出膜期至10日龄时期)长度因子的增长优于质量因子的增长。

环境胁迫对大菱鲆C-型凝集素功能的影响

大菱鲆C-型凝集素(SmLec1)是一种重要的免疫因子,本实验通过分析其活性特点以及环境胁迫对其表达调控的影响,探讨其在大菱鲆先天免疫应答过程中的潜在功能以及养殖环境中的应用。实验利用原核表达系统进行重组表达,并通过纯化获得19 ku重组目的蛋白;活性分析结果显示,SmLec1对所选6种细菌的凝集作用存在差异,其中对鳗弧菌和爱德华氏菌具有明显的凝集作用;在选取的8种糖类中,木糖、果糖、蔗糖、乳糖和甘露糖能够抑制SmLec1的凝集活性;在理化因子(pH、温度)中,pH<7和温度>37°C时对SmLec1的凝集活性产生抑制;鳗弧菌感染实验显示,感染6 h时肝组织的SmLec1表达量明显上升,在12 h时达到最高值,随后有所下降;温度胁迫时肝组织的SmLec1 m RNA表达量受到温度的影响显著,在19°C开始升高,22~27°C呈降低趋势,其他组织变化不显著。盐度胁迫对SmLec1在各盐度的表达量变化不显著。研究表明,SmLec1能够抑制鳗弧菌的感染,其表达受到温度的影响,本研究为进一步明确SmLec1蛋白的抗菌机理和探索对大菱鲆疾病的免疫学防治途径提供科学依据。

3种对虾精子超低温冷冻保存技术研究

作者以日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)、中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)和南美白对虾(Penaeus vannamei)作为实验材料,研究3种稀释液(天然海水,人工无钙海水,Hank’s平衡盐溶液)、3种抗冻剂(二甲基亚砜、丙二醇和丙三醇)、3种稀释比例(5%、10%和15%)、3种不同的降温程序对3种对虾精子超低温冷冻保存效果的影响。冻精解冻后通过台盼蓝染色的方法计算其存活率。结果显示,对于3种对虾,以天然海水作为稀释液,10%PG作为抗冻剂,4℃平衡20 min,以–2℃/min降温至–40℃,–40℃平衡10℃,以–15℃/min降温至–150℃,然后投入液氮作为降温程序进行超低温冷冻保存效果最好,冻精解冻后存活率分别为75.33%±2.56%、69.00%±3.00%和23.33%±8.55%。

大菱鲆(Scophthalmus maximus)种业发展及相关前沿技术应用

大菱鲆(Scophthalmus maximus)是原产于欧洲的重要的特有名贵鱼类之一,于1992年被引入中国。由于大菱鲆大规模人工繁育技术的突破,使其成为中国沿海重要的经济鱼类。然而,在繁育过程中,由于缺乏有效的亲鱼管理,导致出现亲鱼近交,结果造成严重的种质衰退。因此,为了维持大菱鲆产业健康、稳定、持续的发展,自大菱鲆规模化养殖以来又开展了大菱鲆的遗传改良工作。本文从繁育和选育两个方面回顾了近年来国内外大菱鲆种业的发展历程及现状,总结了大菱鲆种业发展的前沿技术及应用,并对大菱鲆种业发展所需的技术研发趋势进行了展望。

利用微卫星标记技术对红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)家系系谱认证的研究

红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)是我国北方地区的一种经济型海水鱼类,但目前对其群体遗传多样性和系谱信息研究成果较少。本文研究了目前红鳍东方鲀养殖群体的遗传多样性情况和系谱信息,为其提供遗传改良的理论基础。从2015年所建的12个红鳍东方鲀家系中随机选取5个家系,采用8个微卫星标记对其遗传多样性进行分析和系谱认证。8个位点共检测得到32个等位基因,每个位点等位基因数为36个,平均值为4个。平均观测杂合度(A)范围为0.453 30.953 3,平均期望杂合度(He)范围为0.490 80.790 1,平均多态信息含量(PIC)范围为0.455 50.754 6。不同位点共发现8个特异性等位基因,7#家系发现3个,3#和11#家系各发现2个,12#家系发现1个,10#家系未发现特异性等位基因。根据子代基因型成功推断出5个家系的亲本基因型,据此鉴别各个家系。在fms15位点,可将3#和11#家系与其他家系相区别;TOG01位点可将7#家系与其他家系相区别;f1497位点可将12#家系相区别。因此,fms15,TOG01,f1497这3个标记可以作为鉴别5个家系的特异性标记。结果说明,所选的8个微卫星标记在这5个家系中多态信息含量较高,且在已选用的8个微卫星标记中,最少用3个标记可鉴别5个红鳍东方鲀家系。综合分析表明微卫星标记能有效地为红鳍东方鲀群体的系谱分析提供技术支持,为今后红鳍东方鲀开展分子标记辅助育种提供了可靠的理论依据。

蛰龙介亚目分类学与系统发育研究概况

蛰龙介亚目(Terebellomorpha)营管栖生活,其形态和栖息环境多样,从海滨至深海均有分布,尤其在潮间带和近岸环境蛰龙介种类异常繁多,地域性分布明显,是海洋底栖生态系统的重要组成成分。因系统演化的复杂性和分类系统的混乱造成大量属的并系和多系现象,使得蛰龙介亚目成为多毛类研究中难度较大的类群。中国海域蛰龙介亚目尚缺乏系统分类学研究,在渤、黄、东、南各海区的分布和区系特点鲜为人知。因此,有必要进行全面系统的分类学研究,在此基础上建立分子生物学和形态学证据相互支持的、更加接近自然演化历史的分类系统。

双壳类软体动物贝壳DNA高效提取及方法学评价

通过对虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)、栉孔扇贝(Chlamys farreri)、牡蛎(Crassostrea gigas)和侏儒蛤(Mulimia lateralis)4种双壳贝类进行壳DNA提取实验,本研究提出一种适用于双壳类软体动物贝壳DNA提取方法。首先用EDTA(15%)脱钙液对贝壳进行预处理去除表面的杂质,经PBS缓冲液(4×)清洗后放入37℃烘箱30 min,称取重量为1 g的壳放入液氮中冷却后使用中通量组织研磨仪研磨成粉末,分装到2 mL离心管中,加入裂解液后在56℃、200 r/min条件下裂解3 h后,常温下12 000 r/min离心10 min得到上清液,加入无水乙醇和醋酸钠沉淀DNA。经微量紫外分光光度计检测、琼脂糖凝胶电泳分析和全基因组重测序比对分析来评价提取到的基因组DNA质量,结果显示该方法可获得完整性好的高质量DNA。本研究提出的贝壳DNA提取方法操作简单、快速,且成本低,为双壳贝类的遗传分析提供了一种方法,本方法在贝类遗传学和分子育种研究中具有广阔的应用前景。

鱼类生殖细胞移植技术研究及进展

鱼类生殖干细胞具有多向分化潜能,作为供体细胞移入同种或异种受体,在受体内迁移、定居、增殖、分化、成熟,产生供体来源功能性配子和后代,称为鱼类生殖细胞移植。作为一项辅助生殖技术,与冷冻保存技术相结合,已经在多种鱼类上进行研究。经过十几年的发展,鱼类生殖细胞移植技术逐渐成熟,目前已经建立了原始生殖细胞、精原细胞、卵原细胞作为供体细胞,囊胚胚胎、孵化幼鱼、成鱼为受体的移植体系。生殖细胞移植技术未来将在濒危物种保护、代理养殖、干细胞诱导分化等方面发挥重要作用。本文总结分析了目前已经报道的鱼类生殖干细胞移植技术,以及鱼类生殖干细胞移植存在的问题和未来发展方向。

孔鳐雄性生殖系统解剖学与组织学观察

本研究对成年雄性孔鳐(Okamejei kenojei)的生殖系统进行解剖学和组织学观察,结果表明,孔鳐的生殖系统主要由精巢、附睾、输精管、储精囊、间质腺、鳍脚腺和鳍脚组成。其中孔鳐的精巢中的精小囊,按照成熟度依次由中心向小叶外周辐射状排列,其精子发育成熟过程根据精巢支持细胞的位置、精小囊的大小和精小囊中的生精细胞所处的状态可划分为7个时期:精巢支持细胞未迁移期、精巢支持细胞迁移期、精巢支持细胞定植早期、精巢支持细胞定植晚期、精子变形期、精子迁移期、精子聚拢期。变态成熟的精子最终每59~64根精子组成精子束进入附睾。精子束在附睾中经历“游离-聚拢-游离”3个过程后,最终储存在储精囊中。鳍脚是孔鳐的外生殖器,主要有鳍扇、扇盾等结构组成,它与储精囊相连,是将精液输送至体外的器官。

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。

微生物参与海草床元素循环及其生态修复功能

海草是分布在全球海岸带的沉水被子植物,与周围环境共同形成的海草床生态系统是三大典型海洋生态系统之一,具有十分重要的生态功能。20世纪以来,全球海草床衰退严重,研究海草床的生态修复迫在眉睫,现有修复方法未能足够重视微生物在海草床中的重要作用。本文综合阐述了微生物在海草床生态系统有机物矿化和营养流动过程中起到的作用,分析了微生物驱动下的海草床水体与沉积物之间的元素循环,提出了人类活动引起海草床退化的原因,总结了海草床微生物的系统研究方法,并在此基础上提出从微生物生态的角度修复海草床的新思路。