Cloning and characterization of proliferating cell nuclear antigen gene of Alexandrium catenella (Dinoflagellate) with respect to cell growth

Harmful algal blooms (HABs) have been affecting negatively the shellfish and aquaculture industries around the world. Though a lot of efforts have been made to disclose the changes of environmental factors involved and their effects on the HABs events, the molecular mechanism of this process remains unclear. To address this problem, proliferating cell nuclear antigen gene (pcna) was isolated and characterized from Alexandrium catenella. It showed high homology to those of other dinoflagellates (89% and 91% homology to Pfiesteria piscicid and Pyrocystis lunula, respectively), and also 42%-43% homology to those of plant and animals. The expression level of pcna revealed by quantitative real time PCR was the lowest at the late lagging cell growth phase, increased to the highest at the late exponential phase, and then decreased at the stationary phase. Though the cell growth rate was also changing, no positive correlation between pcna expression level and cell growth rate was displayed throughout the whole cell growth stages (r²=0.024 6). However, the pcna expression level had the similar trend with the change of cell growth rate throughout the whole growing process, e.g., from increasing at the earlier cell growth stage to decreasing at the following stages, though slightly lagging to the latter.     

有害藻华数据分析与可视化平台的设计

有害藻华是海洋中最为常见的一类生态灾害问题,对养殖业、旅游业和公众健康等造成了严重威胁,也给海洋管理带来了巨大的挑战。近年来,与有害藻华相关的生物、化学、水文、气象等观测数据以及有害藻华发生记录等统计数据不断积累,统计学方法、地理信息系统(Geographic Information System, GIS)等数据分析方法也在快速发展,为深入挖掘有害藻华时空演变特征、提高有害藻华监测预警水平奠定了重要基础。该研究综合应用数据库、地理信息系统及可视化技术,设计了一套集有害藻华多源异构数据管理、分析与可视化为一体的综合平台,能够实现对有害藻华相关数据的存储和动态关联,并集成了空间分析方法,实现了数据和分析产品的可视化。该研究以渤海有害藻华长期时空演变特征探究为案例,展示了该平台在有害藻华数据分析与可视化方面应用效果。该平台可望为公众科普、科学分析和政府决策等提供支撑。     

2011年春季东海赤潮高发区尿素分布特征及影响因素

2011年春季(3-5月)在东海赤潮高发区硅藻和甲藻赤潮暴发及演替过程中进行了3个航次的现场调查,通过对调查资料的分析,对该海域尿素的含量变化、平面分布特征及影响因素进行了初步探讨。结果表明:调查海域尿素的含量在检出限~6.32μmol/L范围内,平均浓度为(1.33±0.84)μmol/L,是该海域一种重要的溶解有机氮组分。其中,在DIN中所占比例8.73%~18.04%,在DON中所占比例5.63%~15.73%。赤潮的暴发对尿素含量和分布影响较大,能够影响并控制该海区尿素的实际浓度水平和分布特征。其中,硅藻赤潮暴发前后尿素和DIN含量下降百分比分别为36.67%和49.88%,甲藻赤潮暴发前后尿素和DIN含量下降百分比分别为8.78%和28.97%。硅藻赤潮期,尿素的高值区和叶绿素高值区一致,其含量明显高于正常海区;甲藻赤潮期,叶绿素的高值区对应着尿素低值区,赤潮区内尿素含量普遍降低至1μmol/L以下,尿素是一种能够被研究海区甲藻类浮游植物吸收利用的有效氮源。在调查海域大规模硅藻和甲藻赤潮暴发和演替期间,尿素的平面分布上未呈现明显的近岸低、远岸高的分布特点,与盐度数值没有明显的相关性,该时期陆源输入不是影响该海域尿素分布的主要因素。     

微生物治理有害藻华研究进展

近年来,全球近海海域有害藻华频发,导致严重的环境问题与经济损失,如何有效地治理有害藻华引发全球关注。抑藻微生物可以通过细胞接触等直接方式及分泌胞外活性物质等间接方式破坏藻细胞的细胞结构、生理过程和遗传功能,进而抑制藻细胞的生长。本文总结了抑藻微生物控制有害藻华的主要作用原理和研究进展,综述了当前以微生物为基础的控制藻华的方法和技术,探讨了其在有害藻华治理方面的发展方向与应用前景,以期为有害藻华的防控提供参考。     

海洋浮游植物薄层的研究进展

浮游植物薄层是指位于水体次表层、厚度从几厘米到几米的高丰度浮游植物分布层。与大洋相比，在河口、海湾和近海的浮游植物薄层往往分布浅、强度大，具有明显的时空变化。浮游植物薄层的形成和维持不仅受到层化、楔入、剪切等物理过程的调控，也与浮游植物的生长、聚集及浮游动物的差异化捕食等生物生态学过程有关，目前围绕浮游植物薄层的形成机制已提出了趋旋俘获等假说。浮游植物薄层对其生长、繁殖、防御等具有重要意义，有的浮游植物薄层聚集了大量的有毒有害藻，与有害藻华的发生关系密切。深入研究浮游植物薄层的成因，将为阐明有害藻华的发生机制和有效监测提供重要依据。     

我国近海赤潮灾害发生特征、机理及防治对策研究

近海赤潮灾害的频繁暴发严重破坏海洋生态平衡和海洋环境.根据2000～2009年的统计数据,从赤潮灾害发生时间、地域分布、赤潮生物优势种和规模变化4个方面分析了我国近海赤潮灾害的发生特征,同时探究了赤潮生物、营养物质(氮、磷、铁、锰、维生素、特殊有机物等)和外部环境(气象条件、水动力条件、海水理化因子等)引发赤潮灾害的机...     

南中国海北部大亚湾水温和赤潮的变化

近年来,大亚湾周边的经济和人口快速发展;自1994年大亚湾核电站运转以来,大亚湾的海洋环境和生态状况尤其受到关注。本研究利用实测和卫星遥感数据比较和分析了大亚湾水温和藻华在1983—1993和1994—2004两个时期的变化情况。结果表明:大亚湾核电站运转后(1994—2004)比运转前(1983—1993),年平均表层水温和表层叶绿素 a 含量分别升高1.1oC 和1.9 mg/m3;月平均有害赤潮(HAB)的发生次数也有增加;有害赤潮在 1994 年以前只出现在春季和秋季,而在1994年以后则全年都有发生;表层水温、叶绿素和有害赤潮发生次数都在5月份增加最明显。这些水环境和生态变化与来自大亚湾核电站的热排放以及由于人类活动增加导致的水体富营养化有关。     

中国海域赤潮物种多样性

遍布全球的赤潮问题近几十年来在我国海域愈演愈烈,成为我国海域最突出的生态灾害之一,严重威胁人类健康、生态安全和社会经济发展。随着研究的深入,我国海域越来越多的赤潮物种及隐存种得到鉴定,分类地位也经过不断修订,但是这些信息零散,不利于研究者系统认识和跟踪研究我国海洋赤潮物种。为此,文章整理了国内外赤潮物种研究资料,并参照联合国教科文组织全球有害藻华物种分类参考名单(2021年版,仅包括有毒赤潮物种)内容,完成了赤潮物种统计,共收录了341个赤潮物种,既包括有毒赤潮物种,也包括无毒赤潮物种。在这341个赤潮物种中,大部分(215种)在中国海域也得到鉴定,其中76个物种在所有主要海域都得到鉴定。近年来,基于通用分子标记(比如18S rDNA序列)的宏条形码分析被广泛应用于针对赤潮物种的鉴定和研究,成为研究赤潮物种组成及其时空动态变化的重要手段。然而,这341个赤潮物种中近30%的物种其18SrDNA序列尚未得到解析,严重限制了宏条形码方法的充分应用,是推行宏条形码分析中的重要瓶颈。全面构建赤潮物种分子标记可以促进宏条形码分析方法作为新一代海域生态调查分析技术,更好地将其应用于解析我国海域赤潮...     

中国近海有害藻华研究现状与展望

海洋或淡水环境中的一些藻类生物量暴发性增长会形成有害藻华(harmfulalgalblooms,HAB),对人类健康、生态安全和社会经济发展构成威胁。近50年来,近海有害藻华问题不断加剧,已经成为一类全球性的海洋生态环境问题。在"全球有害藻华生态学与海洋学研究计划(GEOHAB)"和"全球变化下有害藻华研究计划(GlobalHAB)"支持下,有害藻华研究不断深入,在"有害藻华原因种多样性、生物地理分布特征与适应策略"、"典型有害藻华的生态学与海洋学研究"、"富营养化和气候变化对有害藻华的影响"、"藻毒素与人类健康"、"有害藻华的监测、预警和防控"等方面取得了重要进展。有害藻华是我国近海最突出的生态灾害之一,自2000年以来,我国近海大规模有害藻华不断出现,藻华原因种表现出多样化、小型化和有害化的演变趋势,对沿海地区社会经济发展和生态系统健康构成严重威胁。针对我国近海的有害藻华,本文从有害藻华原因种基础生物学研究、有害藻华生态学与海洋学研究、近海有毒藻和藻毒素研究、有害藻华监测与治理研究等四个方面对主要研究进展进行了总结和分析。综合国内外有害藻华现状和相关研究进展,建议进一步深化对我国近海有害藻华形成及演变机理的研究,高度关注全球变化和人类活动对我国近海有害藻华的影响,推动有害藻华监测预警体系建设,持续提高对藻华灾害的防控能力,积极参与有害藻华领域国际合作,更好地应对有害藻华问题。     

基于CBR的智能赤潮预测预警系统研究

基于实例推理机制(CBR),综合运用人工神经网络、知识发现、模糊逻辑及赤潮生态动力学模型库,考虑了影响赤潮发生的因素的多样性与随机性,建立了一个基于实例推理的智能赤潮预测预警系统。     

赤潮综合集成预警系统的设计与开发

针对赤潮灾害日益严重的情况,文中提出了赤潮综合集成预警系统设计方案与实现流程。该系统包括预测预警信息系统、预测预警决策系统以及预测预警应急系统三部分。该预警系统的建立,将可以有效的预测赤潮的发生从而降低赤潮造成的损失。     

有害赤潮藻赤潮异弯藻Heterosigma akashiwo研究进展

浮游植物不仅在食物链中充当贡献者,也在生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而一些种类在某些条件下暴发性增殖或聚集,形成有害藻华,对人类健康和生态系统构成威胁。赤潮异弯藻是形成有害藻华的典型物种,其藻华发生时会造成养殖鱼类大面积死亡,给水产养殖业造成巨大损失。近年来,随着全球气候变暖、水体富营养化程度日趋严重,有害藻华发生的规模和频次总体呈增加趋势,且相关研究表明气候变暖和二氧化碳水平升高均能刺激赤潮异弯藻的生长。本文主要从赤潮异弯藻物种鉴定、基础生物学研究、生态学研究等几个方面综述了该物种的研究进展,并对其未来研究方向进行了相关展望,以期为赤潮异弯藻的藻华形成机制研究、藻华防治等工作提供参考。     

海洋中型浮游动物的选择性摄食对浮游植物群落的控制

海洋中型浮游动物的选择性摄食很大程度上影响着浮游植物种群的变化,控制着海洋初级生产力的节律、规模和归宿。从海洋中型浮游动物选择性摄食对有害藻华的控制、中型浮游动物的选择性摄食机制、中型浮游动物选择性摄食的研究方法和中型浮游动物的选择性摄食模型四个方面探讨了中型浮游动物选择性摄食对控制浮游植物种群演替的贡献,为进一步预测和控制有害藻华发生提供科学依据。     

广西北部湾5株骨条藻的分子鉴定

骨条藻(Skeletonema)隶属于硅藻门(Bacillariophyta),是一种分布广泛的广温广盐性藻类,也是我国沿海常见的赤潮生物之一。为确定北部湾涠洲岛5株骨条藻的分类地位,采用PCR克隆了这5株骨条藻核糖体的大亚基基因(LSU)和内转录间隔区(ITS)序列。通过与GenBank数据库中骨条藻属的LSU、ITS序列进行比对,得出的结果一致:5株涠洲岛骨条藻均为热带骨条藻(Skeletonema tropicum)。本研究运用分子标记法,首次确定了北部湾涠洲岛海域存在有热带骨条藻,结果可为涠洲岛与广西北部湾海域浮游植物多样性、赤潮生物组成及赤潮的预警与有效防治提供科学依据。     

海洋有害藻华研究进展

浮游植物不仅是食物链的基础环节,也在生物地球化学循环中起着重要作用。然而,某些种类在一定条件下会过度增殖富集形成有害藻华(因造成水色变为红、绿、褐、金等颜色,所以俗称为赤潮、绿潮、褐潮、金潮等),结果严重影响当地经济、海洋生态系统、全球生物地球化学循环甚至人类健康。近年来,随着水体富营养化、全球气候变化等现象加剧,有害藻华(Harmful Algal Bloom,HAB)的暴发规模和频次呈逐年增加趋势,且相关研究已成为环境生态学领域的热点。本文主要以典型海洋HAB生物为线索,从物种分布、生物监测、主要影响因素、分子机制及防治等方面概述了近十年HAB的主要研究进展,总结了现有研究的优点和不足,并对未来HAB研究做了相关展望。近十年的研究进展主要体现在:(1)不断有新的HAB物种被发现或鉴定,HAB藻类系统分类也不断被更新;(2)鉴定、检测方法包括DNA分析、生物传感器研发应用等有较大改进;(3)藻类毒素生物合成通路的研究有一定进展;(4)在HAB生态学与海洋学研究持续发展的基础上,分子机制及现代组学发展较迅速。然而, HAB发生的关键环境诱因和生物学(特别是生化与分子)机制仍然不是很清楚,缺乏一个可用来预测HAB暴发的关键因子。笔者认为,一方面是因为HAB的复杂性、种类及生态系统的特异性,另一方面是研究缺乏系统性与完整性。因此未来有必要加强对每一个重要的HAB原因种开展系统、持续的研究,类似于生物科学领域里的模式种研究,并且有必要开展综合性的研究,如实验室单种培养、中尺度模拟及现场生态研究相结合,整合现代组学、传统生理生态学和现场实时连续观测等技术。     

入海泥沙的减少对长江口赤潮增加有贡献吗?

过去几十年来全球近海有害藻华（又称赤潮）发生频率持续增加。人类活动造成的河口-近海富营养化程度的加剧,被认为是导致全球有害藻华增加的主要原因。但是,富营养化程度的加剧可能不是全球有害藻华增加的惟一原因。河流入海的非营养盐类的其他物质通量变异（如泥沙）,也可能显著影响河口-近海的生物活动乃至赤潮的发生。过去40年来随着长江入海营养盐通量的增加,长江入海泥沙通量减少了70%。长期观测资料显示,由于泥沙减少使得长江口羽状流区光照条件显著改善,长江口浮游植物生物量最大值区已扩展至更低盐度的区域。此外,过去40年来长江口赤潮发生频率变化与长江入海泥沙通量变化呈现镜像关系,且二者呈显著的负相关关系。因此认为,长江入海泥沙的剧烈减少降低了羽状流区水体浊度,从而对长江口区赤潮频率的增加有一定贡献。     

赤潮影响因素研究进展

通过对赤潮发生的生物、化学、物理等影响因素研究现状的分析,认为赤潮生物是引发赤潮的内在因素,化学因素是赤潮发生的物质基础,而物理因素则是提供赤潮发生的环境条件。在赤潮生物存在的前提下,化学和物理因素都可以限制赤潮的发生,所以,将生物学、化学与物理海洋学耦合仍旧是赤潮研究需要解决的问题。在分析了现有研究状况的基础上,从不同角度提出了赤潮的研究方向。     

Blooms of Prorocentrum donghaiense reduced the species diversity of dinoflagellate community

Most of reported harmful algal blooms(HABs)of microalgae(75%)have been caused by dinoflagellates.Studies on the negative effects of HABs have generally focused on animals,valuable organisms in particular,and environmental factors such as dissolved oxygen and nutrients,but relatively fewer on community level,particularly that using metagenomic approach.In this study,we reported an investigation on the effects of a HAB caused by the dinoflagellate Prorocentrum donghaiense on the species diversity and community structure of the dinoflagellate sub-community via a pyrosequencing approach for the samples taken before,during,and after the bloom season of P.donghaiense in the East China Sea.We sequenced partial 28S rRNA gene of dinoflagellates for the field samples and evaluated the species richness and diversity indices of the dinoflagellate community,as a sub-community of the total phytoplankton.We obtained 800185 valid sequences(categorized into 560 operational taxonomic units,OTUs)of dinoflagellates from 50 samples and found that the biodiversity of dinoflagellate community was significantly reduced during the blooming period in comparison to that in pre-and after-blooming periods,as reflected in the four diversity indices:the species richness expressed as the number of OTUs,Chao1 index,Shannon index(evenness),and Gini-Simpson index.These four indices were all found to be negatively correlated to the cell density of the bloom species P.donghaiense.Correlation analyses also revealed that the P.donghaiense cell abundance was correlated negatively with NO3--N,and NO2--N,but positively with total nitrogen(TN)and total phosphorus(TP).Principal coordinates analysis(PCoA)showed that the community structure of dinoflagellates was markedly different among the different sampling periods,while the redundancy analysis(RDA)revealed P.donghaiense abundance,salinity,NO3--N,and SiO32-were the most four significant factors shaping the dinoflagellate community structure.Our results together demonstrated that HABs caused by the dinoflagellate P.donghaiense could strongly impact the aquatic ecosystem on the sub-community level which the blooming species belongs to.     

Approaches to monitoring,control and management of harmful algal blooms (HABs)

Virtually every coastal country in the world is affected by harmful algal blooms (HABs, commonly called “red tides”). These phenomena are caused by blooms of microscopic algae. Some of these algae are toxic, and can lead to illness and death in humans, fish, seabirds, marine mammals, and other oceanic life, typically as a result of the transfer of toxins through the food web. Sometimes the direct release of toxic compounds can be lethal to marine animals. Non-toxic HABs cause damage to ecosystems, fisheries resources, and recreational facilities, often due to the sheer biomass of the accumulated algae. The term “HAB” also applies to non-toxic blooms of macroalgae (seaweeds), which can cause major ecological impacts such as the displacement of indigenous species, habitat alteration and oxygen depletion in bottom waters.Globally, the nature of the HAB problem has changed considerably over the last several decades. The number of toxic blooms, the resulting economic losses, the types of resources affected, and the number of toxins and toxic species have all increased dramatically. Some of this expansion has been attributed to storms, currents and other natural phenomena, but human activities are also frequently implicated. Humans have contributed by transporting toxic species in ballast water, and by adding massive and increasing quantities of industrial, agricultural and sewage effluents to coastal waters. In many urbanized coastal regions, these inputs have altered the size and composition of the nutrient pool which has, in turn, created a more favorable nutrient environment for certain HAB species. The steady expansion in the use of fertilizers for agricultural production represents a large and worrisome source of nutrients in coastal waters that promote some HABs.The diversity in HAB species and their impacts presents a significant challenge to those responsible for the management of coastal resources. Furthermore, HABs are complex oceanographic phenomena that require multidisciplinary study ranging from molecular and cell biology to large-scale field surveys, numerical modelling, and remote sensing from space. Our understanding of these phenomena is increasing dramatically, and with this understanding comes technologies and management tools that can reduce HAB incidence and impact. Here I summarize the global HAB problem, its trends and causes, and new technologies and approaches to monitoring, control and management, highlighting molecular probes for cell detection, rapid and sensitive toxin assays, remote sensing detection and tracking of blooms, bloom control and mitigation strategies, and the use of large-scale physical/biological models to analyze past blooms and forecast future ones.     

南麂海域浮游植物的分布特征

通过对南麂海域2003～2005年4个季节8个航次浮游植物样品的观察,对不同季节浮游植物的种类组成和数量分布进行了分析。研究结果表明,从调查样品中鉴定出浮游植物为3门34属128种。南麂海域的浮游植物密度从4月下旬到12月中、上旬(除赤潮消亡期外),基本保持在107个/m3以上。春季浮游植物以甲藻为主,夏季和冬季以硅藻为主;秋季大部分时间浮游植物以硅藻为主,有时以甲藻为主。能形成该区域赤潮的生物有14种,其中已引发赤潮的生物占6种(甲藻3种,硅藻3种)。春季赤潮为有色赤潮,有较大的危害性;其它季节的赤潮为无色赤潮,未出现危害现象。