长棘海星(Acanthaster planci)幼体特异性PCR检测技术与应用*

长棘海星(Acanthaster planci)的暴发是导致我国南海乃至印度—太平洋海域珊瑚礁退化的主要原因之一。浮游幼体的密度是决定成体种群是否暴发的重要指标, 但是由于幼体肉眼不可见且不易分辨, 常规调查和显微镜观察均无法有效检测到自然海域的长棘海星幼体, 因此迫切需要开发一种高灵敏性且特异性的长棘海星幼体检测技术。本研究针对长棘海星幼体线粒体细胞色素氧化酶亚基I(mtCOI, mitochondrial cytochrome oxidase subunit I)基因序列, 建立了基于聚合酶链式反应(PCR, polymerase chain reaction)的长棘海星幼体特异性检测技术, 并对西沙七连屿珊瑚礁海域的长棘海星幼体进行了检测。结果表明, 设计筛选的4对特异性引物均可以扩增长棘海星ApmtCOI基因片段, 且与蓝指海星(Linckia laevigata)、面包海星(Culcita novaeguineae)、粒皮海星(Choriaster granulatus)和吕宋棘海星(Echinaster luzonicus)没有交叉反应。在退火温度为58.5℃时, 引物2aooniF/2aooniR的特异性最佳, 具有较高的灵敏度, 可检测到皮克级的长棘海星基因组DNA。利用该技术检测了西沙七连屿海域长棘海星幼体分布情况, 发现10月底西沙七连屿珊瑚礁海域能检测到长棘海星幼体, 且幼体分布并不均匀。因此, 该检测技术可作为今后长棘海星幼体种群监测的有效方法。     

南海长棘海星物种有效性探讨

南海长棘海星暴发已严重威胁到该海域珊瑚礁生态系统健康,乃至整个南海生物多样性。针对南海长棘海星拉丁学名混用、中文名不统一的现状,我们采集了中沙群岛济猛暗沙海域长棘海星样品,结合长棘海星此前物种分类和分布的研究结果,对南海长棘海星物种有效性进行探讨。结果表明：所有长棘海星序列明显分为4个类群,各类群间遗传距离范围为0.087 5~0.104 7,达到了种间差异水平。南海长棘海星与长棘海星的太平洋种聚类到一起,实为太阳长棘海星(Acanthaster solaris),与其余3个种存在明显的种间差异。太阳长棘海星中2个支系间的遗传距离为0.005 3,在COⅠ基因层面属于种内差异。南海长棘海星物种有效性的研究结果为后续开展其遗传特征与适应性机制、种群分布与扩散机制、种群暴发机制等内容的研究提供科学依据。     

长袖和服虾——长棘海星的克星

长棘海星是生活在珊瑚礁中的一种有害动物,它专食珊瑚虫,危害珊瑚礁。远在60年代即在印度洋和太平洋的珊瑚礁中发现过大量长棘海星对珊瑚礁的破坏。70年代和90年代初,世界上最大的珊瑚礁澳大利亚大堡礁曾发生过大量长棘海星对珊瑚礁的毁坏情况。我国西沙群岛的一些岛屿水域也发现过长棘海星。据生物生态学家的研究统计,如果100平方米内有一只长棘海星,就足以造成珊瑚礁的毁     

基于环境DNA技术的西沙礁区长棘海星种群丰度研究

长棘海星(Acanthaster planci)作为珊瑚的天敌之一,因其对珊瑚礁生态系统的灾难性破坏而备受关注。然而,长棘海星在南海珊瑚礁生态系统中的时空分布特征仍不清楚。本研究于2020年9月、2021年4月和2022年1月对西沙群岛礁区表层海水进行取样,借助环境DNA(environmental DNA)和实时荧光定量PCR技术分析了表层海水中长棘海星线粒体细胞色素-c-氧化酶亚基I(COTS-mtCOI)基因片段浓度的时空变化,及其与海水温度、盐度、pH、叶绿素含量和营养盐含量等环境因子的相关性。结果发现,2020-2022年,西沙礁区COTS-mtCOI片段浓度的变化范围为0～4.13×10⁷拷贝数/m³,且永乐环礁附近一直有较高的COTS-mtCOI片段浓度。对于华光礁、晋卿岛、羚羊礁、全富岛和赵述岛而言,2020年9月表层海水中COTS-mtCOI片段的平均浓度显著高于2021年4月和2022年1月(p<0.05)。此外,COTS-mtCOI片段浓度与表层海水的温度显著正相关(p<0.05)。研究结果表明,当前长棘海星...     

长棘海星暴发对珊瑚礁区沉积物营养盐动力学的影响研究

长棘海星暴发对珊瑚礁生态系统产生了严重危害,而水体营养盐的补充可能是导致长棘海星暴发的一个关键因素。砂质沉积物对调控珊瑚礁区的营养盐浓度和结构起着关键作用,因此本研究通过流动式反应器对长棘海星和砂质沉积物进行模拟实验,分析长棘海星排泄活动及其死亡后有机体降解对水体营养盐的影响,并探究砂质沉积物的响应。实验结果表明:（1）长棘海星排泄的溶解无机氮（DIN）和溶解无机磷（DIP）通量分别为（83.55±4.74）μmol/(ind.·h)和（2.53±0.03）μmol/(ind.·h),这些营养盐可能给长棘海星的持续暴发提供营养条件;（2）砂质沉积物对长棘海星排泄导致的营养盐浓度升高具有缓冲作用,约70.7%的DIN和91.4%的DIP被截留在沉积物中,但沉积物界面营养盐交换导致的氮磷比升高可能不利于珊瑚生长;（3）长棘海星死后的有机体降解可促使沉积物–水界面释放营养盐,结合海星暴发密度估算,其释放的营养盐可导致上覆水中DIN和DIP浓度分别升高0.32 μmol/L和0.01 μmol/L,这可能会促使大型藻的快速生长而妨碍珊瑚的自我修复。     

西沙珊瑚礁遭大批长棘海星侵蚀

西沙甘泉岛海域的珊瑚礁正遭受长棘海星大军侵袭,数百平方米珊瑚礁变成白骨。长棘海星属于棘皮动物,是一种状似葵花的水生物,浑身长满了剧毒长刺。它们吃珊瑚虫的     

四种微藻对长棘海星幼虫存活率和生长发育的影响

长棘海星[the Crown-of-Thorns Seastar （CoTS）;Acanthasterspp.]的暴发严重破坏珊瑚礁生态系统的功能和物种多样性, 其幼虫的存活率是决定成体种群密度的关键因素之一,因此了解长棘海星浮浪幼虫阶段的摄食及营养需求对于长棘海星灾害防控至关重要。本研究选用杜氏盐藻（Dunaliella salina）、牟氏角毛藻（Chaetoceros meülleri）、亚心形扁藻（Platymonas subcordiformis）和小球藻（Chlorella vulgaris）4种微藻喂养长棘海星幼虫,通过测定不同喂养条件下长棘海星幼虫的存活率、体长、体宽和胃面积等参数,结合4种微藻的营养含量,综合分析了不同微藻对长棘海星幼虫生长发育的影响。结果表明,不同的藻类投喂对长棘海星幼虫存活和生长发育产生显著的差异。幼虫生长到第16天时,牟氏角毛藻喂养的幼虫存活率为（7.20±0.01）％,所喂养幼虫的体长（678.83 μm）、体宽（391.04 μm）和胃面积（14 628.14 μm²）均显著高于杜氏盐藻、亚心形扁藻和小球藻喂养的幼虫。藻类生理指标和营养成分分析表明,牟氏角毛藻的蛋白质含量、能量、以及C20系列脂肪酸、饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸均高于杜氏盐藻和小球藻,而且其大小可能比较适宜幼虫的捕食。本研究表明特定种类的饵料藻类是决定幼虫发育的关键因素。     

原位监测技术在西沙群岛珊瑚礁生态系统中的应用

传统的珊瑚礁生态系统监测方法不能连续监测,无法监测到突发事件对珊瑚礁生态的影响,也很难定点对珊瑚礁群落进行监测,数据分析存在较大的局限性。原位监测技术集成了水质监测和水下成像技术,并实现了在线传输,在很多方面优于传统的监测方法。文章以西沙群岛赵述岛海域为实验海区,进行了珊瑚礁生态系统原位监测技术实验,实验内容包括pH值、溶解氧、浊度、叶绿素、盐度、水下录像以及实时在线传输。系统运行一年后,获得了水质、珊瑚覆盖率、种群数量和鱼类密度等数据的变化,进而判断实验海区的珊瑚礁生态系统正在恢复。通过在实验海区的实验,说明该原位监测技术是可行的,可以将监控站点推广至整个西沙群岛的岛礁,而不局限于永兴岛附近海域,监控数据可以服务于珊瑚礁生态恢复、保育和资源利用。     

长棘海星又来了!

最近，日本冲绳本岛和石垣岛等琉球群岛一带海域，又出现了长棘海星大面积发生的征兆。大约20年前该海域的珊瑚曾因受到长棘海星的侵害而遭到巨大破坏。但后来得到一     

南海珊瑚礁海域黑缘尾九棘鲈生物学特征初步研究

根据2018—2019年在南沙群岛和西沙群岛珊瑚礁海域采集的礁栖鱼类黑缘尾九棘鲈(Cephalopholis spiloparaea)样本, 对其群体结构、性腺成熟度、摄食强度、肥满度、年龄与生长等生物学特征进行了初步研究, 通过对比分析了南海这两个珊瑚礁海域中黑缘尾九棘鲈生物学特征的地理差异。结果表明: 在南沙海域和西沙海域中黑缘尾九棘鲈的平均体长分别为105.5±10.5mm和110.4±13.1mm, 两海域间的体长和体质量分布均具有极显著的差异(P<0.01); 南沙海域与西沙海域样本体长和体质量关系的异速生长因子b值分别为2.881与2.797; 耳石样本分析结果显示年龄范围为0.58~1.44a, 两个海域间并无显著性差异(P>0.05); 由von Bertalanffy生长方程计算所得的生长参数显示, 南沙海域的黑缘尾九棘鲈比西沙海域的体型相对较小、生长速度相对较快; 两海域黑缘尾九棘鲈的性腺成熟度均以Ⅱ期为主, 且西沙海域样本性腺成熟比例高于南沙海域; 摄食等级以1级为主, 两个海域间的摄食等级分布无显著性差异(P>0.05); 与西沙群岛海域相比, 南沙群岛海域的黑缘尾九棘鲈群体表现出肝体比较低的特征。     

基于深度学习的西沙永乐群岛珊瑚礁遥感信息提取

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,对保护海洋生物多样性以及维持海洋生态平衡具有重大意义。我国南海珊瑚岛礁自然资源丰富,准确、高效地提取珊瑚岛礁信息对南海岛礁监测、管理、规划与保护具有现实意义。本研究基于我国海洋一号C卫星（HY 1C）遥感数据,对西沙永乐群岛珊瑚礁信息进行了研究与分析,提出基于HY 1C遥感数据的珊瑚礁地貌分类体系。采用全卷积神经网络U Net模型,依次通过下采样、上采样操作提取西沙永乐环礁地貌特征,实现原始影像的像素级语义分割。结果表明：基于HY 1C数据建立的地貌分类体系对活珊瑚覆盖及珊瑚生长发育条件具有指示作用,提出的基于U Net模型的珊瑚岛礁地貌信息自动提取方法,能够为我国南海珊瑚岛礁生态系统的全自动、大范围监测和评价提供相应理论基础,在珊瑚礁生态管理与评价中发挥关键作用。精度验证结果表明：U Net模型可以有效提取珊瑚礁地貌信息,采用的地貌信息提取方法具备时空泛化能力,泛化精度高于80%。     

EVOLUTIONAL PATTERN OF THE CORAL SAND ISLANDS IN THE XISHA AREA

Sand island or cay is the dominant type of coral reef islands in the South China Sea. This paper gives in detail the sand islands composed of loose accumulational materials on the atoll reef flats in the Xisha Islands, their types, characteristics of morphological structure and evolutional pattern and dynamics.     

西沙赵述岛海域珊瑚礁生态修复效果的初步评估

珊瑚恢复是一个协助退化、受损的珊瑚礁生态系统恢复的过程.近10 a来,西沙珊瑚礁生态系统不断退化,至2009年珊瑚覆盖率已下降至不足10%.针对西沙群岛珊瑚礁生态系统的退化状况,2011年12月于西沙赵述岛海域投放人工礁基并开展珊瑚移植实验,比较了人工修复区和自然恢复区1a后的修复效果.结果显示,投放礁基且进行珊瑚移植的区域,移植珊瑚的存活率不到10%;投放礁基但未进行珊瑚移植的区域,珊瑚补充量高达6~7 ind/m2;自然恢复区其珊瑚覆盖率提高了19.4%.依据珊瑚礁生态修复效果评估方法,人工修复且进行移植珊瑚的区域的生物修复权重值为27.5,人工修复但未移植珊瑚区及自然恢复区的生物修复权重值为39.3,珊瑚修复生物指标为亚健康.我们的结果表明,在健康、有良好珊瑚幼虫补充的珊瑚礁生态系统中,珊瑚礁群落可以自行恢复,其恢复只是一个时间的问题;而在缺少珊瑚幼虫附着基底的区域,通过人为增加一些附着基底,可加速其恢复进程.     

基于高分辨率遥感的珊瑚礁地貌单元体系构建和分类方法—以8波段Worldview-2影像为例

珊瑚礁生态系统是全球初级生产力最高的生态系统之一, 在维持海洋生物多样性、防浪固滩、资源供给等方面发挥着巨大作用。珊瑚礁遥感地貌分类体系是珊瑚礁保护、管理及可持续发展的必要基础, 但目前还未有结合珊瑚覆盖度进行分类的体系。本文基于WorldView-2高分辨率遥感影像, 以中国南海西沙群岛七连屿北部赵述岛和西沙洲所在礁盘作为研究区, 结合珊瑚覆盖度、区域地貌成分和水动力条件等指标, 建立了既适用于遥感监测又与珊瑚生存状况相关联的珊瑚礁地貌单元分类体系。同时, 利用面向对象的支持向量机(Support Vector Machine, SVM)和随机森林(Random Forest, RF)分类方法进行珊瑚礁地貌单元的信息提取, 并对分类结果进行精度评价。结果表明, SVM和RF两种分类方法均能较好地提取出珊瑚礁地貌单元, 分类精度分别为87.59%和79.81%。针对分类过程中出现的错分、漏分问题, 结合珊瑚礁成因和分布规律对分类结果进行修正, 修正后分类提取的精度达到91.3%, Kappa系数为0.9041, 表明本文构建的珊瑚礁地貌单元分类体系在一定程度上能满足当前珊瑚岛礁信息提取的需要。     

珊瑚礁生态修复效果评价指标体系研究进展

近年来气候变化和人类活动导致全球范围内珊瑚礁大幅度退化,珊瑚礁生态系统面临严重威胁.开展珊瑚礁生态修复是恢复珊瑚礁生态系统最有效、最根本的措施之一,它不仅可以恢复珊瑚礁在生态系统中的功能,还可以提供相应的社会、文化、经济效益以及服务价值.近十几年来,我国在海南、西沙以及广西等海域开展了大量的珊瑚礁生态修复实践,但在评价...     

基于面向对象影像分析方法的我国西沙珊瑚礁地貌单元信息提取

珊瑚礁地貌单元的空间分布对于理解珊瑚礁生态系统的地质构造过程具有重要作用。然而,基于像素的影像分析方法往往获取不到较高精度的分类结果。本文基于面向对象的影像分析方法,利用Landsat 8卫星影像数据对我国西沙地区的珊瑚环礁进行了地貌单元的遥感信息提取。借鉴于美国千年珊瑚礁测绘项目的工作成果,本文首先针对研究区特点定义了十类珊瑚礁地貌单元类型。然后,基于对象的多层次关系特点,并综合利用对象的光谱、形状、上下文关系等特征,建立合适的分类规则集,获取了研究区较大尺度的珊瑚环礁地貌分区图,其分类精度普遍高于80%。虽然研究结果表明基于面向对象的影像分析方法可以有效的进行珊瑚礁遥感信息提取,但其规则集的可移植性仍需要今后的工作加以改善。     

西沙群岛珊瑚礁组成成份的分析和“海藻脊”的讨论

西沙群岛由大小30余个岛、洲、礁、暗滩组成,除高尖石外,均是珊瑚礁.但是,珊瑚礁在形成过程中到底是什么生物起作用?在这个问题上有的认为主要是造礁石珊瑚起主要作用[3][4][6],也有的认为石灰藻的珊瑚藻类起相当重要的作用或积极的作用[2][4],同样,在西沙群岛向海迎浪面有无“海藻脊”(Algal ridge)亦有分岐,有人认为西沙群岛相当普遍地存在海藻脊[2][4],而有人确认为西沙群岛不存在“海藻脊”[2].     

西沙群岛珊瑚藻科的研究Ⅰ

珊瑚藻科都是海生藻类,其细胞壁中含有大量的碳酸钙,外形犹如动物珊瑚,分枝或不分枝,还有些呈片状或块状。紧贴在基质上,故有珊瑚藻之称。珊瑚藻科通常分两个亚科:藻体的直立部分分节,即钙化的节间(intergenicula)和不钙化的节(genicula)接连相间的,属于有节珊瑚藻亚科(Corallinoideae);藻体不分节而全面钙化,紧贴生长在基质上,有的种类其藻体表面并具各式各样甚至是分枝状的突起的,属于无节珊瑚藻亚科(Melo besioideae)。 由于珊瑚藻类的藻体内含有大量的钙质,同其他的红藻相比较,在进行其形态研究和种类鉴定的工作中就必然会遇到一些额外的困难,需要多作些处理,也即是说,首先需要用各种含酸的去钙剂溶解掉其藻体内的钙质,而后才能进行组织观察或切片,并作出比较正确的种类鉴定。正由于存在着这些困难,早期的藻类学家多偏于根据珊瑚藻的外部形态特征来鉴定其种类。这当然是很不够的,以致造成了珊瑚藻类在分类学研究上的混乱现象。 藻类研究工作者们过去对我国的珊瑚藻类还没有进行过比较系统的研究。通过近几年的调查,我们更加感到这项研究工作是很有现实意义的。我们发现在一些海区,例如山东黄县一带所产的药用海浮石竟全都是块状珊瑚藻类。另外,根据近两年来中国科学院海洋研究所的同志赴我国西沙群岛进行实地调查,带回来的丰富资料完全证实了我们过去的推断,在我国南海诸岛珊瑚礁的造礁过程中除了动物珊瑚外,还有一些珊瑚藻,特别是皮壳状的珊瑚藻类确实是起了相当重要的作用的一一在一些珊瑚环礁迎浪一面的礁缘上,这些珊瑚藻繁生特盛,形成了所谓“藻脊”(algal-ridge)。这同Taylor在马绍尔群岛以及 Womersley和Bailey在所罗门群岛所发现并描述的情况基本上是一致的。本文所用的材料就是中国科学院海洋研究所1956-1958年,特别是近两年来先后在我国西沙群岛进行调查时采获的珊瑚藻标本所鉴定的一部分种类。鉴定工作还在进行中,有关的研究结果今后将陆续发表。