南海北部冷泉平端深海偏顶蛤的主要生化成分及其与热液和近岸种的对比研究

Bathymodiolus属贻贝是广泛分布于全球深海冷泉和热液生态系统的优势种,在深海化能生态系统的物质循环和能量流动中起着重要作用。本文以我国南海北部冷泉的主要优势种平端深海偏顶蛤(Bathymodiolus platifrons)为研究对象,采用常规生化测定方法,研究了其主要生化成分和氨基酸组成的特征,并就特定组织中主要生化成分的含量与生活在热液区的平端深海偏顶蛤和近岸的远东偏顶蛤(Modiolus kurilensis)进行了对比。结果表明,南海冷泉平端深海偏顶蛤软体部含水量84.28%,粗蛋白含量7.18%,粗脂肪含量1.23%,糖类含量2.75%,与已报道的深海贝类组成相近。虽然主要生化成分含量在3种贻贝的鳃、外套膜、闭壳肌和消化腺4个组织中总体差异不大,但是冷泉平端深海偏顶蛤和热液平端深海偏顶蛤的外套膜糖类含量(25.20%、30.66%)显著高于远东偏顶蛤(6.97%,P0.05),这表明平端深海偏顶蛤的主要储存物质为外套膜中的糖类。在氨基酸组成上,冷泉平端深海偏顶蛤鳃中氨基酸总量为44.55%(干质量),外套膜中为34.83%(干质量),其中必需氨基酸分别占比41.73%和40.52%,总体与其他贝类相似。然而,在平端深海偏顶蛤中,与渗透压调节相关的甘氨酸和与硫代谢相关的牛磺酸含量较高,这与其适应深海高盐度高硫化氢浓度的环境相关。综上所述,南海冷泉平端深海偏顶蛤在常规生化组分和氨基酸组成上与近岸常见双壳类具有一定差异,这些差异与其特殊生境的关系还需要更加深入的研究。     

平端深海偏顶蛤(Gigantidas platifrons)实验室蓄养过程鳃部含菌上皮细胞超微结构动态变化研究

平端深海偏顶蛤(Gigantidasplatifrons)是南海台西南冷泉区的典型优势物种,鳃丝上皮细胞内共生大量甲烷氧化菌,通过甲烷有氧氧化合成有机物为共生体系提供物质能量,是平端深海偏顶蛤赖以生存的重要能量来源器官,溶酶体在共生体系的营养互作和稳态维持中可能发挥重要作用,本研究使用电镜技术观测了常压培养过程中(0d,30d,90d)平端深海偏顶蛤共生体系中共生菌和溶酶体的动态变化,通过鳃上皮含菌细胞超显微结构的变化研究常压培养对深海共生体系的影响,并探讨溶酶体在宿主—共生菌营养传递和共生菌群稳态维持中的关键作用。研究发现,在原位状态样品中(0d)共生菌和溶酶体呈极化分布,细胞结构完整清晰;蓄养30d后,含菌细胞出现明显破碎,共生菌数量大幅降低,溶酶体数量、范围和消化程度大幅增加,对细胞顶端的甲烷氧化菌进行分解;而90d后,共生菌在溶酶体的作用下消失殆尽,鳃部有明显细胞脱落后留下的坑洞,细胞呈现空泡状,无法明确区分各种细胞组分。上述结果展示了长期常压蓄养过程中鳃上皮含菌细胞中溶酶体与甲烷氧化菌的动态变化,推测当共生菌丢失后溶酶体也同步降低活跃度,平端深海偏顶蛤在共生互作中通过溶酶体主导消化和调控共生菌。     

深海囊螂蛤铁蛋白的环境选择压力分析

深海环境常有高压、极端温度、富含重金属、黑暗、寡营养等特点。生活在该种特殊环境中的生物可能演绎出不同机制适应此生境。囊螂科贝类是深海冷泉/热液区的优势物种,拟通过对来自冷泉/热液区囊螂科贝类铁蛋白进行环境选择压力分析,以期解析其适应深海特殊生境（高铁环境、高静水压）的机制。首先,通过本地比对的方式获得了囊螂蛤和其近缘种铁蛋白的核苷酸和氨基酸序列,其均有ferritin保守功能域和相应的保守位点。其中,囊螂蛤铁蛋白Cmfer-2、Cmagfer-3、Pofer-3属于M型铁蛋白,其他归属为H型铁蛋白。 Cmagfer-4和Pofer-4可初步判断为分泌型铁蛋白,而其他囊螂蛤铁蛋白与胞质型铁蛋白聚为一支。为了探索环境因素对深海贝类铁蛋白的影响,运用PAML软件对深浅海铁蛋白进行了选择压力分析。 结果显示总共鉴定到8个正选择位点,其后验概率大于95%。其中,在含有嗜压氨基酸的对应组中,约50%浅海位点置换为嗜压的氨基酸,进一步证明了17A、 55R、171S氨基酸置换是铁蛋白适应深海压力变化的一种策略。更进一步研究发现69 K→I/T/M和171 E/K→S由带电荷的极性氨基酸置换为不带电荷的氨基酸,并且大部分受到选择的位点位于蛋白的N端和C端,深海囊螂蛤铁蛋白可能通过特定氨基酸极性的转变和分布区域的改变来适应深海特殊环境。本文通过深浅海贝类铁蛋白的分析来为深海生物对极端环境的适应研究提供一些信息和见解。     

南海——我国深海研究的突破口

近两年来,海内外和海峡两岸的中国科学家围绕深海研究进行反复研讨,一致认为南海是我国深海研究的首选,并初步形成了“南海深部计划”的研究方案,提出以“构建边缘海的生命史”为主题,从洋壳深海盆的演化、深海沉积、生物地球化学过程三方面开展研究的建议方案。他们建议：利用现代技术重新测定南海磁异常条带,争取钻探大洋壳,系统研究火山链;观测现代深部海流和海底沉积过程,从深海沉积中提取边缘海盆演化的信息;认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,揭示微型生物在深海碳循环中的作用。争取在科学和技术全国性合作的基础上,在南海实现我国深海研究的突破。     

基于R-FCN_ResNet的深海冷泉区生物的识别与分布研究

针对深海冷泉生物数量多、密度大、特征低,人工识别它们的种类和数取它们的数量耗时费力且准确度低这一问题,利用残差学习块,改进了基于区域的全卷积网络算法,用以深海冷泉生物的自动识别与检测。首先,构建了一组包括5类目标生物的深海冷泉生物图像目标检测数据集;然后,在TensorFlow框架下对比了R-FCN_ResNet、Faster R-CNN和SSD_MobileNet三种典型的卷积神经网络算法。从训练耗损时间、平均检测速度、平均置信度三方面权衡,突出了R-FCN_ResNet模型的优势;最后,将测试集图片输入至该模型中检测深海冷泉生物的种类和数量,并且以此复现了生物的分布情况。实验证明,所提方法结合本文数据集进行的深海冷泉生物识别与分布研究,是有效可行的,且具有较高的目标分类和定位准确率。     

偏顶蛤（Modiolus modiolus）转录组组装及其与深海偏顶蛤（Bathymodiolus platifrons）比较转录组研究

双壳类适应性进化遗传基础尚未有大量研究。而生活在沿海潮间带和深海环境中的双壳贝类适应性进化的分子机制更鲜有报道。我们首次测序组装了潮间带生活的偏顶蛤Modiolus modiolus的转录组序列。同时与生活在深海热液冷泉喷口的偏顶蛤Bathymodiolus platifrons进行了比较转录组分析,阐明了这两个物种在不同环境中的适应性进化机制。M. modiolus和B. platifrons的转录组组装共产生182,476和156,261个转录本,N50值分别为1,769和1,545。同时注释到27,868和23,588个基因。GO富集分析表明这些基因有相似的富集模式。两物种进化分析鉴定到10,245个直系同源基因,其中26个基因受到强烈正选择（Ka/Ks＞1）,12个基因受到中度正选择（0.5M. modiolus的转录组组装拼接序列,同时通过比较转录组学分析阐明了其与近缘物种B. platifrons的适应性进化机制。这为两个物种后续研究提供了序列资源和研究基础。     

深海冷泉草酸青霉Penicillium oxalicum 13-37的化学成分研究

为了丰富深海冷泉天然产物结构多样性, 本文对深海冷泉沉积物来源的草酸青霉Penicillium oxalicum 13-37的次生代谢产物进行了研究, 通过硅胶柱层析、反相硅胶柱层析、Sephadex LH-20凝胶柱层析、制备薄层层析、半制备高效液相色谱方法, 从其发酵产物中分离得到11个单体化合物, 分别为seco-blennolide B (1)、blennolide B (2)、citreorosein (3)、emodine (4)、isorhodoptilometrin (5)、aloe-emodin (6)、2-acetylemodin (7)、11-O-acetylaloeemodin (8)、phaseolorin I(9)、penitholabene (10)和paecilomycine A (11)。其中, 化合物1为新化合物, 化合物10和11为首次从深海冷泉草酸青霉中分离得到的萜类化合物, 并首次对化合物10的单晶数据进行报道。此外, 活性测试结果表明, 化合物1对东海原甲藻和海洋卡盾藻、副溶血弧菌具有一定的抑制作用, 对卤虫表现出微弱的毒性。     

南海深海声学散射层垂直分布和昼夜变化初步研究

2013-09利用船载Simrad EK60科学鱼探仪(38kHz)对南海深海声学散射层进行了连续监测,并结合变水层拖网采样分析了其垂直分布和昼夜变化。结果表明,南海深海存在2个明显的声学散射层,特征深度分别为0~100m和350~700m,并且2个散射层间存在较为明显的昼夜垂直移动现象。其随时间变化情况为:16∶00-19∶00,350~700m散射层中的部分生物逐渐向上移动到0~100m散射层;04∶00-07∶00,这部分上升的生物又逐渐移回至350~700m散射层。变水层拖网采样结果发现,白天0~100m散射层内渔获物数量较少,夜间0~100m散射层内渔获物较多,验证了声学映像所检测到的2个散射层间确实存在昼夜移动的现象。     

菲律宾蛤仔消化系统的组织学和组织化学研究

用组织学和组织化学方法对菲律宾蛤仔的消化系统进行了研究。消化腺腺上皮由消化细胞和嗜碱性细胞组成。消化细胞呈现蛋白酶、非特异性酯酶、脂酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性 ,表明能进行细胞内消化。嗜碱性细胞含丰富的RNA和蛋白质。消化道粘膜上皮由纤毛柱状细胞和少量的粘液细胞组成。晶杆囊基部与肠相连。肠纤毛柱状细胞呈现蛋白酶、非特异性酯酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性。     

生活在尖紫蛤外套腔中的隐匿豆蟹的繁殖和生长

本文通过观察生活在尖紫蛤外套胺中的隐匿豆蟹性腺周年发育情况和分析头胸甲宽组成变化,研究隐匿豆蟹的繁殖和世代交替.隐匿豆蟹的繁殖期为3-10月,繁殖盛期在4月下旬至6月上旬和9月下旬至10月上旬两个繁殖高峰.隐匿豆蟹的世代交替是:在繁殖期早出生的个体,至翌年繁殖,形成第一个繁殖高峰.其中部分个体抱卵孵化后,性腺再次成熟和繁殖,这两部分豆蟹在繁殖后的当年死亡.因此这些个体,越过冬季,寿命只有1周年多.而在繁殖期晚出生的个体,翌年只繁殖一次,再过一个冬季,至第3年繁殖期再次繁殖后而死亡.这些个体越过两个冬季,寿命两周年.隐匿豆蟹生长至甲宽3.2mm后,才进入尖紫蛤外套腔中生活,在这以前,隐匿豆蟹营自由生活.     

南海西沙群岛海域鸢乌贼(Sthenoteuthis oualaniensis)角质颚微结构及生长特性研究

角质颚是鸢乌贼重要的摄食器官,信息储存能力强,被广泛用于重建头足类生活史等研究。根据2017年5—8月中国灯光罩网渔船在南海西沙群岛海域采集的860尾鸢乌贼样本,结合经研磨后角质颚微结构中的日龄轮纹,对角质颚微结构及其外形生长特性展开了研究。结果表明,鸢乌贼角质颚上颚微结构分为头盖部和脊突部,两部均由明暗交替的日龄生长纹组成,头盖部的日龄生长纹较为清晰且易于读取。选取上头盖长(UHL)、上脊突长(UCL)、上侧壁长(ULWL)、上翼长(UWL)、下头盖长(LHL)、下脊突长(LCL)、下侧壁长(LLWL)和下翼长(LWL)作为描述西沙群岛海域鸢乌贼角质颚生长的外形特征参数。协方差分析表明,角质颚外形特征参数不存在性别间显著性差异。AIC分析表明, UCL和LCL与日龄的生长关系最适用线性生长模型表示, ULWL和LLWL与日龄的生长关系最适用对数生长模型表示, UHL、UWL、LHL和LWL与日龄的生长关系则均最适用于逻辑斯蒂生长模型表示。随着日龄的增加,鸢乌贼角质颚外形特征参数与胴长的比值基本稳定。日龄范围为211—240 d时,鸢乌贼角质颚UHL、UCL、UWL、LHL、LCL、LLWL和LWL的绝对生长率(AGR)较低。鸢乌贼角质颚在日龄介于121—210 d时生长迅速,在日龄介于211—240 d时生长速率下降,日龄211—240 d可能是鸢乌贼角质颚外部形态生长的拐点。研究结果为后续利用角质颚研究南海鸢乌贼的渔业生物学、生态学和关键生活史提供了科学依据。     

南海北部冷泉碳酸盐岩层状结构及其地质意义

通过对南海北部冷泉碳酸盐岩的结构进行研究,发现了3种不同的层状结构:结核状碳酸盐岩的微纹层和烟囱状碳酸盐岩平行及垂直烟囱壁的层。不同层的微结构、化学成分、矿物等方面的研究结果表明:结核状碳酸盐岩层的各个微纹层在结晶程度、矿物形态、孔隙度等方面不同,但化学成分变化不大;对于烟囱状碳酸盐岩,与烟囱壁平行的内外层之间矿物、成岩程度等不同,垂直烟囱壁的不同层之间碳酸盐矿物含量不同。碳酸盐岩不同的层状结构是其形成时地质、物理、化学和生物等信息的反映,对于恢复其形成时的古环境具有重要意义。     

基于COI基因的中国沿海青蚶野生群体遗传结构及种群动态研究

本研究利用形态学方法和基于线粒体细胞色素氧化酶亚基Ⅰ(COⅠ)的遗传学方法分析了中国沿海青蚶(Barbatia virescens)6个地理群体的形态差异、遗传多样性、遗传结构及其种群历史动态。单因素方差分析(ANOVA)和Tukey检验表明,青蚶不同地理种群间表现出显著形态差异(P0.05)。经PCR扩增测序获得长度为587bp的COⅠ基因片段,112个个体共检测到18个多态性位点、17个单倍型,每个群体均有特有单倍型。青蚶群体的遗传多样性水平较低,总群体的平均单倍型多样度为0.5472,平均核苷酸多样度为0.000974。AMOVA分析表明,群体内个体间的遗传分化是青蚶群体遗传变异的主要原因,占87.40%。阳江群体与其他群体之间存在显著的低程度的遗传分化,而其他群体间的遗传分化不显著。单倍型网络关系图呈典型的星状拓扑结构,没有表现出显著的地理谱系结构。单倍型邻接树结果也没有明显分支,未呈现出地域性差异。中性检验和核苷酸不配对分析结果揭示青蚶种群历史上经历了群体扩事件,扩张时间约为26万年前。研究结果为青蚶资源的保护和可持续利用提供了基础资料。     

舟山沿海单齿螺（Monodonta labio）种群的年龄结构,生物量与生长特征

本文报导了采自舟山沿海单齿螺种群的年龄结构、生物量与生长。自然种群的单齿螺年龄组成以１＾＋和２＾＋龄占优势，壳高、壳宽、壳口高、厣径、体重等生长参数的回归关系良好，单齿螺的生长完全可以用壳高来表示。单齿螺以第一、二年生长最快。采捕季节可定在四、五月间，采捕规格应在壳高１６ｍｍ以上。     

海水酸化对米氏凯伦藻和盐生杜氏藻种群增长和种间竞争的影响

大气中CO_2浓度升高导致的海水酸化改变了海洋生物赖以生存的化学环境,将对其生长、繁殖和代谢产生深远影响。本研究采用实验生态学的方法,以米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)和盐生杜氏藻(Dunaliella salina)为研究对象,探究在海水酸化条件下两种微藻种群增长和种间竞争关系的变化。结果发现:(1)在单培养体系中,随着二氧化碳浓度升高,米氏凯伦藻的环境负载能力(K)升高,而对其生长率进入拐点的时间(T_p)、内禀增长率(r)、进入指数增长期(T_(Ep))和静止期的时间(T_(Sp))均无显著性影响;对盐生杜氏藻而言,二氧化碳浓度升高显著降低了盐生杜氏藻的T_p和r值,而对其K、T_(Ep)、T_(Sp)均无显著性影响;(2)在共培养体系中,两种微藻的K值均受到显著抑制,与单培养体系相比差异显著(P0.05);二氧化碳升高改变了两种微藻的竞争关系,微藻之间的竞争表现为向有利于米氏凯伦藻的方向发展。(3)米氏凯伦藻去藻过滤液对盐生杜氏藻产生抑制作用,二氧化碳浓度升高加剧了这种抑制作用。     

微齿喜马拉雅低额溞生长及种群增长的研究

于1990年6月在哈尔滨市东北林业大学实验林场一水池中采到微齿喜马拉雅低额溞，根据实验结果应用生物统计学方法对它的生长和种群增长进行研究。结果表明，在不同温度条件下性成熟时间与水温的关系为，雌性（10-30°C）：h=8072t^-1.313（r=0.985, P＜0.01）；雄性（5-25°C）：h=1074t^-0.855（r=0.9844，P＜0.01）。在20±1°C条件下，其体长增长模型为：l_t=3.334-2.7345e^-0.1117t。龄期（x）与年龄（t，d）的关系为：雌体：t=0.07169x²＋1.3808x-1.7361；雄体：t=0.8425x²＋2.534x-1.8600。内禀增长率（r_m）为0.4076。种群增长呈“logistic”型，其方程式为：y=3625/[1+e^{(3.848-0.164t)}]。     

三峡库区短颌鲚(Coilia brachygnathus)新建种群的年龄结构、生长特征及遗传多样性分析

2019~2020年在三峡库区巫山(WS)、万州(WZ)、丰都(FD)、涪陵(FL)4个采样点采集到新建短颌鲚(Coilia brachygnathus)种群153尾个体,基于鳞片和10个微卫星DNA标记进行年龄结构、生长特征与遗传多样性分析。结果显示,短颌鲚种群体长分布范围为102.1~301.6mm,平均体长(196.6±40.0)mm;体重分布范围为1.90~79.70g,平均体重(17.70±13.06)g。短颌鲚种群年龄组为1~5龄,其中2龄和3龄为优势年龄组,占总个体数的82.35%。体长-体重呈幂函数指数关系,属于正异速生长类型。微卫星DNA标记分析结果显示,10个微卫星位点共检测到82个等位基因,各群体平均等位基因数(N_a)为5.600 0~7.300 0,平均有效等位基因数(N_e)为3.541 4~3.831 5,平均观测杂合度(H_o)为0.617 7~0.700 0,平均期望杂合度(H_e)为0.682 3~0.702 9之间,平均多态信息含量(PIC)为0.628 5~0.648 4。4个群体的遗传多样性水平均较高,呈现出由三峡库区下游至上游逐渐减小的特点。遗传结构分析结果显示,群体间遗传分化水平很低,遗传变异主要来源于个体内部。结果表明,三峡库区短颌鲚种群处于快速扩张阶段,4个群体均具有较丰富的遗传多样性,遗传结构未发生显著群体分化,群体间基因交流频繁。由此提示,三峡库区短颌鲚很可能来源于三峡大坝下种群扩张迁入三峡库区水域而繁殖建群。     

盐度对浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体萌发生长及藻体繁殖的影响

黄海绿潮起源于苏北浅滩,每年夏天漂移到青岛沿岸泛滥成灾,对生态环境造成严重破坏。苏北浅滩受沿岸径流输入影响,盐度变化范围大,青岛海域盐度较稳定,稍高于苏北浅滩。盐度对浒苔微观繁殖体萌发、藻体生长及繁殖过程具有重要作用,通过室内连续受控实验,系统研究了固定盐度(5、10、15、20、25、30、33、35)和变化盐度(盐度逐渐降低)对浒苔微观繁殖体固着、萌发、藻体生长和繁殖不同阶段的影响,主要结论如下:固着阶段,盐度5不利于浒苔微观繁殖体的固着,盐度10～35对微观繁殖体固着的影响不显著,相同盐度下,孢子的固着量显著高于配子。萌发阶段,不同盐度(5～35)及不同盐度变化形式对微观繁殖体(孢子和配子)的萌发没有显著影响,孢子的萌发速度快于配子,最终均能完全萌发。生长阶段,低盐(5～15)不利于浒苔幼苗的生长。繁殖阶段,当盐度≤10时,浒苔不进行生殖活动;盐度15～35范围内,浒苔可以产生微观繁殖体,完成一个完整的生活史;在绿潮形成过程中,孢子的生殖策略为K对策,配子的生殖策略为R对策。上述结论表明,在苏北浅滩和青岛海域,盐度不是限制浒苔发生发展及繁殖过程的关键环境因子,明确了盐度在绿潮发生...     

东海藻华高发区塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)的形态、分子及分布特征

本文对分离自我国东海藻华高发区的亚历山大藻进行了详细的形态特征描述和分子系统进化分析,通过运用光学显微镜、荧光显微镜、扫描电镜和分子生物学方法,确定该藻株为塔玛亚历山大藻Alexarium tamarense(Lebour)Balech,并对其ITS序列进行了系统进化分析。该藻体长21—35μm,体宽20—33μm,ITS序列长度为592bp,系统发育树中与中国东海、南海两株A.tamarense以及一株代表"亚洲温带"基因型的A.catenella聚合在一起,支持率为100%,形态特征与A.tamarense基本一致,核糖体基因型则为塔玛复合种"亚洲温带"基因型。通过现场观测,研究浙南至闽北东海藻华高发区的塔玛亚历山大藻分布变化特点,在东海原甲藻藻华消散期,塔玛亚历山大藻逆势而上,其细胞密度达到1.7×104cell/L,并逐渐向沿岸靠近,这与季风转向,台湾暖流入侵及水体层化密切相关。