基于转录组测序对两种氮素营养条件下多形微眼藻氮代谢途径的解析

探究微藻的氮代谢通路对了解其对不同氮源利用的分子机制具有重要意义。本研究利用Illumina高通量测序技术对两种氮素营养条件下(硝酸氮和尿素)多形微眼藻的转录组进行分析,通过基因功能注释及数字基因表达谱分析,研究了多形微眼藻细胞内氮代谢的调控机制。结果检测出15种参与氮代谢的酶,对应76个编码基因,构建了多形微眼藻的氮代谢通路图。其中10个酶编码基因在两种不同氮素营养条件下存在差异表达,最显著的是谷氨酸合成酶、谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶相关基因。有机氮源(尿素)实验组中,多形微眼藻细胞内的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等基因的差异表达明显高于无机氮源(硝酸钠)实验组,表明当环境中的氮源为尿素时,会对多形微眼藻细胞内硝酸盐的转化和利用有一定影响。本研究初步阐述了硝酸盐、尿素的吸收转运对多形微眼藻细胞内氮代谢的影响机制,可为硅藻在不同氮素营养条件下的吸收利用机制及氮代谢响应研究提供依据。     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

中法海洋卫星（CFOSAT）同步观测台风引起的风场和海浪

利用中法海洋卫星（CFOSAT）最近观测的风场和海浪场,报道了超强台风玲玲（2019）过境中国近海水域期间台风浪的初步研究结果。结果显示,台风路径右侧风速超过14 m/s大风区的有效波高超过5 m,与理论估算一致。观测主波波长为150 - 180 m,风场为西南向,海浪向东传播。风向和浪向的偏移随台风中心距离增大,接近理论预测。     

Study on Nonlinear Characteristics of Freak-Wave Forces with Different Wave Steepness

The nonlinear wave forces on vertical cylinders induced by freak wave trains were experimentally investigated. A series of freak wave trains with different wave steepness were modeled in a wave flume. The corresponding wave forces on vertical cylinders of different diameters were measured. The experimental wave forces were also compared with the predicted results based on Morison formula. Particular attentions were paid to the effects of wave steepness on the dimensionless peak forces, asymmetry characteristics of the impact forces and high-frequency force components. Wavelet-based analysis methods were employed in revealing the local energy structures and quadratic phase coupling in the freak wave forces.     

LED光色对欧洲舌齿鲈幼鱼抗氧化能力和消化能力的影响

作者利用循环水养殖实验系统,研究了红、绿、白、黄、蓝5种光色对欧洲舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)幼鱼抗氧化能力和消化能力的影响。结果表明,红光组的欧洲舌齿鲈幼鱼超氧化物歧化酶(SOD)活力显著高于其他光色组(P0.05),而绿、白、黄和蓝光色组的SOD活力没有显著性差异;红光组的还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著高于其他光色组(P0.05),绿、白光组与黄、蓝光组的GSH含量之间有显著性差异(P0.05);红光组过氧化氢酶(CAT)活力显著高于其他光色组(P0.05),白光组的CAT活力显著低于其他光色组(P0.05)。黄光组的胃蛋白酶活力显著高于红、绿、白光组(P0.05),绿光组的胃蛋白酶活力显著低于其他光色组(P0.05);红、绿、蓝光组的淀粉酶活力要显著高于白、黄光组(P0.05),红、绿、蓝光组的淀粉酶活力没有显著性差异,黄、白光组的淀粉酶活力没有显著性差异;白光组纤维素酶活力显著高于其他光色组(P0.05),绿光组的纤维素酶活力显著高于红、蓝光组(P0.05),黄光组的纤维素酶活力和绿、红、蓝光组没有显著性差异。因此,欧洲舌齿鲈在红光下养殖,其体内的抗氧化能力强,能有效应对氧化应激,而在黄光或红光下养殖其消化能力更强。     

基于高通量测序方法分析荣成月湖潮间带趋磁细菌多样性

荣成月湖是一个典型天然潟湖,潮间带沉积物中存在多种形态趋磁细菌。通过Roche454高通量测序平台,对沉积物样品(B_S)和磁收样品(B_M)进行16SrRNA基因高通量测序,认识荣成潮间带沉积物的细菌群落结构,并了解趋磁细菌多样性及系统进化地位。研究结果表明沉积物样品中主要的细菌类群为δ-变形菌纲,占总细菌数的26.4%,其次是γ-变形菌纲和α-变形菌纲;而磁收样品中细菌多样性和种类明显降低,以α-变形菌纲占绝对优势,相对比例达72.6%。在磁收样品和沉积物样品分别发现了1 612条和186条reads与趋磁细菌相关,分别占细菌总数的5.76%和0.85%,磁收样品中趋磁细菌数是沉积物样品的6.8倍。对两个样品中获得的趋磁细菌序列进行系统进化分析,发现这些序列多数属于变形菌门的α-变形菌纲,以趋磁球菌占绝对优势,少数属于δ-变形菌纲,与多细胞趋磁原核生物亲缘关系最近。海洋趋磁螺菌属仅在B_M样品中检出,趋磁弧菌属在B_M样品优势度高于B_S样品,而多细胞趋磁原核生物和趋磁螺菌属在B_S样品中优势度更高。通过分析样品间的差异OTUs,认为荣成潮间带沉积物中可能存在大量未知的趋磁细菌新类群。研究结果为下一步培养和开发趋磁细菌这一功能菌群,发现趋磁细菌新类群及趋磁细菌生态功能提供了基础资料。     

大西洋鲑在封闭循环水养殖模式下的生长和性腺发育研究

本研究探讨了在封闭循环水养殖模式下大西洋鲑(Salmosalar)的生长发育模式,对封闭循环水系统养殖的大西洋鲑重要生长数量性状进行生物学测量,并跟踪性腺发育状况。本研究自2012年1月通过封闭循环水系统进行大西洋鲑养殖,经过周年养殖,体质量平均达到1194.42g,体长平均达到417.00 mm,体高平均达到100.58 mm,体宽平均达到53.52 mm,少数个体在养殖10个月后性腺发育较快,性腺质量达到9.76 g,性腺指数达到1.31%。本研究的研究结果为建立大西洋鲑标准化循环水养殖系统积累资料。     

北斗三号组网卫星数据质量分析及单系统定轨精度初步评估

选取2018-01-23起10 d内16个iGMAS测站观测数据,对北斗三号卫星的观测数据质量及BDS单系统精密定轨精度进行评估。初步结果表明,老信号B1I、B3I北斗三号卫星的信噪比略强于二号卫星,噪声与多路径基本相当,均在0.1 m量级,新卫星不存在星内多路径偏差。新信号B1C/L1/E1频点GPS信噪比最强,Galileo和BDS卫星相当,B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当;噪声及多路径方面,B1C/L1/E1频点GPS优于BDS、Galileo卫星0.1 m量级,B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当,均在0.1 m量级,新信号中北斗三号卫星星内多路径偏差基本消失。单系统精密定轨试验中,分别进行有/无GEO卫星策略、太阳光压模型ECOM 五/九参数策略的比较,并使用卫星激光测距数据进行独立检核。初步结果表明,有GEO卫星、ECOM五参数光压模型的定轨精度最好,C19号卫星7个重叠弧段的平均定轨精度在沿迹向、法向、径向的精度分别为32 cm、16 cm、8 cm,与试验卫星的定轨精度基本相当。     

基于机器学习的高精度高分辨率气象因子时空估计

气象变量常作为重要的影响因子出现在环境污染、疾病健康和农业等领域,而高分辨率的气象资料可作为众多研究的基础数据,对推进相关研究的发展意义重大。本文以中国大陆为研究区域,利用2015年824个气象站点的气温、相对湿度和风速3套数据,结合不同的解释变量组合,分别构建了各自的GAM和残差自编码器神经网络（简称残差网络）模型,以10倍交叉验证判断模型是否过拟合。研究结果表明：① GAM和残差网络方法都不存在过拟合问题,同GAM相比,残差网络显著提高了模型预测的精度（3个气象因素的交叉验证CV R²平均提高了0.21,CV RMSE平均降低了37%）,其中相对湿度模型的提升幅度最大（CV R²:0.85 vs. 0.52,CV RMSE:7.53% vs. 13.59%）;② 残差模型的结果较普通克里格插值结果和再分析资料更接近站点观测数据,表明残差网络可作为高分辨率气象数据研制的可靠方法。此外,研究还发现在相对湿度模型中加入臭氧浓度和气温、在风速模型中加入GLDAS风速再分析资料,可提升模型的性能。     

对流层延迟与可降水量直接转换模型研究

采用线性回归和最小二乘法拟合建立无线电探空可降水量（RS-PWV）与GPS对流层延迟（GPS-ZTD）、地面温度及大气压之间的直接转换模型,并将直接转换模型得到的PWV分别与RS-PWV及GPS反演得到的可降水量（GPS-PWV）进行比较。结果表明,RS-PWV与GPS-ZTD之间存在良好的线性关系,相关系数达0.927 6;RS-PWV与4阶拟合温度和大气压呈现较好的相关性,相关系数分别为0.640 1和－0.626 3;基于ZTD的单阶单因子模型PWV与GPS-PWV的相关系数达到0.969 9;基于ZTD、温度及大气压的单阶多因子模型PWV比基于ZTD的单阶单因子模型PWV精度明显提高,RMS从4.3 mm提高到3.3 mm。