环境DNA(eDNA)技术在水生生态系统中的应用研究进展

环境DNA(Environmental DNA,eDNA)是指从皮肤、黏液、唾液、精子、分泌物、卵、粪便、尿液、血液、根、叶、果实、花粉和腐烂体等释放出来的、普遍存在的、游离的DNA分子。环境DNA技术是指从环境样品(土壤、沉积物和水体等)中直接提取DNA片段后利用测序技术进行定性或定量分析的方法。近年来随着分子生物学的发展,环境DNA技术已经成为一种新的水生生物调查方法,其主要被用来进行生物入侵的防治、濒危物种的保护、生物多样性的评价以及生物量的评估等。作者综述了环境DNA技术的发展历程、操作流程、在水生生态系统中的应用、优势以及存在的问题,同时对环境DNA在生态学领域中的应用前景进行了展望。     

渤海夏季甲壳类群落结构的年际变化

基于2009~2010年及2012~2015年夏季(8月)进行的底拖网调查资料,研究了渤海甲壳类群落结构的年际变化。结果显示:(1)调查共捕获甲壳类33种,隶属于2目21科29属,其中虾类16种,蟹类16种,虾蛄1种;(2)甲壳类生态优势种类组成随年份变化,口虾蛄在每个年份均为绝对优势种;(3)2009~2013年,渤海甲壳类的物种数目、生物量和个体数密度均持续下降,2014~2015年逐步恢复;(4)聚类分析(CLUSTER)和多维标度分析(MDS)将6个调查年分为4个群组,单因子相似性分析(ANOSIM)表明群组间的群落结构呈显著性差异(P0.05),相似性百分比分析(SIMPER)表明口虾蛄、葛氏长臂虾和海蜇虾对群组区分的贡献率最高;(5)群落更替指数和迁移指数显示,渤海甲壳类群落的稳定性以2010年最好、2013年最差。总体来看,2011年蓬莱19-3平台溢油后的第3~4年,即2014~2015年渤海的甲壳类群落已逐渐恢复。     

黄海中南部细纹狮子鱼的摄食习性及其变化

利用2006年1月—2009年7月在黄海中南部进行的7个月的底拖网调查,采集了体长在18~525 mm范围的细纹狮子鱼样品3 005尾。通过胃含物分析、聚类分析以及营养级计算等方法,研究了细纹狮子鱼的摄食习性,周年变化和体长变化。结果表明,除3月份外,细纹狮子鱼是各月份黄海生态系统食物网的重要种类;目前脊腹褐虾仍是细纹狮子鱼的优势饵料生物,而方氏云鳚替代鳀成为其优势饵料生物。细纹狮子鱼的摄食习性和摄食强度都有显著的周年变化和体长变化,体长是导致细纹狮子鱼摄食习性周年变化的主要因素。随着体长增加,细纹狮子鱼发生了3次显著的食性转换,体长在50 mm从底栖动物食性转换为广食性;大于100 mm转换为底层虾食性;大于350 mm转换为虾/鱼食性。不同体长的细纹狮子鱼归属不同的营养功能群,因此,细纹狮子鱼在不同月份的黄海生态系统中处于不同的营养地位。     

不同贝龄栉孔扇贝数量性状的相关性和通径分析

为深入了解栉孔扇贝形态性状与湿重之间的关系,为栉孔扇贝选育工作中亲贝的挑选提供策略,本研究使用来自同一家系的栉孔扇贝子代324只一龄个体以及生长到二龄的230只个体的性状数据进行通径分析。性状数据包括壳长(x_1/cm),壳高(x_2/cm),壳宽(x_3/cm),湿重(y/g)。结果显示,所有形态性状和湿重之间的相关系数均达到极显著水平。其中与一龄贝湿重相关系数最大的是壳长,为0.939,与二龄贝湿重相关系数最大的是壳高,为0.808。通径分析结果显示,壳长对一龄贝湿重的直接影响最大(0.532),壳高对一龄贝湿重的直接影响最小(0.163)。壳高对二龄贝湿重的直接影响最大(0.451),壳长对二龄贝湿重的直接影响最小(0.191),决定系数与以上通径分析结果的变化趋势一致。利用多元回归的方法构建了一龄贝和二龄贝形态性状与湿重间的回归方程,一龄贝:y=–10.527+0.287x_1+0.087x_2+0.409x_3,R~2=0.926;二龄贝:y=–68.609+0.254x_1+0.719x_2+2.008x_3,R~2=0.830。本研究结果为栉孔扇贝种贝的挑选提供了理论依据。     

沉积物中多溴联苯醚快速测定技术

建立了沉积物中多溴联苯醚快速测定方法。沉积物样品采用正己烷-丙酮混合溶剂超声提取,提取液经减压浓缩后,在充满氧气的燃烧瓶中燃烧,使多溴联苯醚分解成溴离子,采用溴离子选择电极测定。结果表明,沉积物中十溴联苯醚在加标浓度为100-5000μg/kg时,方法回收率为70.27%-97.49%,相对标准偏差RSD15%,方法定量限为100μg/kg。     

夏季莱州湾及附近水域理化环境及营养现状评价

根据2007年8月对莱州湾及附近水域的调查资料,讨论了温度、盐度、pH、溶解氧（DO）、溶解无机氮（DIN）和活性磷酸盐（PO4^3--P）等理化因子的分布特征,并对该水域的营养水平和有机污染状况进行了评价。结果表明,莱州湾西部和西南部水域表层和底层的DIN含量较高,均呈向东北方向递减的趋势;表层PO4^3--P含量分布较为均匀,在湾口中部水域有一小范围的高值区,并呈向四周逐渐递减分布。底层水平基本与表层一致,但其高值区范围较大,等值线较为密集。营养盐与盐度的相关分析表明,DIN与盐度呈显著负相关,表明DIN主要来自河流径流的输送;而PO4^3--P与盐度相关性不十分显著,这表明莱州湾PO4^3--P的补充并非主要来自河流径流输入,而是以有机物的分解矿化再生为主,同时,浮游植物的大量繁殖也是一个重要的影响因素。由水域环境质量评价结果看,N/P值均大于Redfield比值16,P显得相对缺乏。根据营养化评价模式和有机污染指数计算结果,2007年夏季莱州湾水域营养水平基本属于磷中等限制潜在性富营养,有机污染程度属3级,表明该调查水域受到轻度有机污染。     

渤海鱼类群落结构的年际变化

基于2010年和2012–2014年每年8月渤海渔业资源底拖网调查数据,根据优势种、单位个体重、相对资源量、Jaccard种类组成相似性系数和群落结构数量生物量曲线等指标,研究渤海鱼类群落结构的年际变化,结果显示:(1)2010年和2012–2013年,总鱼类和底层鱼类种类数一直呈下降趋势,2014年有所恢复;2010年和2012–2014年暖温种种类数基本上呈下降趋势;(2)底层鱼类优势种由小个体的虾虎鱼(Gobiini sp.)代替大个体的小黄鱼(Pseudosciaena polyactis),中上层鱼类优势种则由植食性为主的黄鲫(Setipinna taty)和斑(Konosirus punctatus)转向浮游动物食性的鳀(Engraulis japonicus);(3)2010年和2012–2014年渤海底层鱼类和总鱼类年间站位相对资源量两两间都不存在显著性差异(P0.05),2013年与2014年间总鱼类及2014年与2010年底层鱼类年间站位相对资源量方差无显著性差异(P0.05),其他年份两两间都为方差不齐(P0.05),底层鱼类和总鱼类站位相对资源量年际存在极端异常值;(4)2010年和2012–2014年单位数量鱼体的个体重逐年下降,渤海鱼类这几年严重趋向小型化;(5)5种组内相似、组间相异贡献率高的鱼类种类,其年度相对资源量和分布变化较大;根据生物量与数量优势度曲线及W统计值判断,2010年渤海鱼类群落结构比较稳定,2012年相对稳定,2013年和2014年处于干扰状态,特别是2013年的鱼类群落结构处于比较严重的干扰状态。综上所述,渤海鱼类群落结构在2010年和2012–2014年发生了较大改变,处于受干扰不稳定状态。     

桑沟湾养殖海域营养盐时空分布特征及富营养化评价

根据2014年10月、2015年3月、5月和8月在桑沟湾养殖水域开展的海洋调查所获取的营养盐状况调查数据,分析了营养盐含量的季节变化和平面分布,并对该水域营养水平状况进行了评价.结果显示,该海域秋季溶解无机氮(DIN)含量明显高于其他三个季节.夏季NO2-N的平均含量最高,秋季NO3-N的平均含量最高,春季NH4-N的平均含量最高,冬季PO4-P的平均含量最高.与海水水质标准相比,各季节DIN总体水平均低于海水一类标准值,春季和夏季PO4-P总体水平低于海水一类标准值,秋季和冬季PO4-P总体水平则高于海水一类标准值.从平面分布看,春季DIN含量呈湾内低、湾外高的趋势,夏季和秋季呈湾内高、湾外低的趋势,冬季呈自湾内南部水域向北逐渐降低的趋势.春季和冬季PO4-P含量均呈自湾内中部水域向外逐渐下降的趋势,夏季呈自湾内中部水域向外逐渐上升的趋势;秋季则呈湾内高、湾外低的趋势.春季、夏季和冬季N/P比值均高于Redfield比值,无机磷相对缺乏,而秋季N/P比值与Redfield比值基本一致.根据潜在性富营养化评价模式,桑沟湾养殖海域四个季节的营养水平较低,均属贫营养水平.与20世纪八九十年代相比,桑沟湾浮游植物生长的主要限制性因素已由整体的氮限制转变为春、夏季磷限制为主.     

海蜇(Rhopilema esculentum)Notch基因的cDNA克隆和表达

基于转录组454 GS FLX测序结果,利用RACE和RT-PCR技术克隆了海蜇(Rhopilema esculentum) Notch基因的cDNA全长,并分析了其mRNA在海蜇不同发育阶段的表达差异,以探讨Notch基因对海蜇无性生殖的影响.结果显示,海蜇Notch基因的cDNA全长为6768 bp,包括90 bp的5'非编码区、6066 bp的开放阅读框及612 bp包含AATAAA加尾信号的3'非翻译区.SMART分析表明,海蜇Notch为分泌蛋白,其信号肽由21个氨基酸组成.成熟肽由2000个氨基酸组成,包括37个结构域、26个表皮生长因子样结构域、3个富含半胱氨酸的Notch/Lin-12(NL)结构域、1个NOD结构域、1个NODP结构域、1个跨膜结构域和6个锚蛋白结构域ANK,并含有25个N-糖基化位点.同源分析表明,海蜇Notch与来自刺胞动物门的海葵(Nematostella vectensis)的Notch相似性为39％,与无脊椎动物和脊椎动物的氨基酸相似度分别为35％-37％和34％-38％.RT-PCR分析表明,Notch基因在海蜇无性繁殖的4个发育时期均有表达,螅状体阶段的表达量最高,横裂体阶段表达量最低,螅状体的表达量是横裂体的1.85倍.这些研究结果为进一步研究Notch信号通路在海蜇无性繁殖中的调控作用奠定了基础.     

莱州湾中上层小型鱼类早期资源量动态及其外在驱动因素

自 20世纪 80年代以来, 中上层小型鱼类鱼卵或仔稚鱼是渤海莱州湾各调查时期主要产卵季节鱼类早期资源主体成分。基于历史调查资料并结合补充调查构建莱州湾鱼卵、仔稚鱼及其生境因子调查数据集, 通过数理统计分析从数据集中提取中上层小型鱼类早期生活史生境要素信息; 采用 ArcGIS 软件绘制各种不同年代产卵(育幼)场分布图; 运用时间序列和典范对应分析阐明其早期资源生态密度(EDN-ELH)与太平洋年代际变率(PDO)、多变量 ENSO 事件指数(MEI)、黄河月入海径流量(MRYR)和渤海捕捞强度(FEBH)等因子关联性。结果显示, 莱州湾中上层小型鱼类产卵活动集中于年内升温期, 产卵适温盐范围相对较广; 产卵(育幼)场时空分布受外海高盐水和黄河冲淡水势力相互消长影响并具种的异质性, 鳀(Engraulis japonicus Temminck et Schlege1, 1846)除外, 各种鱼类低盐河口近岸产卵特性明显, 同种仔稚鱼较其鱼卵呈明显近岸分布趋势。莱州湾中上层小型鱼类 EDN-ELH 及其产卵 (育幼)场分布处年际和年代际波动中。相较 20 世纪 80 年代, 鳀、斑鰶[Konosirus punctatus (Temminck et Schlegel, 1846)]和青鳞小沙丁鱼[Sardinella zunasi (Bleeker, 1854)] EDN-ELH 显著降低, 赤鼻棱鳀[Thryssa kammalensis (Bleeker, 1849)]显著升高, 黄鲫[Setipinna tenuifilis (Valenciennes, 1848)]和沙氏下鱵[(Hyporhamphus sajori (Temminck et Schlege1, 1846)]保持相对稳定。PDO 和 MEI 指数“暖位相”期鳀和沙氏下鱵 EDN-ELH 较高, “冷位相”期赤鼻棱鳀、 黄鲫、青鳞小沙丁鱼和斑鰶 EDN-ELH 较高。MRYR 对各种鱼类(黄鲫和赤鼻棱鳀除外) EDN-ELH 变动影响显著 (P＜0.05), 与鳀、斑鰶和青鳞小沙丁鱼 EDN-ELH 负相关, 与沙氏下鱵正相关。捕捞对鳀和斑鰶 EDN-ELH 影响尤为明显, 究其原因主要是“休渔期”外对其产卵群体高强度捕捞。本研究通过阐释莱州湾中上层小型鱼类早期补充量动态及种群“上行控制”和“下行控制”因素, 旨在深入探究渤海中上层小型鱼类应对全球气候变化响应的关键机制。