矿区生态监测的地理加权遥感生态指数构建及评价

矿区生态是陆地生态系统的重要组成部分,准确监测矿区生态对保护生态环境、维持生态平衡具有重要意义。遥感技术为矿区生态监测提供了有效手段,针对遥感生态指数（remote sensing ecological index,RSEI）在矿区生态监测中存在监测精度低、针对性弱和指标权重空间上均一化问题,该研究对RSEI进行了改进。首先,考虑矿区特殊的生态成因,在绿度、热度、湿度、干度的基础上加入煤尘污染因子构成矿区遥感生态指数;然后,利用地理加权主成分分析法确定各指标的空间权重,构建了地理加权遥感生态指数（geographically weighted-remote sensing ecological index,GW-RSEI）;最后,以山西省大同煤田为例,基于多期遥感影像对GW-RSEI在矿区生态监测中的有效性、适用性进行了验证。结果表明：GW-RSEI能准确捕捉矿区大气中的煤尘污染,从整体和局部尺度实现了矿区生态的精准监测,有效提高了矿区生态监测的精度;地理加权主成分分析法能够明确表征矿区生态的空间异质性和生态环境变化的空间连续性;2000—2020年大同煤田的GW-RSEI均值分别为0.51、0.48、0.46、0.59、0.56,整体生态环境经历了先恶化后改善的过程,其东南部生态环境变化趋势与整体一致,而西北部生态环境呈现先改善后恶化的变化趋势。研究成果为准确监测矿区生态提供了一种更加科学、有效的方法。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

橘色海菊蛤人工繁育技术研究

本研究以野生橘色海菊蛤(Spondylus aurantius)为材料,观察了橘色海菊蛤的亲体催熟、胚胎及稚贝的发育过程,比较了不同温度条件下胚胎发育速度及不同材质和采苗深度对海菊蛤附着效果的影响。结果显示,野生橘色海菊蛤在养殖池经自然催熟后性腺饱满,发育成熟;采用“晾干+流水+高温”刺激获得了橘色海菊蛤优质精卵,并成功完成了受精;受精卵通过不均等卵裂,依次发育为多细胞卵裂期、囊胚、担轮幼虫、D形幼虫、壳顶幼虫、匍匐幼虫和稚贝,累计耗时25～27 d。受精卵在温度为28℃和32℃时均可发育至稚贝,且在水温为32℃时,胚胎各个阶段发育速度均快于28℃。室内不同水层采苗结果显示,底层采苗器附着密度要显著高于上层(P<0.05);不同附着基材质附着密度结果显示,室内采苗阶段黑蝶贝壳附着效果最好,而后依次为海菊蛤壳>牡蛎壳>混凝土饼>黑色遮阳网>绿色聚乙烯网片。在自然海区养殖30d后,海菊蛤壳和牡蛎壳附着及生长效果最优。本研究首次成功开展了橘色海菊蛤人工繁育,获得了其胚胎和稚贝发育规律,研究结果可为该物种在南海人工规模化养殖提供支撑。     

绿鳍马面鲀雌雄性腺转录组比较分析

为探明绿鳍马面鲀(Thamnaconus septentrionalis)性腺发育相关基因表达特征,优化亲本生殖调控技术,本研究对绿鳍马面鲀雌雄亲体的精巢和卵巢进行了转录组测序分析,经de novo拼装,最终获得119 219个单基因(unigene),N50长度为1 255 bp。在NR、NT、KO、SwissProt、PFAM、GO及KOG数据库分别注释到24 009、35 057、18 453、26 971、30 294、11 420和21 613个unigene。绿鳍马面鲀精巢和卵巢转录组中存在18 954个差异表达基因(DEG),相对于精巢,在卵巢中上调表达的基因有11 265个,下调表达的有7 689个。选取bmp2、sox3、figla、hsd17b1、cyp19a、cyp17、foxl2、star和amh 9个DEGs进行实时荧光定量PCR (qRT-PCR)验证,结果显示,qRT-PCR结果与RNA-Seq分析相一致。GO和KEGG富集结果分析发现,amh、cyp17和star可能在绿鳍马面鲀雄性精子发生过程中起关键作用;bmp2、foxl2、cyp19a、figla和hsd17b1在雌性卵子发生和卵巢类固醇生成过程中发挥重要作用。本研究通过比较绿鳍马面鲀精巢和卵巢的转录组表达差异,初步阐明了精巢和卵巢的基因表达特征,为进一步研究绿鳍马面鲀的性腺发育机制奠定了基础。     

虹鳟倍性鉴定SSR标记筛选与应用研究

虹鳟(Oncorhynchus mykiss)是我国冷水性鱼类的主要养殖品种。与二倍体相比,虹鳟三倍体具有生长速度快、肉质好和不育等优点。目前,鉴定虹鳟倍性主要是通过流式细胞术进行DNA含量分析,但这种方法需要采集鱼类血液或组织样本,会对其造成伤害。为了实现利用微创方法收集样本鉴定虹鳟倍性,本研究利用PCR扩增以及电泳分离技术对153个微卫星标记(SSR标记)进行分析,其中139个SSR标记能够在二倍体和三倍体中成功扩增,筛选出132个SSR标记具有多态性,最终鉴定出7个标记在三倍体中表现出较高的变异性。通过在52个已知倍性水平的参考样本和48个未知倍性的样本上进行验证,进一步从中筛选出3个SSR标记(SSR1054、SSR1056和SSR1468)足以区分倍性水平,并且根据3个标记序列重新设计了3对具有良好稳定性的引物序列进行倍性分析应用。本研究所筛选的SSR标记解决了现有虹鳟倍性鉴定中存在的技术流程复杂、耗材昂贵的问题,并有助于不同倍性虹鳟的遗传多样性研究。     

四种不同食性鱼类肠道微生物群落组成及多样性比较分析

本研究旨在探讨食性对鱼类肠道菌群组成和多样性的影响,并预测特定菌群对不同营养素的潜在功能。实验采用高通量16S rRNA基因测序技术,提取获得滇池高背鲫(Carassius auratus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鳜鱼(Siniperca chuatsi)、昆明裂腹鱼(Shizothorax grahami) 4种不同食性鱼类的肠道内容物,12个样品的16S rRNA,构建文库并测序,分析这4种鱼类肠道微生物的菌落组成和多样性。结果显示,鱼类肠道菌群多样性受到食性的显著影响(P<0.05),综合表现为杂食性(滇池高倍鲫) > 草食性(草鱼) > 滤食性(昆明裂腹鱼) > 肉食性(鳜鱼)。4种鱼类具有一些相同的优势菌群：变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。然而,优势菌群在属水平上存在一定差异,如不动杆菌属(Acinetobacter)为鳜鱼的优势菌群,拟杆菌属(Bacteroides)为草鱼的优势菌群等。功能预测发现,鳜鱼肠道中以革兰氏阴性菌为主;草鱼抗病潜力略高于其他3种鱼类;约氏不动杆菌(A._ johnsonii)、鲁氏不动杆菌(A. lwoffii)和施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)可能有助于宿主对蛋白质的消化,而拟杆菌属中的某些菌群可能有助于宿主消化纤维素。综上所述,食性是影响鱼类肠道菌群组成和多样性差异化的主要因素之一,分析食性与肠道优势菌群之间的关联,探讨特异菌群的功能,可为研究鱼类营养代谢的微生物效应奠定理论基础。     

长江安庆江段存在溯河洄游型和淡水定居型刀鲚实证研究

为了探究长江十年禁渔后安庆江段刀鲚的生境履历,利用X射线电子探针微区分析技术研究安庆江段不同类型长颌刀鲚(Coilia nasus)和短颌刀鲚的耳石Sr和Ca微化学特征。结果显示,根据耳石Sr/Ca值的变化值将安庆江段的短颌刀鲚分为2类,一类是其比值为一直小于3.0的低值,表明其纯淡水的生境履历;另一类是其比值不仅有小于3.0的低值区,还有大于3.0的高值区(小于7.0),表明其不仅有淡水的生境履历,还有高盐度的河口半咸水生境履历。长颌刀鲚的耳石Sr/Ca值均具有小于3.0的低值区和大于3.0 (甚至大于7.0)高值区的显著波动,表现为典型的淡水、河口半咸水及海水的溯河洄游型生境履历,Sr含量面分析图谱也可印证上述结果。本研究表明,长江安庆江段刀鲚群体组成较为复杂,同时存在溯河洄游型、淡水定居型短颌刀鲚和溯河洄游型长颌刀鲚3种生态表型个体。     

不同声音对草鱼幼鱼负趋音性行为反应影响研究

声驱鱼技术作为辅助过鱼措施之一,承担着保证鱼类洄游顺利通过过鱼设施,继而保护鱼类资源和恢复河流连通性的重要作用。本研究采用交替播音的形式,以草鱼(Ctenopharyngodon idellus)幼鱼为研究对象进行负趋音性实验,旨在探究草鱼幼鱼面对不同声音的行为反应。实验水槽(3.6 m×1.1 m×1.0 m)布置于下牢溪周围水域,平均水深为0.5 m,平均流速为0.06 m/s。实验使用1种单频音(1 000 Hz)和5种复杂音(鱼游动声、引擎声、短吻鳄叫声、打桩声和游艇声),声压级(sound pressure level)为(117.69±2.77) dB re 1 μPa,对照组为未播放声音时草鱼的行为反应数据。结果显示,播放复杂音时,草鱼的反应次数、趋音速度、运动时间比均显著高于单频音和对照组(P<0.001),草鱼的初次反应时间、平均反应时间均显著低于单频音和对照组(P<0.001);复杂音中,受到游艇声刺激的草鱼反应次数和趋音速度最大,受到鱼游动声刺激的草鱼反应次数、趋音速度最小;复杂音中,受到游艇声刺激的草鱼初次反应时间最短,为(23.40±5.13) s;受到引擎声刺激的草鱼初次反应时间最长,为(146.00±7.82) s,显著低于其他复杂音(P<0.05);受到游艇声和打桩声刺激的草鱼平均反应时间最短,分别为(26.52±3.01) s和(28.76±4.07) s;受到鱼游动声刺激的草鱼平均反应时间最长,为(64.76±17.82) s;复杂音中,受到鱼游动声刺激的草鱼运动时间比最高,为(98.47±0.48)%;受到引擎声刺激的草鱼运动时间比最低,为(94.58±0.54)%;播放单频音时,草鱼的反应次数、初次反应时间、平均反应时间、运动时间比均与对照组无显著差异(P>0.05)。本研究表明,5种复杂音(鱼游动声、引擎声、短吻鳄叫声、打桩声和游艇声)对草鱼幼鱼具有驱赶效果。本研究在丰富鱼类负趋音性研究的同时,为实际工程中声驱鱼辅助过鱼设施的设计和优化提供了科学依据。     

绿鳍马面鲀鱼皮组织结构观察

采用冰冻切片、组织学染色及扫描电镜的方法对绿鳍马面鲀(Thamnaconus septentrionalis)鱼皮组织结构进行研究。结果显示,绿鳍马面鲀鱼皮由表皮层、鳞片层、真皮层和皮下组织层构成,并据此绘制绿鳍马面鲀鱼皮组织结构模式图。表皮层由上皮细胞和基底细胞组成,其厚度为(26.81±7.48) μm;鳞片层由锥状骨质凸起和基板组成,基板厚度为(22.49±5.19) μm,基板上不均匀地分布2~4行直径大小不一、顶端弯曲程度不同、高度为(257.13±10.41) μm的锥状骨质凸起;真皮层厚度为中部>头部>尾部,平均厚度为(176.97±21.11) μm,主要由胶原纤维构成;皮下组织层主要由胶原纤维和非纤维间质构成。本研究可为开发利用绿鳍马面鲀鱼皮资源提供基础资料。     

基于转录组测序筛选乌苏里白鲑肌肉生长关键候选基因研究

为了挖掘调控乌苏里白鲑(Coregonus ussurinsis Berg)肌肉生长的关键候选基因,本研究对不同生长速度乌苏里白鲑的肌肉组织进行转录组测序,以期为乌苏里白鲑群体选育提供基础数据。首先,在同等条件下(从混合池中)随机选择乌苏里白鲑F2个体进行实验分组(快长组和慢长组)。接着分别从快长组[体重为(219.20±38.66) g]和慢长组[体重为(74.30±17.86) g]中随机选取10尾样本,取其背部肌肉进行转录组测序。以FDR (false discovery rate)<0.05且|log2(FC)|>1 (FC, fold change)为条件筛选差异表达基因并对其进行GO (gene ontology)和KEGG (Kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析,并通过qPCR验证转录组数据的准确性。转录组测序结果显示,共筛选出2 211个差异表达基因,与慢长组相比,快长组中583个差异基因表达上调及1 628个基因表达下调。GO功能注释结果显示,差异基因主要参与细胞过程和结合过程,差异基因显著富集到251条KEGG通路(P<0.05),其中,MAPK信号通路(MAPK signaling pathway)、PI3K-Akt信号通路(PI3K-Akt signaling pathway)、紧密连接(tight junction)、胰岛素信号通路(insulin signaling pathway)、糖酵解/糖异生(glycolysis/gluconeogenesis)和PPAR信号通路(PPAR signaling pathway)参与细胞生长。之后结合功能注释结果和KEGG,鉴定出肌浆/内质网钙ATP酶基因atp2a1和atp2a2、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因g6pc、生长因子结合蛋白1基因igfbp1以及肌球蛋白重链基因myh1、myh4、myh6、myh7、myh9和myh13等可能与肌肉生长密切相关的基因。本研究共筛选出10个可能与乌苏里白鲑肌肉生长相关的关键候选基因,为今后乌苏里白鲑分子标记辅助育种提供了基础数据。