坛紫菜与Pyropia radi种间杂交重组优良品系的选育与特性分析

为获得具明显杂交重组优势的紫菜优良品系,实验以印度产紫菜Pyropia radi野生型品系(Pr-WT01,特点:藻体厚、生长慢、韧性好、壳孢子放散量多)为父本,坛紫菜诱变品系(Ph-HMC5,特点:藻体薄、生长快、韧性差、壳孢子放散量少)为母本进行种间杂交,从杂合丝状体产生的F1叶状体中选出4个综合性状优良的杂交重组品系,HR-6品系为其中的最优良品系。父本品系叶状体的绝对生长率最大值为0.39 cm/d,母本品系为5.24 cm/d,而HR-6品系高达9.27 cm/d,在日龄30~50 d期间,它的平均绝对生长率比母本品系的最大生长率还大。日龄60 d的叶状体平均体长父本品系为13.18 cm,母本品系为85.67 cm,而HR-6品系已达218.57 cm,分别是父、母本品系的16.58倍和2.55倍。日龄35 d的HR-6品系叶状体的叶绿素a含量高达9.43 mg/g,比父、母本品系分别增加了50%和20%;另外,它的总藻胆蛋白含量高达99.62 mg/g,分别是父、母本品系的2.18倍和1.74倍。日龄35 d的HR-6品系的叶状体平均厚度为26.22μm,比父本品系降低了37%,比母本品系增加了30%,叶状体的韧性明显增加。HR-6品系的壳孢子放散总量达167.72万个/贝,分别为父、母本品系的1.13和2.65倍。上述研究结果表明,HR-6品系具有生长快、品质好、壳孢子放散量大等优良性状,表现出良好的生产适用性。     

基因条码在条斑紫菜(Pyropia yezoensis)不同品系间种质鉴定中的适用性

为寻找适宜的条斑紫菜(Pyropia yezoensis)品系间种质分子标记鉴定法,利用4种基因条码(RUBISCO Spacer、UPA、Cox2-3和ITS-5.8S)对产自中国和日本的6个条斑紫菜品系的亲缘关系进行了分析研究.结果显示,在6个条斑紫菜品系中,上述4种基因条码的序列同源性较高,同源性为97.8％-100％,其中,RUBISCO Spacer序列的同源性为100％.UPA序列的同源性分析结果显示,在中国产的LS、B4、HT和TM18品系中,该序列完全相同,但与日本产的GT和ROS-2两个品系的序列有差异,该序列的同源性为99.2％.在6个品系中,Cox2-3和ITS-5.8S序列的同源性相对较低,分别为97.8％-99.2％和98.4％-99.8％.根据UPA、Cox2-3和ITS-5.8S基因条码通过邻接法构建的系统进化树显示,依据ITS-5.8S和UPA序列均能分别区分中国产的4个品系(LS、B4、HT和TM18)与日本产的两个品系(GT和ROS-2),分别形成两个大分支,其聚类结果与实际亲缘关系一致.但利用ITS-5.8S序列均能对中国产的4个品系和日本产的两个品系进行再区分,而利用UPA序列却无法对中国产的4个品系进行再区分,只能区分日本产的两个品系.使用Cox2-3序列则将GT、ROS-2、LS和TM18这4个品系聚成一个大分支,其聚类结果与实际亲缘关系不一致.上述结果说明,利用ITS-5.8S序列对本研究的6个条斑紫菜品系进行种质鉴定,效果最好.     

印度产紫菜Pyropia chauhanii单孢子放散规律的研究

为了探究紫菜单孢子的放散规律,以印度产紫菜Pyropia chauhanii的野生品系(PC-WT)与诱变品系(PC-Y1)为材料,对来自不同日龄和不同部位的叶状体圆盘体放散单孢子的规律进行了研究,结果显示:在圆盘体的培养过程中,PC-WT品系的不同日龄和不同部位的叶状体圆盘体放散单孢子的早晚和数量差异较大。日龄40 d的叶状体,其梢、中、基3个部位的圆盘体均未出现性细胞,单孢子日放散量均呈先升后降的趋势,培养12 d的总放散量次序为:中部梢部基部;日龄45 d的叶状体其梢部和中部的圆盘体已出现性细胞,与日龄40 d的圆盘体相比,单孢子开始放散的时间提前,但总放散量下降,圆盘体的解体速度更快,单孢子总放散量次序为:中部梢部基部;日龄50 d的梢部和中部的圆盘体分别在培养的第6天和第10天完全解体,发现它们的圆盘体几乎全面成熟,单孢子放散总量较少,而基部的圆盘体未成熟,单孢子放散总量最多。PC-Y1品系的叶状体其梢部、中部和基部的圆盘体,培养12 d,其生长良好,边缘完整,没有放散单孢子。日龄40 d的叶状体圆盘体也未出现性细胞,营养细胞颜色鲜红,细胞排列紧密;日龄45和50 d叶状体的圆盘体均出现了性细胞。上述结果证实,PC-WT品系为单孢子放散品系,其梢部最先放散单孢子,中部次之,基部最后;随着叶状体日龄的增加,圆盘体放散单孢子的时间提前,但单孢子放散总量减少。不同日龄、不同部位的PC-Y1品系藻体均不能放散单孢子,暗示与放散单孢子相关的基因在这个品系中可能已经变异了。     

基于转录组信息的坛紫菜EST-SSR标记的开发及新品系SW-81的种质鉴定

基于坛紫菜（Pyropia haitanensis）转录组序列信息进行EST-SSR标记的开发,并利用多态性SSR标记构建DNA指纹图谱用于坛紫菜新品系SW-81的种质鉴定。结果显示：转录组数据中共检测出9 033个微卫星位点,其中三核苷酸重复类型为绝对优势基元,占比高达95%;经Primer 5.0软件对微卫星位点进行引物设计,并从中随机合成187对微卫星引物进行有效性分析,最终获得92对有效引物,其中42对为多态性EST-SSR标记,多态扩增率约为22.46%;利用开发的多态性EST-SSR标记构建了适用于5个坛紫菜品系的DNA指纹图谱,为新品系SW-81的种质鉴定提供有效的分子检测手段。上述结果表明：坛紫菜基因组中有着丰富的微卫星位点,且同一位点的基因序列在不同品系间存在变异,表现为扩增产物的多态性。基于EST-SSR标记的多态性分析可为坛紫菜种质资源的管理与鉴定提供有效的分子检测手段。     

坛紫菜两种小分子热激蛋白(sHSP)基因的克隆及表达特征分析

小分子热激蛋白(sHSP)不仅在应激条件下高效表达,而且在正常状态的细胞中也广泛存在,参与一些重要细胞生理活动的调节。为研究坛紫菜应答高温和失水等逆境胁迫的分子机制,本研究以坛紫菜(Pyropia haitanensis)转录组测序获得的unigene序列为基础,采用RACE或直接PCR扩增,克隆获得了坛紫菜两种sHsp的全长基因：PhHsp22和PhDnaJ。序列分析结果表明,PhHsp22序列全长857 bp,包含一个519 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含172个氨基酸,分子量为19.1 kDa,等电点为5.24(收录号：KM102540);PhDnaJ序列全长1616 bp,包含一个1290 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含429个氨基酸,分子量为46.1 kDa,等电点为6.43,属于Hsp40亚家族(收录号：KM102541)。基因表达水平的定量分析结果表明两个基因在高温胁迫不同时间水平和不同失水胁迫程度下的表达均呈现出一致的表达模式,即在胁迫初期表达水平显著上调,但随着胁迫的持续,这两个基因的表达水平开始逐渐下调。说明这两个基因在逆境胁迫下的表达可能存在一个反馈调节机制。     

坛紫菜6-磷酸海藻糖合成酶(TPS)家族基因的克隆及表达特征分析

6-磷酸海藻糖合成酶(TPS)是植物海藻糖合成的关键酶,在植物逆境胁迫应答中发挥着重要的作用.实验以坛紫菜转录组测序获得的unigene序列为基础,采用RACE技术克隆获得坛紫菜的3条TPS基因序列:PhTPS1,PhTPS2-1和PhTPS2-2.序列分析结果表明,PhTPS1(收录号:KM580358)序列全长3 557 bp,包含一个3 462 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含1 153个氨基酸,分子量为124.2 ku,等电点为6.73,属于TPS Ⅰ亚家族;PhTPS2-1(收录号:KM519457)序列全长4 264 bp,包含一个4 044 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含1 374个氨基酸,分子量为145.2 ku,等电点为5.96;PhTPS2-2(收录号:KM519458)序列全长3 733 bp,包含一个3 324 bp的开放阅读框,所编码的多肽包含1 107个氨基酸,分子量为120.2 ku,等电点为5.42.PhTPS2-1和PhTPS2-2属于TPSⅡ亚家族.基因表达水平的定量分析结果表明高温胁迫条件下,3条PhTPS基因的表达模式基本一致,均表现为先上调后下调,再上调的趋势;而PhTPS1和PhTPS2-1基因在中低水平的失水条件下,基因表达水平均没有发生显著变化,只在高水平失水胁迫下显著上调,PhTPS2-2基因在中高水平失水条件下,表达水平显著上调.说明PhTPS基因可能只在高度失水胁迫下发挥应激调节作用.     

中国经济海藻养殖技术概况与展望

我国是全球海藻生产和消费大国。当前,我国海藻养殖种类以海带、紫菜、江蓠和裙带菜等为主体,兼有小规模养殖的羊栖菜、鼠尾藻、麒麟菜、石花菜、礁膜、浒苔、长茎葡萄蕨藻等。海藻养殖方式包括浅海养殖、潮间带养殖和陆基养殖。近年来,在全球气候变化、海水污染、海岸工程等多重压力下,海藻养殖环境不佳,养殖病害多发;另外,海洋生态文明建设大背景下的近海水域利用政策变化,对海藻养殖产业及其养殖技术提出了新的要求与挑战。对我国海藻养殖技术进行回顾,总结经验、查找不足,提出新思路、新方法,以期为我国海藻养殖产业可持续发展提供支撑。     

坛紫菜与长紫菜种间杂交后代的细胞崩溃现象与成活后代的表现型观察比较

坛紫菜壳孢子萌发的第一次和第二次分裂为减数分裂,结束后形成了一个基因型不同的四分体,随后由这个四分体发育成一个基因型嵌合的叶状体。由坛紫菜与长紫菜种间杂交所产生的杂合丝状体成熟后释放出壳孢子,后者在分裂初期出现了大量的细胞崩溃死亡,通过对单个的壳孢子萌发体进行定点跟踪观察后发现,细胞崩溃死亡不仅会发生在减数分裂的直接产物即处于二细胞期、三细胞期、四细胞期的萌发体,当细胞数大于4个的萌发体在进行有丝分裂时也会出现细胞崩溃死亡。绝大部分的壳孢子能进行第一次减数分裂,形成处于二细胞期的萌发体,随后进行第二次减数分裂,形成处于三细胞期或四细胞期的萌发体。培养4 d,78.6%的壳孢子已发育成含2~4个细胞的萌发体,其余为未分裂的壳孢子萌发体;在含2~4个细胞的萌发体中未出现细胞崩溃死亡的萌发体的百分率为99.7%,0.3%的个体出现了细胞崩溃死亡。随着培养时间的延长,大多数处于二细胞期的萌发体发育成处于三细胞期和四细胞期的萌发体,而大规模的细胞崩溃死亡也出现在处于三细胞期和四细胞期的萌发体中。培养14 d,处于三细胞期和四细胞期的萌发体的百分率分别为38.6%和37.2%,它们当中含有崩溃死亡细胞的个体百分率分别为99.5%和99.2%。此外,8.9%的萌发体能够发育成含4个以上细胞的个体,但在随后的有丝分裂中也出现了细胞崩溃死亡现象。培养35 d,大部分的萌发体其体细胞已全部崩溃死亡,但仍有约1%的萌发体能成活下来,可它们并非是由一个完整的四分体发育而来,而是由四分体中的1~2个成活细胞发育而来。培养45 d,可把成活体的形态和颜色分成类亲本型和重组型两大类。研究表明,利用紫菜种间杂交的后代在壳孢子萌发初期会出现细胞崩溃死亡的现象,不仅可以用于辅助更精确地鉴别物种,而且可以从其成活后代中筛选出具有重组优势的新品系。     

圆紫菜壳孢子萌发体和叶状体的耐高温性观察

圆紫菜(Pyropia suborbiculata)被认为具有较强的耐高温性,但是否优于坛紫菜(Pyropia haitanensis)仍是未知。研究分别将圆紫菜野生品系(PS-WT)和坛紫菜栽培品系(PH-WT10)的壳孢子萌发体和叶状体置于23 ℃(常温)和30 ℃(高温)下培养,结果发现:培养14 d后,在23 ℃ 组中,PS-WT和PH-WT10的壳孢子萌发体的存活率和假根发生率均超过99%,两者差异不显著;但在30 ℃组中,PS-WT的存活率和假根发生率分别为32.9%和99.3%,PH-WT10的存活率和假根发生率仅为16.8%和49.3%,两者差异极显著。此外,在30 ℃组中,含9个以上细胞的壳孢子萌发体的百分率,PS-WT和PH-WT10分别为86.1%和1.0%,两者差异极显著。将在23 ℃下培养30 d的叶状体再置于30 ℃下培养10 d,PS-WT的叶状体除生长减慢,细胞颜色变红外,其他均无异常,未出现死亡细胞,而PH-WT10的叶状体生长显著变慢,细胞颜色变淡,色素体由星状变成弥散状,出现较多的死亡细胞。另外,与实验开始时的初始值相比,经30 ℃培养10 d的叶状体的最大光量子产量(F_v/F_m),PS-WT增加了1.8%,而PH-WT10却下降了34.5%。上述结果初步证实,圆紫菜野生品系(PS-WT)的壳孢子萌发体和叶状体的耐高温性均明显优于坛紫菜栽培品系(PH-WT10)。     

坛紫菜北方海区养殖试验

为进一步拓展坛紫菜“南菜北养”的范围,2018年和2019年在山东烟台海区进行了坛紫菜“闽丰2号”的养殖试验。2018年9月中旬将购自江苏、幼苗肉眼可见的网帘投放下海,至12月上旬采收五水(第一次采收的紫菜叫头水或一水紫菜,后面的依次叫二水、三水、四水、五水),总产量为2 359.5 kg/hm²(干质量);2019年8月下旬,采用坛紫菜成熟贝壳丝状体在当地进行采苗、下海,9月下旬进行一水紫菜的收获,至11月中上旬共采收五水,总产量为1 574.3 kg/hm²(干质量)。随着收获期的延长,藻体的长度、宽度均呈增加趋势,但2个年度产量分别以三水和四水为最高。海区营养盐测定结果表明：海水中的无机氮浓度随着养殖时间的延长呈降低趋势,10月份的无机氮浓度明显低于8月份的,晒网同时喷洒施肥后藻体颜色快速好转,且产量有所提高,表明试验海区营养盐条件是影响坛紫菜养殖的重要因素之一。为避免病害发生,在养殖过程中应及时施肥以促进藻体生长,提高坛紫菜的产量和质量。