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2022年 第44卷  第4期

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封面
2022 年 4 期封面
2022, 44(4)
摘要:
2022 年 4 期目录
2022, 44(4): 1-3.
摘要:
海洋生物
细菌膜囊泡在海洋生态系统中的研究现状及展望
赵晶, 贾宸政, 王凯, 张贝贝
2022, 44(4): 1-11. doi: 10.12284/hyxb2022140
摘要:
膜囊泡是一类由细菌释放并携带复杂蛋白质、核酸、信号分子等重要信息物质的生物纳米颗粒,参与了水平基因转移、群体感应、生物膜形成等多种生理生化活动。海洋中的细胞膜囊泡可能是除噬菌体和细菌之外的第三大生物实体,其介导的跨越物种的细胞间通讯对海洋生态系统而言有重要意义。然而,我们对膜囊泡在海洋生物圈中具体的生态角色与生物功能所知甚少。因此,本综述从细菌膜囊泡在海洋微生态、海洋共生体系中的作用及其物质流转对生态系统的影响等方面开展讨论,分析了目前细菌膜囊泡在海洋生态功能研究中尚未解决的科学问题,并对未来的研究方向进行了展望。
黄河口及邻近海域鱼卵、仔稚鱼群落结构及多样性的年间变化
杨艳艳, 朱明明, 冯银银, 李焕军, 陈玮, 王秀霞, 陈建强, 苏海霞
2022, 44(4): 36-46. doi: 10.12284/hyxb2022074
摘要:
为了解黄河口及邻近海域鱼卵、仔稚鱼的群落结构动态,分别于2014年、2015年、2017年和2018年的6月利用大型浮游生物网对黄河口及邻近海域进行4个航次的表层水平拖网调查。根据鱼卵、仔稚鱼的种类组成、数量分布等群落结构特征,运用生物多样性指数、聚类分析和皮尔逊相关性矩阵分析等方法对该海域鱼卵、仔稚鱼的资源分布进行了综合研究。结果表明,4年调查共采获鱼卵3 829粒,仔稚鱼234尾,隶属于7目14科15属。鱼卵的主要优势种为鳀(Engraulis japonicus)和短吻红舌鳎(Cynoglossus joyeri),仔稚鱼的主要优势种为斑鰶(Konosirus punctatus)和虾虎鱼科未定种Gobiidae sp.。生物多样性各指数均以2015年最高,2018年最低。利用R语言对鱼卵、仔稚鱼年间种类组成相似性进行聚类,将4个调查年份划分为3组,各分组之间主要的分歧种均为鳀。生物多样性各指数与环境因子之间皮尔逊相关性分析表明,盐度与鱼卵、仔稚鱼生物多样性的关系较为密切。分析认为,黄河口及邻近海域鱼卵、仔稚鱼群落分布和多样性的年间变化特征体现了鱼类对环境变异的响应。
黄河口邻近海域浮游幼虫群落结构季节变化
左涛, 李永涛, 左明, 程兆龙, 王俊, 王安东
2022, 44(4): 47-56. doi: 10.12284/hyxb2022092
摘要:
基于2019−2020年4个季节的6个航次海上生态调查,研究黄河口邻近海域的浮游幼虫群落结构及其与环境因子的关系,旨在为海域生物多样性保护与重要生物资源养护提供科学基础。结果显示:在黄河口邻近海域,共鉴定出浮游幼虫16类,阶段性浮游幼虫是主要组成类群。浮游幼虫月均丰度以11月最高、1月最低。浮游幼虫香农−威纳多样性指数(H')夏季(6−8月)高和秋冬季(11月至翌年1月)低。双壳类幼虫和无节幼虫是海区各季节的优势种及浮游幼虫总丰度的主要贡献者,腹足类幼虫、多毛类幼虫以及耳状幼虫、桡足幼虫等是季节性出现的优势种。春−夏间优势种组成更替率高。相对高丰度浮游幼虫主要分布于黄河口入海口附近、小清河口及莱州湾中部。基于浮游幼虫类群丰度组成的聚类分析,可将调查月和站位各分为3个不同的聚类组。月聚类组分别为春季(4月)、夏秋季(6−11月)和冬季(1月),春季、冬季聚类组的代表类群是无节幼虫,夏秋季聚类组的代表类群是双壳幼虫。3个站位聚类组的组成站位的地理分布交错,代表类群都为双壳类幼虫和无节幼虫。多元方差(MANOVA)和相似性分析(ANOSIM)检验显示,海区内浮游幼虫的多样性指数、丰度、群聚结构等都表现为月间差异显著(p<0.05),站位间差异不显著(p>0.05)。生物−环境逐步多重回归分析表明,影响浮游幼虫群聚结构的最佳环境因子组合为水温和浮游动物丰度。
钝缀锦蛤(Tapes dorsatus)稚贝的温度和盐度耐受性研究
张柯馨, 曹楚畑, 刘志刚, 吴加莹, 张元, 展建强, 陈麟广
2022, 44(4): 57-64. doi: 10.12284/hyxb2022094
摘要:
本实验在室内控制条件下,采用实验生态学方法研究了钝缀锦蛤(Tapes dorsatus)稚贝对温度和盐度的耐受性。在温度耐受性方面:(1)稚贝在低温端温度为4℃、6℃、8℃、10℃时保持90%~100%存活的时间分别为0 d、2 d、3 d、7 d;在高温端温度为33℃、34℃、35℃、36℃时保持90%~100%存活率的时间分别为5 d、4 d、1 d、0 d;(2)在温度胁迫条件下,钝缀锦蛤在48 h、96 h、144 h和192 h的半致死温度在低温端分别为5.02℃、7.68℃、9.01℃和9.20℃;高温端分别为35.44℃、34.74℃、34.43℃和34.25℃。在盐度耐受性方面:(1)在低盐端盐度为13.0、15.6、18.2、20.8、23.4时保持90%~100%存活率的时间分别为1 d、1 d、≥9 d、≥9 d、≥9 d;在高盐端盐度为41.6、44.2、46.8、49.4、52.0时保持90%~100%存活率的时间分别为9 d、2 d、1 d、1 d、1 d;(2)钝缀锦蛤稚贝在48 h、96 h、144 h和192 h的半致死盐度,低盐端分别为14.46、16.02、16.76、16.91;高盐端分别为>52.0、51.79、50.58、48.88;(3)存活的适宜盐度为16.91~48.20,最适盐度为18.20~41.60;生长的适宜盐度为23.58~45.15,最适盐度为33.90。本实验结果表明,钝缀锦蛤稚贝对高温的耐受性较强,适合在南方温度较高的海域养殖;其适宜生存盐度范围较广,最适生长盐度与外海海水盐度基本相同,适合外海养殖。
凡纳滨对虾多代选育群体生长和耐综合胁迫性状的配合力及杂种优势分析
王伦, 王崇懿, 刘建勇, 傅学丽
2022, 44(4): 65-73. doi: 10.12284/hyxb2022064
摘要:
为筛选凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)最佳的交配组合方式,以5个不同遗传背景的凡纳滨对虾群体为亲本,经交配构建12个组合F1代。利用ASReml4软件估计凡纳滨对虾12个组合105日龄的生长和耐综合胁迫(高盐(35)、低pH(6±0.1)与高氨氮(70 mg/L)共同胁迫)性状的一般配合力(GCA)及特殊配合力(SCA)。结果显示:亲本的SCA对子代性状的表现起主导作用,组合K♀×K♂(0.35±0.25)、GX♀×W♂(0.31±0.22)和GX♀×M♂(0.29±0.29)体质量的SCA排名靠前;组合GX♀×GX♂(3.65±1.79)、L♀×L♂(2.19±2.33)和W♀×GX♂(1.30±2.03)耐综合胁迫的SCA排名靠前。杂种优势分析表明,杂交组合的生长(体质量、体长、头胸甲长与腹节全长)和耐综合胁迫性状均表现出一定的杂种优势,6个杂交组合GX♀×W♂、GX♀×K♂、GX♀×M♂、W♀×GX♂、K♀×GX♂与K♀×M♂生长及耐综合胁迫性状的杂种优势率除组合GX♀×K♂为负外(−5.95%~1.00%和−8.03%),其余均为正(0.10%~80.79%和6.87%~42.86%),其中,组合GX♀×W♂体质量的杂种优势最高(25.52%);组合W♀×GX♂耐综合胁迫的杂种优势较高(41.72%)。研究表明,杂交组合GX♀×W♂体质量的SCA和杂种优势均最高;杂交组合W♀×GX♂耐综合胁迫的SCA最高且杂种优势较高,可考虑分别加强该两组合在生长和耐综合胁迫性状方面的配套杂交应用。
基于环境DNA技术的夏季东海鱼类物种多样性研究
李晓玲, 刘洋, 王丛丛, 俞晔伟, 李纲
2022, 44(4): 74-84. doi: 10.12284/hyxb2022088
摘要:
为了解东海海域主要鱼类群落的种类组成,监测和保护其多样性,本研究利用环境DNA技术对东海鱼类进行物种多样性分析。通过海水样本的采集,环境DNA提取、扩增和高通量测序分析,从东海14个站点的环境DNA样本中共检测出2纲,23目,29科,42属,44种海水鱼类,大部分种类在东海传统渔业资源调查中均有出现。其中,相对丰度较高的物种为赤鼻棱鳀(Thryssa kammalensis)、蓝点马鲛(Scomberomorus niphonius)、日本鲐(Scomber japonicus)、小黄鱼(Larimichthys polyactis)和鲻(Mugil cephalus)。站点间α多样性差异较大,总体上呈现近海站点生物多样性高,远海站点生物丰度高的特点。研究结果表明,环境DNA技术可以作为传统渔业资源调查的补充,也可以对东海海域鱼类物种多样性及空间分布进行快速检测。
三疣梭子蟹(Portunus trituberculatusfoxl2基因功能初探及相关miRNA分析
张梦倩, 张景琰, 葛红星, 刘萍, 李健, 孟宪亮
2022, 44(4): 85-94. doi: 10.12284/hyxb2022060
摘要:
foxl2在脊椎动物卵巢分化、发育和功能维持等方面具有重要作用,然而其在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)卵巢发育中的功能尚不明确。本研究首先克隆了三疣梭子蟹foxl2Ptfoxl2)基因cDNA全长序列,该基因5′和3′非编码区域(UTR)长度分别为701 bp和211 bp,开放阅读框的长度为1 590 bp。基因表达分析结果显示,foxl2在三疣梭子蟹不同组织中均有表达,但在卵巢中表达量最高;其在卵巢发育不同时期的表达存在显著差异,在V期表达量最高;切除眼柄后,该基因的表达出现显著下降;干扰该基因表达后,卵巢vtg基因的表达显著上调。上述结果表明,foxl2可能在三疣梭子蟹卵巢发育调控中发挥重要功能,能够抑制卵巢组织中卵黄蛋白的合成。为进一步分析该基因的表达调控方式,利用生物信息学方法,预测了靶向foxl2的miRNA,并通过双荧光素酶报告基因检测实验,从细胞水平验证了这些miRNA对Ptfoxl2的调控作用;分析了其在卵巢发育不同时期以及切除眼柄后的表达模式。结果显示,共转染miR-9类似物和包含foxl2 3′UTR的pmirGLO质粒组,萤火虫酶与海肾荧光素酶活性比值出现显著下降,且在卵巢发育过程及切除眼柄后与foxl2表达模式相反。该结果初步证实miR-9可以从转录后水平调控三疣梭子蟹foxl2基因的表达。
海假交替单胞菌(Pseudoalteromonas marinapilZ基因缺失抑制厚壳贻贝附着变态
张驰, 王劲松, 杨金龙, 张俊波, 万荣, 梁箫
2022, 44(4): 95-103. doi: 10.12284/hyxb2022090
摘要:
为探究海假交替单胞菌pilZ基因的缺失对生物被膜形成及突变菌生物被膜对厚壳贻贝幼虫附着变态的影响,本文通过同源重组构建pilZ基因缺失菌,分析了基因缺失菌生物被膜的细菌密度、膜厚、c-di-GMP水平和胞外产物含量等特性的变化及其对厚壳贻贝幼虫附着变态的调控作用。结果表明:与野生型菌株相比,pilZ基因缺失菌形成的生物被膜膜厚增加、细菌数量增多,胞外产物中β-多糖、蛋白含量减少,抑制了厚壳贻贝幼虫的附着变态(p<0.05);而c-di-GMP水平、α-多糖和脂质含量无显著变化(p>0.05)。由此可见,海假交替单胞菌pilZ基因的缺失可调控细菌生物被膜形成和胞外产物包括β-多糖、蛋白质的含量,从而抑制厚壳贻贝幼虫的附着变态。
印度洋深海沉积物样品纯培养细菌的分离鉴定
姜钊, 张卫花
2022, 44(4): 104-113. doi: 10.12284/hyxb2022070
摘要:
为探索印度洋深海沉积物中纯培养细菌的多样性,本文对采自印度洋12个沉积物样品进行细菌纯培养分离,共获得343株细菌。所有细菌采用16S rRNA 基因进行比对分析,鉴定为4个门:厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),5个纲,13个目,26个科,39个属下的121个种。分离出的优势类群为链霉菌属(Streptomyces,分离率为16.53%)和芽孢杆菌属(Bacillus,分离率为8.26%),其中可能有12个潜在的新分类单元。研究结果表明,印度洋深海沉积环境中纯培养细菌资源丰富,潜在新物种较多;其次,分离培养方法与从海洋沉积物中获得的细菌物种多样性直接相关。
海洋地质
长江河口深层软土含盐特征及其沉积环境分析
苟富刚, 龚绪龙, 张岩, 杨露梅, 刘彦
2022, 44(4): 12-22. doi: 10.12284/hyxb2022078
摘要:
软土的含盐特征是地基设计的一个重要指标,含盐特征主要受沉积环境控制,往往具有较强的地域性。以长江河口北翼海陆交互相软土为研究对象,采集多组土样进行室内试验,进行土体含盐特征、参数相关性及沉积环境分析。研究结果表明,软土含盐特征为NaCl型,含盐量均值为0.613%,以弱盐渍土为主,占比85.4%。含盐量、Cl含量、Na+含量、K+含量峰度检验符合正态分布,但偏度检验值坐落在拒绝域,不属于正态分布。其他离子假设检验偏度和峰度检验均不符合正态分布。软土含盐量与Cl含量相关性最高,与除了Ca2+含量、\begin{document}${\rm{CO}}_3^{2-} $\end{document}含量之外的离子相关性好。软土Cl含量与含盐量、\begin{document}${\rm{SO}}_4^{2-} $\end{document}含量拟合以乘幂效果最佳;Cl含量与Na+、Ca2+、Mg2+、K+\begin{document}${\rm{HCO}}_3^- $\end{document}含量拟合以多项式拟合效果最佳。软土环境沉积为碱性。软土钠吸附比平均值为54.35,与标准海水的钠吸附比接近,说明软土层含盐特征保留了海水特征。随着深度的增加,软土钠吸附比有减小的趋势,这与软土形成时间有关,软土形成时代越老,渗透淋滤的时间越长。软土中Sr/Ba远大于1,说明土体沉积时受到了海水作用。软土浸出液中的γMgCa远高于地表淡水的γMgCa背景值,说明土体沉积时受到海水入侵。引入海水混合模型,计算了海水混合比例。海水混合比的低值主要分布于西部远离海岸区,该区土体沉积主要受长江河水控制。海水混合比的高值主要分布在滨海地区,该区土体沉积主要受海侵控制,海相属性更重。
西菲律宾海盆中央裂谷周缘地质灾害特征及诱发因素
孙美静, 罗伟东, 陈泓君, 胡小三, 黄文凯, 杜文波, 周娇, 韩艳飞, 刘杰
2022, 44(4): 23-35. doi: 10.12284/hyxb2022080
摘要:
基于2018年在西菲律宾海盆最新实测的高分辨率浅地层剖面和多波束测深数据,对西菲律宾海盆中部的中央裂谷及周缘区域的海洋地质灾害进行分析。在研究区总体识别出两大类灾害地质因素:(1)破坏性地质因素,主要包括滑坡、活动断层、冲刷沟谷和岩浆底辟;(2)限制性地质因素,以海山、陡坎、沟槽为主。利用浅地层剖面资料,精细刻画出灾害地质体的类型、形态、内部结构特征,并论述其分布区域、发育特点,探讨地质灾害产生的主要诱发因素及造成的不利影响。对研究区地质灾害的识别、分布范围的圈定和成因的分析,能够为海洋工程建设、装备预设和海上航行提供重要的地质依据,规避不利影响,提前做好风险预判。
海洋技术
基于Prophet算法的海南近海波浪长时段时序分析与预测
黄心裕, 唐军, 王晓宇
2022, 44(4): 114-121. doi: 10.12284/hyxb2022086
摘要:
近年来,以大数据为基础的人工智能算法逐步兴起并被用于海洋波浪短期预测。本文采用2015−2019年海南近海逐时波浪实测时序数据,基于Prophet算法建立了海南近海波浪长时段时序预测模型,分析了2015−2019年海南近海波浪日、月、年变化特性,并对海南近海2020年波浪变化过程进行了预测。结果显示,Prophet算法模型对波浪波高和周期的预测值和实测值整体吻合良好,可有效用于长时段波浪的特性分析和时序预测。
基于XBeach模型的深圳金沙湾裂流的数值模拟
胡鹏鹏, 李志强, 朱道恒, 李高聪, 苏倩欣
2022, 44(4): 122-133. doi: 10.12284/hyxb2022076
摘要:
金沙湾是粤港澳大湾区重要的滨海旅游景点之一,深受世界各地游客的青睐。利用XBeach模型模拟金沙湾海滩的近岸环流,研究了不同模拟波况下裂流的发生情况。结果表明,金沙湾产生裂流很大程度上受到波高和地形的影响,在年平均有效波高波况下,金沙湾沿岸无明显裂流,当入射波高超过某个阈值后,沿岸裂流风险提高。裂流的强度和离岸距离与入射波高呈正相关,波向增加不利于海滩处裂流的产生,但有利于偏斜裂流的形成,金沙湾的海滩管理者应该提高对波浪状况的预警,以降低因裂流而导致的危害。另外,由于长岬角特征,金沙湾产生的偏斜裂流的补偿流来自岬角和海滩的沿岸流,这一点需要通过后续的现场观测进行对比验证。本文的工作可为使用XBeach模型对裂流进行模拟研究提供参考。
海洋信息科学
基于GeoEye-1和WorldView-2遥感数据的浅海水深反演比较研究
陆天启, 吴志芳, 任潇洒, 姚慧敏, 邵长高
2022, 44(4): 134-142. doi: 10.12284/hyxb2022082
摘要:
浅海区水深的精确反演对于海洋空间管理和生态环境保护至关重要。选取南海西沙群岛的羚羊礁海域为研究区,基于GeoEye-1和WorldView-2高分辨率多光谱遥感数据和实测水深数据,分别建立了单波段模型、多波段模型和波段比值模型。结果显示,由绿波段参与建立的水深反演模型相关性普遍较高,同时利用4个波段组合建立的多波段模型精度最高,相关系数分别达到了0.870和0.853。基于该模型的反演结果对GeoEye-1和WorldView-2遥感数据在不同水深范围内的反演精度进行比较,结果表明,两种数据在不同水深范围内的反演误差变化趋势一致,平均相对误差最大值均出现在0~5 m,而最小值均出现在20~25 m。总体而言,WorldView-2影像反演水深的精度高于GeoEye-1影像的反演精度。研究对于热带浅海区的水深反演工作具有一定的参考意义。
高分影像砂质海岸线精细提取及校正方法
尹航, 戚洪帅, 蔡锋, 张弛, 刘根, 赵绍华, 宋嘉诚, 赵国润
2022, 44(4): 143-152. doi: 10.12284/hyxb2022084
摘要:
通过遥感影像稳定获取大范围、连续性海岸线数据,是开展海岸带研究的重要手段之一。针对传统边缘检测算法处理高分辨率遥感影像存在的噪声敏感性、阈值不稳定性等问题,引入一种强鲁棒性的结构森林边缘检测(Strected Forests Edge Detection, SE)算法,对海口市西海岸砂质岸线进行识别,并提出基于Bruun-Dean平衡剖面模式建立拟合剖面模型的潮位校正新方法,结合实测数据对提取结果进行了精度评估和误差分析,最终提取得到了精细海岸线数据。研究表明,SE算法检测所得水边线结果清晰细腻,对比Roberts算子、Canny算子、LoG算子等传统边缘检测算子法更加精准高效,适用于高分遥感影像海岸线提取研究;针对砂质岸线的潮位校正,基于RTK实测剖面数据和拟合剖面模式建立的拟合剖面模型,克服了传统线性模型误差较大的问题,提升了海岸线校正的精度和可行性;基于实测岸线,使用断面法对结果进行定量分析,验证所得提取岸线定位精度优于2.5 m。
中国东部海域浮游植物类群遥感反演研究
赵海阳, 沈芳, 孙雪融, 魏小岛
2022, 44(4): 153-168. doi: 10.12284/hyxb2022062
摘要:
浮游植物类群遥感反演能够为全面认识浮游植物在海洋生态系统中的作用提供重要的数据资料。但由于复杂的水体光学特性,近海浮游植物类群遥感反演存在着巨大挑战。本研究以复杂光学二类水体—中国东部海域为研究区,通过使用3种建模方法,即波段组合法、基于奇异值分解的多元线性回归法、基于奇异值分解的XGBoost回归法,利用遥感反射率数据反演浮游植物类群。经原位实测数据集验证,基于奇异值分解的XGBoost回归法构建的8类浮游植物叶绿素a浓度反演模型的精度最高,其中硅藻、甲藻的叶绿素a浓度反演模型在验证集上的决定系数均大于0.7。相比之下,3种建模方法估算得到的绿藻、蓝藻和金藻的叶绿素a浓度精度较低(验证结果的决定系数小于0.45)。同时,研究评估了OLCI影像的3种大气校正方法(C2RCC、POLYMER、MUMM)在中国东部海域的适用性。结果显示,相对于其他两种大气校正算法,C2RCC在各波段有较好的表现(均方根误差小于0.004 8 sr−1)。将3种浮游植物类群反演模型应用到大气校正后的OLCI影像,验证结果显示,利用基于奇异值分解的多元线性回归法建立的硅藻叶绿素a浓度模型有较好的反演精度(决定系数为0.56)。