Institutional Repository of South China Sea Institute of Oceanology, CAS
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Comparison of coral diversity between big and small atolls: a case study of Yongle atoll and Lingyang reef, Xisha Islands, central of South China Sea
No full textThe South China Sea (SCS) includes large areas of extensive coral reef development but its reefs are still poorly known. Yongle atoll is the biggest typical atoll in the Xisha Islands, central of SCS. Lingyang Reef is an isolated small atoll within the whole big Yongle atoll. A total of 144 and 119 coral species were recorded at big Yongle atoll and small Lingyang Reef, respectively. The real coral richness might be higher because species accumulation curve did not saturate. The coral diversity pattern was similar between big Yongle atoll and small Lingyang Reef. Coral communities fell into three clusters, consistent with their habitats on reef slope, reef flat and lagoon slope. The highest coral diversity was observed on reef slopes and the lowest coral diversity was found on lagoon slope. Genera richness was a better proxy for representing coral species diversity on both the big and small atoll but percent live coral cover was not a robust proxy on the small atoll, which only explained 24% of species diversity. This study demonstrated high coral diversity with consistent pattern along habitat types, as has been shown from many other reefs. While far from exhaustive, the study allows first glimpses on how much biodiversity is contained on SCS coral reefs, and hopes to give an impetus to their conservation. The study also suggests that simplified surveys at a small scale and the use of genera richness as an effective proxy for overall diversity can indeed provide important information to rapidly monitor and evaluate the coral diversity in remote locations
Evidence for paleoclimate changes from lignin records of sediment core A02 in the southern Yellow Sea since similar to 9.5 cal. kyr BP
No full textSediment core A02 collected from the central Yellow Sea mud (CYSM) was analyzed for various lignin parameters to provide evidence for the paleoclimate changes in the southern Yellow Sea (SYS) area during the Holocene. The results showed that the variations of various lignin parameters were dominated by the hydrodynamic sorting process driven by climate factors, and in turn lignin records can well reflect paleoclimate changes during the Holocene. The paleovegetation of the Yellow River basin was dominated by nonwoody angiosperms, and the terrestrial organic matter in core A02 was highly degraded and mainly came from peat and surface soils. Compared with climate records in previous studies, we found that terrestrial organic matter indicator Sigma 8, marine organic matter indicator P phenols and vegetation parameters S/V, C/V ratios had the similar variation trends with the El Nino-Southern Oscillation (ENSO) on the millennial time scale and correlated well with the Bond events (0 to 6) and the East Asian Winter Monsoon (EAWM) on the multidecadal to centennial time scale. ENSO events dominated the long-term trends of the biomarkers in the SYS during the Holocene while EAWM for the shorter time scale. Lignin records of core A02 responded not only to the regional climatic factors such as the EAWM but also to the global climatic factors such as Bond events and ENSO. In addition to the global cold climate events, it also recorded other regional cold events (at around 3.7 cal. kyr B.P., 6.5 cal. kyr B.P. and 7.0 cal. kyr B.P.) and coincided well with previous related records in the East Asian. These proved that the paleoclimate in SYS area was controlled by both regional and global climatic factors. (C) 2017 Elsevier B.V. All rights reserved
利用理想模型实验研究涡旋碰撞海岛的过程
No full text本文利用区域海洋模式(Regional Ocean Modeling System)构建理想模型实验来探讨f-平面上涡旋碰撞海岛的过程。结果表明：在理想模型设定条件下，当北半球的反气旋式涡旋(气旋式涡旋)以一定速度与尺度相当的海岛发生正面碰撞时，在表层的水平运动上，反气旋式涡旋（气旋式涡旋）的部分涡度会从涡旋移动方向的左侧（右侧）“绕”过海岛形成一个新的反气旋式涡旋（气旋式涡旋），同时，在碰撞过程中，会在移动方向碰撞点的右侧（左侧）形成一个新的气旋式涡旋（反气旋式涡旋）。在碰撞过程中，海岛主要起阻挡作用，该阻挡作用有两方面组成。一是产生碰撞方向水流速度的切变导致涡度梯度的增加，二是通过海岛地形的作用改变碰撞点附近等涡度线的形状。同时，海岛还可能通过改变海岛附近的背景流的作用，在碰撞前通过影响涡旋的移动路径，从而减轻涡旋与其的碰撞作用。
对于碰撞点附近水体的垂向运动来说，当北半球的反气旋式涡旋与海岛发生碰撞时，在碰撞点涡旋移动方向的左侧会出现下降流；在碰撞点涡旋移动方向的右侧会出现上升流，在该上升流涡旋移动方向的右侧还会出现较强的下降流。这些上升流与下降流在涡旋结构的上部较为明显。
本研究还做了一系列的敏感性实验来探讨一些物理因子对于碰撞过程的影响，包括海表面涡旋半径与海岛半径的相对大小、涡旋强度、背景流的速度、海岛与涡旋碰撞位置的不同对碰撞作用的影响。本研究有助于加深人们对于中尺度涡运动特性的了解，对于中尺度涡在海洋中的生成、耗散、运动均有着重要的意义
石斑鱼三个泛素蛋白酶体相关基因的克隆及功能分析
No full text石斑鱼是我国南方沿海各省、香港和台湾地区以及东南亚各国最名贵的海水养殖鱼类之一，经济价值极高。但病害频繁发生严重制约着石斑鱼养殖业健康可持续发展，其中以石斑鱼虹彩病毒和神经坏死病毒病毒为主要病原的病毒性疾病更是给石斑鱼养殖带来了重大经济损失。因此，研究石斑鱼自身免疫相关基因及其抗病机制，研制抗病功能制品，对石斑鱼的健康养殖十分重要。
泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-proteasome system，UPS）是真核生物降解蛋白质的一种主要途径, 在许多生物学过程中发挥重要作。三重基序蛋白TRIM（Tripartite motif protein）是一类新的RING（Really Interesting New Gene）指泛素连接酶，在天然免疫反应中发挥着重要作用，参与细胞凋亡、周期调控、细胞对病毒的免疫应答等重要的生命过程。泛素特异性蛋白酶USP（Ubiquitin-specific protease）是蛋白酶体去泛素化酶的一个家族，USP14是主要的去泛素化酶之一，它与趋化因子受体信号转导、病毒感染、免疫应答有关。目前，对这些基因功能的研究主要来源于哺乳动物，对鱼类相关基因的研究报道甚少。本论文首次对石斑鱼TRIM25，TRIM62及USP14基因进行了克隆与功能分析，取得了如下研究成果：
1、运用RACE技术，从石斑鱼脾组织中克隆获得TRIM25的全长cDNA。EcTRIM25 的cDNA全长为3211bp, 编码734个氨基酸。进化分析表明EcTRIM25基因与大黄鱼TRIM25在同一分支。结构预测结果表明EcTRIM25含有RING、B box/coiled-coil 和SPRY三个保守的结构域。TRIM25在脾和皮肤组织中表达量最高，肾和头肾组织中表达量次之。在polyI:C和SGIV（Singapore grouper iridovirus）刺激下，石斑鱼脾细胞（GS）中EcTRIM25的相对表达量在刺激早期有显著的升高，推测TRIM25参与宿主固有免疫对病毒的应答。亚细胞定位结果显示EcTRIM25主要定位在细胞质中，缺失RING结构域影响其精准定位。过表达EcTRIM25能抑制SGIV和RGNNV（red spotted grouper nervous necrosis virus）感染的CPE（cytopathic effect）进程，且降低了SGIV病毒主要衣壳蛋白MCP（major capsid protein），VP19和RGNNV病毒的CP（coat protein）和RdRp的表达。过表达EcTRIM25能促进干扰素相关分子IRF3（interferon regulatory factor）、IRF7、IFP35（interferon-induced 35-kDa protein）、MXI 和 MyD88（myeloid differentiation factor 88）的mRNA表达量，推测这是抑制RGNNV复制的主要原因。EcTRIM25过表达对促炎因子也有不同的调节作用，推测其对IRF7、 MyD88和促炎因子的调节影响SGIV复制，RING结构域对其抗病毒作用是必须的。
2、运用RACE技术，从石斑鱼脾组织中克隆获得TRIM62的全长cDNA。该基因cDNA编码475个氨基酸。EcTRIM62与二色小热带鱼TRIM62有99%的同源性，与人类有83%的同源性。氨基酸序列结构预测结果表明TRIM62含有RING、B box/coiled-coil 和SPRY三个保守的结构域。 EcTRIM62基因组织表达谱分析表明其在脑，肝中表达量最高，其次是心、皮、脾等。polyI:C刺激后EcTRIM62相对表达量在6h时下降至19.4%。不同的是，在SGIV刺激后，早期表达量降低，24h时候升高至2.19倍，推测TRIM62参与了石斑鱼固有免疫的抗病毒应答。过表达EcTRIM62能显著促进RGNNV和SGIV病毒的复制，且对干扰素信号相关因子和促炎因子都有负调控作用，且EcTRIM62能够调控MDA5（melanoma differentiation-associated protein 5）介导的干扰素免疫应答，而SPRY结构域在该基因的功能中起关键性的作用。利用流式细胞仪检测EcTRIM62对GS细胞DNA含量的影响，结果表明：与对照组相比，过表达EcTRIM62能够导致G0/G1（二倍体峰）期的细胞增多，而S期和G2/M（四倍体峰）期的细胞减少，缺失SPRY结构域后对周期影响不明显。我们的研究首次证明EcTRIM62可以负调控免疫应答从而促进鱼类病毒的复制。
3、通过PCR技术从石斑鱼脾组织中获得了石斑鱼USP14的cDNA，EcUSP14与其他物种同源性非常高，与斑马鱼有95%的同源性。进化分析发现它与哺乳动物在不同分支，与斑马鱼亲缘关系最近。亚细胞定位结果表明其在细胞质中分布。EcUSP14在鳃中表达量最高，在脾和皮肤中表达量次之，表明USP14可能与机体免疫有关。过表达EcUSP14能降促进SGIV 病毒基因MCP，VP19的表达。并且能抑制NF-κB，IFN和ISRE启动子活性。
以上研究结果表明TRIM25、TRIM62和USP14在病毒感染的免疫反应中发挥了重要的作用。这不仅丰富了石斑鱼先天性免疫的内容，也为进一步探索石斑鱼免疫机制及疾病防治提供新的策略和理论依据
大肠杆菌中IV型毒素-抗毒素系统的互作和深海假交替单胞菌中毒素-抗毒素系统的鉴定
No full text毒素-抗毒素系统，广泛存在于原核生物的基因组及一些可移动遗传元件，包括质粒和原噬菌体上，通常由两个共转录的基因组成，一个编码稳定的毒素蛋白，另一个编码不稳定的抗毒素。毒素可以抑制细胞的生长甚至造成细胞的死亡，而相应的抗毒素则可以抑制毒素的毒性。毒素-抗毒素系统具有重要的生理功能。本研究对大肠杆菌模式菌株K-12中三个原噬菌体上的三对毒素-抗毒素以及海洋假交替单胞菌SM9913基因组上的一对毒素-抗毒素进行分析鉴定，并对其功能进行了初步研究。主要结果如下：
第一，在大肠杆菌K-12中，三个原噬菌体CP4-6，CP4-57和CP4-44中分别含有三对同源性极高的毒素-抗毒素：YafW/YkfI，YfjZ/YpjF和CbeA/CbtA。其中CbeA/CbtA是第一对已被发现的IV型毒素-抗毒素系统。通过研究，我们证实了毒素YkfI和毒素YpjF可以和已知的IV型毒素CbtA一样，能抑制细胞生长，诱导细胞产生“柠檬型”形态。进一步过量表达毒素YkfI，会使细胞从“柠檬型”变成“葫芦型”，最终导致细胞裂解和死亡。抗毒素YafW和YfjZ可以完全中和相应毒素YkfI和YpjF的毒性。另外，我们发现毒素YkfI和YpjF与IV型毒素CbtA一样，能与细胞骨架蛋白FtsZ结合，表明YafW/YkfI和YfjZ/YpjF同样属于IV型毒素-抗毒素系统。通过分别敲除三个毒素基因，证实三个毒素基因都能增强宿主抵抗氧化胁迫，而分别敲除三个抗毒素则都能促进宿主形成早期生物被膜。这表明了三个原噬菌体上的这三对毒素-抗毒素系统具有相似的生理功能。
第二，通过RASTA-Bacteria和TADB对海洋假交替单胞菌SM9913基因组进行分析，发现三个连续的基因PSM_A1077，PSM_A1078和PSM_A1079可能组成一对三组分的毒素-抗毒素系统。通过实验证实，单独表达PSM_A1078能对细胞产生毒性，而单独表达PSM_A1079则有弱毒性。同时表达PSM_A1077和PSM_A1078时，PSM_A1077可以中和大部分PSM_A1078的毒性。另外，同时表达三组分系统PSM_A1077，PSM_A1078和PSM_A1079时，PSM_A1077能完全中和毒素的毒性，细胞能正常生长。以上数据表明，这三个基因组成一对非典型的三组分毒素-抗毒素系统。初步的生理功能研究表明，PSM_A1078和PSM_A1079参与细胞钠离子和钾离子的转运。而这三个基因的其它生理功能，还有待进行进一步探究
深基坑工程多排桩支护体系的刚度研究及其海洋工程应用
No full text随着城市化的快速推进和经济技术的飞速发展，城市里各种复杂环境中的建筑基坑层数不穷。一般的基坑支护方案在许多情况下已经不能满足实际支护要求，特别是在软土地区或对周围建筑变形有较高要求时，而整体刚度更大的多排桩支护结构能有效地控制基坑变形，这使得其为特殊环境下的建筑基坑工程提供了一种新的支护方案。基于佛山市某深基坑工程项目实例，提出了一种新型的多排桩支护结构。它很好地利用了场地条件和工程特点，依靠冠梁和地坪板把单排悬臂桩与多排预应力管桩连接成一个整体结构系统。通过对支护结构顶端水平位移和沉降的监测以及桩身测斜，得出的监测数据结果表明，在没有支撑、锚杆和锚索的情况下，相比单排桩、双排桩，其刚度大大提高了，侧向抗倾覆能力和抗沉降能力也显著增强，有效地控制了基坑变形。通过对实际监测数据结果的分析研究，并结合多排桩支护结构的理论研究和数值模拟分析，对比分析多排桩支护结构的刚度、内力和变形等特征，得出了一些非常有意义的结论。其中理论分析部分主要基于经典计算模型和弹性地基梁分析方法，同时借鉴双排桩支护结构的分析方法；数值模拟部分主要利用Midas GTS NX有限元软件，来模拟分析多排桩支护结构的内力和变形。目前该项目地下室结构已顺利封顶，实践证明该支护体系是安全的、可行的、经济的。
随着人们对海洋资源和空间利用的迫切需求，岛礁上的基础建设显得越来越重要。很多海洋中的岛礁都是珊瑚钙质岛礁，而珊瑚岛礁岩土是一种由珊瑚骨骼、贝壳等生物残骸碎屑，经过沉积、搬运和胶结以及风化作用形成的特殊的岩土介质。其大体为二元结构，包括表层的钙质砂和下覆的礁灰岩。在这种特殊的钙质岩土场地条件下，一般的支护结构不太适合深基坑工程支护要求，这里引入上述特殊的多排桩支护结构。通过理论研究和数值模拟分析，证明这种多排桩支护体系适用于复杂的地质条件和多变的海洋动力环境下。珊瑚岛礁工程需要考虑特殊的工程地质条件和复杂的海洋动力环境，本文只是对多排桩支护结构应用的探索性研究，对于其上的深基坑工程支护特征还有待更多的实践验证和进一步的深入分析和研究
ENSO位相转变过程中海洋大陆对流和副热带海温的可能作用
No full text本文主要研究热带和副热带的外强迫对ENSO冷暖位相转变的影响。结果显示，在1950 - 2015年期间，El Ni?o衰退年冬季转变La Nina的情况占全部个例的61.1%，未转变的占38.9%。Nino 3.4 SSTA演变特征表明，在衰退年春季以前，两种转变情形的演变相似，差异开始出现于夏季，位相转变的情形比位相不转变的情形衰减快，并在秋季达到最大。大气环流场也有一致的特征：在春季相似，夏季开始出现明显的差异，位相转变情形的赤道中西太平洋为东风异常，而位相不转变情形则无东风异常，这差异在秋季达到最大。东风异常通过调整赤道温跃层东西的倾斜而影响ENSO的位相转变。赤道中西太平洋东风异常是热带内和副热带因素共同作用的产物。
热带强迫表现为海洋大陆地区的对流活动。在衰退年夏季，海洋大陆地区的对流活动在位相转变的情况时加强，而在位相不转变的情况抑制。对流的加强可以增强赤道中西太平洋的东风异常，理想两层大气模式数值实验也验证此结果。而海洋大陆地区的对流活动与季节内振荡有很好的关系，也即衰退年夏季海洋大陆地区的季节内振荡，在位相转变情形为增强，反之亦然。
副热带强迫表现为东北太平洋SST异常，而且影响机制较为复杂。在位相不转变、强转变和弱转变三种转变过程中，副热带特征及其作用有所不同。强转变情形的副热带东北太平洋SST冷异常比弱转变情形更强，且差异在春季已出现。而不转变与弱转变情形的差异则在夏季出现，弱转变情形的SST冷异常比不转变情形强。副热带东北太平洋的冷的海温异常与风场相互作用，产生偏北风异常，加强副热带地区信风，从而加强了赤道中西太平洋的东风异常，促进La Nina的转变；而暖的海温异常则不利于ENSO位相的转变。
此外，本文还对1997/1998年和2015/2016年El Nino事件的位相转变情况做具体个例分析。2015/2016年极端El Nino没有像1997/1998年事件转变为强La Nina的原因：在衰退年的4 - 11月，2016年纬向平流反馈和温跃层反馈较1998年弱，这是由于赤道中西太平洋的东风异常较弱造成的。相比1998年的副热带东北太平洋SST表现为冷异常，2016年为暖异常，暖的SST异常削弱中西太平洋的东风异常，这是致使2015/2016年事件转变弱La Nina的重要原因
强化微生物胞外电子传递过程对沉积物中铁硫循环的影响
No full text目前，由于生产生活废物废水的排放导致河涌黑臭现象十分普遍，尤其是在人口密集、工业发达的大中城市。水环境的污染已成为威胁居民健康和城市可持续发展的重要因素。相关报道指出，硫化氢和铁锰等金属元素的硫化物是造成河涌黑臭的主要因素。微生物的胞外电子传递功能是自然水体中硫化物和金属元素循环的重要驱动力量。因而，强化微生物的胞外电子传递过程有可能会促进污染河涌底泥中硫和铁元素的循环，从而加速黑臭河涌的净化进程。
基于上述推测，本研究通过两种途径强化污染河涌底泥（Contaminated sediments, CS）中的微生物胞外电子传递过程：（1）添加具有胞外电子传递功能的脱色希瓦氏菌S12；（2）构建微生物燃料电池（Microbial fuel cells, MFC），并以未污染河涌底泥(Normal sediments, NS)作为对照，运用统计学分析方法、16S rDNA高通量测序方法、R语言数据分析、纯菌基因组分析、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)途径分析、基因敲除等方法，比较分析不同胞外电子传递强化方法对污染河涌铁硫循环的促进和作用机制特性，以及脱色希瓦氏菌S12的硫氧化分子机理进行探究。
研究结果表明，在CS中添加脱色希瓦氏菌S12可以在5天内有效促进铁还原过程，底泥中二价铁浓度增加，同时可有效降低沉积物中硫化物的产生，相应地硫酸盐浓度增加，表明S12促进了底泥中的硫氧化过程。但16天后二价铁铁、硫化物和硫酸盐的与对照接近，表明S12的强化作用具有时效性。在NS中，S12添加后二价铁浓度持续下降，与CS趋势相反；硫化物的浓度呈先下降而后恢复至对照水平，与CS组一致。这些结果显示，（1）在污染和非污染底泥中添加S12都可促进硫化物向硫酸盐的氧化转化，但有时效性；（2）S12的添加对污染和非污染底泥中的铁还原作用不同。微生物群落结构分析显示：在CS底泥环境中，S12的添加极显著改变了微生物的群落结构，富集了微杆菌属(Exiguobacterium)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)等底泥中高丰度的具有硫氧化及胞外电子传功能的微生物，这些微生物的增加可以有效促进铁的还原和硫的氧化；而在NS的底泥环境中，S12的添加没能够显著改变微生物的群落结构，但S12本身的铁还原功能使得铁在初期进行还原，而对硫化物没有显著影响。
另外，与添加S12的强化处理组不同，在MFC处理的污染底泥中，二价铁的浓度始终与未处理组相当，表明MFC对CS中铁氧化还原速率没有显著影响；但MFC强化底泥中硫化物的浓度增加，且与MFC产电量呈正相关，表明MFC处理加速了硫化物的生成。与S12处理组的结果相比，MFC和S12强化虽然都有强化胞外电子传递的作用，但其对污染底泥中硫化物和金属元素氧化还原的作用明显不同。微生物群落结构分析表明：在CS的底泥环境中添加MFC极显著改变了其微生物群落结构，并显著的减弱了沉积物环境中铁还原菌属柠檬酸杆菌属(Citrobacter)的丰度，相对于对照组铁的还原并没有减少，说明底泥中低丰度的铁还原菌也发挥了重要作用；同样的，MFC的添加也显著减弱了硫氧化菌群微杆菌属(Exiguobacterium)的丰度，并表现出硫化物的累积。
最后，通过分析脱色希瓦氏菌S12的基因组，发现S12具有硫氧化相关基因，这可能是造成S12和MFC对底泥铁-硫循环不同作用的重要原因。希瓦氏菌的硫氧化功能目前尚未见报道。本研究初步验证了S12的硫氧化功能，并对S12亚硫酸盐脱氢酶的亚基基因（mcc）进行敲除。生理结果分析显示，mcc基因的缺失抑制了该菌的电极呼吸效率和生物膜形成，并不影响S12的厌氧硫氧化功能。S12基因组内有多样的硫代谢途径，其具体的厌氧硫氧化功能尚需要进一步确认。
综上所述，基于微生物胞外电子传递促进污染底泥铁硫循环的假设，本研究探讨了添加胞外电子传递功能菌（脱色希瓦氏菌S12）和胞外电子受体（MFC电极）两种方法对污染底泥中铁硫循环的促进作用和初步机理。相关结果不仅为污染河涌修复技术优化提供理论指导，也为进一步了解污染底泥中复杂的微生物电子传递过程和希瓦氏菌的硫代谢途径提供了重要的信息
南海珊瑚岛礁地球物理探测及初步成果
No full text南海作为我国重要的国土资源,分布有大量的珊瑚岛礁,目前对于珊瑚岛礁礁体构造和地质特征的研究,主要侧重于研究表层地貌的发育状态、珊瑚生长和碎屑物的力学性质以及浅地层结构等。不同的珊瑚礁类型被认为发育在不同构造活动产生的地貌之上,区域的构造沉降作用决定了珊瑚礁地
多重机制的岩石圈形变与汶川、芦山地震触发之间的关系:基于三维P波与S波速度结构近远、震联合反演的新认识
No full text汶川Ms8.0级地震发生于2008年5月12日,导致累计超过85000人死亡、37万余人受伤,对我国西南地区造成了不可估量的经济损失。更严重的是,汶川地震所造成的大范围地质环境破坏不仅触发了山体坍塌、泥石流等其它类型的地质灾害,还在很大程度上提高了孕震区域的地震触发的概率。仅在之后的第5年,位于汶川地震震中以南90公里左右的芦山县发生了Ms7.0级地震。该地震