Institutional Repository of South China Sea Institute of Oceanology, CAS
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南海滨珊瑚骨骼密度带的季节性特征及其气候意义
滨珊瑚(Porites)是南海造礁石珊瑚群落的主要优势种之一,广泛应用于珊瑚礁生态以及高分辨率气候环境响应和重建研究。滨珊瑚不同季节生长形成的骨骼密度条带是开展相关研究的重要基础,而前人对于滨珊瑚骨骼密度带季节性的认识多是基于单一地点的样品,存在样品个体和地域的差别。本文对采自南海四个不同珊瑚礁区包括北部海南文昌、中部西沙群岛永兴岛和盘石屿、以及南部南沙群岛美济礁的现代活体滨珊瑚骨骼样品同时开展骨骼影像灰度结合地化指标(Sr/Ca和δ18O)的分析,以揭示南海现代滨珊瑚骨骼密度带的季节分布特征;此外还对采自西沙群岛盘石屿、羚羊礁和琛航岛五个不同时段死亡滨珊瑚骨骼样品进行影像灰度分析,以揭示近500a来西沙滨珊瑚骨骼密度季节差的变化特征;进行一步开展现代滨珊瑚骨骼密度变化和西沙近500a来滨珊瑚骨骼密度季节差变化与主要气候环境因素对比关系的分析,探讨滨珊瑚骨骼密度及其密度季节差的气候环境影响及可能的气候指示意义。
南海现代滨珊瑚样品骨骼密度和地化指标都呈现显著的季节变化,揭示出滨珊瑚样品骨骼密度带季节特征的地域差异。其中,南海北部文昌滨珊瑚样品骨骼高密度带形成于夏季,低密度带形成于冬季;中部永兴岛样品高密度带形成于秋季,低密度带形成于春季;盘石屿样品高密度带形成于春季,低密度带形成于秋季;南部美济礁样品高密度带形成于冬季,低密度带形成于夏季。不同地点滨珊瑚样品的骨骼密度与主要环境因子的关系也各有不同,去除样品个体和地点的随机效应,四个地点滨珊瑚样品的骨骼密度整体上与海温和光照存在非线性响应关系,反映了在南海大空间尺度上海温和太阳辐射可能是影响现代滨珊瑚样品骨骼密度季节变化的主要环境因素。
西沙近500a滨珊瑚骨骼密度季节差呈现显著的趋势变化和20-50a年代际、准10a和2-6a年际三个主要的周期波动。滨珊瑚骨骼密度季节差的趋势主要包括三个时期的变化:16世纪20年代到80年代密度季节差减小,16世纪80年代到19世纪30年代密度季节差增大,19世纪30年代以来密度季节差减小。这种变化趋势受SST的影响程度要大于太阳辐射,一定程度上,SST升温会导致西沙滨珊瑚骨骼密度季节差减小,SST降温则导致密度季节差增大。滨珊瑚骨骼密度季节差的周期波动中,密度季节差年代际波动主要受PDO的年代际波动影响,一定程度上,PDO增强会导致西沙滨珊瑚骨骼密度季节差年代际波动减小,PDO减弱导致密度季节差年代际波动增大;骨骼密度季节差准10a的周期波动表现为太阳辐射准11a周期的弱影响,而密度季节差的年际波动与El Nino的年际波动关系并不明显。
SST、太阳辐射以及PDO和El Nino等都并不是南海滨珊瑚骨骼密度及其季节差变化的单一控制因素,考虑到珊瑚骨骼生长密度带的形成既有珊瑚内部自身生理过程的控制,也有外部多种气候环境因素的综合影响,滨珊瑚骨骼密度及其季节差可能难以作为指示气候环境变化的代用指标,但滨珊瑚骨骼密度季节差可以作为一个新的指标探讨南海滨珊瑚骨骼生长特征及其对气候环境变化影响的生态响应
大亚湾沉积物磷形态特征及其对微生物作用的响应
沉积物磷形态、储量及微生物活动影响到沉积物—海水界面的磷交换过程,在近海生态系统的磷循环过程中起着重要作用。本文以大亚湾表层沉积物磷为研究对象,结合现场调查及室内实验,分析了沉积物磷形态组成,微生物、解磷微生物(PSMs)代表类群的空间分布特征和碱性磷酸酶(ALP)水平及其影响因素,探讨了微生物在不同沉积物磷负荷及溶解氧条件下对沉积物磷转化的影响,对进一步认识近海磷循环机制具有重要意义,并为我国海湾环境管理及保护提供科学依据。主要结果如下:
(1)大亚湾沉积物总磷(TP)的年均含量为440.66±97.34 mg/kg,生物有效磷(有机磷(OP)和碱提取态磷(NaOH-P))的年均含量为198.09±77.34 mg/kg。沉积物磷释放潜力呈近岸>湾口>湾中的空间变化趋势。沉积物的磷释放潜力主要受到沉积物粒径和有机质含量(尤其是自生有机质)的影响。
(2)大亚湾沉积物微生物丰度春秋季度均值为0.95±0.64×107 cell/g,ALP的动力学参数Vmax的秋季均值为69.46±36.86 μmol/g.h,Km的秋季均值为5.55±6.23 μM,Vmax/Km的秋季均值为19.93±12.09。沉积物微生物受到陆源C、N、P营养物输入的影响,其解磷能力整体呈近岸高于离岸,湾内高于湾外的空间分布趋势。具体体现为:微生物丰度及PSMs的丰度主要受到沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)、TP、尤其是OP、NaOH-P含量的影响,呈近岸高于湾中高于湾口的空间分布趋势;碱性磷酸酶活性(APA)受到TOC、OP及NaOH-P含量的影响,呈近岸高于湾中及湾口的空间分布趋势。
(3)在好氧条件下微生物作用抑制沉积物磷的释放,在厌氧条件下微生物作用促进沉积物磷的释放,且沉积物高营养负荷区域的微生物作用更为强烈。微生物对OP转化的作用受到OP含量及溶解氧水平的共同影响,表现为好氧条件抑制OP的降解,厌氧条件促进OP的降解,且沉积物磷的消耗可能抑制微生物对OP的降解。微生物对NaOH-P的作用同样受到溶解氧水平的影响,即厌氧条件下微生物对NaOH-P的解磷作用增强,而对酸提取态磷(HCl-P)的影响并不显著
重金属在大亚湾食物网中的累积和传递
大亚湾是受人类活动影响严重的典型亚热带半封闭海湾,长期受到重金属污染的压力,但是重金属在大亚湾生态系统中的累积和传递情况尚不清楚。本文以大亚湾为研究对象,于2015年夏、冬两季(6月和12月)分别采集海水、沉积物和生物样品(包括浮游生物、游泳生物、底栖生物),在通过稳定同位素(δ13C和δ15N)构建大亚湾食物网结构的基础上,分析重金属(Cr、Co、Ni、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Pb等)在大亚湾食物网中的累积和传递特征,从而厘清重金属在大亚湾食物网中的赋存、传递与归趋,从不同角度综合反映重金属污染状况。主要研究结果如下:
夏季采样获得大亚湾生物6个类群共41种,冬季采样获得大亚湾生物6个类群42种。其中,大亚湾为典型的海源性系统,物质来源主要来自海洋,但也受到了淡水输入的影响。大亚湾生态系统中,鱼类存在较为明显的杂食食性;较高等级消费者的主要食物并不是浮游生物,而偏向于底栖生物。大亚湾生态系统中最高营养级为3.5左右,相较于其他海洋性生态系统,大亚湾食物链长度相对较短。
大亚湾海域环境中的重金属状况整体良好,只有海水中出现了Zn和Pb超出国家Ⅰ类海水水质标准的现象。重金属在大亚湾海域的分布总体上呈现湾内高于湾外。大亚湾生物体内重金属含量:浮游植物>浮游动物>多毛类>棘皮类动物>双壳类>蟹类>虾类>杂食性鱼类>底栖食性鱼类>滤食性鱼类。浮游生物中重金属浓度较高,由于其在生态系统中的巨大生物量,这一类群成为大亚湾食物网中最重要的重金属库。断脊口虾蛄(Oratosquilla oratoria)和口虾蛄(Oratosquilla interrupta)体内Cd超出国家标准,人们通过食用冬季大亚湾海域鱼类所摄入的As对人体可能存在一定风险。
As在冬季大亚湾食物网中出现了生物放大现象,而且在底栖食物链中存在更大的生物放大潜能。底栖食性是As在不同季节或食物链中存在不同生物放大潜能的主要原因。Ag在大亚湾食物网和鱼类食物链中存在显著的生物减小现象;但在底栖食物链中出现了生物放大现象,其潜在的生物放大潜能需要引起关注。Cr、Co、Ni、Cd和Pb在不同季节均沿着食物链的传递其浓度显著性降低,呈现生物减小的现象。Cu在夏季底栖食物链中存在生物放大的潜能,而在其他食物链中呈生物减小趋势。Zn在大亚湾食物网中的浓度随着营养级的升高而下降。
总之,通过碳氮稳定同位素技术为了解重金属在大亚湾食物网中的累积和传递提供了有力的帮助,大亚湾生态系统中重金属基本处于正常状态,而Cu、Zn、As、Ag、Cd、Pb等重金属需要进一步关注。本文从食物网整体水平反映了重金属污染状况,为大亚湾环境和生物的监测以及污染风险评估等提供理论依据
安达曼海全新世以来高分辨率印度洋夏季风演化
了解全新世以来印度洋夏季风演化对于理解印度洋夏季风变化机制以及预测未来气候变化具有重要的作用。安达曼海是研究印度洋夏季风变化的最佳边缘海之一。通过安达曼海重力柱ADM-C1所取得的沉积物样品,获取了粒度测试结果、浮游有孔虫G. ruber 的氧同位素含量δ18O以及Mg/Ca。在本研究中,粒度以及海水盐度(δ18Osw)分别看作是印度洋夏季风风强度和印度洋夏季风降水量的替代指标。基于这两种不同的替代指标,重建了两种不同的印度洋夏季风演化历史。敏感粒级组分的百分含量以及平均粒径表明:1)10.4-8.8ka BP,组分含量和平均粒径总体较低,表明早全新世阶段印度夏季风的风强度相对较弱;2)8.8-4.7ka BP,组分含量和粒组平均粒径处于高值波动阶段,表明印度季风风强度处于全新世最强盛时期;3)4.7-0ka BP,粒组平均粒径和含量明显降低,指示了该时期印度夏季风的强度明显减弱。海水盐度(δ18Osw)变化表明:a)11-10.3ka BP,δ18Osw相对较重,表明海水盐度较高,可能与蒸发-降水(E-P)差值的增加以及河流径流量的减少有关,指示印度洋季风降水相对较少;b)10.3-6.3ka BP,δ18Osw总体为全新世最低,表明了蒸发-降水(E-P)差值的减少以及河流径流量的增加,指示该时期的印度洋夏季风降水量在整个全新世处于最强盛时期,8.2ka出现的海水盐度(δ18Osw)异常可能与“8.2ka 事件”有关;c)6.3-0ka BP,δ18Osw明显增加,表明了蒸发-降水(E-P)增加以及河流径流量的减少,印度洋季风降水量较前一阶段明显减小。根据上述两种夏季风演化历史的对比可知,两种替代指标重建的印度夏季风出现了明显的时间上的不同步变化,本研究推测这可能是由于粒度和盐度分别反映了印度洋季风的两个不同侧面,其中早全新世季风风强度的变化可能要明显滞后于季风降水量的变化约1500年
三亚湾溶解有机碳(DOC)光降解及其对浮游植物生长的影响
人类活动导致的太阳紫外辐射(Ultraviolet radiation,UVR)增强和水体溶解有机物(Dissolved organic matter,DOM)浓度升高对海洋生态系统造成了深远的影响。浮游植物作为食物链的基础环节和初级生产者,在全球碳循环中发挥重要作用。本文研究了紫外线辐射对两种海洋微藻(甲藻和硅藻)生长及培养体系碳流的影响,通过现场培养实验探讨了三亚湾溶解有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)的光降解速率,分析了紫外辐射以及DOC加富对浮游植物的生长和生产影响,对深入认识DOM光降解的生态效应及其对海洋碳流的影响具有重要的意义。主要结果如下:
(1)以硅藻威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii)和甲藻锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)为实验材料,通过室内模拟华南地区秋季晴天紫外辐照强度,研究两种不同波段的UVR对两种微藻生长以及培养体系碳流的影响。结果表明:UV-A对两种微藻的生长有显著的促进作用,而UV-B则表现为抑制作用。锥状斯氏藻对UV-B的耐受性更强。在UV-A的作用下,培养体系对溶解无机碳(Dissolved inorganic carbon,DIC)的净消耗量低于对照组,并释放出更多的DOC。对照组的有色溶解有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)含量显著升高,表明浮游植物生长过程是CDOM的来源之一。然而,在UV-A的作用下,两种微藻培养水体的CDOM含量相反,说明不同微藻的CDOM产物受光漂白和光腐殖化的影响不同。在UV-B的作用下,微藻碎屑的分解使水体DIC和DOC浓度略微上升。总体上,锥状斯氏藻比威氏海链藻净释放出更多的DOC和CDOM。
(2)通过现场培养实验,研究夏季不同光照条件对三亚湾河口区表层海水DOM的降解产量。结果表明:DOM在降解过程中,导致水体pH、DOC和碱度(Total alkalinity,TA)逐渐降低,DIC则不断升高。其中,DIC主要由DOC降解产生。在自然光的照射条件下,DOM的降解速度最快,7 d后,DOC的去除率达到32.8%。光照强度与光降解速率成正相关。三亚湾河口区DOM光降解产生DIC的速率约等于54.1%的三亚湾平均初级生产力碳需求,说明其在海洋碳循环中有着重要作用。细菌活动可提高CDOM的含量,但其受UVR的影响更为显著,在UV-B增强(1.3 W·m-2,46.8 kJ·m-2·d-1)下处理7 d,CDOM浓度降低了~43%。
(3)研究了冬、夏季紫外辐射和DOC加富对三亚湾浮游植物生长和生产的影响。结果表明:在冬季,UVR或UV-A增强(12 W·m-2,432 kJ·m-2·d-1)对三亚湾浮游植物的生长和生产基本无显著影响,但UV-B增强(0.98 W·m-2,35.28 kJ·m-2·d-1)显著抑制其生长和生产,并致使小型浮游植物占生物量的比例显著增多。在夏季,UVR对其生长和生产同样无显著影响,但其可耐受较低剂量的UV-B(0.98 W·m-2,14.11kJ·m-2·d-1)。在较低剂量UV-B增强和DOC(葡萄糖)加富的培养条件下,其生长和生产显著提高。浮游植物生物量与初级生产力之间有较显著的相关性。三亚湾UVR致DOC的光降解速率约为0.03-0.04 mg·L-1·d-1,DOC加富后,两站位的DOC降解速率出现了相反的变化,其中三亚河口S1站UVR致DOC降解速率加快,升至0.09 mg·L-1·d-1,而珊瑚礁海区S3站则降至0.01 mg·L-1·d-1
干牡蛎酶解制备抗氧化功能肽的研究
牡蛎是我国的重要养殖贝类,近年来,牡蛎蛋白及其酶解物的抗氧化性已经成为研究热点,已有文献报道经蛋白酶酶解后获得的小分子肽类具有多种生物活性,如抗氧化活性、抗肿瘤活性以及血管紧张素抑转化酶(ACE)制剂活性等,在生物医药、保健品以及化妆品等领域具有广阔的开发利用前景。同时,《中国药典》中记载将干牡蛎作药,具有重镇安神、软坚散结等功效,而目前尚未见有关干牡蛎酶解产物的研究报道。鉴于原料状态是影响酶解产物的重要因素,本文对干牡蛎的酶解方法及其抗氧化酶解物开展研究,以期发现活性良好的新型肽类,为深入开发牡蛎资源提供理论依据和技术支持,为抗肿瘤、抗氧化等药物的研发提供研究基础。主要研究结果如下:
1. 对干牡蛎的主要成分进行分析,测得干牡蛎中的蛋白质含量为49.7%,脂肪含量为6.5%;利用氨基酸分析仪对干牡蛎中的16种氨基酸含量测定,分析表明干牡蛎中的氨基酸含量丰富,种类齐全,其中与风味有关的氨基酸如甘氨酸、谷氨酸以及精氨酸含量较高,表明干牡蛎是一种美味营养的食材,可以用来制备抗氧化活性肽的优质原料。
2. 对酶解干牡蛎的蛋白酶进行筛选,分别采用中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶以及胰蛋白酶水解干牡蛎,综合比较了各个酶解产物的分子量,水解度以及DPPH·清除能力,结果显示碱性蛋白酶效果最佳。3. 对碱性蛋白酶酶解干牡蛎的条件进行优化,首先采用单因素实验分别考察了温度、pH、料液比、酶底比以及反应时间对碱性蛋白酶酶解反应的影响,进而利用响应面法对其酶解条件进行优化,发现温度对碱性蛋白酶水解反应的影响要大于pH和酶底比,得到其二次回归方程为:Y=81.83+3.95* A+1.32* B+2.54* C+0.56 * A * B-1.36 * A * C+2.56 * B * C-7.24 * A^2-2.46* B^2-7.63* C^2,最佳酶解条件:温度为55℃,pH为10,酶底比(E/S)为4400U/g,此条件下获得的最大DPPH·清除率为(76.73±5.99)%。
4. 利用不同的抗氧化性能的测定手段(ABTS法、DPPH·清除法以及羟自由基清除法)对干牡蛎酶解物的活性进一步测定,结果证实其酶解物具有良好的活性。
5. 对干牡蛎酶解物中16种氨基酸进行测定,发现干牡蛎经酶解后,其中的苏氨酸、丝氨酸、脯氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和组氨酸含量均升高。
6. 凝胶电泳法和空间排阻色谱分析表明酶解产物的分子量主要分布在1KDa-14KDa,对抗氧化牡蛎酶解物的有效成分开展进一步研究,通过反复地超滤、凝胶柱色谱以及反相高效液相色谱分离纯化,获得4个新型抗氧化肽类,分子量分别为: 863.4Da、1102.6Da、1136.6Da、和857.4Da,经过质谱数据分析,鉴定其结构为:TPEAMTSK、VAPEEHPVLL、VPSQANGATHR和DANPLSGGK
Scenarios of nutrient alterations and responses of phytoplankton in a changing Daya Bay, South China Sea
The coastal ecosystem in the Daya Bay is sensitive to the environmental changes induced by highly intensive human activities. We obtained and compiled the recent 30 years' field observational data on nutrients and phytoplankton communities to explore the changing ecosystem. Dissolved inorganic nitrogen concentration (DIN) has significantly increased, while phosphate concentration (DIP) dramatically decreased because of costal anthropogenic influence. The limited factors for phytoplankton have changed from nitrogen in the 1980s to phosphate in the mid-1990s. The net-collected phytoplankton communities has the miniaturized trend, while there is drastic increase of Chlorophyll a (Chl-a) concentration. Even though the diatoms still dominate in phytoplankton community, the dominant species have slightly changed. The alga bloom greatly changed from diatoms dominated to dinoflagellates due to changes of nutrient structure. All these changes on nutrients and phytoplankton communities appear to be closely associated with human activities along the coast of the Daya Bay. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved
Fish TRIM32 functions as a critical antiviral molecule against iridovirus and nodavirus
Tripartite motif-containing 32 (TRIM32) has been demonstrated to pay vital roles in cancer, genetic disorders and antiviral immunity. However, the molecular functions of fish TRIM32 still remained largely unknown. Here, a novel TRIM32 gene from orange spotted grouper (EcTRIM32) was cloned and characterized. EcTRIM32 encoded a 685-aa protein which showed 93%, and 60% identity to large yellow croaker (Larimichthys crocea) and human (Homo sapiens), respectively. Amino acid alignment showed that EcTRIM32 contained a conserved RING-finger domain, a BBOX domain and NHL domain. In healthy grouper, the transcript of EcTRIM32 was predominantly detected in brain, liver, intestine, spleen and skin. After injection with Singapore grouper iridovirus (SGIV) and polyl:C, the relative expression of EcTRIM32 in grouper spleen was differently regulated, suggested that EcTRIM32 was involved in antiviral immune response. In transfected grouper spleen (GS) cells, EcTRIM32 displayed bright fluorescence aggregates or spots in the cytoplasm. Notably, the deletion RING domain altered its precise localization and distributed throughout the cytoplasm in GS cells. In EcTRIM32 overexpressing cells, the replication of SGIV or red-spotted grouper nervous necrosis virus (RGNNV) was significantly inhibited compared to the vector control cells. Moreover, the overexpression of EcTRIM32 positively regulated the interferon immune response, evidenced by the significant increase of the expression level of interferon related signaling molecules, including interferon regulatory factor 3 (IRF3), IRF7, interferon-stimulated gene 15 (ISG15), interferon-induced 35-kDa protein (IFP35), MXI, TIR-domain-containing adaptor-inducing interferon-beta (TRIF) and melanoma differentiation-associated protein 5 (MDA5). Further studies showed that overexpression of EcTRIM32 significantly enhanced the MDA5-mediated interferon immune response, but decreased stimulator of interferon genes (STING)-mediated interferon immune response. Meanwhile, the expression levels of pro-inflammation cytokines, including TNF alpha, IL-6 and IL-8 were up regulated by the ectopic expression of EcTRIM32. We speculated that the regulation of IRF7, and pro inflammation cytokines by EcTRIM32 overexpression might contribute critical roles in SGIV infection. In addition, the deletion of RING domain not only significantly weakened the antiviral roles of EcTRIM32, but also obviously affected the regulatory effects of EcTRIM32 on interferon immune and inflammation response. Together, our results firstly demonstrated that fish TRIM32 acted as an antiviral factor against both DNA and RNA virus infection. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved
Quantitating active photosystem II reaction center content from fluorescence induction transients
Photosystem II (PSII) is a pigment-protein complex that photochemically extracts electrons from water, generating the reductant that supports biological productivity in all biomes. Estimating the content of active PSII reaction centers in a liquid sample is a key input for estimating aquatic photosynthesis rates, as well as for analyzing phytoplankton stress responses. Established procedures for PSII content quantification based on oxygen evolution are slow, imprecise and require dense cell suspensions, and are thus inapplicable to many laboratory or field studies. A new approach uses baseline chlorophyll fluorescence emission divided by the effective absorbance cross section for PSII photochemistry, with both variables derivable from single turnover fluorescence induction protocols. This approach has not been widely tested and is potentially subject to variation in samples suffering progressive photoinactivation or induction of non- photochemical quenching under variable light. We evaluated the validity of this approach for a marine picocyanobacteria, low and high light Prochlorococcus ecotypes, arctic and temperate prasinophyte green alga and two centric diatoms, generating 209 paired determinations from a range of growth and treatment conditions. We successfully calibrated the fluorescence derived estimator for PSII reaction center content, and demonstrate a modification that corrects for the short term influence of photoinactivation. The modified parameter shows little response to induction of non-photochemical quenching. In doing so we show the potential and limitations of an estimator of active PSII reaction center content that is sufficiently robust to support rapid, time-resolved autonomous measures of primary productivity from lakes and oceans
Antituberculosis compounds from a deep-sea-derived fungus Aspergillus sp SCSIO Ind09F01
Eleven diketopiperazine and fumiquinazoline alkaloids (1-11) together with a tetracyclic triterpenoid helvolic acid (12) were obtained from the cultures of a deep-sea derived fungus Aspergillus sp. SCSIO Ind09F01. The structures of these compounds (1-12) were determined mainly by the extensive NMR, ESIMS spectra data and by comparison with previously described compounds. Besides, anti-tuberculosis, cytotoxic, antibacterial, COX-2 inhibitory and antiviral activities of these compounds were evaluated. Gliotoxin (3), 12,13-dihydroxy-fumitremorgin C (11) and helvolic acid (12) exhibited very strong anti-tuberculosis activity towards Mycobacterium tuberculosis with the prominent MIC50 values of <0.03, 2.41 and 0.894M, respectively, which was here reported for the first time. Meanwhile gliotoxin also displayed significant selective cytotoxicities against K562, A549 and Huh-7 cell lines with the IC50 values of 0.191, 0.015 and 95.4M, respectively. [GRAPHICS]