黄海绿潮漂移过程中浒苔挥发性风味物质研究

2007年以来,浒苔绿潮灾害年度周期性由江苏近岸向山东近海漂移,对黄海海域生态环境和生态安全造成严重威胁,如何利用大规模漂浮浒苔生物量,实现变害为宝迫在眉睫。为了探究黄海绿潮漂移过程中优势种浒苔挥发性风味物质的差异,本研究利用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS),对绿潮漂移过程中的8个区域浒苔的挥发性成分进行提取和分析,共检测出包括醛类、醇类、酯类、酚类、酮类、烯类、烷类及其他化合物等187种物质;其中,这8个区域浒苔分别检测出72、64、49、53、34、48、41和54种化合物。通过对绿潮浒苔香气成分在水中的阈值和化合物含量分析,发现绿潮在向北漂移过程中,主体香气成分发生变化,每个区域浒苔均呈现独特的风味,总体上南黄海绿潮漂移早期浒苔风味品质较好。本研究为绿潮浒苔食品风味研发和资源化利用提供了数据支撑。     

从藻类生理生态学角度解析绿潮爆发的内在机制

绿潮是在特殊环境条件下,海水中某些大型绿藻爆发性增殖或高度聚集而引发的海洋生态异常现象。自2007年起,黄海已连续15年爆发绿潮,对沿岸生态环境、社会发展、经济建设造成极其严重的危害,解决绿潮问题刻不容缓。绿潮的形成是外因和内因综合作用的结果。目前,国内外学者对绿潮爆发的外因,即环境因子已具有科学的认知,并围绕绿潮藻类对某些环境因子的生理响应展开系列研究,且取得了一定成果。然而,针对绿潮爆发的内因,即绿潮藻类为应对大幅波动的环境因子而产生的极强的生理生态适应性尚未进行深入探讨。本文从藻类生理生态学角度入手,综述绿潮成因种对多种生态因子波动的响应机制,包括光照强度、二氧化碳、温度、盐度与干出、营养盐、重金属及生物因素,归纳了绿潮藻类的光合生长生理、营养生理和繁殖生理对环境因子波动的适应性调节机制,揭示了绿潮藻类爆发的内因。     

2010 年中国黄海绿潮藻优势种分子生物学鉴定及形态特征研究

近五年来,在中国南黄海海域连续爆发了大规模的绿潮灾害。该论文主要针对采集自2010 年绿潮中绿潮优势种藻体,结合分子生物学方法和主要形态特征进行研究。对样品ITS 序列分析的结果表明,绿潮优势种为Ulva linza-procera-prolifera 类群（LPP complex）。5S rDNA 间隔区序列分析结果显示,样品中LPP类群的种类主要为Ulva prolifera,说明绿潮中最为主要的种类为Ulva prolifera。此外,在2010 年绿潮的整个过程中,漂浮Ulva compressa 一直存在,而且部分基本形态特征发生了改变。在绿潮中,Ulva compressa 可以生长为气囊状而漂浮于海面,成为其他藻体的附着基质,从而有利于绿潮的迁移和扩大。尽管发生了形态变化,绿潮的主要种类是LPP和Ulva compressa,其中管状中空分枝繁多的Ulva prolifera是最为主要的。     

两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制

为了探讨温度对大型海藻无机碳利用机制的影响,选择了潮间带常见的绿藻缘管浒苔 （Ulva linza）和浒苔（Ulva prolifera）为实验材料,研究了碳酸酐酶抑制剂乙酰唑磺胺（AZ）和己氧苯并噻唑磺胺（EZ）在不同的温度下对藻体光合作用的影响。实验设置6个温度梯度（5、10、15、20、25和30℃）。结果表明,缘管浒苔和浒苔都有很强的无机碳利用能力,而温度对此有显著的影响。但他们之间存在明显的种间差异。缘管浒苔对温度的依赖性要强于浒苔,其对温度的适应范围要窄于浒苔,尤其是在高温下（30℃）,缘管浒苔的最大光合作用能力与最适温度相比下降了56%,而浒苔仅为20%,这表明在高温的情况下,浒苔比缘管浒苔具有更强的生存适应能力,这是浒苔能够在绿潮藻占有绝对优势的原因之一。对缘管浒苔来说,在低温（5℃）和高温（30℃）时,无机碳的转运主要是通过胞外碳酸酐酶的催化作用,而在15℃时,加入胞外碳酸酐酶的抑制剂对无机碳的转运没有明显的影响,这表明在此温度下其他无机碳转运形式可以有效补偿胞外碳酸酐酶的作用。在其他的温度下,胞外碳酸酐酶和其他无机碳转运方式各占一定的比例。而对于浒苔来说,在低温5℃时,其他无机碳转运形式占主要作用,而从10℃开始,胞外碳酸酐酶作用比例显著增加,并且保持在相同的水平上。     

浒苔遥感监测研究进展

浒苔大规模集聚形成的绿潮灾害是海洋生态系统主要生态环境问题之一,基于卫星遥感影像监测浒苔及其扩展动态已成为一种及时有效的手段。对国内外浒苔遥感监测方面文献进行归纳整理,认为光学遥感数据、多波段比值法是最常用的遥感数据和监测方法。对遥感监测浒苔机理进行了阐述,并对分类方法进行评价认为监督分类法解译精度不高。目前单波段阈值法和多波段比值法应用广泛,但在监测漂浮浒苔和混合象元解译存在不足。辐射传输模型法能有效提高信息解译的精度,但还处于起步阶段。遥感监测浒苔灾害的未来发展需要提高影像空间分辨率,深入研究监测方法,进行多种平台和多源遥感数据相结合,并由定性走向定量,从而建立健全遥感监测预警系统。     

紫外辐射和低盐胁迫对浒苔生长的影响

探究了不同紫外曝光量及低盐胁迫对浒苔生长的影响。结果显示,紫外辐射对浒苔生长有抑制作用,甚至使浒苔呈负增长,而且在盐度为24时抑制作用比盐度为12时大,藻体湿重下降明显。2.3×10⁴KJ·m^-2～4.7×10⁴KJ·m^-2的紫外曝光量使藻体变细、变软、变散,在显微镜下观察发现部分藻体受到损伤,死亡后内容物外溢;1.9×10⁴KJ·m^-2紫外曝光量对浒苔生长率影响较小。实验设置了0、6、12、24四个盐度梯度,培养42d,在盐度为0的情况下,前21 d浒苔藻体颜色没有明显变化,但藻体变软,变散,随后,藻体颜色慢慢变黄、变白直至死亡;其它各组生长均正常,显示出浒苔的盐度适应范围广,对低盐具有一定的耐受性,但不能长时间耐受0盐度。     

大型绿藻浒苔藻段及组织块的生长和发育特征

通过将浒苔叶状体分为基部、中部和顶端三部分分别进行切段和切碎处理,在实验室条件下,用液体浅层培养的方法,系统地研究了其组织和细胞的生长和发育特性。显微观察的结果显示：切段培养条件下,基部和中部的藻段均可在其形态学下端形成假根,在形态学上端产生类似叶状体的突起。藻段的发育具极性,但是其极性并不绝对的,在1.0 mm的基部藻段两端都观察到了假根的形成。虽然顶端的藻段和组织块全都形成和释放了孢子,未见明显的营养生长,但是在培养早期,其下端仍然具有形成假根的能力。浒苔各部位藻段和组织块释放的和滞留于孢子囊内的孢子都可以立即萌发成苗。快速生长的中基部藻段形成了气囊,致使其漂浮于培养基上。有很多藻段和组织块形成和释放了生殖细胞,释放到外界以及滞留于孢子囊内的孢子均可立即附着萌发。数据分析表明：藻段的生长具有极性,不同部位相同长度的藻段生长率差异明显,基部藻段的生长率高于中部藻段,顶部藻段无明显的营养生长。藻段的生长与其原始长度和在藻体中所处的位置有密切关系;藻段和组织块的再生与藻体的完整性及其在藻体中所处的位置有关。     

浒苔Enteromorpha prolifera组织培养初步研究

通过将大型绿藻--浒苔切成一定大小的藻体片段,在实验室条件下用液体和固体平板组织培养的方法,系统地研究了在藻体切段条件下,浒苔组织块中细胞的发育路径和趋势.在培养的过程中发现叶状体中细胞的发育能力和方向都具有明显的极性,且浒苔组织块中细胞的发育速度和规模与组织块大小和其组织块中的位置有关.在切段培养的条件下,浒苔细胞有5种发育途径:1.分化为孢子囊,2.细胞极化下端延伸形成类似于假根的结构,3.分裂成细胞团并在后续的发育过程中成苗,4.细胞进一步极化形成带假根的单细胞苗,5.维持一定状态不再分化.而切段培养条件下,藻段中的不同细胞可能发生不同的发育情况.     

《植物与细胞生理学》：研究阐明浒苔对环境胁迫响应分子机制

近日,中国科学院海洋研究所的研究人员在浒苔生物学研究取得重要进展,阐明了浒苔对环境胁迫响应的分子机制和“绿潮”发生时漂浮浒苔的生理状,为全面认识由浒苔引发的海洋”绿潮”现象提供了重要理论基础。相关研究成果发表在在国际期刊《植物与细胞生理学》（Plantand Cell Physiology）上。     

2008年浒苔大暴发末期黄海小型底栖动物现存量及空间分布

在2008年夏季浒苔暴发末期,对黄海33个站位(其中冷水团中22个,浒苔暴发区域9个)进行了小型底栖动物现存量、分布及沉积环境研究.结果表明:在浒苔灾害严重的南黄海区域,沉积物中的粉砂-粘土含量较往年(2007年)有明显增加;沉积物中叶绿素a和脱镁叶绿素a含量在大多区域较2007年变化不大,但在苏南至长江口近岸海域的含量有明显降低.所获的16个小型底栖动物类群的垂直分布及各类群对现存量的贡献较往年未见明显差异.小型底栖动物平均丰度为(1375±793)ind·10 cm-2,生物量为(1203±707)μg·10cm-2.黄海小型底栖动物总体现存量较2007年低约1/3,并在浒苔暴发区域下降尤为明显,而南黄海冷水团海域则略有上升,由此导致南黄海的小型底栖动物现存量分布呈现从中央冷水区向外围减小的反常现象;相较于此,在浒苔灾害影响较小的北黄海则呈从冷水区向外围增加的趋势.统计分析显示,浒苔暴发区域的小型底栖动物丰度与盐度呈正相关,与叶绿素a含量不相关.浒苔的暴发对近岸的小型底栖生物现存量产生了明显的抑制,但导致小型底栖动物现存量降低的主要因素并非缘于饵料匮乏,而更可能是浒苔暴发后的沉积与降解过程产生的影响所致.     

2010年—2011年山东近海石莼属绿潮藻的种类鉴定

山东近海近年来连续遭遇绿潮危害,绿潮种类组成是否发生变化?尚未有研究加以解决。2010年—2011年,对山东近海海域漂浮藻进行了调查和取样,选取采集的29株漂浮石莼属样品和2株固着石莼属样品,进行了形态学观察,并对其核糖体ITS、叶绿体rbcL基因和5S rDNA间隔序列进行了分子系统发育分析。结果表明,山东近海石莼属绿潮由浒苔U.prolifera、孔石莼U.pertusa和扁浒苔U.compressa共同构成,浒苔是优势绿潮藻种群,其次为孔石莼,扁浒苔发生很少。     

基于全局灵敏度分析的浒苔生长影响参数研究

近年来,以浒苔为主的绿潮灾害频发。构建了浒苔生长模型,以定量分析浒苔生长过程,探索浒苔爆发机理。参数不确定性是模型不确定性的主要来源,以参数灵敏度分析为基础的参数优化有利于提高模型精度,采用Morris方法对模型涉及的主要参数进行了全局灵敏度分析,以研究浒苔生长的主要影响参数。不同于其他有关大型绿藻的模型模拟,模型同时考虑了幼体浒苔和成熟浒苔的生物量变化,并修正了营养盐限制函数以及温度计算函数。全局性的参数灵敏度分析结果表明,最适温度(T_(opt))、光合作用最适光强(Is)、最大发芽率(G_(max))、浒苔生长所需的氮含量的半饱和系数(kqn)、最大氮摄取率(V_(maxn))这5个参数在浒苔生长模型中具有较大灵敏性。其中,T_(opt)影响最大,Is和V_(maxn)其次,说明浒苔生长主要受温度光照和氮含量限制。相较于局部灵敏度分析仅关注单个参数变化、依赖于初值选取等缺陷,全局灵敏度分析同时从各个参数的取值范围上分析参数对模型结果的影响,能揭示参数之间相互作用的影响。此外,灵敏度较大的参数往往和其他参数之间存在较大相关性。     

浒苔(Enteromorpha prolifera)藻体发育的显微观察

通过显微镜观察以及石蜡切片法观察了浒苔属浒苔藻体的发育过程,阐述了浒苔从孢子释放到形成成熟藻体这一发育过程的显微特征。结果表明:浒苔孢子由成熟体细胞分化发育而成,每个成熟体细胞可形成10～30个孢子;孢子首先分裂为2细胞结构,2细胞具有明显的极性,基细胞发育成为假根,顶端细胞不断进行横分裂形成丝状体;丝状体顶端以下细胞通过纵分裂形成管状叶状体,顶端细胞始终保持横分裂;纵分裂分为切向分裂与径向分裂,切向分裂增加管状叶状体管周细胞数从而使管体增大,径向分裂形成管外壁突起细胞,最终发育为分枝;管状叶状体管腔内部有绒毛状的突起及糖蛋白成分的网架结构;当管状叶状体管周细胞达到30～50h,管腔内部突起消失,网架结构收缩拉紧,管壁细胞贴近形成片状叶状体;整个浒苔藻体始终保持极性发育。     

北海区海洋生态灾害的主要类型及分布现状研究

本文将海洋生态灾害定义为局部海域一种或少数几种海洋生物数量过度增多引起的海洋生态异常现象,包括赤潮、绿潮、水母旺发和外来种入侵等,根据相关研究及调查资料,探讨了北海区赤潮、绿潮、水母、外来生物入侵等生态灾害发生特点及趋势。结果表明,北海区赤潮和绿潮灾害频发,影响面积较大,渤海北部秦皇岛附近海域赤潮灾害严重,黄海西部山东半岛近岸海域浒苔绿潮灾害严重;水母灾害呈上升趋势,对人体健康威胁较大,北海区滨海城市都曾发生过水母蛰伤致死案例;黄河三角洲区域米草和泥螺入侵扩展速度较快。面对这些海洋生态灾害巨大威胁,北海区亟需加强海洋生态灾害防控研究。     

在海洋酸化背景下温度变化对大型绿藻缘管浒苔光合生理特性的影响

为了探讨在未来海洋酸化背景下温度变化对大型海藻的影响,选取了绿潮藻缘管浒苔(Ulva linza)作为实验材料。实验设置2个CO2浓度,分别为正常空气水平(LC:390μL·L-1)和高CO2水平(HC:1000μL·L-1),在20℃下从缘管浒苔的幼苗开始培养,等成体后转入不同的温度梯度(5、10、15、20、25和30℃)下测定藻体的光合作用。结果表明:海洋酸化显著提高了缘管浒苔的相对生长速率,虽然藻体光合作用速率没有明显变化,但藻体的呼吸作用和硝酸还原酶能力显著增加;对于光合色素来说,高CO2显著降低了叶绿素a和叶绿素b的含量;温度变化在不同CO2处理下表现为不同的效应;长期生长在20℃的缘管浒苔,当环境温度降低时,其最大光合作用速率Pmax、呼吸作用Rd、光饱和点Ik和光补偿点Ic都随之降低,而光合效率α则是先升高再降低,其中高CO2提高了藻体的α、Rd和Ic;而当温度增加时,缘管浒苔的Pmax和Ik都随之升高,α、Rd和Ic都有下降的趋势,高温下高CO2的α和Rd较高,光补偿点较低。相较于正常环境来说,海洋酸化下的缘管浒苔对温度的骤变具有更好的适应能力。     

基于遥感数据的东海浮游植物生物量时空变化研究

基于地理位置、纬度和生态特征的不同在东海选取了9个面积相同的子区域,采用1997-2015年由SeaWiFS(Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor)和MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer)传感器获得的叶绿素a浓度资料,对我国东海浮游植物生物量的时空变化和藻华现象进行了分析。通过高斯曲线模型拟合,得到了藻华爆发的起始时间、峰值时间、结束时间及持续时间。研究表明东海浮游植物生物量在空间上的分布规律为:外海浮游植物生物量小于近岸;长江口和台州列岛海域的浮游植物生物量较大,近黄海海域的两个区域次之,较小的位于南麂列岛海域和台湾海峡,越靠近南部海域浮游植物生物量越低。藻华发生的规律为:以南麂列岛为分界线,由高纬度到低纬度,浮游植物到达藻华发生峰值的时间持续推后,爆发持续时间增长。     

酶解条浒苔蛋白制备抗肺癌活性多肽

为了开发利用绿潮藻类条浒苔中含量丰富的蛋白质,采用木瓜蛋白酶酶解条浒苔蛋白,最佳酶解条件为:料液比1∶25、加酶量1 250 U/g pro、温度45.7℃、pH 7.2、震荡酶解时间120 min。在该条件下的酶解多肽经超滤分离获得不同分子量区间的多肽,并通过HUVEC、A549、H446、H460等细胞水平初步评价酶解条浒苔制备多肽抗肺癌的细胞生物学效果。结果表明,经上述条件获得的2-6 kD条浒苔多肽处理的HUVEC在抗氧化和小管形成等方面均受到抑制,其处理的NCI-H460、NCI-H446和A549的增殖、细胞周期、迁移也受到不同程度抑制,且能够促进细胞凋亡;2-6 kD浒苔多肽对H446、H460作用效果显著优于对A549的作用。这一细胞水平研究,不仅证实了酶解条浒苔获取新型天然抗肿瘤小肽的可行性,也为条浒苔蛋白质资源高值化利用探索提供了新的途径。     

藻苔纲Takakiopsida，一个独特的苔藓植物类群

藻苔属Takakia在建立之初被认为是原始的苔类植物。这一神秘类群的出现引起了苔藓学家的兴趣,发表了一系列相关的论文。但是随着其孢子体的发现,它的系统位置引起了争论。本文详细分析了藻苔属植物的形态性状特征,参考了大量其他学科的研究成果,认为它既不能归于类,也不能归于苔类。就其系统位置而言,应该成为一独立的纲——藻苔纲。     

风浪对枸杞岛铜藻(Sargassum horneri)分布格局的影响

通过潜水调查枸杞岛铜藻的分布特征,并统计西北太平洋近65年台风生成的波浪对枸杞岛产生的影响以及近3年枸杞岛日常风力和风向的变化规律,分析了枸杞岛铜藻分布格局与风浪影响之间的关系。结果表明:铜藻主要分布在枸杞岛西北侧沿岸,且集中分布在平均海平面以下1~4 m较浅的水深范围内,而枸杞岛东到南侧则无铜藻分布,这与85.1%台风生成的波浪影响枸杞岛的东到南侧有关;近年来枸杞岛铜藻数量减少,但近年来台风生成的波浪对枸杞岛产生的影响并没有显著增强,说明铜藻数量的减少并不是由于近年来台风的显著增强而引起;虽然枸杞岛日常风力以西北-北向最强,西北-北向风向的发生频次也较多,但铜藻却集中分布在枸杞岛西北侧沿岸,说明枸杞岛西北侧大面积贻贝养殖筏可能对风浪的影响起到一定缓解作用,保护了近岸岩礁区铜藻的分布与生长。因此,在铜藻垂直分布上移的趋势下,风浪的影响加剧了对铜藻的破坏作用,风浪对枸杞岛铜藻的分布格局起到重要作用。     

渤海浒苔属绿藻调查

于2009年至2010年对渤海及其周边10个沿海城市和6个岛屿的浒苔属绿藻进行了调查,初步确定该海区缘管浒苔、肠浒苔、扁浒苔、浒苔、条浒苔5个种类的地理分布情况。并对生物量进行了评估。与历史资料相比,渤海中辽东湾、渤海湾和莱州湾三个湾内的浒苔多样性和生物量下降明显或保持较低水平,湾周边地区则维持较高水平。此外,在近海人工基质上,以浒苔属为主的绿藻相对于红藻、褐藻分布更为广泛。