人工礁是一类人为放置在海底的结构物, 以模拟实现天然礁石的某些特性, 具有加强渔业资源增殖、促进海洋生境修复和支持滨海娱乐休闲等功能。其起源可追溯到数千年前, 但关于人工礁的系统性研究和应用是自20世纪开始的。近年来, 随着人工礁的研究热度与日俱增, 大量的新材料、新结构、新方法和新应用被提出和实践。通过回顾国内外关于人工礁的研究进展, 从人工礁的设计、研究及应用三个方面对当前该领域的现状进行综述, 并对今后人工礁的研究和应用方向进行展望, 旨在为国内人工礁方面的相关工作提供一定的借鉴和参考。

真菌是海草床生态系统的重要组成部分, 它们在维持海草健康和生态系统碳氮等营养元素循环方面发挥着重要作用。为了阐明海草床生态系统真菌的群落结构及功能, 文章以热带海草泰来草(Thalassia hemprichii)沉积物为主要研究对象, 通过Illumina Miseq高通量测序技术分析海南岛和西沙群岛两个研究区域泰来草沉积物真菌的群落结构与物种多样性, 并利用FUNGuild数据库对真菌营养类型进行预测和功能注释。研究结果表明, 子囊菌门(Ascomycota)(相对丰度24.30%~76.20%)和担子菌门(Basidiomycota)(相对丰度4.98%~52.24%)为两个研究区域的共同优势种群, 但是子囊菌门真菌的相对丰度在两个研究区域间存在显著性差异(p<0.05), 两个区域内共有的海草沉积物真菌分类操作单元(operational taxonomic units, OTUs)数量占比为5.15%, 其相对丰度为31.19%。两个研究区域泰来草沉积物真菌群落的α多样性指数中的香农指数(Shannon)和系统发育多样性(phylogenetic diversity)以及β多样性之间都存在显著性差异(p<0.05)。FUNGuild功能预测分析表明, 大部分真菌的营养类型尚未确定(72.11%~91.92%), 其中能够确定的主要营养类型为共生营养型(symbiotroph)、腐生营养型(saprotroph)和病理营养型(pathotroph), 3种营养型可以进一步分为41个生态功能群。基于随机矩阵理论(random matrix theory, RMT)构建的两个研究区域海草泰来草沉积物真菌分子生态网络结果显示, 海南岛泰来草沉积物真菌网络结构更加复杂, 其平均聚类系数更高、平均连通度更高、密度更高, 该真菌群落可能对外界环境变化更为敏感, 而西沙群岛海草沉积物真菌群落的模块化程度更高, 其中粪壳菌纲(Sordariomycetes)为分子生态网络中的关键类群。

水体悬沙浓度是水利、环境、河口海岸与海洋相关研究领域最为基础的数据需求之一。随着传感器技术的发展, 悬沙浓度连续测量技术在悬沙浓度测量领域表现出高时空分辨率、长期数据采集的成本和风险均较低的突出优点。本文综述了光学、声学、音叉谐振、压差和放射性射线衰减等原理用于悬沙浓度连续测量技术的相关研究进展, 探讨了各技术方法的优、缺点, 并提出了今后的研发重点和发展方向主要在以下几个方面: 1) 光后向散射原理是低成本、小型化和高时频测量悬沙浓度的最优技术路线, 需着力于开展量程扩增和粒径敏感度削弱研究; 2) 低不确定度悬沙浓度垂向剖面观测的实现依赖于超声后向散射原理技术路线的发展; 3) 音叉谐振原理技术路线尤为契合高含沙水流和浮泥工况下的超高量程应用场景; 4) 多技术路线传感器融合以及使用人工智能算法模型替代正向反演模型。

本研究以88种受胁鱼类为研究对象, 基于公开数据和最大熵模型(maximum entropy models, MaxEnt)预测其空间分布规律, 进而对东海及其邻近海域开展系统的保护空缺分析, 并提出了相应的规划建议。研究结果表明, 东海及邻近海域受胁鱼类的热点区面积为1.58×10¹¹m², 主要分布于长江口以南的近海和台湾海峡海域, 其中前10%热点区域面积为5.68×10¹⁰m², 主要分布在台湾岛近岸、澎湖列岛邻近海域、福建和广东沿岸海域。对其分布规律的进一步探究发现, 目前东海受胁鱼类的分布可分为6个区域, 而已有保护区主要集中在I区和Ⅳ区中, Ⅱ区和Ⅲ区则尚未设置任何相关的保护区, 并且大部分受胁鱼类的栖息地均未受到有效保护。本研究结果将为东海及其邻近海域生物多样性保护策略的升级与优化提供科学支撑。

海-气界面的物质和能量交换是导致全球气候和生态环境变化的重要原因。作为我国和西北太平洋最大的陆架边缘海, 南海的大气沉降在其外源输入中占有重要地位。随着南海周边国家经济社会的持续快速发展, 人为源污染物通过大气沉降向海洋的输送日益增强, 势必会对南海生态环境产生不可忽视的影响。基于近30年来南海生源要素、微痕量元素以及新污染物微塑料大气沉降的研究报道, 本文系统总结归纳了南海大气干湿沉降物浓度、干湿沉降通量及其影响因素, 并对其生态环境效应进行了分析。结果表明: (1)南海大气颗粒物浓度相较我国东部近海要低, 且基本没有酸雨的沉降, 但受东南亚生物质燃烧和我国化石燃料燃烧排放影响, 南海大气碳质气溶胶浓度和沉降量处于较高水平; (2)南海大气干湿沉降营养盐中均以氮占绝对主导地位, 且各形态氮的比例在不同海域存在较大差异, 沉降物的营养盐结构严重失衡; (3)气溶胶中人为源金属元素的溶解度较高, 多数成分以湿沉降为主, 大气微塑料多以纤维形态存在, 气象条件(降水量、风速等)、源排放强度是控制大气成分浓度和沉降通量的主要因素; (4)大气氮沉降约占南海表层氮输入总量的20%, 大气氮的输入会加重海域的低氧和酸化, 且营养物质沉降对浮游植物的爆发性增殖有重要作用, 大气沉降会对南海这一寡营养生态系统产生多重复杂影响, 这与海域水文条件、初始营养状况、浮游植物类群以及大气成分和沉降特征等密切相关。今后应注重在研究的深度和广度上持续发力, 聚焦各类大气成分尤其是有机态氮磷和新污染物干湿沉降的精准化常态化监测, 从多学科交叉角度深入探明生源要素和微痕量元素大气沉降与南海生态系统之间的影响与反馈机制。大气沉降是南海生物地球化学循环的重要一环, 对南海生态环境的影响是一把“双刃剑”。随着未来南海陆源物质大气沉降作用的持续增强, 这一影响必将更趋复杂和深远。

基于不同时期浙江省红树林造林数据及林分生长监测, 分析浙江省红树林时空变化和区域造林生长差异。结果表明: (1)截止到2020年浙江省红树林面积总计386.77hm², 其中温州市257.01hm², 台州市129.76hm²,主要造林树种为秋茄(Kandelia obovata) (368.48hm²)和苦槛蓝(Myoporum bontioides) (18.29hm²); (2)不同时期红树林面积占现有总面积的比例分别为0.11%(2000年前)、3.72%(2000—2010年)、36.17%(2011—2015年)和59.99%(2016—2020年); (3)2000年以前和2000—2010年的秋茄平均株高分别为205.5cm和246.13cm, 林分盖度分别高达67.69%和77.90%; 2011—2015年和2016—2020年秋茄株高分别为106.63cm和50.17cm; 盖度分别为68.66%和24.56%; (4)不同区域红树林种植区滩涂沉积物中碱解氮、速效钾、有机质和含盐量存在显著性差异(P<0.05); (5)龙港市新美洲村的4年生秋茄株高显著高于树排沙岛(P<0.05), 龙湾区树排沙岛的4年生秋茄基径则显著高于乐清西门岛(P<0.05)。近年来, 浙江省红树林种植面积显著增加, 但红树林种群结构单一, 矮化为灌木群落, 并且生长发育受土壤盐度影响较大。

山东荣成天鹅湖是一个典型的潟湖-沙坝系统。自20世纪80年代以来, 因受人类活动的影响, 天鹅湖环境系统发生了改变, 沙坝侵蚀后退严重。研究水下岸坡的冲淤对于认识潟湖-沙坝系统演变, 以及保护天鹅湖环境具有重要意义。本文以天鹅湖东侧沙坝水下岸坡为研究区域, 基于1960年至2014年的海图资料, 采用地理信息技术, 获得了天鹅湖东侧近岸海域多年水深数据, 进而分析了1960年以来天鹅湖东侧沙坝地区的等深线变化、冲淤变化以及固定剖面的地形变化。结果表明: 1960—1980年等深线整体向海推移, 而1980—2014年等深线向海推移趋势变缓, 1960—2014年潮汐通道口门处0m等深线向岸退缩了126.70m。天鹅湖水下岸坡在1960—1980年整体处于淤积的状态, 年淤积率为3.60cm∙a^-1; 1980—2014年侵蚀面积显著增大, 且呈现冲淤相间分布的特点, 年淤积率为0.79cm·a^-1。天鹅湖沙坝水下岸坡呈现上陡下缓的形态, 且潮汐通道口门北侧比南侧更易受到侵蚀。人类活动改变了天鹅湖的环境状态, 导致了天鹅湖水下岸坡的局部侵蚀后退。

以自然种群高程分布为根据, 选择对潮汐浸泡耐性存在一定差异的白骨壤(Avicennia marina)、桐花树(Aegiceras corniculatum)和木榄(Bruguiera gymnorrhiza)为实验树种。对3种红树幼苗进行为期0d、1d、3d、5d、7d、14d的水淹处理, 测定其根部组织的过氧化物酶(peroxidase, POD)活性、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性、抗坏血酸氧化酶(ascorbic acid oxidase, APX)活性和过氧化氢酶(catalase, CAT)活性。水淹处理会导致植物根部组织受低氧胁迫从而破坏活性氧(reactive oxygen species, ROS)生产和消除的平衡, ROS大量累积给植物带来氧化损伤。实验测定与清除ROS有关的酶指标, 结果表明POD活性在1d至14d的水淹周期内随时间呈现上升趋势, 这可能与POD参与活性氧以及乙醇、乳酸等有毒物质的反应有关。CAT、SOD、APX活性均呈现应激上升后下降趋势, 由此推断该系列抗氧化酶在水淹胁迫发生前中期对消除红树植物根部组织大量产生的活性氧具有重要意义。抗氧化酶系在3种红树植物中的表达存在一定差异, 但整体仍呈相似的变化趋势。通过层次聚类法对各项酶活性指标分析后发现, 白骨壤抗氧化酶系的活性模式与木榄和桐花树的存在一定差异, 但没有发现木榄与桐花树抗氧化酶系统表达模式的明显差异。本研究旨在更好地了解红树林对水淹胁迫的生理适应机制, 为红树林生态系统保护与管理提供理论依据。

为开展南海西沙海域海水重金属质量浓度水平测定及来源分析, 2021年12月采集了西沙海域6个站位的0 ~ 200m深度分层海水样品共24个。6个站位的温度、盐度、浊度、溶解氧、有色可溶性有机质和叶绿素的垂直剖面数据由盐温深测量系统现场测定。海水样品中的重金属质量浓度采用电感耦合等离子体-质谱仪进行测定, 各站位Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Fe、Mn的质量浓度平均值范围分别为0.22 ~ 20.79µg·L^-1、未检出~ 0.25µg·L^-1、1.90 ~ 15.90µg·L^-1、0.13 ~ 0.17µg·L^-1、0.54 ~ 1.31µg·L^-1、0.29 ~ 0.33µg·L^-1、2.93 ~ 3.17µg·L^-1、0.39 ~ 1.23µg·L^-1、0.35 ~ 1.14µg·L^-1; Hg在各站位均未检出。仅有D2 ~ D4站位的5m层海水中Cu或Zn浓度超过国家海水水质一类标准(GB 3097-1997), 重金属的水平和垂向空间分布特征受陆源输送、环境因子和人类活动等影响。主成分分析结果表明西沙海域海水中重金属主要存在3类来源: 船舶排放、陆源农业径流、陆源碎屑和工业生产排放。文章中的海水重金属质量浓度基本在南海海域前人报道值范围内, 但表层海水中Cu、Pb、Zn、Cd质量浓度与1998年南海海域背景值比较有数量级的升高, 可能反映了近年来区域日益增强的人类活动的影响。

长棘海星(Acanthaster planci)的暴发是导致我国南海乃至印度—太平洋海域珊瑚礁退化的主要原因之一。浮游幼体的密度是决定成体种群是否暴发的重要指标, 但是由于幼体肉眼不可见且不易分辨, 常规调查和显微镜观察均无法有效检测到自然海域的长棘海星幼体, 因此迫切需要开发一种高灵敏性且特异性的长棘海星幼体检测技术。本研究针对长棘海星幼体线粒体细胞色素氧化酶亚基I(mtCOI, mitochondrial cytochrome oxidase subunit I)基因序列, 建立了基于聚合酶链式反应(PCR, polymerase chain reaction)的长棘海星幼体特异性检测技术, 并对西沙七连屿珊瑚礁海域的长棘海星幼体进行了检测。结果表明, 设计筛选的4对特异性引物均可以扩增长棘海星ApmtCOI基因片段, 且与蓝指海星(Linckia laevigata)、面包海星(Culcita novaeguineae)、粒皮海星(Choriaster granulatus)和吕宋棘海星(Echinaster luzonicus)没有交叉反应。在退火温度为58.5℃时, 引物2aooniF/2aooniR的特异性最佳, 具有较高的灵敏度, 可检测到皮克级的长棘海星基因组DNA。利用该技术检测了西沙七连屿海域长棘海星幼体分布情况, 发现10月底西沙七连屿珊瑚礁海域能检测到长棘海星幼体, 且幼体分布并不均匀。因此, 该检测技术可作为今后长棘海星幼体种群监测的有效方法。

为了解“海马”冷泉区浮游动物的垂直分布以及冷泉活动可能对上方浮游动物群落产生的影响, 2020年9月在“海马”冷泉区的5个调查站位使用浮游生物分层拖网对1250m以浅的浮游动物垂直分布进行了调查。使用浮游动物图像扫描系统(ZooScan)对不同水层的浮游动物样品进行了分析, 获取了浮游动物的丰度、生物量和粒径谱的垂直分布特征。结果显示: 浮游动物丰度和生物量主要集中在0 ~ 100m水层, 低于100m后, 浮游动物的丰度和生物量随着水深增加均快速下降, 在1000 ~ 1250m水层平均分别仅为8.33个·m^-3和12.10mm³·m^-3。 总体看来, 桡足类是各水层浮游动物的优势类群, 胶质类浮游动物在深层中的占比上升。“海马”冷泉区不同站位和水层标准化生物量谱斜率的变动范围为-0.94 ~ -0.57, 截距的变化范围为-2.10 ~ 5.94。从表层到底层, 浮游动物标准化生物量谱基本呈现斜率逐渐增大而截距逐渐减小的趋势。这反映了浮游生态系统的生产力水平从表到底逐渐下降, 但浮游食物网的能量传递效率逐渐增加。甲烷气体渗漏强度最大的ROV1站位在1000 ~ 1250m水层表现出异常的粒径谱特征, 生物量谱的斜率a显著低于同水层其他站位, 同时在600 ~ 800m水层出现浮游动物丰度的相对高值, 推测该站位的浮游动物群落结构可能受到冷泉区甲烷渗漏的影响。

本文分析了福建省平潭近海海域2013—2019年水文、水质及气象数据的主成分结果, 筛选出5个气象因子和4个水质因子作为输入指标, 以藻密度为输出指标, 分别演算了KNN (K-nearest neighbor)、RF (random forest)、GBRT (gradient-boosted regression Trees)以及Bagging (bootstrap aggregating)4种赤潮预警回归模型。对2013—2019年的802 组海洋监测数据归一化处理后, 随机选取80%的数据作为模型的训练样本, 剩余的20%作为模型验证数据。其中, 以风速、气温、海平面气压、叶绿素a浓度组合为输入指标时, KNN回归模型演算结果的精度较高(R²=0.624, RMSE=0.821μg·L^-1, MAE=0.836μg·L^-1)。在没有叶绿素a浓度监测指标的海域, 构建了以叶绿素a浓度为输出指标, 气温、日照、风速、AOI(apparent oxygen increase)组合为输入指标的BP神经网络赤潮模型, 该模型也具有较好的预警精度(R²=0.651, RMSE=0.062μg·L^-1, MAE=0.033μg·L^-1)。本研究结果可为平潭海域的赤潮预警研究提供参考。

人为活动引起的二氧化碳(CO₂)等温室气体排放是驱动全球变暖的主要因素。全球变暖对粮食、水资源、能源、经济安全等领域均产生了严重威胁。减缓全球变暖势在必行, 不仅需要大规模减少CO₂等温室气体排放, 还需要大量部署CO₂移除(carbon dioxide removal, CDR)技术(又称负排放技术), 主动从空气中移除CO₂并长期封存, 尽快使全球CO₂净排放减少为零, 达到“碳中和”。海洋占地球表面积的70%, 是最大的活跃碳库, 具有巨大的CO₂吸收潜力。基于海洋的CDR是实现碳中和的必要途径, 海洋CDR理论、方法、技术研究已成为热点和前沿领域。目前, 海洋CDR的研究认知仍相对较弱, 具有广阔的发展空间。缓解全球变暖的迫切需求促使海洋碳汇基础理论和海洋CDR研究快速发展, 原创性进展不断出现。本文主要综述铁铝假说的理论基础, 探讨基于“海洋铝施肥”的CDR发展潜力。铁铝假说认为, 铝可增强上层海洋浮游植物固碳, 降低生源碳分解速率, 提高海洋生物泵效率, 增加碳向深海输出、封存, 调控海洋碳汇的形成, 影响大气中CO₂的浓度。与铁一样, 铝可能也是影响地球历史时期和现代气候变化的关键因子。通过提高铁的利用效率和向深海碳输出效率, 铝可以弥补人工海洋铁施肥的不足, 赋予海洋铝施肥成为新型的基于自然碳汇的CDR方法和技术的潜力。作为一种CDR方法, 海洋铝施肥尽管具有潜在高效的特点, 但还处于较为初级的概念阶段。本文提出, 应当从上层海洋浮游植物固碳、生源碳向深海输出、碳的长期封存三个方面, 进一步研究铝增强海洋碳汇的作用机制, 完善铁铝假说和海洋铝施肥的理论基础; 并在不同时空尺度上检验海洋铝施肥的CDR效能及其潜在环境影响, 为基于海洋铝施肥的CDR技术开发和应用提供科学基础。

为阐明粤港澳大湾区近海水文动力和人为活动引起的环境变化对浮游动物群落结构的影响, 于2019年7月(夏季)和2020年12月(冬季)在粤港澳大湾区近海珠江口、大亚湾、黄茅海三个断面进行浮游动物采样, 比较分析中小型浮游动物的群落特征, 并探讨引起其季节和区域差异的影响因素。调查海域共鉴定中小型浮游动物211种(包括浮游幼虫), 其中桡足类占总种数的42.18%, 浮游动物的多样性、丰度呈现明显的季节和区域差异。浮游动物种数和平均丰度均为夏季高于冬季, 远岸海域物种多样性高于近岸。浮游动物丰度高值区在两个季节均位于珠江口咸淡水交汇区域; 夏季河口水域的平均丰度高于大亚湾水域的, 冬季丰度分布无明显差异。聚类分析结果显示, 调查海域夏季整体分为河口、海湾、远岸3个类群, 珠江口水域受径流影响较大, 与大亚湾之间群落结构差异明显; 而冬季河口与海湾近岸水域群落结构差异不明显。强额孔雀哲水蚤(Parvocalanus crassirostris)、短角长腹剑水蚤(Oithona brevicornis)在夏季和冬季均为优势种, 厦门矮隆哲水蚤(Bestiolina amoyensis)、中华异水蚤(Acartiella sinensis)、简长腹剑水蚤(Oithona simplex)等为夏季优势种, 小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)等为冬季优势种。Pearson相关性分析与冗余分析表明大湾区近海浮游动物丰度与温度、盐度、叶绿素a浓度及营养物质的关系存在种间、季节和区域差异, 表明湾区复杂的水体环境条件对中小型浮游动物群落结构存在潜在影响。

研究了四种红树植物红海榄、秋茄、木榄、角果木幼苗在不同浓度重金属水溶液胁迫28天后的生理生化指标变化特征，包括可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化物酶（peroxidase, POD）活性和氧化损伤标志物丙二醛（malondialdehyde, MDA）含量。研究结果表明四种植物叶片内的SOD、POD活性均呈现出先升高后下降趋势，10倍重金属水溶液中的红海榄，5倍重金属水溶液中的秋茄和木榄，以及1倍重金属水溶液中的角果木具有较好的抗氧化酶活性，能有效清除活性氧，减小氧化损伤。在同等浓度重金属水溶液处理下，MDA含量结果显示红海榄受损程度最轻，秋茄、木榄受损程度居中，角果木受损程度最重。红海榄抗重金属胁迫能力强于秋茄、木榄，角果木抗重金属能力最弱。上述四种红树植物对重金属的抗性结果说明红树科植物具有较强的抗污染能力，这对于我国红树林生态修复与保护具有重要的指导意义。

本研究于2016年11月在福建东山湾海域采集了表层沉积物, 对沉积物中甲藻孢囊的分布规律进行了研究, 重点揭示了有毒有害甲藻孢囊的分布; 同时测定了沉积物中生源要素含量, 以揭示孢囊分布与生源要素的关系。共鉴定甲藻孢囊22种, 包括自养型14种和异养型8种, 优势种为原多甲藻孢囊。孢囊的种类多样性指数(H')偏低, 为1.70~2.38之间; 均匀度指数(J)为0.64~0.84。孢囊密度介于70.6~136.4个·g^-1, 平均为107.2个·g^-1, 在漳江口和八尺门海域较低。东山湾表层沉积物中较高的异养型甲藻孢囊百分含量(平均75.5%)在一定程度上说明了水体中较高的初级生产力及富营养化水平。值得注意的是, 本研究分析鉴定出7种有毒有害甲藻的孢囊, 包括麻痹性贝类毒素(paralytic shellfish toxin, PSP)原因种奥氏亚历山大藻(Alexandrium ostenfeldii)和链状/塔玛亚历山大藻(Alexandrium catenella/tamarense)孢囊复合体、虾夷扇贝毒素(yessotoxin, YTX)原因种具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)、环胺藻毒素(azaspiracid, AZP)潜在原因种环胺藻(Azadinium sp)、产生鱼毒素的哈曼褐多沟藻(Polykrikos hartmannii)以及赤潮藻类Barrufeta bravensis和锥状斯氏藻(Scrippsiella acuminate)。整体来说, 这些有毒有害藻类的孢囊密度较低, 但具刺膝沟藻在某些站位的高密度出现需引起关注。

吕宋海峡处涡致输运显著影响南海北部的热盐平衡。本文利用1993—2018年间的AVISO卫星数据, 识别和筛选了南海北部76个黑潮脱落反气旋涡、46个黑潮伴生气旋涡、29个南海局地反气旋涡和40个南海局地气旋涡。分析发现, 四类涡旋的平均非线性系数均远大于1, 证实了筛选涡旋具有黑潮高盐水输运能力。涡旋传播路径受南海北部地形影响, 在西向传播过程中向西南向偏移。相较于气旋涡, 反气旋涡形成之后向南海北部移动了更远的距离。涡旋多形成于吕宋海峡中部, 而随着纬度的升高或降低, 形成概率逐渐减小。脱落(伴生)涡旋多形成于秋冬两季而夏季最少, 以反气旋涡居多, 平均每月反气旋涡要比气旋涡多2.5个; 年平均脱落(伴生)涡旋数目约为4.6, 且气旋涡并不是每年都形成。整体上, El Niño事件通过影响黑潮路径而使得黑潮脱落或伴生的涡旋数目增多。

转录组分析发现DEAD-box RNA解旋酶家族参与红榄李(Lumnitzera littorea)对低温胁迫的响应。本文对4个低温显著差异表达基因LlDEAD12, LlDEAD32, LlDEAD43和LlDEAD65的生物信息学特性、组织特异性以及在不同温度处理下的红榄李幼苗中的差异表达进行研究。结果表明, LlDEAD12、LlDEAD32、LlDEAD43和LlDEAD65均属于疏水性蛋白, 二级结构均由α-螺旋、β-转角、延伸链和无规则卷曲组成, 具有多个糖基化位点和磷酸化位点, 且不含有跨膜结构域和信号肽。亚细胞定位分析表明, LlDEAD12和LlDEAD32分别定位于细胞质和细胞核, 而LlDEAD43和LlDEAD65则定位于线粒体上。通过蛋白质氨基酸序列的比对分析发现LlDEAD12、LlDEAD32和LlDEAD43分别与马尾松(Pinus massoniana )、巨桉 (Eucalyptus grandis)和石榴 (Punica granatum)的DEAD-box RNA解旋酶有较近的亲缘关系。荧光定量PCR技术分析发现, LlDEAD12和LlDEAD32在叶中高表达, LlDEAD43和LlDEAD65在茎和花中高表达, 但这4个基因在根中都不表达, 说明这4个基因对红榄李生长发育的调控主要集中在叶、茎和花等器官。低温胁迫对红榄李幼苗这4个基因的表达均有显著的抑制, 说明它们参与了红榄李在低温环境下的分子响应, 其中LlDEAD12和LlDEAD32可能参与了叶绿体的发育, LlDEAD43和LlDEAD65可能参与到了维持线粒体功能的稳定。以上结果可为红榄李抗冷性苗木的培育提供科学依据。

文章以我国东南沿海重要的经济鱼类黄鳍棘鲷(Acanthopagrus latus)为研究对象, 通过对50尾野生黄鳍棘鲷基因组重测序开发单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)标记, 并利用MassARRAY^®质谱分析系统对部分SNP标记进行验证。研究结果如下: 1) 50尾野生黄鳍棘鲷重测序共产生约233.48Gb原始数据(raw data), 过滤接头和低质量数据后, 共获得233.43Gb数据, 每个样品平均数据量为4.67Gb, 平均鸟嘌呤胞嘧啶(guanine cytosine, GC)含量为42.85%, Q20在96.56%以上, Q30在91.1%以上, 过滤后数据与参考基因组的比对率为98.06% ~ 99.47%; 2) 通过基因分析工具(genome analysis toolkit, GATK)分析, 从50个个体中共挖掘出13843766个SNP, 经过滤后获得6501个高质量SNP; 3) 从高质量的SNP标记中, 随机挑选30个SNP使用MassARRAY技术进行分型, 其检出率(可以分型的位点)为98%, MassARRAY分型结果与基因组重测序分型结果一致率为64.83%, 这说明两种技术在SNP分型方面存在差异。综上所述, 本研究初步建立了黄鳍棘鲷SNP标记挖掘、过滤与验证的方法, 开发的SNP位点可用于后续黄鳍棘鲷增殖放流效果评估及基因组选择育种研究。

漫射衰减系数K_d(z, λ)是估算水下光场及水色要素剖面分布、研究浮游植物光合作用及赤潮灾害预警方法的重要参数, 它是一个准固有光学特性参数, 是波长 \lambda和剖面深度z的函数, 除与水体吸收、散射或后向散射有关外, 对归一化的水体体散射函数即散射相函数的角度分布极为敏感。本文基于广角体散射函数测量仪(volume scattering and attenuation meter, VSAM)、吸收衰减系数测量仪ac-9和ac-s以及海洋光学剖面仪Profiler Ⅱ OCI/R-200I和HyperPro Ⅱ在南海海域实测数据, 利用LightGBM、随机森林(random forest, RF)、CatBoost三种高效机器学习方法, 首次构建了基于体散射函数β(ψ)、吸收系数a及对应剖面深度z的漫射衰减系数K_d(650)剖面分布估算模型, 并综合R²、RMSE、MAPE以及估算与实测数据的对比进行模型评价, 结果表明, 三种机器学习模型中, CatBoost模型的R²和RMSE分别为0.8534和0.0472m^-1, 均优于RF和LightGBM; CatBoost模型的MAPE为11.0585%, 低于RF模型但略高于LightGBM模型; 通过对比估算和实测结果发现, CatBoost模型估算结果与实测结果最为相近, 是K_d(650)最优估算模型。利用CatBoost模型, 结合实测体散射函数β(ψ)、吸收系数a及其相应剖面深度z, 对南海北部多个站点15m以浅K_d(650)的剖面分布估算表明, 上述站点K_d(650)在5、10、15m三个水层变化范围为0.275~0.7m^-1, 5m水层的K_d(650)较为平稳, 10与15m水层K_d(650)跨度较大。本研究方法考虑了多角度体散射函数分布对漫射衰减系数的贡献, 为基于固有光学特性参数估算K_d(z, λ)提供了新方法思路。

合理的红树种间组成结构是有效发挥红树林湿地生态价值的前提, 明确的红树林种间分布信息是开展红树林生态系统治理和规划工作的有效依据。针对海南八门湾红树林湿地, 基于高分三号(GF-3)全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)和高分六号(GF-6)多光谱遥感数据, 本文提取了35个红树林遥感特征, 利用极端梯度提升树(eXtreme gradient boosting, XGBoost)算法开展了特征重要性排序、特征筛选和红树林种间分类实验, 将其与传统的支持向量机(support vector machine, SVM)、随机森林(random forest, RF)机器学习算法进行精度比较, 并基于XGBoost算法进行了3种特征组合方式(优选特征、多光谱特征、全极化SAR特征)的分类精度比较, 旨在探索XGBoost对红树林种间分类的适用性和光学与全极化SAR数据对红树林种间分类的能力。结果表明: 1) 识别红树林种类的优势特征依次为多光谱的光谱波段、极化分解参数、光谱植被指数, 且仅利用前8个优选特征(绿光波段反射率G、蓝光波段反射率B、Yamaguchi面散射分量Y_s、近红外波段反射率NIR、增强型植被指数EVI、比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI、Freeman面散射分量F_s)即可达到较高分类精度。2) 对于八门湾红树林湿地, XGBoost算法的红树种间分类总体精度最高, 为86.16%, 卡帕系数为0.836, 比SVM和RF算法高3% ~ 8%; 优选特征的红树林种间分类精度比单独的多光谱特征或全极化SAR特征高10% ~ 12%。3) 八门湾红树林总面积约为797.58hm², 共有白骨壤、海莲、红海榄、杯萼海桑、角果木、榄李、木榄、正红树、海漆9种优势真红树, 杯萼海桑和木榄的面积较大, 分别占全部红树林面积的45.46%、21.21%。

海草贝克喜盐草(Halophila beccarii)由于体型小, 其重要性一直被忽视, 且近海氮负荷增加导致其处于加速退化状态。目前贝克喜盐草对铵毒害的生理响应尚不清楚。基于室内模拟实验, 设置了四种铵态氮梯度(对照; 25、50和100μmol·L^-1), 结合叶绿素荧光技术、非损伤微测技术和靶向代谢组学, 探讨了铵态氮加富对贝克喜盐草光合作用、叶绿素、叶肉细胞铵离子流速、谷氨酰胺合成酶活性以及营养成分的影响。结果表明, 贝克喜盐草叶片的最大相对电子传递速率呈现低铵态氮加富>中铵态氮加富>对照>高铵态氮加富的变化趋势, 高铵态氮加富显著降低了最大相对电子传递速率和光能利用效率, 进而减少碳库用于铵态氮的同化。同时, 铵态氮加富显著增加了铵离子内流流速和谷氨酰胺合成酶活性, 把过多的铵同化成氨基酸。但是, 铵态氮加富却降低了氨基酸成分, 这可能是由于氨基酸被用来合成有机物如关键次生代谢物, 以进一步调节和适应铵毒害作用。因此, 适度的铵营养盐增加可促进贝克喜盐草的光合作用和生长, 而高浓度的铵营养盐则对贝克喜盐草产生毒害作用。

从海洋天然产物中挖掘高细胞毒活性化合物成为近年来抗肿瘤药物研究工作的一项重要内容。本研究以2, 5-二酮哌嗪海洋天然产物Piperafizine B为修饰骨架, 在其哌嗪环6位的苄叉邻位引入位阻较大的四乙酰基葡萄糖或葡萄糖基团, 共合成了14个2, 5-二酮哌嗪衍生物(1a-i, 2a-f)。溶解性实验结果初步表明, 相较于Piperafizine B, 衍生物的脂溶性(1.5~27.9mg·mL^-1, 溶剂为二甲亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO))与水溶性(0.1~0.9mg·mL^-1, 溶剂为磷酸缓冲液, pH 7.4)均明显改善。衍生物的细胞毒活性评价结果表明, 部分四乙酰基萄糖衍生物的细胞毒活性较好, 半抑制率浓度值(IC₅₀)为1.0~9.1μmol·L^-1, 并对Huh-7细胞的生长抑制活性具有一定的选择性(3.3~4.5μmol·L^-1)。化合物1c的细胞毒活性最好, 对癌细胞株K562、A549及Huh-7的IC₅₀值分别为1.0、3.6与3.3μmol·L^-1。而将乙酰基水解后的葡萄糖衍生物无明显细胞毒活性(IC₅₀>10μmol·L^-1)。

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。

虫黄藻、细菌和造礁石珊瑚有着密切的共生关系, 但虫黄藻藻际细菌群落尚未得到广泛研究。本研究对5个属的6株虫黄藻进行了离体培养, 其中2株为悬浮型虫黄藻(E型), 4株为贴壁型虫黄藻(A—D型)。通过采集藻株培养物3种粒径的样本开展细菌群落分析, 分别为0.2~3μm(自由生活)、>3μm(附着于藻体或颗粒物)与Settling(沉底贴壁藻体上)。结果发现, 2种生活方式的藻株藻际细菌群落具有显著差别, 贴壁型藻株细菌群落的物种丰富度显著高于悬浮型藻株。发现7个属的细菌广泛存在于所有的藻株中, 它们代表了A—E型虫黄藻藻际细菌的核心类群。对3种粒径样本的核心细菌群落比较发现, 自由生和颗粒附着生的核心细菌群落十分相似, 但均与沉底贴壁样本差异明显。

通过梳理《热带海洋学报》2012—2021年间发表的767篇论文, 借助CiteSpace软件进行文献计量与可视化分析, 了解这十年间的发展情况, 为未来期刊建设和管理提供参考。结果显示, 《热带海洋学报》的影响因子和发文数在十年间大致呈现下降—上升的趋势, 在海洋科学期刊中处于Q2区前列, 并在2018和2019年进入Q1区; 该期刊特色明显, 更突出热带海洋, 特别是南海的研究成果, 涉及的重点研究领域包括中尺度涡、数值模拟、上升流、珊瑚礁、浮游植物等; 拥有一批层次较高的核心作者群体, 主要来自中国科学院大学和中国科学院南海海洋研究所, 研究方向涉及海洋地质学、海洋地球物理学、海洋环流、海洋遥感、海洋生物与生态学等; 在高被引和高下载论文中, 综述性论文占据较高比例。近年来, 通过网络首发、新媒体推广等手段, 《热带海洋学报》的论文下载量不断提高, 影响力也逐步提升。

珠江口沿岸风暴潮灾害频发, 且受台风影响显著。本研究对珠江口赤湾站近30 a(1990—2019)的极端增水进行了分析。结果显示: 近年来该区域年平均增水没有显著变化, 但极端风暴增水( 99.9%分位数)强度显著增强(1.62cm·a^-1), 意味着极端风暴潮灾害强度不断变大; 在这30a里, 有20a的年最大增水发生于台风期间(占66.7%), 2018年超强台风“山竹”引起的增水峰值达254cm, 为近30a最大的风暴潮灾害事件; 增水对台风的最大响应距离约为500~800km。在台风影响范围内, 增水强度与台风强度呈近似的线性关系, 与距台风中心距离则呈指数关系。分别利用台风强度的不同指标(台风中心最低气压、最大风速和最大风速半径), 结合观测站距台风中心的距离, 对增水进行拟合, 发现风速与距离组合对风暴增水的刻画效果最好[S_w=3.23e^-0.0036D×(Γ_w-3.90)+4.48, R²=0.78, RMSE=9.69cm]。这些研究结果可提升对珠江口风暴潮灾害的认识, 为台风风暴潮模拟提供验证资料, 并为风暴潮灾害风险评估与应对决策提供参考依据。

吕宋海峡是连接南海与西太平洋的唯一深水通道, 也是调节南海环流及其热力特征的关键海洋通道。在大尺度西边界流、中尺度涡、热带气旋等众多因子的共同影响下, 吕宋海峡输运表现出显著的多时间尺度变率特征, 其中热带气旋是影响该海域强烈且频繁的天气过程之一, 解析吕宋海峡输运与热带气旋之间的动力联系也是近年来南海海洋研究的热点之一。本文主要从吕宋海峡附近热带气旋活动特征及其对黑潮、吕宋海峡附近环流结构、吕宋海峡输运的影响等方面回顾最新的研究进展。最后, 本文认为接下来应当在热带气旋调制吕宋海峡输运的机制, 以及对吕宋海峡输运年际变化的贡献等方面加强研究。

海草床可以为海洋动物提供产卵、索饵、繁育等场所。目前, 海草床面积急剧下降, 其中我国关于虾形草属(Phyllospadix)海草的研究相对较少, 对于虾形草主要繁育载体种子的描述、显微观察和萌发过程方面存在较多空白。本研究以红纤维虾形草(Phyllospadix iwatensis)为研究对象, 对其生长环境、种子外部特征、内部结构、萌发过程等进行了定性定量描述。结果表明, 虾形草果实种子对于海洋环境有着外部形态与内部结构的适应性, 外部形态特点包括独特的果序和果实形状, 以及翅状结构和内侧鬃毛, 其中果序呈弯虾形, 平均长度3.4cm, 果实呈马掌形, 直径3~4mm, 内部结构特征包括胚乳占比大、果皮种皮解剖结构复杂等, 具有作为海岸带植被修复工具种的优势。本研究补充了目前对虾形草等海洋沉水植物种子的研究资料, 为虾形草海草种质库保护与海草床修复提供了建议和参考。