海洋科學、水文學

近20 a廣東省海島海岸帶土地利用變化及驅動力分析

高義，蘇奮振，孫曉宇，等

摘要：廣東省海岸帶是我國實現海洋戰略后方基地的重要組成部分，也是我國對外開放的先行區。當前，對廣東省海岸帶土地利用變化的研究主要集中在珠江口區域，因而廣東省海島海岸帶土地利用變化的整體情況、及其區域差異有待深入研究。以遙感和地理信息系統的技術與理論為研究方法，根據1985年和2005年研究區域內土地利用的數據，在統一土地利用分類和空間參考的基礎上，對廣東省海岸帶整體及粵東、珠江口和粵西3個子區域土地利用變化及其驅動力展開了系統分析。土地利用類型綜合劃分為：農用地、林地、建設用地、草地、漁業養殖用地、水系、紅樹林和未利用土地等8個類型，空間參考為WGS-84坐標系。為全面分析研究區內土地利用的變化情況，綜合運用了土地利用轉移矩陣、單一土地利用動態度、綜合土地利用變化動態度和城鎮擴張因子等方法。其中，轉移矩陣可以具體地反映土地利用變化方向；單一土地利用變化動態度可以直觀地反應土地利用類型的動態變化程度；區域綜合土地利用動態度可以描述區域土地利用變化的程度；城市擴張指數能夠反映一定時期內城市擴張的程度。結果表明，近20年來研究區域內圍填海土地面積達370 km2，粵西115.3 km2，粵東46.8 km2，珠江208 km2；其中，粵西的漁業養殖用地占 75.3%，建設用地占 12.8%；粵東的漁業養殖用地占 29.2%，建設用地占 23.4%；珠江漁業養殖用地占75.3%，建設用地占17.3%。由此可見粵西、粵東和珠江口3個區域圍填海用地目標主要是擴大漁業養殖，其次是用于城鎮建設，即圍墾養殖和城鎮化是廣東省海岸線變化的直接驅動力。廣東省海岸帶區域的土地類型在近20年期間發生了顯著變化，總體上是從農業用地轉變為高附加值的漁業和林業用地，土地利用方式從以農業為主向以工業為主轉化。其中，農業用地減少2048 km2，減少幅度達31.4%；建設用地增加1502 km2，增長幅度達722%；林業用地增加931 km2，增加幅度為27%；漁業養殖用地增加 1419 km2，增長了 399%。整體土地利用綜合變化率達 24.2%，其中粵東、粵西和珠江口分別為15.6%、22.8%和28.2%。由此說明，城鎮擴張是該區域土地利用變化的顯著特點。由于珠海、廣州、東莞及深圳等地城區在過去20年的擴張均在10倍以上，廣東省形成了西接澳門東連香港的環珠江口城市帶。綜上所述，人類從事經濟開發活動是該區域土地利用變化的根本驅動力。這種“人進海退”的開發模式，在實現巨大經濟利益的同時，較大程度的破壞了近岸生態環境，尤其是建設港口碼頭、化工冶煉的圍海造地活動，顯著增加了區域生態環境被破壞的風險。因此，如何實現海岸帶資源可持續利用，消除開發活動對近海海洋生態造成的負面影響，是下一步研究的重點。

來源出版物：海洋學報（中文版）, 2011, 33(4): 95-103

入選年份：2016

基因組編輯技術及其在微藻中的應用

林根妹，楊官品

摘要：目的：基因組編輯技術主要有鋅指核酸酶、轉錄激活子樣效應因子核酸酶和成簇間隔短回文重復序列CRISPR/Cas核酸酶系統。微藻是指一群真核、單細胞、行光合作用的生物。微藻種類多，分布廣泛，有關鍵生態學功能，也有水產、生物能源應用價值。本文對這幾種技術及其在微藻中的應用進行了綜述，以期為微藻的遺傳修飾和改良提供方法參考。方法：通過文獻閱讀和整理，對基因組編輯技術研究進展及其在微藻中的應用現狀進行歸納總結。結果：鋅指核酸酶是由鋅指蛋白的鋅指 DNA結合域和限制性核酸內切酶 FokI等的 DNA切割域組成的融合蛋白。鋅指DNA結合域有一組α螺旋，其－1～＋6氨基酸殘基可識別1個堿基三聯體。設計并修飾這些α螺旋的氨基酸組成就能改變鋅指蛋白識別DNA序列的特異性。專門針對特定DNA位點設計鋅指蛋白模塊并與內切酶融合，鋅指蛋白可識別并結合在特定DNA序列上，而內切酶可切割DNA，細胞啟動固有的DNA修復機制，引入外源DNA片段或形成DNA序列突變，實現基因組編輯。轉錄激活子樣效應因子核酸酶包括N端核定位結構域、來自轉錄激活子樣效應因子（TALE）的DNA識別結合域和C端的內切酶。TALE是調節內源基因轉錄活性的蛋白質，其 DNA識別結合域有一組重復單元，每個重復單元由33～35個氨基酸構成，可識別一個堿基對，重復單元第12和13位氨基酸不同可改變這樣的識別功能。通過修飾 DNA識別結合域，可使其具有DNA識別特異性。TALE蛋白模塊特異性識別 DNA序列，TALEN結合 DNA，而內切酶模塊切割DNA，細胞激活固有的DNA損傷修復機制，引入外源DNA片段或鏈接形成DNA序列突變，實現基因組編輯。CRISPR/Cas核酸酶系統使用 RNA發揮“定點”作用。針對特定DNA設計gRNA，將其與Cas核酸酶基因重組在一個質粒中，轉化細胞。gRNA引導Cas核酸酶至特定DNA序列，Cas核酸酶切割DNA，經細胞固有修復過程，引入外源 DNA或突變。與其他兩種蛋白引導的基因組編輯方法相比，使用 CRISPR/Cas系統時無需對 DNA結合蛋白模塊本身進行修飾改造，只需設計特異性 gRNA，操作更容易，且可同時使用多條gRNA序列，實現多位點同步編輯。這些技術不僅被廣泛用于模式生物、經濟動植物的基因功能驗證和遺傳改良，在微藻中亦有成功應用實例，例如：萊茵衣藻中使用鋅指核酸酶以抗性或熒光標記等報告基因作為靶基因進行敲除；人工設計TALE在衣藻中充當轉錄活化因子，識別特異啟動子序列并與之結合，誘導靶基因在轉錄和蛋白水平的表達上調；三角褐指藻中，將 TALEN編碼構建物與選擇標記（如抗性基因等）進行共同轉化，通過非同源末端連接完成三角褐指藻基因組定向修飾；Cas核酸酶和gRNA在轉化衣藻24 h內有成功的瞬時表達但尚未成功得到改造后穩定遺傳的轉化株。結論：與其他模式生物和經濟動植物相比，相關基因組編輯技術和策略在微藻中雖有嘗試應用，但仍處于起步階段。雖然有一些技術問題尚待解決，但基因組編輯技術因其可以直接進行定向修飾、避免潛在泄露、可修飾基因組任何位點（編碼區、內含子、啟動子、3'非翻譯區等）等特點，較其他技術仍具有無可比擬的優勢和前景，可以為微藻基因功能解析和遺傳修飾提供新方法參考。

來源出版物：海洋科學, 2016, 40(4): 149-155

入選年份：2016

文蛤早期發育階段生長性狀遺傳參數的估計

梁冰冰，王鴻霞

摘要：目的：文蛤是我國主要的一種灘涂養殖雙殼貝類，隨著工廠化育苗技術和的成功和人工選育計劃的開展，文蛤養殖產業的得到了快速發展。選擇具有明顯生產性狀優勢的品系成為文蛤選育工作的一個重點，因此生長性狀作為一個重要的經濟性狀一直受到育種者的關注。對生長性狀遺傳參數進行評估是遺傳選育的基礎。目前國內外的研究主要集中在稚貝期生長性狀的遺傳評估，對其早期不同生長階段的遺傳效應還缺乏系統的研究。文蛤在幼蟲期要經歷一個復雜的附著變態過程，涉及大量基因表達調控的變化，且不同時期基因的表達在質量和數量上有顯著的不同，因而有可能導致不同時期的遺傳變異存在差異。因此開展文蛤幼蟲附著變態期間的生長遺傳效應的研究無論對幼蟲生長發育的基礎理論還是苗種繁育的應用實踐都具有重要的意義。方法：主要采用部分因子設計構建了 23個文蛤全同胞家系，在附著變態期和稚貝期對23個家系30～50個個體的殼長、殼高生長數據進行測量。應用單性狀及兩性狀動物模型對文蛤早期不同生長發育時期的生長性狀進行遺傳力和相關性等遺傳參數的估計。結果：文蛤附著變態期以及稚貝期生長性狀的遺傳力并無顯著差別，在0.11～0.41范圍內變化，屬于中等遺傳力。非遺傳的共同環境效應隨著年齡的增長而呈現上升趨勢，由附著變態期的0.02逐漸增加到稚貝期的0.38，且稚貝期的共同環境效應顯著大于其附著變態期（P＜0.01）。殼長與殼高表型相關和遺傳相關的分析結果顯示，從附著變態期到稚貝期，殼長與殼高之間的表型相關及遺傳相關都存在極顯著的正相關性，相關系數的范圍分別為0.84～0.95、0.93～0.99。早期發育連續時間段生長性狀之間的遺傳相關均為正相關，但并不顯著，且不同時期的遺傳相關也不盡相同（0.34～0.71）。結論：通過對文蛤部分因子設計產生的23個家系不同發育階段的生長性狀進行遺傳參數的估計，發現文蛤附著變態期和稚貝期生長性狀的遺傳力并無顯著差別，均屬于中等遺傳力。但共同環境效應隨著年齡的增長而逐漸增大，稚貝期的共同環境效應顯著大于附著變態期。不同時期殼長和殼高的表型相關和遺傳相關都呈現出高度顯著的正相關，意味著選育過程中無論選擇殼長還是殼高，都會帶來間接的選育效果。而殼長不同發育時期之間的遺傳相關為正相關，但并不顯著。反映在發育過程中殼長的生長連續性是具有遺傳相關性的，但這種相關并不穩定，受環境影響很大，因此在生長早期對文蛤個體進行選育并不可靠。以上結果為文蛤不同時期的生長性狀提供基本的遺傳評估，為后續的人工選育計劃提供數據支持和理論指導。其他：遺傳力的準確估計受到交配設計模式，家系規模和數量以及統計方法等因素的影響。因此，在今后水產動物遺傳育種研究中應該對家系的交配設計和規模對遺傳參數估計準確性的影響等方面的研究給予足夠的重視。

來源出版物：海洋科學, 2016, 40(3): 47-52

入選年份：2016

SST年循環對El Ni?o事件局地海氣過程的影響

李海燕，張文君，何金海，等

摘要：利用Hadley環流中心逐月海表溫度、歐洲中心ERA-40的10 m風場及CMAP降水資料，并結合AM2.1模式設計了兩組敏感性試驗：一是有SST年循環作用的試驗，該試驗的海溫是在氣候態海表溫度上疊加與ENSO變率相關的海表溫度異常（SSTA）。二是無 SST年循環左右的試驗，同第1組敏感性試驗不一樣的是，把氣候態海溫固定在9月份，此時，熱帶太平洋的海溫沒有季節變化特征，只包含ENSO相關的海溫變率，探討了SST年循環在El Ni?o事件局地海氣過程中的重要作用。觀測資料分析發現，盡管El Ni?o對應的SST異常中心主要出現在赤道東太平洋上，基本上呈南北對稱分布，然而其對應的大氣響應在El Ni?o年衰減階段卻有著強的南北移動，即在El Ni?o發展年的11月之前，強的西風異常出現在赤道上，在12月份之后，赤道上的西風迅速南移，最大值中心不在赤道上，而是在南緯5°的位置，隨后西風一直維持在5° S直至衰亡。另外，對流場響應與異常風場南北移動一致，隨著El Ni?o的不斷發展，降水異常也不斷增強，但 12月左右降水異常中心由赤道南移至南緯 5° 左右；同時在西太平洋的負降水異常發生北移，并伴隨著出現強反氣旋異常。為什么經向分布對稱的異常海溫強迫出來的大氣異常場卻有南北向的移動，尤其在El Ni?o年次年的冬末春初，大氣異常響應場的中心移到了南緯5° S，這主要是由于中太平洋氣候態SST的季節性南移導致的，1—4月太陽直射點位于南半球時，使得熱帶中太平洋氣候態SST也從北半球移到赤道以南，這也是一年中南北海溫非對稱最強的季節。此外，一般降水異常是隨海表溫度增長的，當總的SST超過28.6℃這個閾值，對流隨海溫增加的幅度大大增大，基本呈非線性快速增長。正是由于總SST與對流的非線性關系，造成了對流降水隨著總的SST南移而向南移動，也就是對流不僅決定于SSTA也決定于總SST。在El Ni?o次年1—4月由于氣候態SST南移，使得大于28.6℃海表溫度處于5° N以南區域，因此正異常降水向南移動，中心對應南半球的高海溫區；而負降水異常出現在海溫低于28.6℃區域，對應赤道以北區域出現的負降水異常。由于異常降水的南移，使得對流出現非對稱性，南半球增強的對流會通過經向環流進一步抑制北半球的降水，從而使得赤道5° N以北降水負異常進一步增強；風場異常與海表溫度的關系也表現了與降水異常類似的特征，當降水異常南移的時候風場也一起跟著南移。通過分析有/無年循環的兩組數值試驗結果驗證了上述結論，有年循環的試驗，在El Ni?o衰減階段，中太平洋正降水異常略有南偏，相應的異常西風也明顯的移到赤道以南；同時西太平洋負降水也向北移動，相對應的是西北太平洋出現反氣旋異常。無年循環試驗盡管能模擬出El Ni?o年赤道中太平洋的西風異常，但其卻沒有南北移動。因此，中太平洋氣候態暖海溫的季節循環對El Ni?o事件大氣響應有這至關重要的作用。

來源出版物：海洋學報, 2016, 38(1): 56-68

入選年份：2016

江蘇省海洋經濟與區域經濟耦合協調性研究

趙金麗，張落成，顧云娟

摘要：目的：江蘇省經濟社會發展始終走在全國前列，但作為沿海省份，海洋經濟發展相對薄弱，嚴重滯后于整體經濟發展。借鑒物理學耦合度函數構建海洋經濟系統與區域經濟系統耦合協調度評價模型，對江蘇海洋經濟與區域經濟耦合協調度演進歷程及與其他沿海省份的對比進行評價與分析，探索其海洋經濟與區域經濟耦合發展的制約因素并提出相應解決對策。方法：將海洋經濟系統與區域經濟系統作為兩個相互耦合的系統，通過構建兩者耦合協調度評價模型定量測度兩系統的耦合協調程度。首先探析海洋經濟系統與區域經濟系統耦合發展的機理，即兩者的相互作用與促進效應；其次參照兩者的耦合發展機理及評價指標的科學性、可量化性、系統性等基本原則，設計海洋經濟系統和區域經濟系統的評價指標體系，其中各指標的權重由熵權法確定；再次借鑒耦合度函數構建海洋經濟系統與區域經濟系統耦合協調度評價模型，并確定耦合協調度評價標準；最后從《中國海洋統計年鑒》和沿海各省市統計年鑒獲取 2006—2012年各沿海省市相關數據，進行實證分析。結果：從2006—2012年江蘇省海洋經濟與區域經濟的耦合發展過程及 2012年各沿海省市的對比，可以發現：江蘇海洋經濟與區域經濟的耦合協調度不斷提高，從2006年的輕度失調狀態演變到2012年的初級協調狀態，逐步邁入了磨合發展的關鍵期，但2012年，江蘇海洋經濟與區域經濟的耦合協調度與上海、浙江、山東、廣東等省份相比，差距仍然較大；導致江蘇海洋經濟與區域經濟耦合協調度較低的關鍵原因是兩者的協調度較低，即兩者的發展規模差距過大，一方面是由于江蘇沿海地區長期處于經濟洼地，導致其海洋產業發展方式較為粗放，產業結構演化進程緩慢，仍處于以海洋漁業、海洋船舶工業等海洋傳統產業為支柱，以近海和淺海資源開發為主的發展階段；另一方面是由于江蘇各海洋產業尤其是第二產業與區域經濟的關聯度較低，海陸互動性弱，因此亟需政府加強對南通、鹽城、連云港3個沿海地市的扶持，加快洋口、大豐、連云港等港口載體功能建設，大力發展海洋化工、海洋電力及海水利用等臨港先進制造業，并積極促進濱海旅游、港口物流及海洋信息、技術服務業等海洋第三產業發展，提升海陸產業聯系。結論：江蘇省海洋經濟發展滯后是其沿海地區長時期經濟發展落后積累下的產物，在當前這個藍色經濟時代，江蘇省要保持經濟領跑優勢，必須立足于其當前海洋經濟發展基礎，尋求海洋經濟與區域經濟聯動發展的突破點，進行產業間的相互延伸，促進海陸產業聯動發展，提高海洋經濟在區域經濟發展中的地位。

來源出版物：海洋科學, 2016, 40(2): 102-109

入選年份：2016

深海嗜熱異化鐵還原菌Caloranaerobacter ferrireducens DY22619T對不同鐵氧化物的鐵還原特性

李曦，曾湘，張昭，等

摘要：異化鐵還原是指微生物利用細胞外 Fe(Ⅲ)作為胞外電子受體、以有機物作為電子供體，通過氧化有機物將Fe(Ⅲ)還原成Fe(Ⅱ)。能通過上述代謝形式進行生命活動的微生物即為異化鐵還原菌，它們廣泛分布于厭氧環境中，在含鐵礦物的遷移轉化和鐵元素的地球化學循環過程中產生重要的影響。深海熱液區是重要的鐵元素儲庫，當熱液與底部海水混合的時候會形成大量的鐵氧化礦物，這為異化鐵還原微生物的生長提供了大量的電子受體。然而，由于熱液區樣品難以獲取，目前對于該生境中鐵代謝相關微生物研究較少。對一株分離自東太平洋深海熱液區的嗜熱異化鐵還原菌新Caloranaerobacter ferrireducensDY22619T的鐵還原特性進行分析，探究不同鐵氧化物（無定形羥基氧化鐵、無定形鐵氧化物和針鐵礦）作為胞外電子受體對該菌鐵還原速率和礦化產物的影響。利用Ferrozine方法對細菌—礦物反應體系內的總的二價鐵進行定量測定，比較該菌對3種不同鐵氧化物的鐵還原速率；利用高分辨透射電鏡技術（選區電子衍射與元素分析）對礦化產物的礦物形貌、組成元素和晶面進行分析，比較該菌利用不同鐵氧化物作為電子受體時所形成礦化產物的特征。結果表明，該菌以無定形羥基氧化鐵和無定形鐵氧化物分別作為胞外的電子受體時，菌體快速生長，36 h到達生長穩定期，其細胞數分別為2.11×108個/mL、1.92×108個/mL；培養至144 h時，鐵還原生成的總Fe(Ⅱ)濃度分別高達14.01 mmol/L、12.32 mmol/L；當以針鐵礦作為胞外電子受體時，細胞生長較慢，培養至 48 h到達穩定期，其細胞數僅為3.57×107個/mL，培養至120 h時，還原生成的總Fe(Ⅱ)濃度為 4.51 mmol/L。該菌對無定形羥基氧化鐵和無定形鐵氧化物的還原速率較高，分別達到 2.82 μmol/h和2.15 μmol/h，而對針鐵礦的鐵還原速率僅為0.98 μmol/h。該菌將3種不同胞外鐵氧化物均還原礦化形成顆粒狀磁鐵礦，主要由鐵和氧元素組成；其中還原針鐵礦礦化形成的磁鐵礦顆粒平均粒徑最大，約為 15.0 nm，而還原無定形羥基氧化鐵形成的顆粒平均粒徑最小，約為4.00 nm；而無定形鐵氧化物礦化形成的磁鐵礦具有不同于無定形羥基氧化鐵和針鐵礦的晶面（003）（111）。上述現象說明，C．ferrireducensDY22619T具有很強的異化鐵還原和礦化能力，能通過厭氧呼吸還原無定形羥基氧化鐵、無定形鐵氧化物和強晶型的針鐵礦，將含鐵礦物中的Fe(Ⅲ)還原成Fe(Ⅱ)，并形成新的結晶性良好的磁鐵礦顆粒。其中對無定形的鐵礦物還原形成的Fe(Ⅱ)濃度高達14 mmol/L，對強晶型的針鐵礦也能部分還原礦化。由此，鐵氧化物的性質對該菌鐵還原速率、礦化形成的磁鐵礦的大小以及晶面生長產生重要影響。為進一步認識深海熱液環境中異化鐵還原微生物在鐵元素的地球化學循環過程中的作用和生物成礦過程提供參考依據。

來源出版物：海洋學報, 2016, 38(8): 83-92

入選年份：2016