海洋科學(xué)、水文學(xué)

近20 a廣東省海島海岸帶土地利用變化及驅(qū)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(shí)現(xiàn)海洋戰(zhàn)略后方基地的重要組成部分，也是我國對外開放的先行區(qū)。當(dāng)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(qū)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(qū)域差異有待深入研究。以遙感和地理信息系統(tǒng)的技術(shù)與理論為研究方法，根據(jù)1985年和2005年研究區(qū)域內(nèi)土地利用的數(shù)據(jù)，在統(tǒng)一土地利用分類和空間參考的基礎(chǔ)上，對廣東省海岸帶整體及粵東、珠江口和粵西3個子區(qū)域土地利用變化及其驅(qū)動力展開了系統(tǒng)分析。土地利用類型綜合劃分為：農(nóng)用地、林地、建設(shè)用地、草地、漁業(yè)養(yǎng)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(biāo)系。為全面分析研究區(qū)內(nèi)土地利用的變化情況，綜合運(yùn)用了土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、單一土地利用動態(tài)度、綜合土地利用變化動態(tài)度和城鎮(zhèn)擴(kuò)張因子等方法。其中，轉(zhuǎn)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(tài)度可以直觀地反應(yīng)土地利用類型的動態(tài)變化程度；區(qū)域綜合土地利用動態(tài)度可以描述區(qū)域土地利用變化的程度；城市擴(kuò)張指數(shù)能夠反映一定時期內(nèi)城市擴(kuò)張的程度。結(jié)果表明，近20年來研究區(qū)域內(nèi)圍填海土地面積達(dá)370 km2，粵西115.3 km2，粵東46.8 km2，珠江208 km2；其中，粵西的漁業(yè)養(yǎng)殖用地占 75.3%，建設(shè)用地占 12.8%；粵東的漁業(yè)養(yǎng)殖用地占 29.2%，建設(shè)用地占 23.4%；珠江漁業(yè)養(yǎng)殖用地占75.3%，建設(shè)用地占17.3%。由此可見粵西、粵東和珠江口3個區(qū)域圍填海用地目標(biāo)主要是擴(kuò)大漁業(yè)養(yǎng)殖，其次是用于城鎮(zhèn)建設(shè)，即圍墾養(yǎng)殖和城鎮(zhèn)化是廣東省海岸線變化的直接驅(qū)動力。廣東省海岸帶區(qū)域的土地類型在近20年期間發(fā)生了顯著變化，總體上是從農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又档臐O業(yè)和林業(yè)用地，土地利用方式從以農(nóng)業(yè)為主向以工業(yè)為主轉(zhuǎn)化。其中，農(nóng)業(yè)用地減少2048 km2，減少幅度達(dá)31.4%；建設(shè)用地增加1502 km2，增長幅度達(dá)722%；林業(yè)用地增加931 km2，增加幅度為27%；漁業(yè)養(yǎng)殖用地增加 1419 km2，增長了 399%。整體土地利用綜合變化率達(dá) 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(zhèn)擴(kuò)張是該區(qū)域土地利用變化的顯著特點(diǎn)。由于珠海、廣州、東莞及深圳等地城區(qū)在過去20年的擴(kuò)張均在10倍以上，廣東省形成了西接澳門東連香港的環(huán)珠江口城市帶。綜上所述，人類從事經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動是該區(qū)域土地利用變化的根本驅(qū)動力。這種“人進(jìn)海退”的開發(fā)模式，在實(shí)現(xiàn)巨大經(jīng)濟(jì)利益的同時，較大程度的破壞了近岸生態(tài)環(huán)境，尤其是建設(shè)港口碼頭、化工冶煉的圍海造地活動，顯著增加了區(qū)域生態(tài)環(huán)境被破壞的風(fēng)險。因此，如何實(shí)現(xiàn)海岸帶資源可持續(xù)利用，消除開發(fā)活動對近海海洋生態(tài)造成的負(fù)面影響，是下一步研究的重點(diǎn)。

來源出版物：海洋學(xué)報（中文版）, 2011, 33(4): 95-103

入選年份：2016

基因組編輯技術(shù)及其在微藻中的應(yīng)用

林根妹，楊官品

摘要：目的：基因組編輯技術(shù)主要有鋅指核酸酶、轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)因子核酸酶和成簇間隔短回文重復(fù)序列CRISPR/Cas核酸酶系統(tǒng)。微藻是指一群真核、單細(xì)胞、行光合作用的生物。微藻種類多，分布廣泛，有關(guān)鍵生態(tài)學(xué)功能，也有水產(chǎn)、生物能源應(yīng)用價值。本文對這幾種技術(shù)及其在微藻中的應(yīng)用進(jìn)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(xiàn)閱讀和整理，對基因組編輯技術(shù)研究進(jìn)展及其在微藻中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行歸納總結(jié)。結(jié)果：鋅指核酸酶是由鋅指蛋白的鋅指 DNA結(jié)合域和限制性核酸內(nèi)切酶 FokI等的 DNA切割域組成的融合蛋白。鋅指DNA結(jié)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(lián)體。設(shè)計(jì)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(diǎn)設(shè)計(jì)鋅指蛋白模塊并與內(nèi)切酶融合，鋅指蛋白可識別并結(jié)合在特定DNA序列上，而內(nèi)切酶可切割DNA，細(xì)胞啟動固有的DNA修復(fù)機(jī)制，引入外源DNA片段或形成DNA序列突變，實(shí)現(xiàn)基因組編輯。轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)因子核酸酶包括N端核定位結(jié)構(gòu)域、來自轉(zhuǎn)錄激活子樣效應(yīng)因子（TALE）的DNA識別結(jié)合域和C端的內(nèi)切酶。TALE是調(diào)節(jié)內(nèi)源基因轉(zhuǎn)錄活性的蛋白質(zhì)，其 DNA識別結(jié)合域有一組重復(fù)單元，每個重復(fù)單元由33～35個氨基酸構(gòu)成，可識別一個堿基對，重復(fù)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(jié)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(jié)合 DNA，而內(nèi)切酶模塊切割DNA，細(xì)胞激活固有的DNA損傷修復(fù)機(jī)制，引入外源DNA片段或鏈接形成DNA序列突變，實(shí)現(xiàn)基因組編輯。CRISPR/Cas核酸酶系統(tǒng)使用 RNA發(fā)揮“定點(diǎn)”作用。針對特定DNA設(shè)計(jì)gRNA，將其與Cas核酸酶基因重組在一個質(zhì)粒中，轉(zhuǎn)化細(xì)胞。gRNA引導(dǎo)Cas核酸酶至特定DNA序列，Cas核酸酶切割DNA，經(jīng)細(xì)胞固有修復(fù)過程，引入外源 DNA或突變。與其他兩種蛋白引導(dǎo)的基因組編輯方法相比，使用 CRISPR/Cas系統(tǒng)時無需對 DNA結(jié)合蛋白模塊本身進(jìn)行修飾改造，只需設(shè)計(jì)特異性 gRNA，操作更容易，且可同時使用多條gRNA序列，實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)同步編輯。這些技術(shù)不僅被廣泛用于模式生物、經(jīng)濟(jì)動植物的基因功能驗(yàn)證和遺傳改良，在微藻中亦有成功應(yīng)用實(shí)例，例如：萊茵衣藻中使用鋅指核酸酶以抗性或熒光標(biāo)記等報告基因作為靶基因進(jìn)行敲除；人工設(shè)計(jì)TALE在衣藻中充當(dāng)轉(zhuǎn)錄活化因子，識別特異啟動子序列并與之結(jié)合，誘導(dǎo)靶基因在轉(zhuǎn)錄和蛋白水平的表達(dá)上調(diào)；三角褐指藻中，將 TALEN編碼構(gòu)建物與選擇標(biāo)記（如抗性基因等）進(jìn)行共同轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化衣藻24 h內(nèi)有成功的瞬時表達(dá)但尚未成功得到改造后穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)化株。結(jié)論：與其他模式生物和經(jīng)濟(jì)動植物相比，相關(guān)基因組編輯技術(shù)和策略在微藻中雖有嘗試應(yīng)用，但仍處于起步階段。雖然有一些技術(shù)問題尚待解決，但基因組編輯技術(shù)因其可以直接進(jìn)行定向修飾、避免潛在泄露、可修飾基因組任何位點(diǎn)（編碼區(qū)、內(nèi)含子、啟動子、3'非翻譯區(qū)等）等特點(diǎn)，較其他技術(shù)仍具有無可比擬的優(yōu)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(xué), 2016, 40(4): 149-155

入選年份：2016

文蛤早期發(fā)育階段生長性狀遺傳參數(shù)的估計(jì)

梁冰冰，王鴻霞

摘要：目的：文蛤是我國主要的一種灘涂養(yǎng)殖雙殼貝類，隨著工廠化育苗技術(shù)和的成功和人工選育計(jì)劃的開展，文蛤養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的得到了快速發(fā)展。選擇具有明顯生產(chǎn)性狀優(yōu)勢的品系成為文蛤選育工作的一個重點(diǎn)，因此生長性狀作為一個重要的經(jīng)濟(jì)性狀一直受到育種者的關(guān)注。對生長性狀遺傳參數(shù)進(jìn)行評估是遺傳選育的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)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(yīng)還缺乏系統(tǒng)的研究。文蛤在幼蟲期要經(jīng)歷一個復(fù)雜的附著變態(tài)過程，涉及大量基因表達(dá)調(diào)控的變化，且不同時期基因的表達(dá)在質(zhì)量和數(shù)量上有顯著的不同，因而有可能導(dǎo)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(tài)期間的生長遺傳效應(yīng)的研究無論對幼蟲生長發(fā)育的基礎(chǔ)理論還是苗種繁育的應(yīng)用實(shí)踐都具有重要的意義。方法：主要采用部分因子設(shè)計(jì)構(gòu)建了 23個文蛤全同胞家系，在附著變態(tài)期和稚貝期對23個家系30～50個個體的殼長、殼高生長數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。應(yīng)用單性狀及兩性狀動物模型對文蛤早期不同生長發(fā)育時期的生長性狀進(jìn)行遺傳力和相關(guān)性等遺傳參數(shù)的估計(jì)。結(jié)果：文蛤附著變態(tài)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(nèi)變化，屬于中等遺傳力。非遺傳的共同環(huán)境效應(yīng)隨著年齡的增長而呈現(xiàn)上升趨勢，由附著變態(tài)期的0.02逐漸增加到稚貝期的0.38，且稚貝期的共同環(huán)境效應(yīng)顯著大于其附著變態(tài)期（P＜0.01）。殼長與殼高表型相關(guān)和遺傳相關(guān)的分析結(jié)果顯示，從附著變態(tài)期到稚貝期，殼長與殼高之間的表型相關(guān)及遺傳相關(guān)都存在極顯著的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)的范圍分別為0.84～0.95、0.93～0.99。早期發(fā)育連續(xù)時間段生長性狀之間的遺傳相關(guān)均為正相關(guān)，但并不顯著，且不同時期的遺傳相關(guān)也不盡相同（0.34～0.71）。結(jié)論：通過對文蛤部分因子設(shè)計(jì)產(chǎn)生的23個家系不同發(fā)育階段的生長性狀進(jìn)行遺傳參數(shù)的估計(jì)，發(fā)現(xiàn)文蛤附著變態(tài)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(huán)境效應(yīng)隨著年齡的增長而逐漸增大，稚貝期的共同環(huán)境效應(yīng)顯著大于附著變態(tài)期。不同時期殼長和殼高的表型相關(guān)和遺傳相關(guān)都呈現(xiàn)出高度顯著的正相關(guān)，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(fā)育時期之間的遺傳相關(guān)為正相關(guān)，但并不顯著。反映在發(fā)育過程中殼長的生長連續(xù)性是具有遺傳相關(guān)性的，但這種相關(guān)并不穩(wěn)定，受環(huán)境影響很大，因此在生長早期對文蛤個體進(jìn)行選育并不可靠。以上結(jié)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(xù)的人工選育計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)。其他：遺傳力的準(zhǔn)確估計(jì)受到交配設(shè)計(jì)模式，家系規(guī)模和數(shù)量以及統(tǒng)計(jì)方法等因素的影響。因此，在今后水產(chǎn)動物遺傳育種研究中應(yīng)該對家系的交配設(shè)計(jì)和規(guī)模對遺傳參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)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(xué), 2016, 40(3): 47-52

入選年份：2016

SST年循環(huán)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(huán)流中心逐月海表溫度、歐洲中心ERA-40的10 m風(fēng)場及CMAP降水資料，并結(jié)合AM2.1模式設(shè)計(jì)了兩組敏感性試驗(yàn)：一是有SST年循環(huán)作用的試驗(yàn)，該試驗(yàn)的海溫是在氣候態(tài)海表溫度上疊加與ENSO變率相關(guān)的海表溫度異常（SSTA）。二是無 SST年循環(huán)左右的試驗(yàn)，同第1組敏感性試驗(yàn)不一樣的是，把氣候態(tài)海溫固定在9月份，此時，熱帶太平洋的海溫沒有季節(jié)變化特征，只包含ENSO相關(guān)的海溫變率，探討了SST年循環(huán)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(fā)現(xiàn)，盡管El Ni?o對應(yīng)的SST異常中心主要出現(xiàn)在赤道東太平洋上，基本上呈南北對稱分布，然而其對應(yīng)的大氣響應(yīng)在El Ni?o年衰減階段卻有著強(qiáng)的南北移動，即在El Ni?o發(fā)展年的11月之前，強(qiáng)的西風(fēng)異常出現(xiàn)在赤道上，在12月份之后，赤道上的西風(fēng)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(fēng)一直維持在5° S直至衰亡。另外，對流場響應(yīng)與異常風(fēng)場南北移動一致，隨著El Ni?o的不斷發(fā)展，降水異常也不斷增強(qiáng)，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(fù)降水異常發(fā)生北移，并伴隨著出現(xiàn)強(qiáng)反氣旋異常。為什么經(jīng)向分布對稱的異常海溫強(qiáng)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(yīng)場的中心移到了南緯5° S，這主要是由于中太平洋氣候態(tài)SST的季節(jié)性南移導(dǎo)致的，1—4月太陽直射點(diǎn)位于南半球時，使得熱帶中太平洋氣候態(tài)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(qiáng)的季節(jié)。此外，一般降水異常是隨海表溫度增長的，當(dāng)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(guān)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(tài)SST南移，使得大于28.6℃海表溫度處于5° N以南區(qū)域，因此正異常降水向南移動，中心對應(yīng)南半球的高海溫區(qū)；而負(fù)降水異常出現(xiàn)在海溫低于28.6℃區(qū)域，對應(yīng)赤道以北區(qū)域出現(xiàn)的負(fù)降水異常。由于異常降水的南移，使得對流出現(xiàn)非對稱性，南半球增強(qiáng)的對流會通過經(jīng)向環(huán)流進(jìn)一步抑制北半球的降水，從而使得赤道5° N以北降水負(fù)異常進(jìn)一步增強(qiáng)；風(fēng)場異常與海表溫度的關(guān)系也表現(xiàn)了與降水異常類似的特征，當(dāng)降水異常南移的時候風(fēng)場也一起跟著南移。通過分析有/無年循環(huán)的兩組數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述結(jié)論，有年循環(huán)的試驗(yàn)，在El Ni?o衰減階段，中太平洋正降水異常略有南偏，相應(yīng)的異常西風(fēng)也明顯的移到赤道以南；同時西太平洋負(fù)降水也向北移動，相對應(yīng)的是西北太平洋出現(xiàn)反氣旋異常。無年循環(huán)試驗(yàn)盡管能模擬出El Ni?o年赤道中太平洋的西風(fēng)異常，但其卻沒有南北移動。因此，中太平洋氣候態(tài)暖海溫的季節(jié)循環(huán)對El Ni?o事件大氣響應(yīng)有這至關(guān)重要的作用。

來源出版物：海洋學(xué)報, 2016, 38(1): 56-68

入選年份：2016

江蘇省海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)性研究

趙金麗，張落成，顧云娟

摘要：目的：江蘇省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展始終走在全國前列，但作為沿海省份，海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對薄弱，嚴(yán)重滯后于整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展。借鑒物理學(xué)耦合度函數(shù)構(gòu)建海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評價模型，對江蘇海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度演進(jìn)歷程及與其他沿海省份的對比進(jìn)行評價與分析，探索其海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展的制約因素并提出相應(yīng)解決對策。方法：將海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)作為兩個相互耦合的系統(tǒng)，通過構(gòu)建兩者耦合協(xié)調(diào)度評價模型定量測度兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)程度。首先探析海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合發(fā)展的機(jī)理，即兩者的相互作用與促進(jìn)效應(yīng)；其次參照兩者的耦合發(fā)展機(jī)理及評價指標(biāo)的科學(xué)性、可量化性、系統(tǒng)性等基本原則，設(shè)計(jì)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系，其中各指標(biāo)的權(quán)重由熵權(quán)法確定；再次借鑒耦合度函數(shù)構(gòu)建海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度評價模型，并確定耦合協(xié)調(diào)度評價標(biāo)準(zhǔn)；最后從《中國海洋統(tǒng)計(jì)年鑒》和沿海各省市統(tǒng)計(jì)年鑒獲取 2006—2012年各沿海省市相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)證分析。結(jié)果：從2006—2012年江蘇省海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的耦合發(fā)展過程及 2012年各沿海省市的對比，可以發(fā)現(xiàn)：江蘇海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的耦合協(xié)調(diào)度不斷提高，從2006年的輕度失調(diào)狀態(tài)演變到2012年的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)，逐步邁入了磨合發(fā)展的關(guān)鍵期，但2012年，江蘇海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的耦合協(xié)調(diào)度與上海、浙江、山東、廣東等省份相比，差距仍然較大；導(dǎo)致江蘇海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度較低的關(guān)鍵原因是兩者的協(xié)調(diào)度較低，即兩者的發(fā)展規(guī)模差距過大，一方面是由于江蘇沿海地區(qū)長期處于經(jīng)濟(jì)洼地，導(dǎo)致其海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式較為粗放，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化進(jìn)程緩慢，仍處于以海洋漁業(yè)、海洋船舶工業(yè)等海洋傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為支柱，以近海和淺海資源開發(fā)為主的發(fā)展階段；另一方面是由于江蘇各海洋產(chǎn)業(yè)尤其是第二產(chǎn)業(yè)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)度較低，海陸互動性弱，因此亟需政府加強(qiáng)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(shè)，大力發(fā)展海洋化工、海洋電力及海水利用等臨港先進(jìn)制造業(yè)，并積極促進(jìn)濱海旅游、港口物流及海洋信息、技術(shù)服務(wù)業(yè)等海洋第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升海陸產(chǎn)業(yè)聯(lián)系。結(jié)論：江蘇省海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后是其沿海地區(qū)長時期經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后積累下的產(chǎn)物，在當(dāng)前這個藍(lán)色經(jīng)濟(jì)時代，江蘇省要保持經(jīng)濟(jì)領(lǐng)跑優(yōu)勢，必須立足于其當(dāng)前海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)，尋求海洋經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)動發(fā)展的突破點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)間的相互延伸，促進(jìn)海陸產(chǎn)業(yè)聯(lián)動發(fā)展，提高海洋經(jīng)濟(jì)在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位。

來源出版物：海洋科學(xué), 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(xì)胞外 Fe(Ⅲ)作為胞外電子受體、以有機(jī)物作為電子供體，通過氧化有機(jī)物將Fe(Ⅲ)還原成Fe(Ⅱ)。能通過上述代謝形式進(jìn)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(huán)境中，在含鐵礦物的遷移轉(zhuǎn)化和鐵元素的地球化學(xué)循環(huán)過程中產(chǎn)生重要的影響。深海熱液區(qū)是重要的鐵元素儲庫，當(dāng)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(qū)樣品難以獲取，目前對于該生境中鐵代謝相關(guān)微生物研究較少。對一株分離自東太平洋深海熱液區(qū)的嗜熱異化鐵還原菌新Caloranaerobacter ferrireducensDY22619T的鐵還原特性進(jìn)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(chǎn)物的影響。利用Ferrozine方法對細(xì)菌—礦物反應(yīng)體系內(nèi)的總的二價鐵進(jìn)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(shù)（選區(qū)電子衍射與元素分析）對礦化產(chǎn)物的礦物形貌、組成元素和晶面進(jìn)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(chǎn)物的特征。結(jié)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(dá)生長穩(wěn)定期，其細(xì)胞數(shù)分別為2.11×108個/mL、1.92×108個/mL；培養(yǎng)至144 h時，鐵還原生成的總Fe(Ⅱ)濃度分別高達(dá)14.01 mmol/L、12.32 mmol/L；當(dāng)以針鐵礦作為胞外電子受體時，細(xì)胞生長較慢，培養(yǎng)至 48 h到達(dá)穩(wěn)定期，其細(xì)胞數(shù)僅為3.57×107個/mL，培養(yǎng)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(dá)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(xiàn)象說明，C．ferrireducensDY22619T具有很強(qiáng)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(qiáng)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(jié)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(dá)14 mmol/L，對強(qiáng)晶型的針鐵礦也能部分還原礦化。由此，鐵氧化物的性質(zhì)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(chǎn)生重要影響。為進(jìn)一步認(rèn)識深海熱液環(huán)境中異化鐵還原微生物在鐵元素的地球化學(xué)循環(huán)過程中的作用和生物成礦過程提供參考依據(jù)。

來源出版物：海洋學(xué)報, 2016, 38(8): 83-92

入選年份：2016