海洋科学、水文学

近20 a广东省海岛海岸带土地利用变化及驱动力分析

高义，苏奋振，孙晓宇，等

摘要：广东省海岸带是我国实现海洋战略后方基地的重要组成部分，也是我国对外开放的先行区。当前，对广东省海岸带土地利用变化的研究主要集中在珠江口区域，因而广东省海岛海岸带土地利用变化的整体情况、及其区域差异有待深入研究。以遥感和地理信息系统的技术与理论为研究方法，根据1985年和2005年研究区域内土地利用的数据，在统一土地利用分类和空间参考的基础上，对广东省海岸带整体及粤东、珠江口和粤西3个子区域土地利用变化及其驱动力展开了系统分析。土地利用类型综合划分为：农用地、林地、建设用地、草地、渔业养殖用地、水系、红树林和未利用土地等8个类型，空间参考为WGS-84坐标系。为全面分析研究区内土地利用的变化情况，综合运用了土地利用转移矩阵、单一土地利用动态度、综合土地利用变化动态度和城镇扩张因子等方法。其中，转移矩阵可以具体地反映土地利用变化方向；单一土地利用变化动态度可以直观地反应土地利用类型的动态变化程度；区域综合土地利用动态度可以描述区域土地利用变化的程度；城市扩张指数能够反映一定时期内城市扩张的程度。结果表明，近20年来研究区域内围填海土地面积达370 km2，粤西115.3 km2，粤东46.8 km2，珠江208 km2；其中，粤西的渔业养殖用地占 75.3%，建设用地占 12.8%；粤东的渔业养殖用地占 29.2%，建设用地占 23.4%；珠江渔业养殖用地占75.3%，建设用地占17.3%。由此可见粤西、粤东和珠江口3个区域围填海用地目标主要是扩大渔业养殖，其次是用于城镇建设，即围垦养殖和城镇化是广东省海岸线变化的直接驱动力。广东省海岸带区域的土地类型在近20年期间发生了显著变化，总体上是从农业用地转变为高附加值的渔业和林业用地，土地利用方式从以农业为主向以工业为主转化。其中，农业用地减少2048 km2，减少幅度达31.4%；建设用地增加1502 km2，增长幅度达722%；林业用地增加931 km2，增加幅度为27%；渔业养殖用地增加 1419 km2，增长了 399%。整体土地利用综合变化率达 24.2%，其中粤东、粤西和珠江口分别为15.6%、22.8%和28.2%。由此说明，城镇扩张是该区域土地利用变化的显著特点。由于珠海、广州、东莞及深圳等地城区在过去20年的扩张均在10倍以上，广东省形成了西接澳门东连香港的环珠江口城市带。综上所述，人类从事经济开发活动是该区域土地利用变化的根本驱动力。这种“人进海退”的开发模式，在实现巨大经济利益的同时，较大程度的破坏了近岸生态环境，尤其是建设港口码头、化工冶炼的围海造地活动，显著增加了区域生态环境被破坏的风险。因此，如何实现海岸带资源可持续利用，消除开发活动对近海海洋生态造成的负面影响，是下一步研究的重点。

来源出版物：海洋学报（中文版）, 2011, 33(4): 95-103

入选年份：2016

基因组编辑技术及其在微藻中的应用

林根妹，杨官品

摘要：目的：基因组编辑技术主要有锌指核酸酶、转录激活子样效应因子核酸酶和成簇间隔短回文重复序列CRISPR/Cas核酸酶系统。微藻是指一群真核、单细胞、行光合作用的生物。微藻种类多，分布广泛，有关键生态学功能，也有水产、生物能源应用价值。本文对这几种技术及其在微藻中的应用进行了综述，以期为微藻的遗传修饰和改良提供方法参考。方法：通过文献阅读和整理，对基因组编辑技术研究进展及其在微藻中的应用现状进行归纳总结。结果：锌指核酸酶是由锌指蛋白的锌指 DNA结合域和限制性核酸内切酶 FokI等的 DNA切割域组成的融合蛋白。锌指DNA结合域有一组α螺旋，其－1～＋6氨基酸残基可识别1个碱基三联体。设计并修饰这些α螺旋的氨基酸组成就能改变锌指蛋白识别DNA序列的特异性。专门针对特定DNA位点设计锌指蛋白模块并与内切酶融合，锌指蛋白可识别并结合在特定DNA序列上，而内切酶可切割DNA，细胞启动固有的DNA修复机制，引入外源DNA片段或形成DNA序列突变，实现基因组编辑。转录激活子样效应因子核酸酶包括N端核定位结构域、来自转录激活子样效应因子（TALE）的DNA识别结合域和C端的内切酶。TALE是调节内源基因转录活性的蛋白质，其 DNA识别结合域有一组重复单元，每个重复单元由33～35个氨基酸构成，可识别一个碱基对，重复单元第12和13位氨基酸不同可改变这样的识别功能。通过修饰 DNA识别结合域，可使其具有DNA识别特异性。TALE蛋白模块特异性识别 DNA序列，TALEN结合 DNA，而内切酶模块切割DNA，细胞激活固有的DNA损伤修复机制，引入外源DNA片段或链接形成DNA序列突变，实现基因组编辑。CRISPR/Cas核酸酶系统使用 RNA发挥“定点”作用。针对特定DNA设计gRNA，将其与Cas核酸酶基因重组在一个质粒中，转化细胞。gRNA引导Cas核酸酶至特定DNA序列，Cas核酸酶切割DNA，经细胞固有修复过程，引入外源 DNA或突变。与其他两种蛋白引导的基因组编辑方法相比，使用 CRISPR/Cas系统时无需对 DNA结合蛋白模块本身进行修饰改造，只需设计特异性 gRNA，操作更容易，且可同时使用多条gRNA序列，实现多位点同步编辑。这些技术不仅被广泛用于模式生物、经济动植物的基因功能验证和遗传改良，在微藻中亦有成功应用实例，例如：莱茵衣藻中使用锌指核酸酶以抗性或荧光标记等报告基因作为靶基因进行敲除；人工设计TALE在衣藻中充当转录活化因子，识别特异启动子序列并与之结合，诱导靶基因在转录和蛋白水平的表达上调；三角褐指藻中，将 TALEN编码构建物与选择标记（如抗性基因等）进行共同转化，通过非同源末端连接完成三角褐指藻基因组定向修饰；Cas核酸酶和gRNA在转化衣藻24 h内有成功的瞬时表达但尚未成功得到改造后稳定遗传的转化株。结论：与其他模式生物和经济动植物相比，相关基因组编辑技术和策略在微藻中虽有尝试应用，但仍处于起步阶段。虽然有一些技术问题尚待解决，但基因组编辑技术因其可以直接进行定向修饰、避免潜在泄露、可修饰基因组任何位点（编码区、内含子、启动子、3'非翻译区等）等特点，较其他技术仍具有无可比拟的优势和前景，可以为微藻基因功能解析和遗传修饰提供新方法参考。

来源出版物：海洋科学, 2016, 40(4): 149-155

入选年份：2016

文蛤早期发育阶段生长性状遗传参数的估计

梁冰冰，王鸿霞

摘要：目的：文蛤是我国主要的一种滩涂养殖双壳贝类，随着工厂化育苗技术和的成功和人工选育计划的开展，文蛤养殖产业的得到了快速发展。选择具有明显生产性状优势的品系成为文蛤选育工作的一个重点，因此生长性状作为一个重要的经济性状一直受到育种者的关注。对生长性状遗传参数进行评估是遗传选育的基础。目前国内外的研究主要集中在稚贝期生长性状的遗传评估，对其早期不同生长阶段的遗传效应还缺乏系统的研究。文蛤在幼虫期要经历一个复杂的附着变态过程，涉及大量基因表达调控的变化，且不同时期基因的表达在质量和数量上有显著的不同，因而有可能导致不同时期的遗传变异存在差异。因此开展文蛤幼虫附着变态期间的生长遗传效应的研究无论对幼虫生长发育的基础理论还是苗种繁育的应用实践都具有重要的意义。方法：主要采用部分因子设计构建了 23个文蛤全同胞家系，在附着变态期和稚贝期对23个家系30～50个个体的壳长、壳高生长数据进行测量。应用单性状及两性状动物模型对文蛤早期不同生长发育时期的生长性状进行遗传力和相关性等遗传参数的估计。结果：文蛤附着变态期以及稚贝期生长性状的遗传力并无显著差别，在0.11～0.41范围内变化，属于中等遗传力。非遗传的共同环境效应随着年龄的增长而呈现上升趋势，由附着变态期的0.02逐渐增加到稚贝期的0.38，且稚贝期的共同环境效应显著大于其附着变态期（P＜0.01）。壳长与壳高表型相关和遗传相关的分析结果显示，从附着变态期到稚贝期，壳长与壳高之间的表型相关及遗传相关都存在极显著的正相关性，相关系数的范围分别为0.84～0.95、0.93～0.99。早期发育连续时间段生长性状之间的遗传相关均为正相关，但并不显著，且不同时期的遗传相关也不尽相同（0.34～0.71）。结论：通过对文蛤部分因子设计产生的23个家系不同发育阶段的生长性状进行遗传参数的估计，发现文蛤附着变态期和稚贝期生长性状的遗传力并无显著差别，均属于中等遗传力。但共同环境效应随着年龄的增长而逐渐增大，稚贝期的共同环境效应显著大于附着变态期。不同时期壳长和壳高的表型相关和遗传相关都呈现出高度显著的正相关，意味着选育过程中无论选择壳长还是壳高，都会带来间接的选育效果。而壳长不同发育时期之间的遗传相关为正相关，但并不显著。反映在发育过程中壳长的生长连续性是具有遗传相关性的，但这种相关并不稳定，受环境影响很大，因此在生长早期对文蛤个体进行选育并不可靠。以上结果为文蛤不同时期的生长性状提供基本的遗传评估，为后续的人工选育计划提供数据支持和理论指导。其他：遗传力的准确估计受到交配设计模式，家系规模和数量以及统计方法等因素的影响。因此，在今后水产动物遗传育种研究中应该对家系的交配设计和规模对遗传参数估计准确性的影响等方面的研究给予足够的重视。

来源出版物：海洋科学, 2016, 40(3): 47-52

入选年份：2016

SST年循环对El Niño事件局地海气过程的影响

李海燕，张文君，何金海，等

摘要：利用Hadley环流中心逐月海表温度、欧洲中心ERA-40的10 m风场及CMAP降水资料，并结合AM2.1模式设计了两组敏感性试验：一是有SST年循环作用的试验，该试验的海温是在气候态海表温度上叠加与ENSO变率相关的海表温度异常（SSTA）。二是无 SST年循环左右的试验，同第1组敏感性试验不一样的是，把气候态海温固定在9月份，此时，热带太平洋的海温没有季节变化特征，只包含ENSO相关的海温变率，探讨了SST年循环在El Niño事件局地海气过程中的重要作用。观测资料分析发现，尽管El Niño对应的SST异常中心主要出现在赤道东太平洋上，基本上呈南北对称分布，然而其对应的大气响应在El Niño年衰减阶段却有着强的南北移动，即在El Niño发展年的11月之前，强的西风异常出现在赤道上，在12月份之后，赤道上的西风迅速南移，最大值中心不在赤道上，而是在南纬5°的位置，随后西风一直维持在5° S直至衰亡。另外，对流场响应与异常风场南北移动一致，随着El Niño的不断发展，降水异常也不断增强，但 12月左右降水异常中心由赤道南移至南纬 5° 左右；同时在西太平洋的负降水异常发生北移，并伴随着出现强反气旋异常。为什么经向分布对称的异常海温强迫出来的大气异常场却有南北向的移动，尤其在El Niño年次年的冬末春初，大气异常响应场的中心移到了南纬5° S，这主要是由于中太平洋气候态SST的季节性南移导致的，1—4月太阳直射点位于南半球时，使得热带中太平洋气候态SST也从北半球移到赤道以南，这也是一年中南北海温非对称最强的季节。此外，一般降水异常是随海表温度增长的，当总的SST超过28.6℃这个阈值，对流随海温增加的幅度大大增大，基本呈非线性快速增长。正是由于总SST与对流的非线性关系，造成了对流降水随着总的SST南移而向南移动，也就是对流不仅决定于SSTA也决定于总SST。在El Niño次年1—4月由于气候态SST南移，使得大于28.6℃海表温度处于5° N以南区域，因此正异常降水向南移动，中心对应南半球的高海温区；而负降水异常出现在海温低于28.6℃区域，对应赤道以北区域出现的负降水异常。由于异常降水的南移，使得对流出现非对称性，南半球增强的对流会通过经向环流进一步抑制北半球的降水，从而使得赤道5° N以北降水负异常进一步增强；风场异常与海表温度的关系也表现了与降水异常类似的特征，当降水异常南移的时候风场也一起跟着南移。通过分析有/无年循环的两组数值试验结果验证了上述结论，有年循环的试验，在El Niño衰减阶段，中太平洋正降水异常略有南偏，相应的异常西风也明显的移到赤道以南；同时西太平洋负降水也向北移动，相对应的是西北太平洋出现反气旋异常。无年循环试验尽管能模拟出El Niño年赤道中太平洋的西风异常，但其却没有南北移动。因此，中太平洋气候态暖海温的季节循环对El Niño事件大气响应有这至关重要的作用。

来源出版物：海洋学报, 2016, 38(1): 56-68

入选年份：2016

江苏省海洋经济与区域经济耦合协调性研究

赵金丽，张落成，顾云娟

摘要：目的：江苏省经济社会发展始终走在全国前列，但作为沿海省份，海洋经济发展相对薄弱，严重滞后于整体经济发展。借鉴物理学耦合度函数构建海洋经济系统与区域经济系统耦合协调度评价模型，对江苏海洋经济与区域经济耦合协调度演进历程及与其他沿海省份的对比进行评价与分析，探索其海洋经济与区域经济耦合发展的制约因素并提出相应解决对策。方法：将海洋经济系统与区域经济系统作为两个相互耦合的系统，通过构建两者耦合协调度评价模型定量测度两系统的耦合协调程度。首先探析海洋经济系统与区域经济系统耦合发展的机理，即两者的相互作用与促进效应；其次参照两者的耦合发展机理及评价指标的科学性、可量化性、系统性等基本原则，设计海洋经济系统和区域经济系统的评价指标体系，其中各指标的权重由熵权法确定；再次借鉴耦合度函数构建海洋经济系统与区域经济系统耦合协调度评价模型，并确定耦合协调度评价标准；最后从《中国海洋统计年鉴》和沿海各省市统计年鉴获取 2006—2012年各沿海省市相关数据，进行实证分析。结果：从2006—2012年江苏省海洋经济与区域经济的耦合发展过程及 2012年各沿海省市的对比，可以发现：江苏海洋经济与区域经济的耦合协调度不断提高，从2006年的轻度失调状态演变到2012年的初级协调状态，逐步迈入了磨合发展的关键期，但2012年，江苏海洋经济与区域经济的耦合协调度与上海、浙江、山东、广东等省份相比，差距仍然较大；导致江苏海洋经济与区域经济耦合协调度较低的关键原因是两者的协调度较低，即两者的发展规模差距过大，一方面是由于江苏沿海地区长期处于经济洼地，导致其海洋产业发展方式较为粗放，产业结构演化进程缓慢，仍处于以海洋渔业、海洋船舶工业等海洋传统产业为支柱，以近海和浅海资源开发为主的发展阶段；另一方面是由于江苏各海洋产业尤其是第二产业与区域经济的关联度较低，海陆互动性弱，因此亟需政府加强对南通、盐城、连云港3个沿海地市的扶持，加快洋口、大丰、连云港等港口载体功能建设，大力发展海洋化工、海洋电力及海水利用等临港先进制造业，并积极促进滨海旅游、港口物流及海洋信息、技术服务业等海洋第三产业发展，提升海陆产业联系。结论：江苏省海洋经济发展滞后是其沿海地区长时期经济发展落后积累下的产物，在当前这个蓝色经济时代，江苏省要保持经济领跑优势，必须立足于其当前海洋经济发展基础，寻求海洋经济与区域经济联动发展的突破点，进行产业间的相互延伸，促进海陆产业联动发展，提高海洋经济在区域经济发展中的地位。

来源出版物：海洋科学, 2016, 40(2): 102-109

入选年份：2016

深海嗜热异化铁还原菌Caloranaerobacter ferrireducens DY22619T对不同铁氧化物的铁还原特性

李曦，曾湘，张昭，等

摘要：异化铁还原是指微生物利用细胞外 Fe(Ⅲ)作为胞外电子受体、以有机物作为电子供体，通过氧化有机物将Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ)。能通过上述代谢形式进行生命活动的微生物即为异化铁还原菌，它们广泛分布于厌氧环境中，在含铁矿物的迁移转化和铁元素的地球化学循环过程中产生重要的影响。深海热液区是重要的铁元素储库，当热液与底部海水混合的时候会形成大量的铁氧化矿物，这为异化铁还原微生物的生长提供了大量的电子受体。然而，由于热液区样品难以获取，目前对于该生境中铁代谢相关微生物研究较少。对一株分离自东太平洋深海热液区的嗜热异化铁还原菌新Caloranaerobacter ferrireducensDY22619T的铁还原特性进行分析，探究不同铁氧化物（无定形羟基氧化铁、无定形铁氧化物和针铁矿）作为胞外电子受体对该菌铁还原速率和矿化产物的影响。利用Ferrozine方法对细菌—矿物反应体系内的总的二价铁进行定量测定，比较该菌对3种不同铁氧化物的铁还原速率；利用高分辨透射电镜技术（选区电子衍射与元素分析）对矿化产物的矿物形貌、组成元素和晶面进行分析，比较该菌利用不同铁氧化物作为电子受体时所形成矿化产物的特征。结果表明，该菌以无定形羟基氧化铁和无定形铁氧化物分别作为胞外的电子受体时，菌体快速生长，36 h到达生长稳定期，其细胞数分别为2.11×108个/mL、1.92×108个/mL；培养至144 h时，铁还原生成的总Fe(Ⅱ)浓度分别高达14.01 mmol/L、12.32 mmol/L；当以针铁矿作为胞外电子受体时，细胞生长较慢，培养至 48 h到达稳定期，其细胞数仅为3.57×107个/mL，培养至120 h时，还原生成的总Fe(Ⅱ)浓度为 4.51 mmol/L。该菌对无定形羟基氧化铁和无定形铁氧化物的还原速率较高，分别达到 2.82 μmol/h和2.15 μmol/h，而对针铁矿的铁还原速率仅为0.98 μmol/h。该菌将3种不同胞外铁氧化物均还原矿化形成颗粒状磁铁矿，主要由铁和氧元素组成；其中还原针铁矿矿化形成的磁铁矿颗粒平均粒径最大，约为 15.0 nm，而还原无定形羟基氧化铁形成的颗粒平均粒径最小，约为4.00 nm；而无定形铁氧化物矿化形成的磁铁矿具有不同于无定形羟基氧化铁和针铁矿的晶面（003）（111）。上述现象说明，C．ferrireducensDY22619T具有很强的异化铁还原和矿化能力，能通过厌氧呼吸还原无定形羟基氧化铁、无定形铁氧化物和强晶型的针铁矿，将含铁矿物中的Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ)，并形成新的结晶性良好的磁铁矿颗粒。其中对无定形的铁矿物还原形成的Fe(Ⅱ)浓度高达14 mmol/L，对强晶型的针铁矿也能部分还原矿化。由此，铁氧化物的性质对该菌铁还原速率、矿化形成的磁铁矿的大小以及晶面生长产生重要影响。为进一步认识深海热液环境中异化铁还原微生物在铁元素的地球化学循环过程中的作用和生物成矿过程提供参考依据。

来源出版物：海洋学报, 2016, 38(8): 83-92

入选年份：2016