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2016年科研成果汇报
发布时间:2017/5/14 来源: 阅读:1189


1良种选育为持续高温池塘刺参健康养殖提供种质保障

刺参增养殖业是我国北方沿海渔业经济的支柱产业,但目前用于增养殖的刺参苗种大多没有经过定向选育,不同程度地存在种质退化、抗逆能力差、生长缓慢等问题,尤其是2013年和2016年出现的夏季极端高温天气导致的刺参大面积死亡甚至绝产的现象,使产业发展遭受到前所未有的挑战。实验室经过十余年努力,对刺参的耐高温和生长性状实施了累代选育和遗传改良,跟踪监测了耐温高产刺参G4代苗种的耐温和生长性能,1.5龄参结束夏眠的温度比对照群体提高1.24-1.78℃,度夏成活率比对照群体提高11.0-13.6%,生长速率比对照群体提高45.7%;选育规格为1000-5000头/kg的耐温高产刺参G4代苗种240万头;为育苗单位提供G3代亲参2500头;在乳山、牟平、蓬莱、荣成等地开展了示范养殖。结合实验室建立的刺参池塘度夏关键技术,选育的耐温高产刺参新品系在2016年极端高温环境下(最高33.2℃)的成活率达95%以上,取得了良好的养殖效果。与此同时,实验室选育的紫色、白色和多刺刺参品系也将为刺参增养殖业的健康发展提供潜在的种质资源保障。


 

选育的耐温高产、多刺、白色和紫色刺参品系

代表性论文:

Shilin Liu, Yi Zhou, Xiaoshang Ru, Mingzhu Zhang, Xuebin Cao, Hongsheng Yang. 2016. Differences in immune function and metabolites between aestivating and non-aestivating Apostichopus japonicus. Aquaculture, 459:36–42.

Sicong Zhang, Shilin Liu, Libin Zhang, Xiaoshang Ru, Hongsheng Yang. 2016. Effect of stocking density on key growth traits of a fast-growing and heat-resistant strain of sea cucumber (Apostichopus japonicus). Aquaculture Research, 47, 3636–3643.

2)刺参消化道再生的microRNA调控、物质代谢和关键基因调控研究

microRNA调控,利用RNA-seq技术,构建刺参消化道再生的miRNA文库,一共获得73个差异表达miRNA, 包括59个上调miRNA和14个下调miRNA。其中miR-1715-5p, miR-153, miR-252a, miR-153-5p, miR-252b, miR-2001, miR-64d-3p and miR-252-5p在再生过程中,上调达到10倍以上。根据miRNA核心序列与基因差异表达分析预测靶基因,且进行功能聚类分析发现,富集于GO项目在生物学过程:“pancreas development”, “multi-organism reproductive process”, “multi-organism cellular process”, “multi-organism process” and “gene expression”分子功能“structural molecule activity”;细胞成分“small ribosomal subunit”, “ribosomal subunit”, “ribosome”, “ribonucleoprotein complex”, “organelle lumen”, “intracellular organelle lumen”“nucleus”。这些miRNA的功能主要参与刺参消化道再生过程中细胞增殖、分化与发育,细胞凋亡,代谢调控和能量的重新分配作用。

物质代谢研究,利用1H核磁共振技术,分析刺参消化道再生过程中的物质代谢变化,发现正常刺参消化道中的代谢产物含量最高的主要为甜菜碱、malonateN,N-dimethylglycine。再生中刺参与正常活动刺参物质代谢明显不同,谷氨酰胺、二甲胺、N,N-dimethylglycine、甜菜碱、龙虾肌碱的代谢明显增多,亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、亚牛磺酸、牛磺酸、肌苷的代谢明显减小,用以保证在刺参停止进食的情况下再生活动的顺利进行。例如,甜菜碱主要用于渗透压的调节,是水产动物中最常见一种调节物质。肌苷在体内转变为肌苷酸和三磷酸腺苷,参与内核酸代谢,细胞能量代谢和蛋白质会成。能透过细胞进入细胞内,提高各种酶,特别是辅酶A与丙酮酸氧化酶的活性,从而使细胞在缺氧状态下继续进行代谢,促进受损细胞恢复。

首次从刺参中分离和鉴定Wnt4基因的全长cDNA序列。Wnt4基因序列的比对,发现其和海胆Wnt4基因进化关系最近,通过免疫组化和Western blot技术对Wnt4蛋白的定位和定量研究,结合wnt4 mRNA在不同组织中的表达情况,发现其主要在粘膜下层和表皮层表达,表达量在0h和14d最高。结果表明,Wnt4可能在刺参肠再生中发挥着重要的作用,还可能调节去分化、分化、再分化和肠免疫应激反应的过程。

 刺参消化道再生miRNA调控图

刺参再生消化道与正常消化道的物质代谢

刺参再生消化道中wnt的时空变化特征

代表性论文:

Xu, D., Sun, L., Liu, S., Zhang, L., Yang, H. 2016. Understanding the Heat Shock Response in the Sea Cucumber Apostichopus japonicus, Using iTRAQ-Based Proteomics. International Journal of Molecular Sciences, 17.150.

Xu, D., Sun, L., Liu, S., Zhang, L. & Yang, H. 2016. Molecular cloning of hsf1 and hsbp1 cDNAs, and the expression of hsf1, hsbp1 and hsp70 under heat stress in the sea cucumber Apostichopus japonicus. Comparative Biochemistry and Physiology Part B:Biochemistry and Molecular Biology, 198, 1-9. 

3)不同体色刺身环境环境适应性与营养需求差异

青色、白色、紫色刺参具有不同的盐度、温度等环境适应性和蛋白需求差异。研究结果显示,将青色、白色和紫色三种体色(1.0g)刺参分别在22、26、30、34和38盐度条件下饲养60天,研究结果显示,青色、白色和紫色三种刺参的最适生长盐度分别为30.67、30.36和33.90;青刺参与紫刺参的耐盐范围较广,白刺参较窄;青刺参对低盐的耐受性较好,紫刺参对高盐的耐受性较好。将青色、白色和紫色三种体色刺参(1.5g)分别在10°C、14°C、18°C、22°C和26°C温度条件下饲养60天。结果显示,青色、白色和紫色三种刺参的最适生长温度分别为16.57°C、16.67°C和17.14°C,紫刺参的最适生长温度高于青刺参与白刺参。以鱼粉豆粕(1:1)为蛋白源,配制不同蛋白质含量饲料1%、 6%、11%、16%、21%,投喂青色、白色和紫色(5g)三种刺参,饲养60天。结果显示,青白紫三种刺参蛋白需求均为~11%,白刺参的各项生长指标均低于青刺参与紫刺参,三种刺参蛋白质需求无显著差异。以Vc磷酸酯为添加剂,配制不同维生素C含量的饲料0,50,100,200,400,800 mg/kg,投喂青刺参、白刺参、紫刺参(5g)三种刺参,饲养60天。结果显示,青刺参与紫刺参的Vc需求为~200 mg kg-1,白刺参的Vc需求为~100 mg kg-1,低于青刺参与紫刺参。

 青色、白色和紫色刺参在不同盐度条件下的特定生长率


 青色、白色和紫色刺参在不同温度条件下的特定生长率

 

 不同蛋白质含量饲料投喂条件下青色、白色和紫色刺参的特定生长率


不同维生素C含量饲料投喂条件下青色、白色和紫色刺参的特定生长率

代表性论文:

Bai, Y., Zhang, L. *, Xia, S., Liu, S., Ru, X., Xu, Q., & Yang, H. 2016. Effects of dietary protein levels on the growth, energy budget, and physiological and immunological performance of green, white and purple color morphs of sea cucumber, Apostichopus japonicus. Aquaculture, 450: 375-382.

4)贝类苗种扩繁技术

研究了脉红螺、硬壳蛤和中国蛤蜊苗种扩繁技术。系统研究了脉红螺遗传多样性和群体遗传结构、生态习性、发育规律、变态机理和行为学特征,解决了亲螺性腺促熟和生殖调控、幼虫孵化和培育、采苗和中间培育等关键技术,建立了脉红螺规模化高效苗种繁育技术体系。建立了一套适合我国国情的硬壳蛤规模化苗种繁育、养殖和加工技术体系,实现了硬壳蛤苗种繁育、养殖和加工的产业化。在福建省和江苏省推广养殖面积5万余亩,在我国沿海形成了新的贝类养殖和加工产业,年产值上亿元。获2015年度莆田市科学技术奖(进步奖)一等奖。研究了亲贝诱导产卵、幼虫培育、附着变态和采苗、苗种规模化中间培育等关键技术,研制出中国蛤蜊工厂化育苗的采苗设施及方法,初步建立了中国蛤蜊规模化苗种扩繁技术,幼虫成活率达到60%,变态率约20%,苗种中间培育成活率达到40%,培育出苗种1200余万粒,平均壳长4.11±1.34mm,平均出苗量10万粒/m3水体。

脉红螺、硬壳蛤和中国蛤蜊

代表性论文:

Hao Song, Zheng-Lin Yu, Li-Na Sun, Yan Gao, Tao Zhang*, Hai-Yan Wang*. 2016. De novo transcriptome sequencing and analysis of Rapana venosa from six different developmental stages using Hi-seq 2500. Comparative Biochemistry and Physiology, Part D: Genomics and Proteomics, 17: 48–57.

Hao Song, Zheng-Lin Yu, Li-Na Sun, Dong-Xiu Xue, Tao Zhang*, Hai-Yan Wang*. 2016. Transcriptomic Analysis of Differentially Expressed Genes during Larval Development of Rapana venosa by Digital Gene Expression Profiling. G3-Genes Genomes Genetics, doi:10.1534/g3.116.029314.

Hao Song, Li-Yuan Sun, Zheng-Lin Yu, Li-Na Sun, Dong-Xiu Xue, Tao Zhang*, Hai-Yan Wang*. 2016. Metabolomic analysis of competent larvae and juvenile veined rapa whelks (Rapana venosa). Marine Biology, 163:145. DOI: 10.1007/s00227-016-2919-6.

Hao Song, Hai-Yan Wang*, Tao Zhang* 2016, Comprehensive and Quantitative Proteomic Analysis of Metamorphosis-Related Proteins in the Veined Rapa Whelk, Rapana venosa. International Journal of Molecular Sciences, 17, 924; doi:10.3390/ijms17060924.

Dong-Xiu Xue, Tao Zhang & Jin-Xian Liu. 2016. Influences of population density on polyandry and patterns of sperm usage in the marine gastropod Rapana venosa. Scientific Reports, 6: 23461; DOI: 10.1038/srep23461. (共同第一作者)

Nan Hu, Fang Wang, Tao Zhang*, Hao Song, Zheng-Lin Yu, Da-Peng Liu. 2016. Prey selection and foraging behavior of the whelk Rapana venosa. Marine Biology, 163:233. DOI 10.1007/s00227-016-3006-8.

5)海洋牧场环境生态安全监测

我国近海渔业资源严重衰退,局部环境恶化,渔业产业亟待转型升级兴业。海洋牧场作为一种海洋经济新业态,既能养护渔业资源,又能修复生态环境。本实验室基于中科院先导专项重大任务“海洋牧场生态安全和环境保障”、鳌山科技创新计划“近海渔业资源养护与生态安全保障研究”、“近海生态灾害发生机理与防控策略”等项目,在莱州湾、海州湾、祥云湾、荣成湾、崂山湾进行了常规环境资源调查,调查监测了海洋牧场环境资源周年变化情况。并在5、6、7月份进行了浒苔过境期间的加密调查,发表了海州湾浒苔预警报告。通过对浒苔,颗粒有机质,浮游生物和贝类生物组织的同位素、胃含物、消化酶分析,研究漂浮性绿藻对牡蛎、贻贝等滤食性贝类食物来源的影响,使用自制型柱状样采泥器采集底泥样品,分别测试其中底栖群落组成与叶绿素、糖类、脂肪酸与蛋白含量,研究浒苔沉积对底栖生物资源的影响,发现在荣成天鹅湖、崂山湾两个绿潮藻发生大量沉水降解的海区表层底泥总有机质含量升高但叶绿素、蛋白比例下降,表明有机质营养质量有所降低;表层底栖生物生物量与多样性均有所下降,表明底栖环境有明显恶化。

在海州湾、莱州湾、祥云湾海洋牧场,与当地企业合作,建立了环境资源监测平台,加载了气象、水文、视频数据采集设备,利用CDMA网络、无线网桥等手段,保证了数据的长效、远距、实时传输,实现了海洋牧场环境资源的有效监测管理。

20166月平岛浒苔分布情况及底层溶解氧情况

海州湾、祥云湾环境监测平台

6)海草床生态学及退化海草床的生态恢复

海草床是三大典型的海洋生态系统之一。在科技基础性工作专项 “我国近海重要海草资源及生境调查”(2015FY110600)的资助下,对我国温带沿海海草床的分布现状进行了较为系统的调查。调查结果说明许多沿海水域因人类活动的影响(如规模化的围海造地、水质污染等),海草床退化严重,甚至消失。令人欣慰的是,至今在辽宁沿海(长山群岛、葫芦岛)、河北唐山沿海和山东沿海(黄河河口、烟台沿海)发现了多处较大面积的海草床,其中海草床面积1000公顷以上的有4处。此外,研究了盐度和温度对鳗草Zostera marina种子保存、萌发和建苗的影响。对威海天鹅湖海草床和青岛汇泉湾海草床的鳗草和日本鳗草Zostera japonica的种群补充机制(无性繁殖和有性繁殖特征)进行对比研究。同时研发了海草床生态恢复技术,针对不同的底质和水动力环境,完善了5种海草移植恢复方法,即海草根部绑石移植法、泥筒辅助大叶藻移植法、海草移植装置移植法以及播种恢复法,2016年授权发明专利一项,申请发明专利一项。在威海沿海(天鹅湖等)和青岛沿海(汇泉湾等)进行了恢复示范,得到较好的应用结果。对恢复后的海草床进行了跟踪调查,海草高度和自然海草没有显著差别。进行了海草种子采集、种子萌发、幼苗培育与种植方法研究。通过海草移植、种植和幼苗培育手段,建立了适合沿岸水域刺参栖息地海草床的恢复和重建技术。

辽宁葫芦岛日本鳗草(Zostera japonica)海草床

不同盐度条件下海草(Zostera marina)种子萌发后的幼苗形态对比

代表性论文:

Lin Haiying, Sun Tao, Zhou Yi*, Zhang Xiaomei. 2016. Anti-oxidative feedback and biomarkers in the intertidal seagrass Zostera japonica caused by exposure to cooper, lead and cadmium. Marine Pollution Bulletin, 109: 325–333.

Xu Shaochun, Zhou Yi*, Wang Pengmei, Wang Feng, Zhang Xiaomei, Gu Ruiting. 2016. Salinity and temperature significantly influence seed germination, seedling establishment, and seedling growth of the eelgrass Zostera marina L. PeerJ, 4: e2697. DOI 10.7717/peerj.2697

Zhang Xiaomei, Zhou Yi*, Xue Dongxiu, Liu Jinxian*. 2016. Genetic divergence of the endangered seagrass Zostera japonica Ascherson & Graebner between temperate and subtropical coasts of China based on partial sequences of matK and ITS. Biochemical Systematics and Ecology. 68: 51–57.

Xu Qinzeng, Liu Bingjian, Zhou Yi*. 2016. Does the eelgrass meadow influence the macrobenthic community structure in Swan Lake, Northern China? Marine Biodiversity,  DOI: 10.1007/s12526-016-0601-3.