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2014年科研成果汇报
发布时间:2017/5/12 来源: 阅读:1053


1)刺参基础生物学及良种选育研究

刺参夏眠甲基化特征分析:利用F-MSAP技术检测刺参各组织在夏眠关键时期的基因组的DNA甲基化水平变化。结果表明,刺参刺参四种组织基因组DNA均存在甲基化,且甲基化水平因组织不同:分别为肠道(30.16%)、呼吸树(27.61%)、肌肉(27.94%)和体壁组织(56.25%),体壁组织显著高于其他三种组织。在不同夏眠时期,不同组织的甲基化水平变化不尽相同。在深度夏眠期,刺参肠道和呼吸树基因组DNA出现高甲基化水平,而在解除夏眠期甲基化水平与非夏眠期相近。由于前期实验已经证明甲基化系统关键基因DnmtMbd2/3基因也在深度夏眠期肠道和呼吸树组织表达显著上调。因此我们推测甲基化修饰对于夏眠期的基因表达变化很可能具有重要的调控作用。由于肌肉和体壁组织三个夏眠时期并未见明显的甲基化水平差异,因此这种调控作用为组织特异性的,肠道和呼吸树为主要的甲基化调控组织,而二者也是刺参夏眠期受到影响最大的两种组织。从甲基化类型构成分析可知,夏眠期间高甲基化水平主要来源于全甲基化水平的显著升高,而半甲基化变化不显著。

刺参不同组织甲基化水平    

    

夏眠各时期刺参不同组织甲基化水平

  MicroRNA调控对再生影响实验:消化道再生过程中,miRNA对再生差异表达基因的调控作用明显,且多是通过与mRNA结合对其降解来起到基因调控作用;部分small RNA来源于高度重复区或转座子区,他们会与Argonaute蛋白结合并且参与一些重要的生物学过程;差异miRNA富集通路“Notch signaling pathway”, “Cytokine-cytokine receptor interaction”,“ECM-receptor interaction”,与mRNA水平基因变化有明显的一致性;鉴定差异表达miRNA58个,调控的差异表达基因为479个,调控位点达到3672个。

刺参良种选育研究进展: 耐高温和速生刺参品系选育效果明显:培育了耐高温和速生F3代苗种,并跟踪检测了子代苗种的耐高温和生长性状,跟踪监测结果表明,经过累代人工选择,子代苗种的耐高温性能和生长速度得到了明显的提高,对温度的耐受性提高1℃左右,13.8%以上,成活率提高23%以上,有效缩短了刺参养殖周期,为进一步稳定遗传性状和推广应用并获得用户认可打下了坚实基础。进行了示范和推广应用:2014年示范养殖刺参苗种2000多斤,约40多万头;为生产提供优质刺参苗种1108斤,1000多万头。建立养殖示范面积125亩,推广应用1600亩。 对刺参耐温和生长性状进行了遗传分析:刺参体重、耐温存活率、生长率和生长变异率的遗传力均超过20%,为中等遗传力水平,是父系与母系遗传因素共同作用的结果。但是父系遗传效应对个体生长差异的影响显著性高于母系,而母系遗传因素对耐温存活率的影响显著高于父系。建立了全人工刺参家系构建技术:探索了不同阴干处理时间和温度刺参性腺卵母细胞生发泡破裂、卵母细胞受精率和原肠期发育的影响,解决了目前刺参家系构建过程中遇到的难题。

选育的良种刺参(F3代种参


选育的良种刺参(紫刺参

刺参运动行为特征研究:利用Ethovision行为学分析软件,引入红外摄影和水下缩时摄影观测方法,建立了刺参行为学研究方法及研究平台,在个体水平上定量研究了刺参的运动行为特征。①水温15±1℃时,保持24小时光照条件下,刺参日平均运动时间386.31 min(饵料充足),单次运动最大运动时间大于24 h(不投饵);在15±1、黑暗、不投饵料的条件下,80-100 g规格刺参的最大运动速度为11.04±5.28 cm/min,平均运动速度3.36±2.52 cm/min20-40 g规格刺参的最大运动速度为9.78±2.64 cm/min,平均运动速度3.06±1.68 cm/min2-5 g规格刺参的最大运动速度为5.64±1.50 cm/min,平均运动速度1.62±0.84 cm/min。②80-100 g的刺参在36时没有显著的运动高峰,10时出现两个活动高峰,分别在16:00-20:0002:00-06:0015 时,只出现一个活动高峰,为16:00-23:00。③研究了29.3±3.7 cm/s14.7±0.3 cm/s4.6±0.5 cm/s0 cm/s四种水流流速对大(89.25±17.11 g)、中(19.68±5.53 g)、小(2.65±1.2 g)三种规格刺参运动行为的影响。结果表明,在各水流组下,小规格刺参的平均运动速度和最大运动速度显著小于中规格与大规格刺参。小规格刺参在29.3±3.7 cm/s14.7±0.3 cm/s水流条件下表现出顺流的趋向性,在4.6±0.5 cm/s和0 cm/s水流条件下不表现趋向性。中规格和大规格刺参在29.3±3.7 cm/s水流条件下表现出顺流的趋向性,在14.7±0.3 cm/s4.6±0.5 cm/s0 cm/s水流条件下不表现趋向性。

不同温度下刺参的运动路程

不同流速下刺参的运动路程

刺参摄食行为特征研究:利用刺参摄食行为观察装置,定量研究了大(80.43±7.85g)、中(39.15±4.2g)、小(14.51±2.0g)三种规格刺参的摄食行为。①阐明了刺参摄食时触手的运动过程以及伸缩频率,查明了刺参参与摄食的触手仅为10个(共20个),大、中、小三种规格刺参完成一次完整摄食的触手运动时间分别为42.95±3.71s、45.50±3.73s47.07±3.83s;每次触手停留在沉积物表面收集食物的时间分别为9.30±1.25s11.08±1.53s11.37±1.51s。②研究了刺参摄食的昼夜节律,查明了三种规格刺参在0点到4点存在一个摄食高峰,大中小三种规格刺参白天(8:00-20:00)的平均摄食率分别为4.8057 mg g-1 h-1、4.8276 mg g-1 h-13.5645 mg g-1 h-1,夜晚(20:00-8:00)平均摄食率分别为5.7360 mg g-1 h-1、5.7512 mg g-1 h-14.9083 mg g-1 h-1。③研究了刺参消化酶的昼夜节律变化,刺参胃蛋白酶、脂肪酶活力高峰都在0点到2点,而淀粉酶活力高峰在22点。消化酶活力出现高峰的时间比摄食高峰早2-4h,说明刺参具有提前分泌消化酶为即将到来的摄食做好准备的调节机制

刺参摄食行为观察装置

刺参摄食昼夜节律变化

 刺参消化酶昼夜节律变化

水流速度对刺参运动和附着行为的影响:利用自行研发的“一种实验用可调节流速的模拟水流装置”,在室内模拟出一定范围流速(0-30 cm/s)的水流,观察其对大、中、小三种规格刺参的运动及附着行为的影响,结果表明刺参在静水条件下运动无显著趋向性,在水流作用条件下喜顺流运动。刺参在弱水流条件下(~5 cm/s)的运动能力最强,静水条件下次之,强水流(~30 cm/s)条件下运动停滞。刺参的附着能力与水流速度和附着时间有关,弱水流条件下(~5 cm/s)在任何附着时间内均能正常附着, 中水流(~15 cm/s)时,需经10 s以上的附着时间,才能附着,水流到达约30 cm/s时,需经60 s以上的附着时间,且与刺参规格有一定关系,大规格刺参的附着能力最强。


 刺参在不同水流条件下的总分布值



 刺参在水流条件下的总分布值


2)浅海增养殖效果评价

建立了刺参等增养殖生物的视频测量技术,实现了岛礁海域生境数字化。

刺参体重的视频测量技术:结合机器视觉与支持向量机(Support Vector Machine, SVM),建立刺参(A. japonicus)湿重预测模型,实现了基于视频的刺参湿重准确预测技术。设计刺参图像采集平台,获取刺参在自由运动状态下不同体态的刺参轮廓图像;通过图像处理提取刺参不同体态下的体长、体宽、周长、面积等参数;使用SVM和指数模型将刺参的形态特征与湿重进行回归,SVM的模型训练组和验证组的R2及指数模型的R2均达到0.9以上。设计了适用于刺参的双目视频采集装置,并编写了刺参湿重测量软件,用于刺参水下图像的处理和湿重的测算,实测误差4.7%±1.7%。

岛礁海域生境数字化:通过声学探测与视频采样的结合,完成了岛礁海域生境数字化;基于Geodatabase建立了岛礁海域生境与生物资源数据库,实现了数据三维可视化。使用多波束声纳获得岛礁海域高程数据,建立数字高程模型;使用侧扫声纳探测获得岛礁海域地貌特征,并结合水下视频等现场数据对岛礁海域地貌特征进行分类。平岛海域均属岛下岸坡,近岛岩礁区多位于水深15 m内,为藻类及刺参等海珍品增殖海域;远岛粘土沉积区则主要为船礁的建设区域。通过数据库建立,实现高程、地貌、水质、底质沉积等生境特征与大型藻类、刺参种群、鱼类等生物资源特征的存储。用ArcGIS软件实现三维可视化,利于直观理解生物资源和生境之间的关系。

 

刺参立体视频测量湿重的软件界面图

不同类型数据以不同图层在ArcGIS

整合显示的示意图

3)典型海湾生境与重要经济生物资源修复技术

1)刺参生态苗种培育技术

进一步优化了附着基铺设方式、苗种运输方法、苗种投放方式、生态饵料供应和适宜投放初始规格等关键技术,建立了刺参大规格生态苗种培育技术,规格为20000头/Kg、10000头/Kg2000头/Kg的稚参9个月后体重分别增加11.0倍、59.5倍和37.0倍,平均成活率分别为21.3 %、34.5 %和52.5 %,平均密度分别为28.4头/m2、13.5头/m25.2头/m2

刺参生态苗种培育               

2)脉红螺苗种繁育技术

进一步优化了脉红螺苗种繁育技术。研究了幼虫培育过程中的死亡规律,进一步优化了幼虫培育技术;研究了幼虫早期神经系统发育规律;研究了光照和饵料对幼虫变态的影响,进一步优化了采苗技术;

研究了变态后稚螺死亡规律、稚螺自残行为、饵料对稚螺存活和生长的影响,进一步优化了苗种中间培育技术。脉红螺出苗量达到1.8万个/m3水体,苗种中间培育的成活率达到80%以上,年产脉红螺商品苗100万个,脉红螺综合养殖示范和辐射面积1000亩以上。


脉红螺苗种

 3)大叶藻海草床生态学及退化海草床的生态恢复

山东沿海海草床退化现状的调查:对我国北方海草床的主要分布区域——山东沿海的海草床的海草种类和退化现状进行了调查。对天鹅湖的矮大叶藻进行了周年调查发现,天鹅湖矮大叶藻保存相对完好,8月份密度最高(9880±2786 shoots m–2)。叶片的C、N含量及C/N因生长季节的不同而存在一定差异,经估算,天鹅湖矮大叶藻的年固碳能力为111.4 gC·m-2。于爱连湾现场实验了大叶藻和矮大叶藻分布(幼苗生长、种子萌发)与深度(光照)之间的关系。分析了海草的分布、主要营养元素组成与环境因子之间的关系。

大叶藻的移植、种植和培育技术研究:针对不同的底质和水动力环境,完善了4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,2014年授权1项发明专利。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。

 

大叶藻棉绳绑石移植法

大叶藻移植(4年)后的冬季状况(12月份)

4)浅海贝藻养殖与环境间的相互作用

双壳贝类生理生态学特征及其环境影响:在威海天鹅湖海草场,调查了自然分布的双壳贝类(菲律宾蛤仔和太平洋牡蛎)的密度,运用所建立的现场研究方法研究了双壳贝类与海草间的相互作用,研究了贝类的食物来源,评估了海草碎屑对贝类的食物贡献;研究了贝类的滤食率及对主要营养元素及重金属的生物沉积速率、NP排泄速率等生理生态学特征,评估了贝类对降低海水浊度增强海草光照的贡献,以及贝类的生物沉积和排泄活动对海草的营养贡献。

莱州湾筏式养殖海区扇贝生物沉积捕集器

莱州湾筏养扇贝生物沉积物有机质含量

浅海筏式多营养级生态养殖模式构建与优化:在浅海养殖水域进行了大型藻类(龙须菜、海带)和沉积食性动物(刺参)的优化配比,并结合养殖水域底栖大型植被(海草、海藻)的恢复和重建技术,进一步优化了浅海养殖系统生物修复技术和多营养级生态养殖模式。