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2015年科研成果汇报
发布时间:2017/5/13 来源: 阅读:627


1)行为学与分子机制

脉红螺行为学:①脉红螺的残食行为:观察到两种残食方式,壳高小于5mm以下的稚螺,主要以相互打孔残食为主;壳高5-10mm的稚螺,主要以相互包裹壳口残食为主。残食与饥饿、稚螺规格和密度等因素相关。饥饿时间越长,残食率越高;稚螺规格越小,残食率越高;密度越大,残食率越高。②脉红螺的潜沙行为:底质类型对脉红螺潜沙行为影响显著。9℃条件下96h时潜沙率达到最大并维持稳定,细沙底质(粒径0.25-0.45mm)最大潜沙率为93.3%,混合底质(细沙和粗沙各50%)最大潜沙率为86.7%,粗沙底质(粒径1.5-2.0mm)最大潜沙率为66.7%。


脉红螺的残食行为和潜沙行为

刺参行为学:①刺参行为学定量研究方法和研究平台:建立了一种适用于刺参个体水平定量行为学研究的方法,在硬件上包括,动物培养和行为实验单元、视频采集单元、视频储存单元、光照控制调节单元和视频分析单元。②温度对刺参运动节律行为的影响:研究了刺参在3℃、6℃、10℃、15℃、20℃、25℃、28℃六个温度条件下的运动行为随时间的变化。结果发现,刺参在20℃下24h内的运动路程和平均运动速度,显著大于3℃、10℃、15℃、25℃,显著大于28℃。6℃下刺参24h内的持续运动时间显著小于其他各温度组。3℃、6℃、28℃条件下,刺参没有显著的活动高峰。15℃、20℃、25℃条件下,刺参均出现一个活动高峰,分别为16:00-0:00、22:00-6:00、2:00-6:00,10℃条件下刺参出现两个活动高峰,分别为16:00-18:00和0:00-6:00。③水流对刺参运动行为的影响:利用可调节水流流速的环形水槽,在室内模拟条件下,研究0 cm s-1、 4.6±0.5 cm s-1、 14.7 ± 0.3 cm s-1 和29.3 ± 3.7 cm s-14种水流流速对大、中、小规格刺参运动行为的影响。研究结果发现,在4种水流流速条件下,中规格和大规格刺参的平均运动速度显著大于小规格刺参,但中规格与大规格刺参之间没有显著差异。弱水流有利于刺参运动,三种规格的刺参在29.3±3.7 cm s-1和0 cm s-1下的平均运动速度均显著小于在4.6±0.5 cm s-1和14.7±0.3 cm s-1下的平均运动速度。水流流速低于14.7±0.3 cm s-1时,大规格、中规格和小规格刺参的运动行为不表现出对水流的趋向性;而当水流流速达到29.3±3.7 cm s-1时,三种规格刺参均表现出明显的顺流运动的趋向性。此外还研究了光照对水流的影响,观察了野外刺参的运动节律行为特征。④刺参摄食行为特征:研究了大(89.21±8.30 g)、中(40.00±4.64 g)、小(17.80±2.37 g)三种规格刺参的触手运动,摄食节律,摄食率,排粪率和消化酶活力。通过逐帧分析摄食视频,刺参通过间隔分布的10个触手(共20个触手)交替抓取而获得食物的;大规格刺参摄食时触手的插入频率显著高于中规格和小规格刺参(P<0.05)。通过红外摄像机观察,发现所有规格刺参的摄食高峰在02:00-04:00,同时中规格和小规格刺参在白天还有一个次摄食高峰。所有规格刺参夜晚的摄食率和排粪率都显著高于白天的摄食率和排粪率(P<0.05),而消化酶活力最大值出现的时间比摄食高峰早2-4h。此外,研究了温度对刺参摄食节律和消化生理的影响。



不同水流条件下刺参的运动轨迹图

刺参的摄食过程(A.触手从口中伸出(Ta);B.触手停留在食物表面;C.触手向口中缩回(Tc);D.触手携带食物颗粒插入口中)

刺参生理生态学特征: ①不同体色刺参盐度适应性差异研究,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。②不同体色刺参温度适应性差异研究,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。③不同体色刺参蛋白需求差异研究,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。④不同体色刺参维生素C需求差异研究,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。

刺参耐高温良种选育的分子标记查明刺参HSP90基因的结构,由12个外显子和11个内含子组成;筛选到分布在外显子区域的22个单核苷酸多态性位点(SNPs),含3个有义突变;22个外显子部分SNPs位点在敏感组和耐受组进行统计分析,得到5个分布具有显著差异的SNP位点;通过进一步验证,发现有e2-3、e10-1和e11-6在耐高温子三代个体和普通刺参中依然存在显著的差异,最终得到该3个SNP位点作为与耐高温性状关联的分子标记。

刺参热胁迫下组织、细胞及蛋白水平的响应:通过光镜和透射电镜的观察,发现在热胁迫下刺参肠道表现出明显的组织退化,以粘膜下层和粘膜层尤甚,热胁迫192h时出现明显的细胞凋亡现象;通过免疫组化和Western blot技术对HSP70蛋白的定位和定量研究,发现其主要在粘膜下层和浆膜层表达,表达量随热胁迫时间增长而升高。

热刺激下HSP70在刺参肠道定位(A)和定量表达(B

刺参消化道再生的蛋白表达和物质代谢研究研究①蛋白表达,利用iTRAQ技术,构建刺参消化道再生的蛋白表达谱,获得34960张Unique谱图数量,鉴定到4663个蛋白,15850个肽段,其中含15338个Unique肽段。筛选到差异蛋白967个,其中上调表达蛋白481个,下调表达蛋白486个。差异表达蛋白的功能聚类分析发现,富集于“oxidoreductase activity”, “threonine endopeptidase activity”, “catalytic activity”, “cofactor binding” “coenzyme binding” 等项目,这些蛋白更多的参与“Lysosome”, “Valine, leucine and isoleucine degradation”, “Peroxisome” 等通路。将蛋白表达谱数据与前期的mRNA表达谱数据关联分析发现282个基因具有明显的关联性,这些基因主要的功能作用集中为“Amino acid transport and metabolism”, “Lipid transport and metabolism”, “Translation, ribosomal structure and biogenesis” 和 “Posttranslational modification, protein turnover, chaperons”。②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、malonate和N,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。

刺参消化道再生的差异关联基因功能分布图

刺参再生消化道与正常消化道的物质代谢差异

2)典型海湾生境与重要经济生物资源修复技术

1)生态苗种培育技术

刺参生态苗种培育:通过进一步优化附着基铺设方式、苗种运输方法、苗种投放方式、生态饵料供应和稚参适宜投放初始规格等关键技术,建立了1套刺参池塘生态苗种培育技术和工艺,共培育刺参生态苗种40万头。


脉红螺苗种繁育技术:解决了亲螺性腺促熟、幼虫培育、附着变态和苗种规模化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。培育出壳高1.5-3mm稚螺900余万粒,平均出苗量1.5万粒/m3水体,培育出脉红螺商品苗510余万粒,平均壳高32.53±6.57mm。建立池塘参螺混养示范基地100亩,人工鱼礁区脉红螺增养殖示范基地2万余亩。

 

脉红螺苗种

硬壳蛤育苗、养殖与加工技术: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,并获2015年度莆田市科学技术奖(进步奖)一等奖。


硬壳蛤苗种


硬壳蛤商品贝

2)基于牡蛎壳海珍礁的刺参生态化开发技术集成与优化

建立了基于牡蛎壳海珍礁设施的刺参底层生态化开发技术并进行了优化。确定了牡蛎壳对稚参的聚集效果,5-10g的刺参生物量为100g/m2。确定了15g/头规格为牡蛎壳海珍礁区刺参适宜底播投放规格。优化了牡蛎壳海珍礁结构和组合方式,牡蛎壳礁增加配重石块或与混凝土礁体结合,以增加牡蛎壳海珍礁的稳定性,进一步提高抗风浪性能。优化了礁体投放技术方案,应基于系统、全面的海域前期勘察,了解底质、水深条件,基于海域特征设计并调整礁体设计参数,优化礁区布局,保证礁体投放后的增殖效果。投放后第二年春季单体牡蛎礁上已经附着了较为茂盛的大型藻类,为刺参提供了良好的栖息生境。调查显示,投礁前区域刺参密度低于2头/10m2,投放牡蛎壳海珍礁后每个牡蛎包聚集刺参3-5头,重量在30-80g之间,夜间刺参密度高于白天。据2015年5月下旬与7月上旬监测结果发现,牡蛎壳礁区刺参密度分别为7.75-11.75头/10m2(5月)和5.6-6.9头/10m2(7月),平均单体湿重41.56g(11.07-107.93g)(5月)和53.32g(7-114.92g)(7月),礁体聚集幼参效果显著,可有效为小规格刺参提供栖息生长场地。2015年4月下旬在牡蛎壳礁区投放了规格为20头/kg的标记刺参1500头,5月份监测发现,标记刺参距离投放点最远25米。对礁体投放后附着生物多样性进行了监测评价,礁体提升海域底栖生物多样性效果显著,投放5年后,底栖物种增加11-18种,生物增加了30-50%。形成的基于牡蛎壳海珍礁的刺参生态化开发技术方案,为刺参等海珍品的生态化开发提供了理想的装备支撑和技术支持,显著提高了水体利用率,提高了单位面积产出。

改进型牡蛎壳海珍礁(左)和刺参苗底播投放(右)


牡蛎壳海珍礁聚参效果(左)和标记刺参状态(右)


3)大叶藻海草床生态学及退化海草床的生态恢复

温带海域海草床分布现状的调查在科技基础性工作专项的资助下,调查了温带沿海海草床的分布现状,实地观察到不少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。令人兴奋的是,在辽宁沿海(长山群岛)、河北沿海和山东沿海(莱州湾)发现了3处较大面积连续分布的海草床,每处海草床的面积300-600公顷。另外,对天鹅湖海草床和青岛汇泉湾海草床的大叶藻(Zostera marina)和矮大叶藻(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,分析了水温等环境因素对种群补充机制的影响。


辽宁长山群岛矮大叶藻(Zostera japonica)海草床


矮大叶藻取样点及ITS不同单体型分布特征

中国南北沿海矮大叶藻种群的遗传多样性:运用微卫星标记等分析方法,研究了中国沿海矮大叶藻种群的遗传多样性和遗传结构(图45)。通过调查已采集到多个矮大叶藻种群,南到海南岛沿海北至大连沿海,基本覆盖了矮大叶藻在中国分布的所有区域。基于磁珠富集法完成了微卫星位点开发。经过基因组酶切、杂交、磁珠富集、克隆转化、测序、引物设计及其筛选等一系列工作,最终开发出15个位点,其中12个多态位点。因为选择的探针是(AGAT)8,所开发的位点均为四碱基微卫星,基因分型更为方便准确。多态位点的等位基因数为1-11,观测杂合度和期望杂合度分别为0-0.772和0-1.000。目前已经完成大部分样本的扩增和测序工作。初步分析结果发现,南北方矮大叶藻种群出现显著分化,南、北方内部的种群间也分别体现出不同的种群结构;另外,面积较大的种群多态性较高,体现出良好的稳定性,而面积小的种群多态性非常低,暗示了环境退化对种群的威胁。

大叶藻的移植和种植技术: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,2015年申请一项发明专利。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。

3)海洋牧场生态安全与环境保障技术

 海洋牧场生态安全与环境保障技术建设:与山东蓝色海洋科技股份有限公司联合成立了山东海洋牧场工程与技术研究院,在莱州湾构建了陆海统筹的海洋生态牧场,研发集成了涵盖海洋气象信息预报、船舶运行与管理、环境资源实时监控的海洋牧场的实时综合监控系统,保障了海洋牧场的生态环境安全与生物资源的持续产出。生态安全预警与应对策略:首次针对牧场环境异常数据,发布了海洋牧场生态风险预警报告,并确定了应对策略。

海洋牧场实验室

海洋牧场环境资源监控系统

海州湾环境资源监测及风险分析:2015年5月、7月、9月对海州湾平岛、达山岛海域进行了三次环境监测,监测指标包括水温、盐度、溶解氧、pH、叶绿素等,并于5月30日在平岛南码头海域了一条长期温盐监测链。海州湾平岛、达山岛海域7月27日至8月15日底层水温波动较大,可能与当时气温较高有关,日照自7月25日开始持续30℃以上高温,8月6日温度将至30以下,8月13、14日再次达到30℃,15日开始回落,白天温度较高,致使昼夜温差波动较大。2015年7月22日-8月24日为表层温度波动最剧烈、表底层温差最大期,表层水温日波动可超过5℃,底层波动可达2-4℃。推测可能由于该时期近岸高温水和外海低温水在海洋牧场区域随潮汐流循环往复交换造成。水温剧烈波动可能会对经济鱼类的仔稚鱼以及底播海珍品造成影响,需进一步研究。调查监测发现春夏季浒苔过境造成了水质环境的异常变化。6月底-8月初该海域经历浒苔绿潮过境,6月28日-7月12日期间,底层水体溶氧整体降至 5mg/L以下,7月7日-11日底层溶氧降至4mg/L以下,7月9日走航调查发现水体局部叶绿素a含量达6-17ug/L。推测水体中大量破碎的藻体碎片造成了高叶绿素a含量,藻体大量降解很可能是水体溶氧含量下降的主因,溶氧状况改善只能依靠大潮期的潮汐流。浒苔降解造成的溶氧下降可能会造成经济鱼类的仔稚鱼死亡率上升,进而影响资源补充量。

平岛、达山岛海洋环境资源监测站位图

4)刺参良种选育研究

耐温高产刺参良种选育的分子机制从组织、细胞和分子水平探讨了刺参肠道对热胁迫的响应特征,查明了刺参在不同温度下(20,22,24,26℃)机体各组织HSP10和HSP60的表达特征。进行了耐温性状SNP分子标记的筛选,获得HSP90基因外显子SNP位点22个。对HSP90基因中的SNP进行了基因分型,并与耐热性状进行连锁不平衡分析,得到5个可能关联的SNP,利用选育的耐高温子三代群体和普通群体进一步验证,最终得到3个关联SNP。通过GBS(Genotyping-by-sequencing)测序进行基因分型,选取合适的限制性内切酶结合高通量群体测序构建SNP分子标记,构建了刺参遗传连锁图谱,整合图谱的标记数目为:1085,总遗传距离:1422.3cM,平均遗传距离:1.3cM。定位了刺参体质量、体长和棘刺数量三个经济性状,共获得10个QTL位点。

热刺激下刺参肠道的电镜观察

连锁标记分布图

刺参良种选育研究进展:①研发了耐温高产刺参良种选育技术:通过累代选育,夏眠期F3代2.5龄参处于“夏眠”状态的个体比例、肠道退化程度明显降低,结束夏眠的温度可提高1.3-1.5℃,生长速度比普通刺参提高14.8%,成活率提高10.2%。为生产提供F3代亲参1100头,提供F4代苗种1000余万头,示范养殖650亩。②研发了紫刺参良种选育技术:进行了两个世代的培育,苗种体色性状遗传稳定,体色保持紫色。测定了紫刺参可耐受的温度、盐度、饲料蛋白质和Vc适宜含量范围。选育紫刺参F2代1.5龄参3万余头,F2代6月龄苗种5万余头。③研发了豹斑多刺刺参良种选育技术:选育出了具有豹斑多刺性状的刺参品系,F1代亲参个体平均棘刺数量为60.55±7.61个,豹斑多刺个体比例达70.8%;F2代苗种豹斑多刺个体比例达86.8%。2015年培育豹斑多刺刺参品系F2代苗种500余万头,F2代1.5龄参2万余头。2015年11月8日,山东省海洋与渔业厅组织的有关专家,对以上研究成果进行了现场验收,对课题取得的新进展给予了充分肯定。


刺参苗种

A:耐高温代苗种;B:未经选育的普通刺参苗种;C:紫色刺参苗种;D:选育的豹斑多刺刺参苗种