ITS高通量测序研究黄海微型真核浮游生物多样性及分布特征

微型真核浮游生物是海洋生物群落的重要组成部分,对维持海洋生态系统的稳定发挥着重要的作用.本研究对黄海水环境样本的标记基因ITS进行Illumina高通量测序,探讨了黄海微型真核浮游生物的多样性及群落结构特征,并分析了其与环境因子之间的关系.结果表明:(1)基于标记基因ITS的高通量测序技术可获得较丰富的真菌、浮游植物、浮游动物种类,其中真菌OTUs浮游植物OTUs浮游动物OTUs,真菌reads数浮游动物reads数浮游植物reads数.(2)不同水域微型浮游生物的物种丰度及多样性程度不同,Ace指数及Chao1指数表现为南黄海北黄海东海北部冷水团,Simpson指数及Shannon-Wiener指数表现为东海北部北黄海南黄海冷水团,冷水团水域的物种丰度及多样性最低.(3)随着温度的升高,真菌、浮游植物、浮游动物reads数、OTUs均呈现出上升的趋势;随着盐度的增加,真菌的reads数、OTUs升高,而浮游植物、浮游动物的reads数、OTUs下降,其中浮游植物的reads数、OTUs显著下降(P0.05);在北纬30°~40°范围内,随着纬度的升高,真菌、浮游动物的Shannon-Wiener指数上升,而浮游植物Shannon-Wiener指数下降;与海岸线的距离越大,真菌、浮游植物、浮游动物Shannon-Wiener指数越低.本研究首次以ITS为扩增子高通量测序研究海洋微型真核浮游生物,丰富了微型真核浮游生物的认识,揭示了高通量测序技术在该海域研究的可行性,为其他海域微型真核浮游生物的研究提供了借鉴.     

基于多个扩增子的DNA metabarcoding技术探究黄海微型真核浮游植物多样性

微型真核浮游植物是海洋生态系统中能量流动和物质循环的关键环节,对维持海洋生态系统的稳定发挥着关键的作用.本研究首次应用DNA metabarcoding技术探讨黄海微型真核浮游植物的物种组成及多样性,对比分析ITS、18S r DNA V4和18S r DNA V9扩增子条件下微型真核浮游植物的群落结构及多样性水平,并探讨了其多样性与温度、盐度的响应关系.结果表明:①基于ITS扩增子获得的微型真核浮游植物中绿藻门所占比例较高,而基于18S r DNA V4和18S r DNA V9扩增子获得的甲藻门相对丰度较高.②基于18S r DNA V9扩增子获得的微型真核浮游植物的ACE、Chao1、Shannon和Simpson指数较ITS和18S r DNA V4扩增子更高,而且其门、纲、目和科的数目较高.③黄海微型真核浮游植物的Shannon指数与温度呈现出显著正相关的关系(P 0. 01),而与盐度呈现出显著负相关的关系(P 0. 05).本研究通过对比不同扩增子条件下黄海微型真核浮游植物的群落结构及丰度特征,丰富了黄海微型真核浮游植物的认识,可为今后该海域微型真核浮游植物的生态学研究、生物多样性监测、生物资源动态变化及持续开发生产等方面的分析提供科学依据.     

2007年夏季南海北部微型浮游动物摄食研究

2007年8月中国科学院南海北部开放航次期间,对南海北部的7个站位开展了微型浮游动物研究,用稀释法研究了浮游植物的生长率和微型浮游动物对浮游植物的摄食压力。浮游植物增长率变化范围为0.136～6.21/d;微型浮游动物摄食率变化范围为0.012～4.61/d,微型浮游动物对浮游植物生物量的摄食压力为1.2%～99%;微型浮游动物对初级生产力的摄食压力为2.18%～434%。浮游植物瞬时增长率与微型浮游动物丰度和叶绿素a呈负相关,随着叶绿素a和微型浮游动物丰度的降低,浮游植物瞬时增长率提高。微型浮游动物对初级生产力的摄食压力与其丰度呈正相关,微型浮游动物种类越多,丰度越高,对浮游植物生物量的摄食压力越大。微型浮游动物对初级生产力的摄食压力与盐度呈显著负相关,与叶绿素a呈显著正相关,随着叶绿素a浓度升高而摄食压力变大。     

沙尘和灰霾沉降对黄海春季浮游植物生长的影响

大气沉降可为上层海洋带来生物可利用性的营养元素(如N、P、Fe等),从而改变浮游植物的初级生产过程及群落结构,并影响海洋的碳循环.于2014年春季在南黄海开展2次船基围隔培养实验,通过人工添加沙尘、灰霾颗粒及多种营养盐来模拟大气沉降对海洋表层浮游植物生长的影响,结果表明:南黄海北部B07站浮游植物生长主要受到磷限制;南黄海中部H10站则主要受氮限制.沙尘添加在B07站和H10站均显著促进小型和微型浮游植物生长,对微微型浮游植物生长的促进作用不明显.灰霾添加在B07站对浮游植物生长总体呈现抑制作用,且主要抑制小型和微型浮游植物生长,对微微型浮游植物则为先抑制后促进;在H10站对浮游植物的影响整体呈现先抑制后促进,培养前期对各粒级浮游植物均有抑制作用,培养后期对微型和微微型浮游植物有促进作用.     

大亚湾沉积物中浮游植物休眠体萌发研究

为了解孢囊在浮游植物种群动态及赤潮发生中的作用,于2005年4月~2006年6月采集大亚湾养殖海域沉积物样品,经孔径为125,20μm的网筛过滤,在25℃下进行萌发,观察培养20,40d的浮游植物休眠体的萌发状况.结果表明,共萌发出浮游植物27属37种.裸甲藻(Gymnodinium corii Schiller)为优势甲藻类,其占甲藻细胞数量平均百分比为73.1%,最高百分比可达99.7%.定鞭藻中的金色藻(Chrysochromulima spp.)和蓝藻中的拟鱼腥藻(Anabaenopsis spp.)也萌发出较高数量.不同时间培养、萌发的浮游植物种类组成有所差异,同时也随沉积物捕捉时间的不同而出现一定的季节差异.休眠体的萌发可在一定程度上反映水体浮游植物组成,但在萌发中大量出现的一些微型和微微型浮游植物可能会由于体型过小而在浮游植物监测中被忽略.     

渤海长兴岛海域微型和微微型浮游植物多样性

为研究微型/微微型浮游植物在褐潮生消过程的多样性变化,以18S rDNA V4区作为目标基因,结合高通量测序技术,对2014年5月、7月和2015年5月、7月长兴岛近岸海域海水中微型/微微型浮游植物多样性进行了检测.结果表明,高通量测序技术可有效地检测长兴岛近岸海域海水中微型/微微型浮游植物多样性,自行设计的V4(F/R)引物在微型/微微型浮游植物群落鉴定方面更为高效.2014年5月、7月在长兴岛海域分别检出微型/微微型浮游植物143、165种,2015年5月、7月分别检出123、167种.微型/微微型浮游植物群落中绿藻门相对丰度最高,2014年5月、7月分别为44.5%、65.6%,2015年5月、7月分别为81.8%、73.7%.微型/微微型浮游植物多样性指数和种类数都是同年7月高于5月,说明7月海水中微型/微微型浮游植物群落结构较5月稳定.同时发现了渤海海域的褐潮致灾种微拟球藻(Nannochloris sp.)和金牛微球藻(Ostreococcus tauri),2014年和2015年其平均优势度分别为0.37和0.39;而已发现的褐潮致灾种——抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)在长兴岛海域的4次调查中虽都有检出,但其优势度(平均为0.000 3)较低.      

东山湾微型浮游动物摄食压力分析

2011年5月份和8月份利用"海洋2号"科学考察船在东山湾海域3个站位进行现场试验和调查,研究了微型浮游动物对浮游植物和异养细菌的摄食压力。结果表明:对比国内其他海区,该调查海域是高生长率、高周转率的海区,微型浮游动物摄食压力处于中等水平;当微型浮游动物摄食率远高于浮游植物生长率时,微型浮游动物摄食作用对能量的转换效率较高;细菌的生长繁殖和微型浮游动物对异养细菌的摄食受到温度和营养盐的双重影响,微型浮游动物对异养细菌的摄食作用能控制细菌的生长和繁殖;在调查期间,调查海域异氧细菌生产力与浮游植物初级生产力的比值由春季的1.26%增加到夏季的2.77%,但均很小,说明浮游植物初级生产力完全可以满足细菌生产的需要;调查海域主要生产者是浮游植物,异养浮游细菌的生产力较低,其能量沿食物链向上传递的效率夏季高于春季,而浮游植物初级生产力向上营养级传递的效率却是春季高于夏季。     

渤海海洋生态对全球变暖响应的数值模拟

用COHERENS模式和数值试验的方法,研究了当渤海气温平均上升1℃和2℃时,渤海海洋微型浮游植物数量和NO3-N浓度的变化,结果发现当气温增加时,渤海微型浮游植物的最大增加和NO3-N浓度的最大减少在3月份,而在6～9月份的夏季,则变化不明显.气温增加1℃时,微型浮游植物有机碳在1～2月份增加了30%,而在6～9月增...     

钦州湾表层水分粒级Chl a分布特征及其影响因素

于2014年1月（冬季）和10月（秋季）对钦州湾海域进行了综合调查,分析了该海区分粒级Chl a的分布特征及其影响因素。结果表明,冬季Chl a平均浓度为2.38μg/L,秋季Chl a浓度显著升高,平均浓度为6.96μg/L。浮游植物粒级结构具有明显的季节变化特征,冬季浮游植物粒级组成以微型浮游植物为主,平均占Chl a总量的73.0%,小型和微微型浮游植物所占的比例分别为14.9%和12.1%;秋季,小型、微型和微微型浮游植物对Chl a总量的贡献率分别为42.3%、44.7%和12.9%。浮游植物平均粒级指数秋季（23.55μm）显著大于冬季（11.23μm）。从空间分布上看,在高营养盐含量区域大粒径的浮游植物占有优势,而其他靠近外海一侧的站位则以微型浮游植物为主。温度、营养盐和悬浮物是影响钦州湾海域浮游植物粒级Chl a分布和组成的重要环境因子。     

大亚湾冬春季微型浮游动物摄食研究

2004年12月和2005年3月份分别在大亚湾5个典型站位采样,用现场稀释法研究了冬春季大亚湾微型浮游动物对浮游植物的摄食率(g)和浮游植物的生长率(μ)。结果显示:12和3月份大亚湾浮游植物的生长率分别为0．18-1．19 d-1,0．16-1．14 d-1,微型浮游动物的摄食率分别为1．00-2．08 d-1,0．33-1,74 d-1,微型浮游动物对浮游植物现存量的摄食压力范围为76％-287％,47％-258％,对潜在初级生产力的摄食压力范围分别为101％-445％,70％-330％。说明大亚湾作为典型的亚热带海湾,具有高的μ、g值,微型浮游动物对浮游植物的摄食压力也处于较高水平。     

自适应FCM土壤表层重金属污染评价——以南京市炼油厂及生活区为例

采用自适应模糊C均值聚类(FCM)挖掘土壤重金属的污染程度信息,以实现污染程度分类数的自动获取,确保类别划分的合理性,真实地反映重金属污染的空间聚集特征.以江苏省南京市炼油厂及生活区为研究对象,采集土壤中Cr、Cd、Ni、Pb、Zn、Cu重金属浓度值,首先运用自适应FCM对浓度值进行聚类分析,然后利用地统计学空间插值,揭示污染的空间聚集性.结果表明,研究区存在不同程度的污染,自适应FCM算法比传统聚类算法能更合理地划分重金属污染程度,挖掘出样本潜在的污染信息,可为分析污染成因及土壤环境治理修复提供参考.     

褐潮致灾种抑食金球藻在辽东湾的分布

抑食金球藻可产生一种抑制双壳类动物摄食的胞外多糖,导致贝类大量死亡.由于抑食金球藻个体微小、形态学鉴定困难,故在辽东湾海域鲜见其分布报道,而高通量测序技术的发展极大地推动了微型/微微型浮游植物的鉴定研究.以18S rDNA V4区作为目标基因,结合高通量测序技术,设计了微型/微微型浮游植物鉴定引物V4（F/R）,并对辽东湾2014年四季海水中微型和微微型浮游植物多样性进行了检测.结果表明,辽东湾抑食金球藻春季密度（7.743×103 L-1）最高,夏季（2.094×103 L-1）、秋季（0.392×103 L-1）、冬季（0.053×103 L-1）密度逐渐下降,水温是影响该藻暴发的主要因素,也验证了渤海褐潮多暴发在春季的原因.抑食金球藻密度高值区主要分布在与河北秦皇岛交界的绥中海域,该地区与实际暴发褐潮海域相邻,验证了检测结果的可靠性.春季抑食金球藻在西南海域优势度（平均40%）最高,其密度最高达78.128×103 L-1,虽未达到警戒标准,但分布扩散较广,致灾风险较高,应引起足够的重视.      

2种不同生物接触氧化工艺性能差异的微生态研究

研究了单级好氧生物接触氧化和缺氧/好氧两级生物接触氧化工艺对高氨氮河流模拟废水的处理效果,并针对二者工艺性能差异,采用PCR-DGGE、FISH/CLSM及FISH/FCM等分子生物学手段对生物膜进行了微生态分析,以考察不同工艺菌群结构的演替以及主要功能菌的空间分布和丰度变化规律,并探讨不同生物接触氧化工艺性能差异的微观影响因素和机制.两级生物接触氧化获得了优于单级生物接触氧化的污染物去除效果,COD平均去除率高约10%,氨氮平均去除率高32%～59%.单级接触氧化工艺的生物膜厚度大于两级工艺好氧区生物膜,硝化细菌分布在距生物膜表层180～200μm的深度,而两级接触氧化工艺硝化细菌分布在距好氧生物膜表层105～125μm的深度.PCR-DGGE结果表明单级接触氧化工艺微生物丰富度指数显著高于两级工艺,FISH/FCM实验结果表明两级系统中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的相对丰度随运行时间显著增加,而单级系统则逐渐下降.结果证明两级生物接触氧化工艺的分区结构有利于硝化细菌等功能菌群的富集,能够有效提高工艺对有机物和氨氮的去除效率.     

海南陵水湾与新村湾浮游植物光合色素及群落结构的时空分布特征

于2010年12月至2011年5月连续采集海南岛陵水湾和新村湾表层水样,利用高效液相色谱分析技术对浮游植物光合色素进行分析,运用CHEMTAX分析不同浮游植物对叶绿素a的贡献,研究陵水湾和新村湾浮游植物群落结构的时空分布特征,结合环境因子分析浮游植物群落结构与环境因素的关系。结果表明,大部分浮游植物光合色素浓度均呈现出由新村湾向陵水湾递减的空间分布规律,其中以岩藻黄素和叶绿素a为主,其平均浓度分别为0.53 μg/L和0.22 μg/L。CHEMTAX分析表明,两海湾均以硅藻占据优势,但陵水湾青绿藻、蓝藻、金藻等粒径较小的浮游植物种群所占比例高于新村湾,说明陵水湾浮游植物群落有小型化趋势。浮游植物的分布特征受温度、营养盐等环境因子影响显著。     

Physiological response to etho-ecological stressors in male Alpine chamois: timescale matters!

From a life history perspective, glucocorticoids secreted by the neuroendocrine system, integrating different sources of stress through an adaptive feedback mechanism, may have important consequences on individual fitness. Although stress responses have been the object of several investigations, few studies have explored the role of proximate mechanisms responsible for the potential trade-offs between physiological stress and life history traits integrating social and environmental stressors. In 2011 and 2012, we collected data on faecal cortisol metabolites (FCM) in a marked male population of Alpine chamois, within the Gran Paradiso National Park (Italy). Using a model selection approach we analysed the effect of potential etho-ecological stressors such as age, social status (territorial vs. non-territorial males), minimum temperature, snow depth and precipitation on FCM variation. To correctly interpret environmentally and socially induced stress responses, we conducted model selections over multiple temporal scales defined a priori: year, cold months, spring, warm months, mating season. Over the year, FCM levels showed a negative relationship with minimum temperature, but altogether, climatic stressors had negligible effects on glucocorticoid secretion, possibly owing to good adaptations of chamois to severe weather conditions. Age was negatively related to FCM during the rut, possibly due to greater experience of older males in agonistic contests. Social status was an important determinant of FCM excretion: while both the ‘stress of subordination’ and the ‘stress of domination’ hypotheses received some support in spring and during the mating season, respectively, previous data suggest that only the latter may have detrimental fitness consequences on male chamois.     

The impact of UV treatment on microbial control and DBPs formation in full-scale drinking water systems in northern China

To manage potential microbial risks and meet increasingly strict drinking water health standards, UV treatment has attracted increasing attention for use in drinking water systems in China. However, the effects of UV treatment on microbial control and disinfection by-products (DBPs) formation in real municipal drinking water systems are poorly understood. Here, we collected water samples from three real drinking water systems in Beijing and Tianjin to investigate the impacts of UV treatment on microbial control and DBP formation. We employed heterotrophic plate count (HPC), flow cytometry (FCM), quantitative PCR analysis, and high-throughput sequencing to measure microorganisms in the samples. Different trends were observed between HPC and total cell count (measured by FCM), indicating that a single indicator could not reflect the real degree of biological re-growth in drinking water distribution systems (DWDSs). A significant increase in the 16S rRNA gene concentration was observed when the UV system was stopped. Besides, the bacterial community composition was similar at the phylum level but differed markedly at the genera level among the three DWDSs. Some chlorine-resistant bacteria, including potential pathogens (e.g., Acinetobacter) showed a high relative abundance when the UV system was turned off. It can be concluded that UV treatment can mitigate microbial re-growth to some extent. Finally, UV treatment had a limited influence on the formation of DBPs, including trihalomethanes, haloacetic acids, and nitrogenated DBPs. The findings of this study may help to understand the performance of UV treatment in real drinking water systems.     

The concentration of fear: mice’s behavioural and physiological stress responses to different degrees of predation risk

Predation is an unavoidable and dangerous fact in the lifetime of prey animals and some sign of the proximity of a predator may be enough to trigger a response in the prey. We investigated whether different degrees of predation risk by red foxes (Vulpes vulpes) evoke behavioural and physiological stress responses in wood mice (Apodemus sylvaticus). We examined the variation in mice responses due to individual factors (sex and reproductive status) and related them to the concentration of the volatile compounds from fox faeces over time. In our experiment, we introduced predation cues into four plots, each subjected to a different concentration treatment (0, 10, 50 and 100% concentration of fresh faeces of red fox), based on the following outline: initial odourless phase 0, phase1 in which predation treatment was renewed daily, and phase 2 in which we renewed the treatment only on the first day. Wood mice were live trapped during all three phases and the physiological response was measured non-invasively by analysing faecal corticosterone metabolites (FCM) in freshly collected faeces. Data were analysed by Generalized Linear Mixed Models. Overall, males were trapped less often than females, and reproductively active individuals from both sexes avoided traps more than non-reproductively active individuals, especially in medium- and high- concentration plots. Variations in FCM concentrations were explained by plot, the interaction between plot and treatment phase, and the interaction between the treatment phase and the reproductive status. During phase 1, we detected a significant rise in FCM levels that increased with predator faecal odour concentration. Additionally, reproductively active individuals showed a strong physiological response during both phases 1 and 2 in all plots, except the control plot. Our results indicated that wood mice are able to discriminate different degrees of predation risk, which allows them to trigger gradual changes in their behavioural and physiological stress responses.     

基于AVMD与DPC-FCM的旋转机械无监督故障诊断方法

目的 针对旋转机械故障诊断过程中存在故障信号特征提取困难、故障诊断过程有标签数据较少、故障诊断准确率低等问题,提出自适应变分模态分解算法(Adaptive Variational Mode Decomposition, AVMD)与密度峰值算法优化的模糊C均值算法(Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks Optimizing Fuzzy C-Means,DPC-FCM)结合的无监督诊断方法。方法 首先,将多尺度排列熵与峭度相结合的综合系数作为适应度函数,对VMD算法的惩罚因子alpha和模态个数K进行参数寻优,提取分解后本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)的平均样本熵与平均模糊熵,并输入至聚类算法中。其次,提出利用密度峰值聚类算法确定FCM的初始聚类中心,降低聚类结果的随机性。结果 将提出的无监督故障诊断模型应用到滚动轴承试验信号中,实现了准确的故障诊断。结论 AVMD在故障提取方面具有优越性,同时DPC算法可以有效提高FCM算法无监督聚类的准确性,二者结合可以有效实现旋转机械故障的智能分类。     

基于主成分分析和FCM聚类的行驶工况研究

在定义了运动学片段的基础上,对典型道路上采集的大量工况试验数据进行划分,从而获得大量运动学片段.用主成分分析法对12个表征道路运行特征的参数(包括加速比例、减速比例、匀速比例、怠速比例、平均速度、平均运行速度、最大速度、平均加速度、最大加速度、最小加速度、速度标准偏差和加速度标准偏差)进行压缩,得到4个主成分.利用模糊C均值聚类技术对所有运动学片段的第一和第二主成分得分进行分类,根据相关系数的大小及各类别的时间长度比选取合适片段,最终拟合出代表性工况.通过对特征参数和速度、加速度联合概率分布的误差分析可知,所提出的构建方法精度较高,拟合工况能综合反映合肥市实际道路的交通状况.