摘要: 为探究全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane sulfonate, PFOS)对鱼类的肠道毒性,将雌雄斑马鱼分别暴露于0、1和10 mg/L的PFOS中21d,通过存活率、肠道组织切片、16S rRNA高通量测序、实时荧光定量PCR等技术检测斑马鱼肠道形态结构及微生物菌群的变化。结果表明:暴露于10 mg/L PFOS的斑马鱼死亡率明显高于1 mg/L,且对雄鱼的影响大于雌鱼。1 mg/L浓度组雌雄鱼的存活率分别为93.3%和83.3%,而10 mg/L为33.3%和13.3%。1 mg/L PFOS暴露使斑马鱼的肠壁厚度轻微变薄、肠绒毛有破损的现象。10 mg/L浓度组肠壁厚度明显变薄,肠绒毛高度降低、肠黏膜上皮细胞肿胀并伴随严重的溶解现象。PFOS暴露21d后,肠道组织的炎症相关基因肿瘤坏死因子α (TNF-α)、白介素1β (IL-1β)和白介素10 (IL-10),以及细胞凋亡相关基因胱天蛋白酶3 (Caspase 3)、p53、B淋巴细胞瘤-2 (Bcl2)的表达量均显著高于对照组,且Caspase3和p53基因在雄鱼的肠道的表达量显著高于雌鱼(P<0.05)。PFOS暴露显著增加了肠道菌群的多样性,改变了肠道菌群结构。厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和拟杆菌门(Bacteroidota)的相对丰度均显著增加,而梭杆菌门(Fusobacteria)显著下降。在属水平, PFOS处理增加了罗尔斯通菌属(Ralstonia)和假单胞菌属(Pseudomonas)相对丰度,而降低鲸杆菌属(Cetobacterium)和气单胞菌属(Aeromonas)。两个处理组肠道菌中厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)的比值高于对照组。PFOS处理增强了肠道菌群的氨基酸及脂代谢功能,但削弱了聚糖的合成与代谢能力。综上所述, PFOS长期暴露会引起水生动物的肠道结构损伤及微生物菌群失调,进而影响动物的健康。

摘要: 在江豚三维重建领域,存在水下图像色偏失真、江豚数据集不足、获取江豚多视角图像困难等问题,而新兴方法尚未出现针对江豚的应用研究。为了解决这些难题,文章提出了一种结合扩散模型和神经辐射场的单视图江豚三维模型重建方法。首先,改进水下图像增强方法,有效地解决水下图像色偏失真的问题。其次,自制江豚多视角图像数据集,微调视角条件扩散模型,实现由单视图合成多视角图像,为单张图像重建江豚提供了新思路。最后,由神经辐射场进行重建,得到江豚三维模型。对江豚三维重建的结果使用平均倒角距离和法向量一致性进行了对比评估,平均倒角距离低于现有方法,法向量一致性高于现有方法,表明文章方法能够有效重建出符合江豚体色及形态的三维模型,合成新视角图像PSNR、SSIM、LPIPS值分别为38.968、0.972和0.294,效果优于现有方法,经过水下图像增强的重建结果的平均倒角距离值最低为0.428,法向量一致性最高达到0.882。

摘要: 研究设计了曼氏无针乌贼(Sepiella japonica)的特异性引物和TaqMan探针,采用eDNA方法对东海海域44个站位的175个水层样品进行了曼氏无针乌贼的水平(44个站位)和垂直分布(175份水样)分析,并进行了曼氏无针乌贼e DNA与环境变量(总深度、采样深度、温度、盐度、溶氧量、浊度、叶绿素、■)的相关性分析。结果显示,在调查海域曼氏无针乌贼的eDNA检出率为17.14%,在各站位间无显著差异,但在垂直分布上有显著差异(P<0.05)。在中表层水中检测到较高的曼氏无针乌贼eDNA浓度,在深度大于81 m的海水中未检测到曼氏无针乌贼eDNA。此外,曼氏无针乌贼的eDNA浓度(Ln([eDNA]+1))和存在/不存在(YNeDNA)受总深度、浊度、盐度、溶氧量、■等环境变量的影响。研究证明了eDNA是一种可靠的物种调查方法,可以作为传统资源调查的补充,为进一步研究东海海域曼氏无针乌贼的资源分布及栖息地选择提供技术支持,并为其资源修复和可持续利用提供参考依据。

摘要: 生态学是研究生物与环境关系的科学,目的是解决人类面临的生态环境问题。然而,不少生态研究结果不能可靠地解释、预测野外现象,更无助于实际问题的解决,其根本原因是方法论出了问题。与物理系统不同,生态系统是复杂适应系统,由具有独特内在性质的适应主体组成;子系统种类多,非线性相互作用类型多;系统不同层次间相互作用不稳定。根据这些特点,基于科学哲学原理、复杂性科学理论及生态学研究成功案例,文章首次提出生态学研究方法的六个原则,建立了生态学研究范式。原则1:需求牵引。社会需求是科技发展的根本驱动力。生态学本质上是一门应用科学,故更应注重需求牵引,提出与解决实际生态环境问题密切相关的科学问题。原则2:假说驱动。假说-演绎法是现代科学研究的基本范式。这对复杂适应系统的研究显得尤为重要,好的假设可使我们从复杂现象中抓住解决科学问题的突破口,开展直奔主题式的研究设计。原则3:多层次综合分析。由于不同层次间作用动态变化,且各层次成员间普遍存在非线性相互作用,故对此类系统的研究应进行多层次综合分析。至少要考虑三个层次,即现象发生的中心层次及其邻近的高、低两个层次。首先应对中心层次宏观量进行归纳分析,建立经验关系即宏观格局,进而探讨宏观格局与高层次背景及历史演化的关系,然后开展宏观格局的低层次机制研究。原则4:研究尺度与过程尺度相匹配。研究尺度与所研究现象相关过程的尺度不匹配是导致众多生态研究结论不可靠的最重要原因。尺度不匹配有两种类型:实验与现象的时间、空间和组织尺度不匹配;调查数据分析尺度与相关过程尺度不匹配。因此,生态研究尺度必须与过程尺度相匹配。首先必须开展野外观测,开展恰当尺度的分析,然后在近自然系统开展长时间模拟实验,证实野外结论,分析机制;中小宇宙实验应能模拟相关生态过程。原则5:定性机制与定量模型相结合。对于适应系统,精确的定量关系难以建立,其原因是变量异质性、难以运用统计量演绎法。据此特点,适应系统研究应首先阐明定性机制,即建立概念模型。定性机制很重要,不仅自身就有解释、预测能力,而且为定量模型提供坚实的基础;只有基于机制,定量模型才能具有更强的普适性和预测能力。为了减少变量异质性的影响,可在不同区域对定量模型进行率定,以提高预测能力。原则6:应用验证。除实验验证外,应不断进行应用验证,以检验所得规律是否真正有助于解决实际问题,并确定其适用范围。

摘要: 研究以黄颡鱼为目标对象,基于重组酶聚合酶扩增(Recombinase polymerase amplification, RPA)等温扩增技术,开发了实时荧光型RPA和侧向流RPA试纸条两种现场快速检测方法。这些方法能够用于快速、准确和灵敏地实时检测出黄颡鱼DNA。首先,通过对黄颡鱼及其近缘物种的鱼类线粒体基因组序列进行对比分析,针对COI基因保守区域,设计了特异性探针和引物。测试结果显示,在37℃条件下,实时荧光型RPA和侧向流RPA试纸条都具有良好的特异性。实时荧光型RPA方法能够在20min内完成黄颡鱼DNA的检测,且最低检测限可以达到102拷贝数/反应;而侧向流RPA试纸条的操作更加便捷,能够在10min内可完成对102低拷贝数的黄颡鱼DNA的扩增和鉴定。应用这两种RPA检测技术对149份长江流域常见鱼类进行现场检测,两种方法均显示出较高的准确性(准确率100%)。因此,研究开发的两种用于检测黄颡鱼的实时荧光型RPA和侧向流RPA试纸条方法,拥有操作简便、结果直观、准确率高、不依赖实验室仪器设备等优势,具有良好的现场快速检测应用前景。此外,其克服了形态学物种鉴定专业门槛高、难以鉴定残破组织样品的问题,检测靶标可跨越卵、鱼苗、成鱼等全生命周期,为水产品监管执法提供技术手段。

摘要: 为了快速、准确地监测浮叶植被的覆盖度,文章以鄱阳湖中浮叶植被广泛分布的碟形湖和隔断湖汊作为研究区域,首先基于Sentinel-2卫星影像计算像元的NDVI （Normalized Difference Vegetation Index）指数,然后利用无人机航拍影像计算对应像元范围浮叶植被的实地覆盖度,并建立卫星影像NDVI指数和实地浮叶植被覆盖度的回归模型,最后以大伍湖为实验区,分别使用文章方法和传统的像元二分法,反演实验区的浮叶植被覆盖度,并对两种方法的反演精度进行了比较。结果表明:（1）文章基于NDVI指数与浮叶植被实地覆盖度的回归模型具有非常好的拟合效果,其回归方程的决定系数R²达到了0.9;该回归模型的均方根误差RMSE为5.75%,平均相对误差MRE仅为9.0%;（2）用传统的阈值二分法反演浮叶植被的覆盖度时,当NDVI阈值为0.081时,均方根误差取得最小值20.25%,平均相对误差取得最小值53.68%,均远大于文章方法的均方根误差和平均相对误差;（3）相比于传统的像元二分法,该模型能更精确地反演浮叶植被的覆盖度,特别是在浮叶植被稀疏的区域。文章基于无人机航拍数据和卫星影像NDVI指数构建回归模型的方法,可以为水生植物群落快速监测和定量反演提供借鉴。

摘要: 为了探究混合渔业中不同捕捞渔具捕捞努力量变化对渔业活动经济效益及生态效益带来的潜在影响,研究根据2022年在舟山渔场作业的4种渔船的渔捞日志数据,构建舟山渔场质量谱模型(Size Spectrum Model,SSM),评估了混合渔业中各作业方式捕捞变化对各物种产量、生物量和生物群落结构的影响。研究通过对13种渔具管理场景进行模拟,分析不同场景下各物种产量的年际变化趋势,并结合群落总生物量、大型鱼类指数、平均体重、平均最大体重和质量谱斜率5种群落生态指标监测群落对不同捕捞活动水平的响应。结果显示:(1)当拖网捕捞努力量下降时,群落总生物量、平均体重及大型鱼类资源量明显上升,银鲳(Pampus argenteus)、黑鮟鱇(Lophiomus setigerus)和大黄鱼(Larimichthys crocea)资源量有所回升,黑鮟鱇和大黄鱼产量显著提高;(2)张网捕捞努力量下降会使群落总生物量有所上升,海鳗(Muraenesox spp.)、棘头梅童(Collichthys lucidus)和带鱼(Trichiurus lepturus)资源量有所回升,海鳗产量显著提高。相反,当张网捕捞努力量上升时,棘头梅童生物量资源及产量逐年下降;(3)当拖虾网捕捞努力量下降时,总产量及群落总生物量有所下降,管鞭虾(Solenocera spp.)和大黄鱼资源量有所回升。而当拖虾网捕捞努力量上升,总产量及群落总生物量有所上升;(4)刺网捕捞努力量变化对于渔业产量、生物量及群落结构影响较小。研究结果对于保护舟山渔场各经济物种资源可持续利用及制定可行和更有效的渔业管理策略提供参考。

摘要: 文章以大海马(Hippocampus kuda)为研究对象,分别设置2个光周期(L﹕D=16﹕8、L﹕D=12﹕12)和2个投饵时间策略(开灯后2h、关灯前2h),分析大海马的生物钟系统之间及生物钟与脂类代谢之间的关系,探究大海马人工养殖的适宜环境条件及其体内重要脂类物质的合成代谢条件。结果表明:在所有组别中,检测的7个钟基因中有6个基因(Clock、Bmal1、Per1、Per2、Per3和Cry1)在大海马的脑和肝脏中都有明显的节律性表达,说明生物钟基因表达与光有较密切的关系。其中,大海马在长光亮期(16﹕8)及开灯后2h投喂的条件下,其脑中的中枢钟基因与肝脏中的外周钟基因间的协同性最佳,表明该条件对大海马生长较为有利。此外,大海马肝脏中8个脂类代谢相关基因(Hmgcr、Mvk、Mvd、Lss、Fdps、Cetp、Scap、Srebp1)在开灯后2h投喂的2个组别中都呈现了节律性表达,而在关灯前2h投喂的2个组别中仅Hmgcr、Mvk、Scap、Srebp1等4个基因(L﹕D=16﹕8)和Hmgcr、Mvk、Scap、Mvd、Srebp1等5个基因(L﹕D=12﹕12)有明显节律性表达,说明脂类代谢相关基因的表达与光影响并不非常密切,大部分基因的表达受到了投喂时间的影响。总之,实验证实了大海马中存在有完整的生物钟系统,该生物钟系统与脂类代谢间存在紧密的联系。通过光和投喂时间的综合分析,初步推断大海马养殖的适宜条件为长光亮周期及在有光时及时给饵(开灯后2h内),该条件下能促使大海马的钟基因与代谢基因都呈现稳定的节律性表达,且中枢钟系统与外周钟系统间的协同性达到最佳。同时,也能较好地促进脂类物质的代谢合成和积累。

摘要: 研究分析了禁捕前(2017—2019年)和禁捕后(2021—2022年)鄱阳湖25种主要鱼类种群平均体长、体长比例分布(Proportional size distribution, PSD)及性成熟个体占比等3个指标的变化,从鱼类种群体长结构变化方面评估鄱阳湖禁渔效果。结果显示:鄱阳湖持续禁渔2年后,大部分评估鱼类物种个体小型化现象有效缓解,种群中大个体及性成熟个体占比增加,种群结构得到优化。具体而言,在25种评估鱼类中, 24个物种平均体长增加2.3%—115.0%(P<0.05)、种群PSD值增长3—71 (P<0.05); 20个物种种群性成熟个体占比增长23.2%—10712.8%。但不是所有物种都呈现一致性的变化,其中有1种鱼类(飘鱼)平均体长下降5.0%(P<0.05),种群PSD值下降21 (P<0.05); 5种鱼类(鲤、鳊、花?、飘鱼、大鳍鱊)种群性成熟个体占比下降23.5%—79.8%。在种群稳定状况评估方面,禁渔前处于不稳定状况(PSD<50及PSD≥80)的鱼类有21种,仅4种处于稳定状况(50≤PSD<80);禁渔后种群处于不稳定状况的鱼类减少至15种,处于稳定状况的增长至10种。总体来说,禁渔措施促进了鄱阳湖大多数评估物种种群结构的优化,但也有一部分物种的种群结构呈现出不同的变化趋势。因此,鄱阳湖应持续执行全面禁渔措施,同时建立和完善鱼类种群动态的长期监测体系,通过科学评估与管理,以实现鄱阳湖渔业资源的可持续恢复及生态系统服务功能的优化提升。

摘要: 为提高太平洋长鳍金枪鱼渔场预报准确率,探索深度学习及可解释性方法在长鳍金枪鱼渔场预报领域中的应用,采用太平洋区域(120°E—80°W、45°S—45°N) 2000—2021年长鳍金枪鱼延绳钓渔业数据,选取了月份、经纬度、海洋温度、海洋盐度、叶绿素浓度、混合层深度等16种原始特征数据,涉及标量、向量、矩阵和张量,通过组织残差结构的卷积神经网络和全连接神经网络,构建了一种新型多通道单回归深度学习模型。该模型能同时使用不同大小不同分辨率的数据,利用卷积运算的强大适应能力提取各类环境因子的潜在特征并进行融合完成预测任务。同时引入SHAP (SHapley Additive exPlanation)可解释方法对样本各个参数贡献度进行分析,沿不同维度累加SHAP值挖掘环境因子与渔获量间的内在关系,为科学分析提供实用的分析方法。结果表明,本模型能通过海量异构数据正确学习特征因子与长鳍金枪鱼渔场位置和渔获量间的相关关系,与其他渔场预测模型(随机森林、XGBOOST、广义加性模型、支持向量机、长短期记忆网络和BP模型)相比,该模型的均方误差、均方根误差和平均绝对误差最低,分别为0.00322、0.0567和0.272,较其他模型相比降低了3.9%—82.6%。该研究模型可以有效适应异构数据输入,完成端到端的学习任务。同时,通过对SHAP值的多维度分析也证明了渔获量分布与许多环境因子具有高度相关性,包括海洋温度、海洋盐度、混合层深度和海面异常高度。除此之外,可解释性方法还揭示了溶解铁对长鳍金枪鱼渔获量的相关关系。可解释性深度学习可以作为一种新的特征因子研究方法应用在环境因子与生物习性的相关性研究领域中,为传统生物学特征研究提供新的研究思路。