持久性有机污染物(POPs)可在环境中持久存在,通过大气、水体和物种迁徙从近海向深远海传输,易在生物体内富集,具致癌、致畸、致突变效应.海洋中的POPs多贮存于海水和海底沉积物中,并可沿食物链传递,在生物体内积累放大,对生境和物种健康具有潜在威胁,已引起了广泛关注.POPs的含量水平受环境污染程度、气候变化、种间摄食行为、代谢能力、脂肪含量以及代际传递等因素影响.鲨类是海洋中的关键捕食者,对生态系统结构和功能具有强调控作用.近些年,全球鲨类资源显著下降.鲨类多处于海洋食物网的顶端或近顶端,由于POPs的生物富集和放大效应,鲨类体内含量相对较高,不利于其资源恢复.为了解POPs对鲨类的影响及其潜在科学研究价值,本文整理了20余年来国内外鲨类POPs的研究,归纳总结了POPs在鲨体内的富集过程和影响因素、污染水平以及对鲨类的生理损伤及生态方面应用.鲨体内POPs主要集中于肝脏,以多氯联苯、滴滴涕和多溴联苯醚为主,对内分泌、免疫、生殖和神经系统,乃至生长发育均具有较大负面影响.此外,在厘清种间种内资源利用方式、营养生态位分化及评估栖息环境污染状况等方面,鲨体内POPs特征也有潜在应用价值.

海洋微塑料污染已成为全球性环境问题.微塑料粒径小,易与海洋生物发生相互作用,可通过多种途径进入海洋生物体内,并在其组织和器官中蓄积和转移,对机体产生毒害.微塑料可沿食物链进行传递,威胁海洋生态系统的健康与稳定.因此,海洋生物与微塑料的相互作用以及海洋微塑料污染的生态效应成为当前研究的热点.综述微塑料的生物附着、生物摄入、对海洋生物的毒性效应及其与化学污染物的复合毒性效应研究的基础上,提出未来微塑料生态效应研究应重点关注我国海洋环境中微塑料的污染现状及生物摄入状况、微塑料的生物效应及其毒理学机制研究、微塑料与其他污染物的复合效应、以及微塑料在海洋生态系统中的作用及其生物地球化学行为等.

海洋与人类生存息息相关并受人类活动影响巨大,有孔虫作为一种高敏感、低成本的指示生物,在开展海洋环境污染指示工作中起着重要的作用.本文综述了国内外海洋重金属污染环境中有孔虫的生态指示应用及响应机理研究.已有研究表明,在人类活动影响为主导的重金属污染海域有孔虫个体和种群均出现显著响应,分别表现为个体形态畸形,种群分异度降低、耐受种比例增加等特征,微体生物实验与超微结构研究也提供了相应佐证.但在自然环境压力较大(如高盐、强水文动力环境)的海域,上述响应特征需谨慎应用,可通过历史时期的溯源研究区分自然与人类活动的影响.

近年来,中国沿海处于快速工业化和城市化驱动下的新一轮大规模围填海阶段,环渤海围填海历史久、规模大,已成为我国围填海的重心区域.由于围填海和河口三角洲增长,1940s以来渤海面积萎缩了0.57× 104km2,萎缩速率大于82km2/a,2000年以来萎缩速率更高达141km2/a;渤海自然岸线的长度和比例也急剧下降,由1990年的1397km减少为2014年的561km,占岸线总长度的比例由54.92％下降为16.18％.围填海导致多种危害,如:海洋潮波和水动力条件变化,近岸和近海沉积环境与水下地形变化,加剧近岸水环境与底泥环境污染,潮滩湿地面积减损与生态功能下降,底栖生物栖息地减损和群落破坏,侵占和破坏渔业资源“三场一通道”,加剧海岸带自然灾害风险、诱发经济社会系统风险,对产业和经济发展带来不利影响,等.在分析我国围填海监督管理现状和问题的基础上,提出政策建议:改革和优化围填海管理体制,建立陆海协调与联动机制,完善法律法规;严格执行生态红线制度,控制围填海规模与速度,推进和优化保护区建设;开展已围填区及其周边海域环境和生态的恢复与重建;强化已围填区新增土地资源的监管和集约优化利用;加强基础观测体系建设,大力促进科学研究的发展;促进公众、利益相关方及非政府组织参与到滨海湿地的保护.

伴随着重大环境事件频发,环境污染、生态破坏现象的日益严峻,生态风险研究受到各国学者和政府的广泛关注.对整个生态风险研究领域进行全面系统的分析,旨在探究研究热点及趋势,归纳研究主题演进,了解当前国际研究现状.以Web ofScience数据库为数据源,利用Citespace软件,绘制生态风险研究知识图谱,进行文献可视化分析.研究发现:(1)国际生态风险研究的发文数量经历了缓慢增长-平稳增长-迅速增长3个阶段;(2)生态风险研究分为奠基期,成长期,拓展期3个阶段,各阶段研究热点不同,当前研究热点是“空间分布、生态系统服务、城市土壤、源解析、海洋沉积物”;(3)生态风险研究由单一风险源、风险受体、小尺度的评价演化为多种风险源、多种风险受体的大尺度综合评价;(4)欧美国家、学者奠定了该领域的研究基础,中国起步较晚但发展迅速.

从蛋白质水平探讨瘤背石磺和里氏拟石磺背部皮肤蛋白质组差异表达,为完善石磺科贝类从海洋到陆地进化的研究以及解释两种石磺不同的环境适应性提供蛋白质依据.应用Label-free非标定量蛋白质组学技术,结合软件Sequest HT和Proteome Discoverer (Thermo),对瘤背石磺和里氏拟石磺的背部皮肤进行蛋白质组搜库鉴定及定量分析,其中瘤背石磺中鉴定到1 491个蛋白质,里氏拟石磺中鉴定到1 030个蛋白质;用Pfind软件对表达图谱进行同源序列的鉴定及定量分析,检测到928个同源蛋白表达量有差异,瘤背石磺较里氏拟石磺上调表达406个(p＜0.05,FC＞ 1.5),下调表达339个(p＜0.05,FC＜0.5).适应水下生活的里氏拟石磺背部皮肤角质化程度较低,差异同源蛋白序列分析显示与角质形成、细胞凋亡相关蛋白在里氏拟石磺背部皮肤中高表达,与皮肤保湿性能相关的神经酰胺类物质在瘤背石磺中高表达;KEGG分析显示,嘌呤代谢通路中存在的差异蛋白最多,共73个,其中瘤背石磺较里氏拟石磺上调表达22个,下调表达21个.蛋白组差异分析显示关键酶尿素酶在陆栖性较强的瘤背石磺中高表达,与前人所做动物从水生到陆生进化过程中尿素酶基因完全丢失的研究结论有所出入,属于特殊物种.里氏拟石磺的皮肤辅助呼吸能力和血窦数目均高于瘤背石磺,且背部皮肤中肌纤维更加粗壮,此生理现象在蛋白质组上的表现为两种石磺能量代谢及氧离子运输相关蛋白的差别较大;瘤背石磺背部皮肤中对环境污染反应灵敏的谷胱甘肽S转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶的表达量高于里氏拟石磺,推测其与瘤背石磺较强的皮肤免疫能力和环境适应性相关.蛋白表达谱中928个差异表达同源序列为两种石磺表现差异和环境适应的分子机制研究提供了有意义的蛋白质组的基础数据.

为了在实践教学中实现培养本科创新人才的目标,对生态毒理学实验教学进行了特色教学模式构架设计,以海洋环节动物沙蚕为实验材料,将多个实验组合成一个内容相互关联又连续的综合性实验,分别从沙蚕个体水平、细胞水平、蛋白质水平及DNA水平各层次认识环境中的污染物对动物有机体的影响,提高了本科实验教学的综合性和研究性,取得了良好的教学效果.可为进一步提高实验教学质量,培养学生的创新能力提供借鉴.

1 案 例1.1 简要案情2007年5月13日03:00左右,中国航运公司经营的圣文森特籍集装箱船"金盛"轮(4822吨级)与韩国"金玫瑰"号杂货船(3800吨级)相撞,"金玫瑰"轮在山东近岸海域121°41.92′E、38°14.45′N处沉没,导致船舶燃油泄漏,造成海洋生态环境污染损害.

[背景]一些铁还原细菌具有异化铁还原与产氢的能力,该类细菌在环境污染修复的同时能够解决能源问题.[目的]从海洋沉积物中富集获得异化铁还原菌群,明确混合菌群组成、异化铁还原及产氢性质.获得海洋沉积物中异化铁还原混合菌群组成,分析菌群异化铁还原和产氢性质.[方法]利用高通量测序技术分析异化铁还原菌群的优势菌组成,在此基础上,分析异化铁还原混合菌群在不同电子供体培养条件下异化铁还原能力和产氢性质.[结果]高通量数据表明,在不溶性氢氧化铁为电子受体和葡萄糖为电子供体厌氧培养条件下,混合菌群的优势菌属主要是梭菌(Clostridium),属于发酵型异化铁还原细菌.混合菌群能够利用电子供体蔗糖、葡萄糖以及丙酮酸钠进行异化铁还原及发酵产氢.葡萄糖为电子供体时,菌群累积产生Fe(Ⅱ)浓度和产氢量最高,分别是59.34±6.73 mg/L和629.70-±11.42 mL/L.[结论]异化铁还原混合菌群同时具有异化铁还原和产氢能力,拓宽了发酵型异化铁还原细菌的种质资源,探索异化铁还原细菌在生物能源方面的应用.

为解决化学合成法生产间苯三酚环境污染严重的问题,本研究设计2对不同的扩增间苯三酚合成关键基因phlD 的引物,对前期分离得到的270余株假单胞菌进行筛选.采用LC-MS法对筛选出的目标菌株进行发酵产物检测,并对菌株进行种属鉴定及系统发育树构建;采用HPLC法测定其间苯三酚的产量,再利用正交试验优化菌株的发酵培养条件.结果显示,引物2在筛选产间苯三酚菌株方面效果较好,经LC-MS检测验证,筛选得到的海洋生境假单胞菌LBF-96发酵产物为间苯三酚,其经生理生化鉴定及16S核糖体RNA(16SrRNA)基因序列分析,确定为芸薹假单胞菌(Pseudomonas brassicacearum).该菌株在28℃、150 r/min条件下发酵培养至72 h时,间苯三酚的产量为0.23 g/L,经正交试验优化发酵培养条件后,菌株在30℃、pH 7.0、200 r/min条件下间苯三酚的产量最高,比优化前提高了 39％.这是关于芸薹假单胞菌产间苯三酚的首次报道,为间苯三酚的生物合成提供了新的种质资源.