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海洋生物学研究成果丰硕

2019-11-27 12:33 中国·青岛蓝色经济网

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70 年来,中国海洋科学研究涵盖各个海洋专业学科,海洋生物学取得了丰硕成果。

海洋生物多样性与生物区系研究

以曾呈奎、刘瑞玉、郑守仪、齐钟彦、吴宝玲和金德祥、倪达书等为核心组成的海洋生物分类学专业团队,从1950年至今,通过各种考察、调查,采集了数以十万计的海洋生物标本。全面开展了海洋生物分类学和物种多样性研究,发现了大量新物种,对中国海主要生物类群的种类、分布、区系及多样性状况与特点有了进一步了解,出版了包括海洋动物志、植物志在内的50多部专著。宋微波系统地完成了中国沿海以及南极地区纤毛虫的分类与区系研究,填补了西太平洋及东亚海洋环境中纤毛虫多样性研究的空白,促进了全球海洋纤毛虫研究新格局的形成;在纤毛虫的细胞结构分化、模式构建领域,揭示了大量新的细胞分化-去分化新现象,首次建立了凯毛虫等大量代表性种属的个体发育模式,构成了国际相关领域近20年来的核心成果。1993年,黄宗国主编的《中国海洋生物种类与分布》,记录了20278种生物的中文和拉丁文学名,并详细介绍了其分类和分布状况。

2008年,刘瑞玉主编的《中国海洋生物名录》,记录了46门22629个现生物种的学名,并采用了国际上广泛接受的最新分类系统,澄清了历史上对一些物种分类学上的混淆,纠正了一些错误名称,充分反映了中国海洋生物分类与多样性研究所取得的重要进展。

黄宗国和林茂等编著的《中国海洋生物图集》于2012年出版。上卷《中国海洋物种多样性》收录了中国海洋生物59门类28000余种;下卷《中国海洋生物图集》收入18000 余种物种形态图。这套丛书是中国内地、台湾、香港100多位海洋生物专家,对近100年来中国海洋生物记录进行系统总结的集体结晶,全面完善和更新了中国海洋生物种类的名录信息。

生态健康养殖研究

在海洋动、植物的发育生物学、繁殖生物学、培育研究领域,童第周等在脊椎动物、鱼类和两栖动物的卵子发育能力研究方面有过独特的发现,从20世纪50年代开始,解决了文昌鱼的饲养、产卵和人工授精的技术。这些研究成果在当时是具有开创性的,为动物育种提出一个新的、可能的途径。60年代,曾呈奎率先提出“海洋水产生产农牧化”的科学理念,对中国海水增养殖业起到了重大的推动作用。曾呈奎的藻类(海带和紫菜)养殖技术、赵法箴的对虾养殖技术、张福绥的贝类养殖技术、雷霁霖的鱼类养殖技术先后问世,使中国接连掀起了4次海水养殖浪潮。基于此,曾呈奎领导的“ 海藻栽培原理的研究”获得1979 年全国科学大会奖。赵法箴主持的“对虾工厂化全人工育苗技术”获得国家科学技术进步奖一等奖,“对虾人工配合饵料研制”获得国家科学技术进步奖二等奖。张福绥主持的“海湾扇贝引种、育苗、养殖研究及应用”获得国家科学技术进步奖一等奖。

进入21世纪后,中国又掀起了以海参、鲍鱼为代表的第5次海珍品养殖浪潮,至今海水养殖品种已达50多种。在海水养殖业中引入生态学的理念和方法,发展了多营养层次综合养殖,作为一种生态系统水平的适应性策略,在中国沿海取得了很好的发展,现今打造具有生态修复和资源增殖功能的现代海洋牧场正逐具雏形,掀起了第6次海水养殖产业浪潮。与此同时,养殖对象的抗病免疫、营养学、病害防治等研究对中国的海水养殖业健康发展起到了巨大作用。麦康森主持的“对虾和海参高效免疫增强剂的研制”“高效环保渔用饲料配制技术开发与产业化示范”“海水养殖鱼类营养研究和高效无公害饲料开发”等项目获得国家及多次省部级科技奖。

海洋药用生物资源开发与海洋药物研究

对海洋天然产物及药物的研究始于20世纪80年代,由管华诗等首创中国第一个海洋药物——藻酸双酯钠PSS(西药)。藻酸双酯钠PSS是目前治疗高凝性疾病较为理想的一种海洋药物,已经成为中国乃至世界许多国家药店和医院的常备药和非处方药。20世纪90年代后,中国对海洋药物和活性化合物的研究形成热潮,除藻酸双酯钠外,还成功研发上市了甘糖酯、海力特、降糖宁散、甘露醇烟酸酯、岩藻糖硫酸酯、多烯康和角鲨烯共7个海洋药物。迄今为止,中国已发现约3000多个海洋小分子新活性化合物和近300 个寡糖类化合物,在国际天然产物化合物库中占有重要位置。2010年,管华诗及其团队获得2009年度国家技术发明奖一等奖。张偲主持的“南海生物活性萜类和生物碱的构效关系及其作用机制”和“海南岛红树植物的活性化合物及其化学生态学的研究”分离鉴定了900多个海洋生物化合物,发现了119个新化合物,筛选出了21个具有抗老年痴呆症、抗肿瘤、抗菌或抗动脉粥样硬化等生物活性化合物,完成了1个国家药准号新药“海珠口服液”和2个保健品的研制。

另外,部分酶制剂,如溶菌酶、蛋白酶、脂肪酶、酯酶等在开发和应用关键技术方面取得了重大突破,正进入产业化实施阶段。“氨基寡糖素” 和“农乐1号”等生物农药及肥料已初步产业化。

海洋生物分子技术研究

进入21世纪,人类基因组草图绘制完成,开启了全基因组学研究的先河。海洋生物研究也随之进入基因组时代。徐洵等首次将基因技术应用于海洋环境科学领域,解决了海洋病毒污染快速检测的难题;率先克隆了中国海水鱼类基因,成功地构建了首个拥有自主知识产权的海洋基因工程菌,并开拓性地将基因工程技术应用于海水养殖。包振民在扇贝种质资源、基因组学和发育进化生物学等领域开展了深入研究,绘制了扇贝全基因组精细图,阐明一批重要性状的决定基因和调控机理,开发了首个贝类BLUP遗传评估系统,建立了扇贝育种数量性状评估育种技术、分子标记育种技术、全基因组选择育种技术三大核心技术体系,育成5个扇贝优良品种,使中国的贝类遗传学和育种研究居国际前沿。中国专家还建立了皱纹盘鲍杂交育种的理论和方法体系,采用远距离地理群体间杂交技术培育出中国第一个海水养殖贝类新品种“大连1 号”杂交鲍,构建了系统的杂交鲍苗种繁育技术工艺和适合于不同环境的养殖新模式,推动了中国鲍养殖产业的可持续发展。

在海洋生物全基因组测序与精细图谱构建方面,2012年多国科学家完成了11种海洋生物全基因组解析,其中绿海龟、半滑舌鳎、菊黄东方鲀、大黄鱼4种生物由中国科学家完成,最近又完成了刺参基因组测序和组装,使中国海洋生物测序物种数量居于世界前列且多数为经济种。

海洋生态灾害与生态系统演变研究

自20世纪80年代以来,中国近海的赤潮灾害性生态异常现象频繁发生,对这一海洋生态灾害的研究也逐渐从现象、过程发展到对生态学、海洋学机制的研究。在“七五”和“九五”期间,中国开展了“中国东南沿海赤潮发生机理研究”和“中国沿海典型增养殖区有害赤潮发生动力学及防治机理研究”。这一阶段,中国学者对于赤潮生物分类学和生理生态学有了更加全面系统的认识,在甲藻的生活史、毒性毒理研究方面有所突破。2001 年, 国家重大基础研究规划项目(“973”计划项目)“中国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”,重点从赤潮藻种的生物学特征与生态策略、富营养化过程和调控作用、关键物理过程的调控作用、有害赤潮的生态效应等角度,对东海大规模甲藻赤潮的形成机制、危害机理和预测防治等开展了深入研究,相关成果对提高中国应对赤潮灾害的应急处置能力有很大帮助。

从2007年至今,在黄海海域连续暴发了大规模的黄海绿潮,对中国东部沿海的生态环境、水产养殖业和旅游业造成巨大的潜在威胁。经过持续努力,中国学者在黄海绿潮藻的物种鉴定、黄海绿潮浒苔的生活史与微观繁殖体研究、黄海绿潮浒苔的生理、生态学研究以及黄海绿潮的溯源等方面都取得了突破。王宗灵等完成的“黄海大规模浒苔绿潮起源与发生机制” 成果获2017年度海洋科学技术奖特等奖。

针对中国近海的水母灾害问题,在国家“973”计划支持下,孙松等以食物网相互关系研究为主线,开展水母生活史、理化环境对水母不同生活史阶段的调控机理、海洋环境演变和食物网变化对水母种群增长的调控作用、水母暴发的生态环境效应与成灾机理以及对近海海洋生态系统演变的影响及应对策略等方面的研究,提出了对水母旺发成灾机理的新认识。

海洋生物地球化学过程研究

聚焦渤海、黄海、东海与南海及其邻近海域,中国学者系统研究揭示了海水、颗粒物、沉积物中化学物质的分布迁移转化特征及控制机制,在浮游生物、微生物在海洋生物地球化学循环中的作用、海洋颗粒物/沉积物的生态学功能等领域有重要的研究突破。通过对中国近海碳收支、调控机理及生态效应的综合多航次调查与分析研究、在碳的源汇格局及其调控过程、生物泵结构、海洋酸化生态效应等领域也取得了系统的创新成果。

研究发现,海洋惰性溶解有机物(RDOM)的储量与大气CO2 总量相当,海洋RDOM 碳库的变动与全球气候变化密切相关。2010年8月,焦念志提出了“海洋微型生物碳泵(MCP)”储碳新机制,阐释了微型生物产生RDOM的3种机制,揭示了微型生物生态过程在RDOM“碳汇”形成过程中的重要作用,为深入了解海洋碳循环及其对全球变化的影响提供了新的认识。

中国学者提出的基于蓝紫光波段的高浑浊水体大气校正算法已被纳入国际海洋水色协调组织(IOCCG)静止轨道海洋水色观测报告。基于这一成果,中国新一代水色卫星HY-1C、HY-1D 增设2个紫外波段,用于近海浑浊水体大气的校正。在海洋酸化与LU辐射对浮游钙化藻类耦合效应所取得的成果,已被联合国环境规划署报告采用。

在黄海、东海生源硫的生产、分布,以及迁移变化与环境效应研究方面,通过对黄海、渤海、东海和南海多个航次调查,围隔实验和室内实验研究,结果表明:在水平分布上,海水上二甲基硫(DMS)、二甲基巯基丙酸(DMSP)由近岸向远海递减,与叶绿素a 的分布一致;在垂直分布上,两者的最大值一般出现在表层;表层海水中,DMS和DMSP呈现出明显的白天高、夜晚低,且呈现出季节和区域性差异。黄海、渤海DMSP 主要来源于微型浮游植物,而东海和南海DMSP主要来源于小型浮游植物;DMS的微生物降解是其主要的降解途径。

海洋生态系统动力学研究

海洋生态系统动力学以物理过程和生物过程相互作用和耦合为核心,研究生态系统的结构功能、演化及渔业资源变动,是全球变化和海洋可持续科学研究领域的重要内容。中国在此领域与国际计划同步,确定了以近海陆架为主的中国海洋生态系统动力学研究的发展目标,提出了建立中国海洋生态系统基础知识体系的战略目标。自1997年起,苏纪兰、唐启升等竭力推动中国的海洋生态系统动力学研究,在国家“973”“863”计划和自然科学重大基金项目的支持下,初步建立了中国近海生态系统动力学理论体系;食物网资源关键种能量转换与可持续管理模型;浮游动物种群补充及微食物网的贡献;关键物理过程的生态作用;生源要素循环及水层-底栖系统耦合。其中,孙松等通过“东黄海生态动力学与生物资源可持续利用”项目,研究发现了中华哲水蚤在温带陆架浅海度夏策略,被认为是国际全球海洋生态动力学计划实施以来最具代表性的成果。

海洋生态修复研究

近年来,近海受损生境修复与生物资源养护开始成为全球研究前沿和热点。中国海洋生态修复研究工作起步较晚,但近几年发展迅速,取得了系列创新性成果。突破了珊瑚礁、海草床等受损修复的技术瓶颈,并在典型海区成功进行了工程示范;研发了新型藻(鱼)礁,构建了受损生境高效修复技术,实现了从局部到系统修复的跨越。

(陈连增,中国海洋学会理事长,原国家海洋局党组成员、副局长;雷波,中国海洋学会副理事长,自然资源部南海局党委书记)

关键词: 海洋经济 蓝色经济

编辑:徐琛

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