中國海洋科學技術事業發展70年系列之六:海洋生物學研究成果豐碩

2020-12-05 i自然全媒體

70 年來,中國海洋科學研究涵蓋各個海洋專業學科,海洋生物學取得了豐碩成果。

海洋生物多樣性與生物區系研究

以曾呈奎、劉瑞玉、鄭守儀、齊鍾彥、吳寶玲和金德祥、倪達書等為核心組成的海洋生物分類學專業團隊,從1950年至今,通過各種考察、調查,採集了數以十萬計的海洋生物標本。全面開展了海洋生物分類學和物種多樣性研究,發現了大量新物種,對中國海主要生物類群的種類、分布、區系及多樣性狀況與特點有了進一步了解,出版了包括海洋動物志、植物志在內的50多部專著。宋微波系統地完成了中國沿海以及南極地區纖毛蟲的分類與區系研究,填補了西太平洋及東亞海洋環境中纖毛蟲多樣性研究的空白,促進了全球海洋纖毛蟲研究新格局的形成;在纖毛蟲的細胞結構分化、模式構建領域,揭示了大量新的細胞分化-去分化新現象,首次建立了凱毛蟲等大量代表性種屬的個體發育模式,構成了國際相關領域近20年來的核心成果。1993年,黃宗國主編的《中國海洋生物種類與分布》,記錄了20278種生物的中文和拉丁文學名,並詳細介紹了其分類和分布狀況。

2008年,劉瑞玉主編的《中國海洋生物名錄》,記錄了46門22629個現生物種的學名,並採用了國際上廣泛接受的最新分類系統,澄清了歷史上對一些物種分類學上的混淆,糾正了一些錯誤名稱,充分反映了中國海洋生物分類與多樣性研究所取得的重要進展。

黃宗國和林茂等編著的《中國海洋生物圖集》於2012年出版。上卷《中國海洋物種多樣性》收錄了中國海洋生物59門類28000餘種;下卷《中國海洋生物圖集》收入18000 餘種物種形態圖。這套叢書是中國內地、臺灣、香港100多位海洋生物專家,對近100年來中國海洋生物記錄進行系統總結的集體結晶,全面完善和更新了中國海洋生物種類的名錄信息。

生態健康養殖研究

在海洋動、植物的發育生物學、繁殖生物學、培育研究領域,童第周等在脊椎動物、魚類和兩棲動物的卵子發育能力研究方面有過獨特的發現,從20世紀50年代開始,解決了文昌魚的飼養、產卵和人工授精的技術。這些研究成果在當時是具有開創性的,為動物育種提出一個新的、可能的途徑。60年代,曾呈奎率先提出「海洋水產生產農牧化」的科學理念,對中國海水增養殖業起到了重大的推動作用。曾呈奎的藻類(海帶和紫菜)養殖技術、趙法箴的對蝦養殖技術、張福綏的貝類養殖技術、雷霽霖的魚類養殖技術先後問世,使中國接連掀起了4次海水養殖浪潮。基於此,曾呈奎領導的「 海藻栽培原理的研究」獲得1979 年全國科學大會獎。趙法箴主持的「對蝦工廠化全人工育苗技術」獲得國家科學技術進步獎一等獎,「對蝦人工配合餌料研製」獲得國家科學技術進步獎二等獎。張福綏主持的「海灣扇貝引種、育苗、養殖研究及應用」獲得國家科學技術進步獎一等獎。

進入21世紀後,中國又掀起了以海參、鮑魚為代表的第5次海珍品養殖浪潮,至今海水養殖品種已達50多種。在海水養殖業中引入生態學的理念和方法,發展了多營養層次綜合養殖,作為一種生態系統水平的適應性策略,在中國沿海取得了很好的發展,現今打造具有生態修復和資源增殖功能的現代海洋牧場正逐具雛形,掀起了第6次海水養殖產業浪潮。與此同時,養殖對象的抗病免疫、營養學、病害防治等研究對中國的海水養殖業健康發展起到了巨大作用。麥康森主持的「對蝦和海參高效免疫增強劑的研製」「高效環保漁用飼料配製技術開發與產業化示範」「海水養殖魚類營養研究和高效無公害飼料開發」等項目獲得國家及多次省部級科技獎。

海洋藥用生物資源開發與海洋藥物研究

對海洋天然產物及藥物的研究始於20世紀80年代,由管華詩等首創中國第一個海洋藥物——藻酸雙酯鈉PSS(西藥)。藻酸雙酯鈉PSS是目前治療高凝性疾病較為理想的一種海洋藥物,已經成為中國乃至世界許多國家藥店和醫院的常備藥和非處方藥。20世紀90年代後,中國對海洋藥物和活性化合物的研究形成熱潮,除藻酸雙酯鈉外,還成功研發上市了甘糖酯、海力特、降糖寧散、甘露醇煙酸酯、巖藻糖硫酸酯、多烯康和角鯊烯共7個海洋藥物。迄今為止,中國已發現約3000多個海洋小分子新活性化合物和近300 個寡糖類化合物,在國際天然產物化合物庫中佔有重要位置。2010年,管華詩及其團隊獲得2009年度國家技術發明獎一等獎。張偲主持的「南海生物活性萜類和生物鹼的構效關係及其作用機制」和「海南島紅樹植物的活性化合物及其化學生態學的研究」分離鑑定了900多個海洋生物化合物,發現了119個新化合物,篩選出了21個具有抗老年痴呆症、抗腫瘤、抗菌或抗動脈粥樣硬化等生物活性化合物,完成了1個國家藥準號新藥「海珠口服液」和2個保健品的研製。

另外,部分酶製劑,如溶菌酶、蛋白酶、脂肪酶、酯酶等在開發和應用關鍵技術方面取得了重大突破,正進入產業化實施階段。「氨基寡糖素」 和「農樂1號」等生物農藥及肥料已初步產業化。

海洋生物分子技術研究

進入21世紀,人類基因組草圖繪製完成,開啟了全基因組學研究的先河。海洋生物研究也隨之進入基因組時代。徐洵等首次將基因技術應用於海洋環境科學領域,解決了海洋病毒汙染快速檢測的難題;率先克隆了中國海水魚類基因,成功地構建了首個擁有自主智慧財產權的海洋基因工程菌,並開拓性地將基因工程技術應用於海水養殖。包振民在扇貝種質資源、基因組學和發育進化生物學等領域開展了深入研究,繪製了扇貝全基因組精細圖,闡明一批重要性狀的決定基因和調控機理,開發了首個貝類BLUP遺傳評估系統,建立了扇貝育種數量性狀評估育種技術、分子標記育種技術、全基因組選擇育種技術三大核心技術體系,育成5個扇貝優良品種,使中國的貝類遺傳學和育種研究居國際前沿。中國專家還建立了皺紋盤鮑雜交育種的理論和方法體系,採用遠距離地理群體間雜交技術培育出中國第一個海水養殖貝類新品種「大連1 號」雜交鮑,構建了系統的雜交鮑苗種繁育技術工藝和適合於不同環境的養殖新模式,推動了中國鮑養殖產業的可持續發展。

在海洋生物全基因組測序與精細圖譜構建方面,2012年多國科學家完成了11種海洋生物全基因組解析,其中綠海龜、半滑舌鰨、菊黃東方魨、大黃魚4種生物由中國科學家完成,最近又完成了刺參基因組測序和組裝,使中國海洋生物測序物種數量居於世界前列且多數為經濟種。

海洋生態災害與生態系統演變研究

自20世紀80年代以來,中國近海的赤潮災害性生態異常現象頻繁發生,對這一海洋生態災害的研究也逐漸從現象、過程發展到對生態學、海洋學機制的研究。在「七五」和「九五」期間,中國開展了「中國東南沿海赤潮發生機理研究」和「中國沿海典型增養殖區有害赤潮發生動力學及防治機理研究」。這一階段,中國學者對於赤潮生物分類學和生理生態學有了更加全面系統的認識,在甲藻的生活史、毒性毒理研究方面有所突破。2001 年, 國家重大基礎研究規劃項目(「973」計劃項目)「中國近海有害赤潮發生的生態學、海洋學機制及預測防治」,重點從赤潮藻種的生物學特徵與生態策略、富營養化過程和調控作用、關鍵物理過程的調控作用、有害赤潮的生態效應等角度,對東海大規模甲藻赤潮的形成機制、危害機理和預測防治等開展了深入研究,相關成果對提高中國應對赤潮災害的應急處置能力有很大幫助。

從2007年至今,在黃海海域連續暴發了大規模的黃海綠潮,對中國東部沿海的生態環境、水產養殖業和旅遊業造成巨大的潛在威脅。經過持續努力,中國學者在黃海綠潮藻的物種鑑定、黃海綠潮滸苔的生活史與微觀繁殖體研究、黃海綠潮滸苔的生理、生態學研究以及黃海綠潮的溯源等方面都取得了突破。王宗靈等完成的「黃海大規模滸苔綠潮起源與發生機制」 成果獲2017年度海洋科學技術獎特等獎。

針對中國近海的水母災害問題,在國家「973」計劃支持下,孫松等以食物網相互關係研究為主線,開展水母生活史、理化環境對水母不同生活史階段的調控機理、海洋環境演變和食物網變化對水母種群增長的調控作用、水母暴發的生態環境效應與成災機理以及對近海海洋生態系統演變的影響及應對策略等方面的研究,提出了對水母旺發成災機理的新認識。

海洋生物地球化學過程研究

聚焦渤海、黃海、東海與南海及其鄰近海域,中國學者系統研究揭示了海水、顆粒物、沉積物中化學物質的分布遷移轉化特徵及控制機制,在浮遊生物、微生物在海洋生物地球化學循環中的作用、海洋顆粒物/沉積物的生態學功能等領域有重要的研究突破。通過對中國近海碳收支、調控機理及生態效應的綜合多航次調查與分析研究、在碳的源匯格局及其調控過程、生物泵結構、海洋酸化生態效應等領域也取得了系統的創新成果。

研究發現,海洋惰性溶解有機物(RDOM)的儲量與大氣CO2 總量相當,海洋RDOM 碳庫的變動與全球氣候變化密切相關。2010年8月,焦念志提出了「海洋微型生物碳泵(MCP)」儲碳新機制,闡釋了微型生物產生RDOM的3種機制,揭示了微型生物生態過程在RDOM「碳匯」形成過程中的重要作用,為深入了解海洋碳循環及其對全球變化的影響提供了新的認識。

中國學者提出的基於藍紫光波段的高渾濁水體大氣校正算法已被納入國際海洋水色協調組織(IOCCG)靜止軌道海洋水色觀測報告。基於這一成果,中國新一代水色衛星HY-1C、HY-1D 增設2個紫外波段,用於近海渾濁水體大氣的校正。在海洋酸化與LU輻射對浮遊鈣化藻類耦合效應所取得的成果,已被聯合國環境規劃署報告採用。

在黃海、東海生源硫的生產、分布,以及遷移變化與環境效應研究方面,通過對黃海、渤海、東海和南海多個航次調查,圍隔實驗和室內實驗研究,結果表明:在水平分布上,海水上二甲基硫(DMS)、二甲基巰基丙酸(DMSP)由近岸向遠海遞減,與葉綠素a 的分布一致;在垂直分布上,兩者的最大值一般出現在表層;表層海水中,DMS和DMSP呈現出明顯的白天高、夜晚低,且呈現出季節和區域性差異。黃海、渤海DMSP 主要來源於微型浮遊植物,而東海和南海DMSP主要來源於小型浮遊植物;DMS的微生物降解是其主要的降解途徑。

海洋生態系統動力學研究

海洋生態系統動力學以物理過程和生物過程相互作用和耦合為核心,研究生態系統的結構功能、演化及漁業資源變動,是全球變化和海洋可持續科學研究領域的重要內容。中國在此領域與國際計劃同步,確定了以近海陸架為主的中國海洋生態系統動力學研究的發展目標,提出了建立中國海洋生態系統基礎知識體系的戰略目標。自1997年起,蘇紀蘭、唐啟升等竭力推動中國的海洋生態系統動力學研究,在國家「973」「863」計劃和自然科學重大基金項目的支持下,初步建立了中國近海生態系統動力學理論體系;食物網資源關鍵種能量轉換與可持續管理模型;浮遊動物種群補充及微食物網的貢獻;關鍵物理過程的生態作用;生源要素循環及水層-底棲系統耦合。其中,孫松等通過「東黃海生態動力學與生物資源可持續利用」項目,研究發現了中華哲水蚤在溫帶陸架淺海度夏策略,被認為是國際全球海洋生態動力學計劃實施以來最具代表性的成果。

海洋生態修復研究

近年來,近海受損生境修復與生物資源養護開始成為全球研究前沿和熱點。中國海洋生態修復研究工作起步較晚,但近幾年發展迅速,取得了系列創新性成果。突破了珊瑚礁、海草床等受損修復的技術瓶頸,並在典型海區成功進行了工程示範;研發了新型藻(魚)礁,構建了受損生境高效修復技術,實現了從局部到系統修復的跨越。

(陳連增,中國海洋學會理事長,原國家海洋局黨組成員、副局長;雷波,中國海洋學會副理事長,自然資源部南海局黨委書記)

來源:中國海洋報

作者: 陳連增 雷 波

編輯:吳瓊

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