南海上层海洋变异分析及海表温度统计学可预报性试验

气候变化和异常是当今地球科学研究的重大课题之一，与人类的生存、发展密切相关。南海作为我国最大的边缘海, 位于夏季风气流上游, 同时，作为热带太平洋的边缘海，具有显著的年际变异特征。近年来，随着卫星资料的积累和产品化使得我们有机会对南海的上层海洋要素进行全面的直接的观察，并进行南海气候异常变异及其可预报性的研究。 本文的研究内容就是利用近年来卫星资料产品，对南海主要海面要素，包括海面风场（SW）、表层温度场（SST）、海面高度场（SSH）的气候变化趋势以及南海表层温度变异的可预测性进行细致的探讨，并且利用较新的分析方法对南海上层海洋要素在近年来的非线性变异特点进行了分析。主要工作包括： 1. 采用南海卫星高度计及具有高精度模式输出结果通过联合经验正交函数分解（EOF）得到空间分辨率为1/3°×1/3°的南海绝对动力地形及地转流的季节变化（1－12个月）。从地转流场可以看到南海内部的表层流场主要有3种流系：西边界流、离岸流及南海多涡涡旋结构。 2. 通过南海海表大气和海洋要素（SW、风应力、SST、SSH）的气候变化趋势分析计算得到南海SST平均增暖0.5K/decade，海面高度升高6.7cm/decade，表层风场东分量和北分量的变化趋势分别为0.5m/s/decade、-0.04m/s/decade。其中南海SST增暖趋势和海面抬升速率远大于全球增暖和海面抬升速率。 3. 对南海SW、SSH和SST的异常场的EOF分析揭示南海SW、SSH及SST的年际尺度变化均表现出与ENSO变异现象一定的相关性：其中南海SW的第一模态特征表现为海盆尺度的反气旋，是西太平洋反气旋的最西南的一部分。对应的时间系数函数（TCF）滞后Nino3.4指数3个月，相关系数较高为0.90。南海SW的第二模态特征表现为均一化的西南风，TCF与印度洋偶极子（IOD）指数有一定相关性：TCF超前IOD指数4个月，相关系数达到0.58,表明南海SW第二模态似乎可以用来作印度洋偶极子现象的一个前兆。南海SSH的EOF第一模态特征为沿着南海东边界低水位，对应的TCF滞后Nino3.4指数2个月时间，二者相关系数为0.94；南海SST的EOF第一模态特征表现为整个海盆的增暖，对应的TCF与滞后Nino3.4指数8个月，相关系数等于0.62。 4. 基于典型相关分析（CCA），利用南海SSTA滞后热带太平洋Nino指数及印度洋IOD指数的关系建立南海SSTA的统计预报模式。通过对南海SSTA后报试验（1993/1994-2004年10月）与持续性预报值的预报效果进行比较分析，表明基于CCA统计方法对南海SSTA后期预报在预报时效超过3个月以上时具有更好的稳定性，提前1～12个月的后期预报水平平均值为0.60左右，误差均方根大约0.2个标准差。综合热带太平洋Nino指数为预报因子作南海SSTA统计预报的平均水平为0.55左右，亦具有较好的稳定性。 5. 基于前馈型神经网络，对南海近年的表层要素场（SW、SSH、SST）作非线性EOF分析。其中非线性EOF第一模态方差贡献与线性EOF相比均相应提高：海面风场、海面高度场的非线性作用较强，非线性EOF第一模态对变量场的方差贡献与线性EOF方法相比分别从54.75%提高到67.26%和50.43%提高至60.24%，非线性曲率强的空间范围占据绝大部分南海海域；相比较而言，南海SSTA场的非线性EOF第一模态的方差贡献提高不明显,非线性特征明显的区域仅在南海北部和南部靠近大陆的海区。对南海SSTA场1982-2003年时间长度的数据进行非线性与线性EOF分析比较，发现南海SSTA在近20年的非线性EOF分析中得到的非线性特征更不明显，表明与前10年相比，南海近10年的南海SSTA场的非线性成分有所增强。

弧菌琼胶酶和丝氨酸蛋白酶的筛选、分析以及免疫应用

从山东黄岛海水养殖场分离到一株弧菌V134，从中克隆得到琼胶酶基因agaV，并将其在大肠杆菌中表达，纯化得到重组的琼胶酶AgaV。酶活分析发现该琼胶酶的最适温度在40℃左右，对pH比较敏感，pH 7.0时具有最高的琼胶裂解活性。对AgaV进行了两种应用性探索：（1）利用AgaV从琼脂糖凝胶中回收DNA，回收效率可达90%以上；（2）利用agaV作为报告基因构建了捕获分泌序列的载体pBU，并用其从革兰氏阳性细菌（G+菌）和革兰氏阴性细菌（G-菌）中筛选出了一系列分泌蛋白。将利用pBU从一株哈维氏弧菌T4中筛选出的6个分泌蛋白分别进行基因克隆、蛋白表达纯化和牙鲆免疫实验，发现其中一个蛋白，命名为DegQVh，具有免疫保护效应，其免疫保护率（RPS）可达64%。为了提高DegQVh的免疫保护效应，将AgaV的分泌结构域与DegQVh融合，构成融合抗原AgaV－DegQVh。利用大肠杆菌作为载体菌构建了AgaV－DegQVh融合抗原递呈系统，用其作为疫苗进行免疫，发现其RPS可达到95%。酶活分析表明DegQVh在50℃、pH 8.0时具有最高的活性。突变分析表明83位的组氨酸、113位的天冬氨酸和188位的丝氨酸以及两个PDZ结构域是DegQVh活性所必需的。表达分析发现degQVh表达受温度和细胞浓度调控，并且其上游有一个受E调控的启动子。进一步的分析发现DegQVh能够与大肠杆菌的DegP功能互补。

冲绳海槽北部表层沉积物中的放射虫及其古海洋学意义

放射虫是海洋微体古生物的一个重要类群，其生态分布与水体的物理化学性质和迁移有密切关系。沉积物中的化石放射虫蕴含着大量的古海洋环境和古气候信息，能为全球环境变化和气候过程研究提供有价值的资料，在古海洋学的研究中起着重要作用。本文对冲绳海槽北部80个表层沉积样品中的放射虫进行了系统鉴定和定量统计，研究了放射虫的种类组成与类群特征以及其丰度和分异度的分布；分析了海水温度、盐度、营养盐以及沉积物类型、成分等环境因素对放射虫分布的影响；采用Q-型因子分析，求得放射虫的属种和组合分布特征，探讨了放射虫组合与不同水团、海洋水文结构之间的关系；并对Pisias（1997）建立的估计表层海水年平均温度和其变化范围的放射虫转换函数在研究区的适用性做了检验。结果表明：（1）初步鉴定190个种，其中泡沫虫目Spumellaria在种和个体数量上占绝对优势，与有关资料对照表明，冲绳海槽北部的放射虫组合属热带大洋暖水动物群。放射虫的丰度和分异度在研究区的西北部和东南部有较大的差别，其分布呈现从西北向东南剧增的趋势，可划分为3个区。（2）放射虫的分布与现代表层海水温度、盐度有着很好的相关性，清楚地显示了对马暖流锋和黑潮锋的位置，但与表层水体的营养盐和初级生产力为负相关关系。沉积物类型特别是其粒度和陆源物质的含量极大地影响着放射虫的分布，放射虫的丰度和分异度明显地随沉积物粒度的增大和陆源物质含量的增加而减小；同时，放射虫的分布也显示了与沉积物中火山玻璃含量的密切相关性。（3）Q-型因子分析得到3个主因子，累积方差贡献为90.2%；其分布分别与对马暖流水、黑潮水和陆架混合水对应，显示了放射虫与水团、海流和海洋水文结构的密切关系。（4）利用57个样品的统计数据，对估计表层海水年平均温度和其变化范围的放射虫转换函数（Pisias，1997）的检验结果表明，其估计误差为6℃，实际值与估计值的相关性差，可靠性低，不适合于本区使用。

皱纹盘鲍基因组单核苷酸多态标记开发与应用

本研究利用皱纹盘鲍的EST序列进行单核苷酸多态（SNP）标记开发；对等位基因特异性PCR（AS-PCR）方法进行了优化，使之适合SNP基因型分析；对一个作图家系开发基因相关SNP标记，并对标记在子代个体中的分离情况进行了分析，探讨了借助SNP在遗传连锁图谱上定位功能基因的方法。 对大约5800条EST序列进行拼接，共获得含有4条以上序列的contig 150个，在86个含有单碱基突变位点的contigs中发现SNP 302个，碱基置换类型A/G（C/T）、A/C（G/T）、A/T、C/G的位点数目分别为147、90、21、16个。50个contigs在BLASTx分析后具有匹配（E值小于1E-5），其中的220个SNPs全部为同义cSNPs，位于遗传密码子的第三简并位。粗略估算，皱纹盘鲍核基因组中SNP的平均分布密度不低于1%。 通过扩增DNA pool后产物直接测序共验证了28个SNP。PCR直接测序法操作简单，结果可靠，一次测序可能验证多个位点，有时还可以发现新的突变位点。通过重点研究引物3’端不同错配对PCR扩增的影响，对AS-PCR的引物设计原则及反应条件进行了探讨及优化，发现在AS引物的3’端倒数第二位引入额外的强错配后，AS-PCR检测SNP的特异性会得到很大的提高，从而使AS-PCR可以满足小规模的SNP基因型分析。 根据EST-contig或者单一的EST序列设计PCR引物74组，其中43组可以特异扩增皱纹盘鲍基因组DNA。用这些引物扩增一个作图家系的父母本，并对PCR产物纯化后分别进行双向直接测序，在18个基因片段中发现了86个SNP，其中82个是新SNP，并且绝大多数SNP位于内含子序列中。这些SNP在父母本中的基因型，在多数情形下，是一方为纯合（AA），而另一方为杂合（AB）；父母本均为杂合和均为纯合的形式则较少。在父母本中杂合形式的SNP位点，理论上可以在子代中发生分离。 在每个基因的内含子中选择父母本基因型为AA×AB或者AB×AA的SNP位点，设计AS-PCR分型引物并检测123个子代个体的基因型。在对9个基因中的11个SNP位点（包括5个母本标记和6个父本标记）进行子代基因型分析后发现，2个位点不符合孟德尔1：1分离（P < 0.05），符合预期分离比率的9个位点存在较大可能定位于遗传连锁图谱。通过分析两组父母本标记（F142和M142，F459和M459）发现，在根据父母本序列设计SNP分型引物时，可以设计指向同一基因的成对的父母本标记，从而使两个单亲标记可作为一个共同标记使用。