Influence of mariculure on tempo-spatial distribution of nitrogen and phosphorus in subtropical zone: a case study of Shen'ao Bay
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摘要:
文章对典型的亚热带养殖海湾——深澳湾海水中无机氮(DIN)、磷酸盐(PO4-P)浓度的时空变化特征进行了分析，研究了鱼类网箱和贝藻筏式等规模化养殖活动对营养盐时空分布特征的影响，并对营养盐的潜在限制性进行了探讨。结果显示，深澳湾DIN和PO4-P浓度及分布呈明显的季节变化：DIN在秋季最高，夏季最低；PO4-P在冬季最高，夏季最低。春季网箱区的DIN浓度和氮磷比(N/P)低于贝藻养殖区和对照区，而其他3个季节，网箱区的DIN和PO4-P浓度以及N/P均高于贝藻养殖区和对照区。贝藻养殖区和对照区之间在各个季节，氮、磷营养盐和N/P之间均无显著差异。各个季节DIN和PO4-P浓度均高于理论上浮游植物生长的营养盐阈值，不存在营养盐的绝对限制。夏、冬季的N/P分别为13.6、13.1，低于Redfield值，说明存在N的潜在限制；春、秋季的N/P分别为16.6、19.0，说明P的潜在限制性较强。深澳湾的年均N/P为14.3，全湾受N潜在限制性较强。除夏季外，硝酸盐 (NO3-N)是DIN的主要组成，比例介于51.7%~92.7%，其次为NH4-N (5.2%~43.8%)，亚硝酸盐 (NO2-N)比例最低(2.1%~27.2%)，说明深澳湾的氮营养盐达到了热力学平衡状态。与2001年相比，深澳湾海区的DIN和PO4-P浓度均有下降，由中度营养型转变成贫营养型，年平均N/P更接近Redfield值，说明深澳湾的生产力水平依然受氮限制，营养盐的时空分布特征一定程度上体现了规模化贝藻养殖的影响。
Abstract:We investigated the tempo-spatial variation of disovled inorganic nitrogen (DIN) and phosphate (PO4-P) in Shen'ao Bay that is a typical subtropical aquaculture bay. Besides, we studied the effects of large-scale aquaculture activities such as fish cage and shellfish raft on the tempo-spatial distribution of nutrients, and evaluated the potential limiting factors of the nutrients. The concentration and distribution of DIN and PO4-P showed obvious seasonal variation (DIN and PO4-P reached their maximum values in autumn and winter, respectively, and both reached their minimum values in summer). The DIN nutrients concentrations and N/P ratios in fish cage area in spring were lower than those in oyster-macroalgae culture area and the control area. However, in the other three seasons, the DIN and PO4-P concentrations and N/P ratios in fish cage area were higher than those in the other areas. There was no significant difference in the nitrogen and phosphorus concentrations as well as N/P ratios between oyster-macroalgae culture area and the control area in each season. Both DIN and PO4-P were higher than the theoretical threshold for phytoplankton growth, indicating that there was no absolute nutrient limitation. The N/P ratios in summer and winter were 13.6 and 13.1, respectively, which were lower than the Redfield ratio, indicating that there was potential N limitation during these seasons. The N/P ratios in spring and autumn were 16.6 and 19.0, respectively, indicating potential P limitation. The average seasonal ratio was 14.3, indicating that N was probably the most limiting nutrient in Shen'ao Bay. DIN was dominated by nitrate nitrogen (NO3-N) except for summer with percentages of 51.7%−92.7%, followed by ammonia nitrogen (NH4-N) with percentages of 5.2%−43.8%, and nitrite nitrogen (NO2-N) was lowest with percentages of 2.1%−27.2%, indicating that the thermodynamic equilibrium of N was reached. Compared with 2001, the concentrations of both DIN and PO4-P decreased, with the trophic level changing into poor from moderate. It is shown that the productivity level of Shen'ao Bay is still controlled by nitrogen, and the tempo-spatial distribution of nutrients reflects the impact of large-scale shellfish culture to a certain extent.
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Keywords:
- Shen'ao Bay /
- nitrogen /
- phosphate /
- nutrient /
- tempo-spatial variation /
- nutrient limitation
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壳聚糖是由甲壳素经过部分脱乙酰作用得到的具有独特功能特性的天然阳离子聚合物，由D-氨基葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成[1]。作为自然界中唯一的碱性阳离子多糖，壳聚糖具有很好的吸附性和黏性，可以应用于食品、材料等领域，但由于其相对分子量较大，不易溶于水，只能溶于某些酸性溶液中，限制了壳聚糖的有效利用[2]。壳寡糖是壳聚糖进一步水解产生的聚合度介于2~20的低分子氨基寡糖[3]，由于其链长较短和游离的氨基而易溶于水。壳寡糖具有多种生物活性，如抗氧化[4-5]、抗肿瘤[6-7]和抗菌[8-9]等，广泛应用于食品、农业和生物医药等领域[4,10-12]。壳寡糖可通过化学法、物理法和酶法制备获得[13]。与高污染的化学法和高成本的物理法相比，通过酶法制备壳寡糖对环境友好、产率高且产物聚合度可控，已被广泛应用于工业生产[14]。
壳聚糖酶 (EC 3.2.1.132) 是一类特异性水解壳聚糖中的β-1,4糖苷键，形成不同聚合度壳寡糖的水解酶，广泛分布于细菌、真菌、病毒以及植物等生物群中，在降解壳聚糖、制备壳寡糖中发挥着重要作用[15-20]。酶制剂是工业生物技术快速发展的基石，设计高效稳定的酶制剂是工业生物技术时代需要攻克的关键科学问题[21]。但目前开发的壳聚糖酶常常具有稳定性差、效率低、成本高等缺陷，仅依靠天然酶分子势必无法满足工业发展的迫切需求；此外工业生产中的高温、偏酸等环境对壳聚糖酶的稳定性提出了更加严格的要求。因此通过鉴定并改造影响壳聚糖酶稳定性的关键氨基酸位点，获得高效稳定的新型壳聚糖酶对我国壳寡糖工业生产技术的升级具有重要意义。
根据蛋白质中氨基酸序列的相似性，将不同物种来源的壳聚糖酶分成不同的蛋白质家族。目前发现的壳聚糖酶归属于6个糖苷水解酶 (Glycoside hydrolase, GH) 家族，包括GH5、GH7、GH8、GH46、GH75和GH80[16]。其中GH46家族的壳聚糖酶受到的关注最多，已有大量壳聚糖酶在真核或原核系统中实现重组表达，对该家族中壳聚糖酶的基本性质、催化特点及酶解产物分析的研究均有所涉及[2,17-20,22-24]。目前已报道的大多数GH46家族的壳聚糖酶，其最适温度为30~50 ℃，最适pH为5~7[16]。也有少数具有良好的热稳定性或酸碱耐受性等特殊性质，如来自芽孢杆菌 (Bacillus sp.) CK4的壳聚糖酶在80 ℃的半衰期为90 min[25]；来自芽孢杆菌DAU101的壳聚糖酶其最适pH为7.5[26]，说明这些酶中可能存在某些特殊的氨基酸位点使其与大多数已报道的壳聚糖酶不同。本研究选取了来自芽孢杆菌DAU101的壳聚糖酶为模板，以实验室已报道的来源于芽孢杆菌MD-5的壳聚糖酶Csn-BAC[2]为研究对象，综合同源建模和序列比对的方法，选取了可能影响该家族壳聚糖酶酸碱耐受性的氨基酸位点进行鉴定，以期为该家族壳聚糖酶稳定性的改造提供依据。
1. 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 菌株和质粒
感受态细胞大肠杆菌Escherichia coli BL21 (DE3) [天根生化科技 (北京) 有限公司]；质粒pET-28a (+) 由本实验室保藏。
1.1.2 主要试剂
引物合成 (青岛派森诺基因生物技术有限公司)；PCR产物纯化及质粒提取试剂盒 [天根生化科技 (北京) 有限公司]；卡那霉素 (Kanamycin, Kan)、异丙基-β-D-硫代半乳糖苷 (Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside, IPTG) (Solarbio公司)；标准分子量蛋白Marker、DNA聚合酶KOD-Plus-Neo [东洋纺 (上海) 生物科技有限公司]；T4 DNA连接酶、限制性内切酶BamHІ、HindIII、DpnI (ThermoFisher Scientific公司)；壳聚糖 [脱乙酰度 (Degree of deacetylation, DDA), 95%, Macklin公司]；壳寡糖标准品 (聚合度1~6，青岛博智汇力生物科技有限公司)。
1.1.3 培养基
Luria-Bertani (LB) 培养基：蛋白胨10 g·L−1、酵母提取物5 g·L−1、氯化钠 (NaCl) 10 g·L−1、琼脂粉15 g·L−1 (固体培养基时加入)，121 ℃灭菌20 min。
1.1.4 仪器与设备
低温高速离心机、PCR仪 (Eppendorf公司)；DYY-6C型电泳仪 (北京市六一仪器厂)；JY92-IIN超声波细胞破碎仪 (宁波新芝生物科技公司)；恒温培养箱 (上海喆图科学仪器公司)；Haier生物冰箱 (青岛海尔)；DW-86L386立式超低温保存箱 (青岛海尔特种电器)。
1.2 序列分析
从美国国家生物技术信息中心 (National Center for Biotechnology Information，NCBI，https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) 下载壳聚糖酶Csn-BAC (GenBank: CP021911.1) 的序列，同时下载GH46家族中已详细报道酶学性质的壳聚糖酶序列，其中包括来源于芽孢杆菌DAU101的壳聚糖酶 (GenBank: ABC66094) 序列，然后使用Clustal X算法对Csn-BAC及所选序列进行多序列比对[27]。并选择蛋白质数据库 (Protein Data Bank, PDB) 中同源性较高的壳聚糖酶为模板，在SWISS-MODEL (https://www.swissmodel.expasy.org/) 在线网址上进行同源建模，并将输出的模型在PyMOL软件上进行分析。
1.3 定点突变
Csn-BAC作为野生型酶[2]，使用基于聚合酶链式反应 (Polymerase Chain Reaction, PCR)的方法进行定点突变。用于突变的引物序列见表1。经限制性内切酶DpnI酶切后，转化至大肠杆菌BL21 (DE3) 感受态细胞中，利用LB-Kan平板进行筛选，挑取转化子进行测序以验证突变情况。
表 1 定点突变引物Table 1. Primers for directed evolution引物
Primer name序列 (5'—3')
Sequence (5'—3')P68A上游引物
Fw P68AGCCCGTCACCCAATGCCTCGACATATCCATA P68A下游引物
Rv P68ATATGGATATGTCGAGGCATTGGGTGACGGGC A137G上游引物
Fw A137GCGAAATTCCTTATCATTTCCAAGCGACTTCCAGGCA A137G下游引物
Rv A137GTGCCTGGAAGTCGCTTGGAAATGATAAGGAATTTCG A203M上游引物
Fw A203MTTGGTGACCCGCCCATTTTTTTGTTCGTACGTTTAATCAAGGC A203M下游引物
Rv A203MGCCTTGATTAAACGTACGAACAAAAAAATGGGCGGGTCACCAA H234E上游引物
Fw H234EGTCACGGGTGTCCTCATTTGCCGGATTCATCAGATCG H234E下游引物
Rv H234ECGATCTGATGAATCCGGCAAATGAGGACACCCGTGAC 1.4 蛋白表达及纯化
将重组质粒转化至大肠杆菌BL21 (DE3) 感受态细胞后，接种至添加了Kan (50 μg·mL−1) 的LB培养基中，于37 ℃培养箱中培养至光密度 (OD600) 为0.6~0.8，用IPTG (0.1 mmol·L−1) 进行诱导表达，并于30 ℃继续培养15 h。将所得菌液超声破碎后，使用ProteinIso®Ni-NTA Resin色谱柱 (北京全式金生物技术有限公司) 纯化His标签标记的蛋白，并以NPI-200缓冲液 [200 mmol·L−1咪唑、50 mmol·L−1磷酸二氢钠 (NaH2PO4)、300 mmol·L−1NaCl，pH 8] 洗脱目标蛋白，然后在4 ℃下用10 kD截止膜超滤除盐，得到的蛋白质用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS-PAGE) 进行分析。蛋白质浓度用Bradford法测定[28]。
1.5 活性测定
以胶体壳聚糖 (10 g·L−1, 95% DDA) 为底物，加适量的酶液和磷酸盐缓冲液 (pH 7)，在37 ℃下反应10 min，于100 ℃水浴10 min终止反应后，用改良的3,5-二硝基水杨酸试剂法 (DNS) [17]测定还原糖的量，并于520 nm处测定吸光值。1个单位的酶活 (U) 定义为每分钟每生成1 μmol的还原糖所需要的酶量。
1.6 酶学性质分析
1.6.1 最适温度和pH
利用pH 7的磷酸盐缓冲溶液，将所得突变体分别在30~70 ℃进行酶促反应，确定酶的最适反应温度。将胶体壳聚糖置于不同pH (3~10) 的缓冲液中，所用缓冲体系分别为：柠檬酸盐缓冲溶液 (pH 3~6)、磷酸盐缓冲溶液 (pH 6~8)、Tri-HCl缓冲溶液 (pH 8~9) 和甘氨酸缓冲溶液 (pH 9~10)，在最适温度下测定突变体酶活，确定pH对其酶活的影响。
1.6.2 温度和pH稳定性
利用pH 7的磷酸盐缓冲溶液，分别在30~70 ℃孵育1 h后，在最适反应温度下测定突变体酶活，确定温度对其稳定性的影响。将胶体壳聚糖置于不同pH (3~10) 的缓冲液中，所用缓冲体系同1.6.1，于室温孵育1 h后，在最适温度下测定突变体酶活，确定pH对其稳定性的影响。
1.7 动力学分析
在标准条件下，用纯化的酶 (100 µL) 和不同浓度的壳聚糖 (500 µL) 在37 ℃下反应5 min，然后加入375 µL DNS溶液终止反应，进行动力学分析。使用Lineweaver-Burk双倒数作图法在底物质量浓度介于1~10 mg·mL−1内测定了包括米氏常数 (Km)、催化常数 (Kcat) 和催化效率(Kcat/Km) 在内的动力学参数。
2. 结果与分析
2.1 Csn-BAC突变位点的选择
由于壳聚糖酶Csn-BAC的蛋白结构尚未解析，因此采用同源建模的方法预测其蛋白结构。基于序列比对的结果，选取了来源于枯草芽孢杆菌 (B. subtilis) MY002的壳聚糖酶CsnMY002 ( PDB ID: 7C6C) [29]为模板 (与Csn-BAC的序列相似性为96.28%)，利用SWISS-MODEL在线网址 (https://swissmodel.expasy.org/) 对Csn-BAC进行同源建模，并在PyMOL软件上进行可视化分析，结果见图1。将从NCBI下载的壳聚糖酶序列与Csn-BAC的序列进行比对，结果见图1-c。结合模拟的结构与序列比对，最终选取了4个点 (其中P68和H234靠近底物结合口袋，A137和A203则远离结合口袋，位于表面)，并按照来自芽孢杆菌DAU101壳聚糖酶的序列进行了定点突变 [V1 (P68A)、V2 (A137G)、V3 (A203M)和V4 (H234E)]。
2.2 突变体表达及纯化
对突变体进行诱导表达，菌液离心后取上清液为粗酶液。将粗酶液利用镍离子亲和层析进行纯化，在NPI-200溶液中将目标产物洗脱下来，并进行SDS-PAGE分析，结果见图2。在35 kD附近有与野生型Csn-BAC大小相符的单一蛋白条带，证明突变体成功表达，经超滤浓缩后，可进行后续分析和研究。
2.3 突变体酶活测定
突变体比酶活测定结果见图3。在37 ℃、pH 7条件下，Csn-BAC及其突变体V1、V2、V3和V4的比酶活分别为258.32、241.08、270.44、291.22和291.65 U·mg−1。各突变体的水解活性与野生型Csn-BAC相比无较大差异。其中突变体V3、V4的活性为Csn-BAC的113%左右。突变体的比酶活高于来自曲霉 (Aspergillus sp.) W-2菌株的壳聚糖酶CsnW2 (34 U·mg−1)[30]、树状拟芽孢杆菌 (Paenibacillus dendritiformis) 的壳聚糖酶Csn-PD (76.4 U·mg−1)[16] 和丁核弧菌 (Butyribrio sp.) MC2013的壳聚糖酶BUT (146 U·mg−1)[31]，与根际细菌 (Gynuella sunshinyii) 中的壳聚糖酶GsCsn46A相似 (260.39 U·mg−1)[32]，低于枯草芽孢杆菌 (B. subtilis) CH2菌株在毕赤酵母系统中表达的壳聚糖酶 (338.08 U·mg−1)[33]、肾杆菌属 (Renibacterium sp.) QD1壳聚糖酶Csn-A (1 575 U·mg−1) [34]和解淀粉芽孢杆菌 (B. amyloliquefaciens) ECU08的壳聚糖酶BaCsn46A (1 031.2 U·mg−1)[35]。
2.4 突变体酶学性质
2.4.1 最适温度
突变体的最适温度见图4-a。突变体V1和V2的最适温度与Csn-BAC相同，均在40 ℃时表现出最大活性，而V3、V4则升高至50 ℃。此外，Csn-BAC在70 ℃时已失活，而突变体在70 ℃时相对酶活仍有初始酶活的20%左右。与微生物的生长相适应，大多数壳聚糖酶都是嗜温酶，其最适温度通常介于30~60 ℃。但仍有部分壳聚糖酶是冷适应性酶，如来自鱼腥藻 (Anabaena fertilissima) RPAN1菌株的壳聚糖酶最适反应温度为27 ℃[36]。
2.4.2 温度稳定性
突变体的温度稳定性见图4-b。Csn-BAC在50 ℃孵育1 h后，其相对酶活保持在87.53%，突变体V1—V4则分别为58.74%、60.73%、58.16%和52.08%。相较于Csn-BAC，突变体整体而言对热更为敏感。但在较高温度下，如70 ℃时，V3和V4的热稳定性稍有提升。本结果表明，203和234两个位点突变后可能对其在较高温度下保持稳定性有益。耐高温的酶在工业生产中具有独特优势，但除极端环境微生物和部分真菌来源的壳聚糖酶较为耐热外[29,37]，多数野生型GH46家族是热敏性的壳聚糖酶。Zhou等[38]研究发现来源于海洋细菌假交替单胞菌属 (Pseudoalteromonas sp.) 的壳聚糖酶CsnM在30 ℃孵育1 h后，残余酶活仅为25.4%；Ma等[39]发现源自海洋芽孢杆菌属的壳聚糖酶CsnQ同样在30 ℃之后稳定性急剧下降。
2.4.3 最适pH
突变体的最适pH见图4-c—图4-f。突变体V1和V2的最适pH与Csn-BAC相同，均在pH 7的磷酸盐缓冲溶液中表现出最大活性，而V3、V4则更适应pH 9的甘氨酸缓冲溶液。与许多壳聚糖酶相同，弱酸性溶液对Csn-BAC及其突变体活力均有抑制作用[17,20,40]。目前已报道的所有家族的壳聚糖酶其最适pH介于4~8[41]，且多数壳聚糖酶在偏酸性条件下表现出最优的水解活性，最适pH为9的酶很少见。Gupta等[36]报道了来自鱼腥藻RPAN1菌株的壳聚糖酶在pH 7.5时显示出最大活性；Guo等[20]研究了来自白色链霉菌 (Streptomyces albolongus) ATCC27414的壳聚糖酶Csn21c，其最适反应pH为8；Liang等[42]则报道过壳聚糖酶CS038分别在pH 6和10时显示出最大活性。此外，突变体V1在pH 5的相对活性由Csn-BAC的约20%提至约50%，结合壳聚糖溶液的弱酸性特质，这可能有助于该酶在工业生产上的应用。
2.4.4 pH稳定性
突变体的pH稳定性见图4-g—图4-j。突变体V1、V2对pH的变化较为敏感，在Tris-HCl缓冲液中，突变体V1、V2在pH 8孵育1 h后仍可保持83%以上的活性，在pH 9时却仅剩余5%~10%，这些突变体对不同pH的同一缓冲液的活性差异与Csn-BAC类似[2]。而V3和V4在pH 6~10孵育1 h后仍能保持60%以上的相对酶活，其pH稳定性优于野生型Csn-BAC (Csn-BAC在pH 9~10时失活)。与之相似的是壳聚糖酶Csn21c[20]，其同样在pH 6~10较为稳定 (残余酶活>60%)；马帅等[43]报道的壳聚糖酶BsCsn46在pH 4.5~10的缓冲液中孵育30 min后仍能保持90%以上残余酶活；此外，另外一个来自曲霉TCCC45017的壳聚糖酶在pH 8孵育1 h后，残余酶活仍能保持70%[44]。
2.5 反应动力学参数
突变体的动力学参数见表2。Csn-BAC和突变体V3的Km分别为7.25和7.27 mg·mL−1，与壳聚糖酶Csn21c (7.43 mg·mL−1) [20]相似。而突变体V1、V2、V4的Km分别为3.68、3.13和3.16 mg·mL−1，与壳聚糖酶CvCsn46 (3.06 mg·mL−1) 较为接近[45]，与Csn-BAC相比下降明显，表明酶与底物的亲和力增强，其中突变体V2和V4的Kcat/Km约为Csn-BAC的1.7倍左右，催化效率有所增加。
表 2 Csn-BAC及其突变体反应动力学参数Table 2. Reaction kinetic parameters of chitosanase Csn-BAC and its mutants酶
Enzyme米氏常数
Km/(mg·mL−1)周转率
Kcat/s−1催化效率
Kcat/Km/[mL·(mg·s) −1]野生型 Csn-BAC 7.25 556.00 76.65 突变体 V1 3.68 307.22 83.37 突变体 V2 3.13 409.49 130.66 突变体 V3 7.27 540.88 74.39 突变体 V4 3.16 322.68 102.19 3. 结论
本研究选取了GH46家族中来源于芽孢杆菌的壳聚糖酶Csn-BAC为研究对象，以来自芽孢杆菌DAU101的壳聚糖酶为模板，根据同源建模和序列比对的结果，筛选了4个可能影响其酸碱耐受性的位点进行鉴定，其中P68和H234两个位点靠近底物结合口袋，而另外两个位点则位于蛋白表面。结果显示，所得的突变体中其热稳定性均出现了不同程度的降低，但203和234两个位点突变后对其在较高温度下保持稳定性有益；而突变体的酸碱耐受性有了明显提升，突变体V3和V4的最适pH由最初的7升至9，且在pH 6~10时表现出更好的稳定性。因此，本研究鉴定了4个影响GH46家族壳聚糖酶酸碱耐受性的关键氨基酸，其可能分布在蛋白空间结构的结合口袋附近或表面，同时获得了2个酸碱耐受性明显提高的突变体，且本研究验证了该策略在鉴定并改造影响壳聚糖酶稳定性的关键氨基酸方面是一种有效的方法。
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图 2 深澳湾氮、磷营养盐浓度时空变化
Figure 2. Tempo-spatial variation of nitrogen and phosphate nutrients in Shen'ao Bay
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图 3 不同区域氮磷营养盐浓度和氮磷比的季节变化
同一季节内相同字母表示差异不显著(P>0.05)
Figure 3. Seasonal variation of nitrogen and phosphate nutrients in Shen'ao Bay
Values with the same superscript letters indicate no significant difference (P>0.05).
表 1 营养级的划分原则
Table 1 Classification of trophic level
级别
grade营养级
trophic levelc (总无机氮)/μmol·L–1
DINc (磷酸盐)/μmol·L–1
PO4-P氮磷比
N/PⅠ 贫营养 <14.28 <0.97 8~30 Ⅱ 中度营养 14.28~21.41 0.97~1.45 8~30 Ⅲ 富营养 >21.41 >1.45 8~30 ⅣP 磷限制中度营养 14.28~21.41 − >30 ⅤP 磷中等限制潜在性富营养 >21.41 − 30~60 ⅥP 磷限制潜在性富营养 >21.41 − >60 ⅣN 氮限制中度营养 − 0.97~1.45 <8 ⅤN 氮中等限制潜在性富营养 − >1.45 4~8 ⅥN 氮限制潜在性富营养 − >1.45 <4 
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表 2 深澳湾海水环境因子季节变化
Table 2 Seasonal variation in environmental parameters in Shen'ao Bay
$\overline {{\mathit{\boldsymbol{X}}}} \pm {\bf{SD}} $ 季节
season温度/℃
temperature盐度
salinityρ(溶解氧)/mg·L−1
DOρ(叶绿素a)/μg·L−1
Chl apH 春季 spring 22.0±0.8 (20.8~23.3) 30.3±0.6 (28.8~30.9) 11.6±2.5 (8.9~11.5) 2.01±0.33 (1.62~2.69) 8.3±0.1 (8.2~8.4) 夏季 summer 28.2±0.5 (27.6~29.1) 32.2±0.4 (31.5~32.7) 5.22±0.6 (3.9~5.9) 3.06±0.64 (1.95~4.16) − 秋季 autumn 20.7±0.3 (20.4~21.2) 32.7±0.1 (32.6~32.9) 7.0±0.2 (6.7~7.3) 1.33±0.21 (1.01~1.63) 8.0±0.1 (7.8~8.1) 冬季 winter 14.9±0.1 (14.8~15.0) 32.5±0.0 (32.4~32.5) 7.9±0.1 (7.7~8.3) 0.99±0.21 (0.75~1.47) 7.8±0.1 (7.6~7.9) 注：−. 没有采集到数据 Note: −. no data
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表 3 深澳湾海水中氮磷营养盐浓度、氮磷比及营养级
Table 3 Seasonal variation in nitrogen and phosphate concentrations, N/P ratio and trophic level of seawater in Shen'ao Bay
$ \overline {\mathit{\boldsymbol{X }}} {\mathit{\boldsymbol{\pm}}} {\bf SD}$ 季节
seasonc(亚硝酸盐)/μmol·L–1
NO2-Nc(硝酸盐)/μmol·L–1
NO3-Nc(氨氮)/μmol·L–1
NH4-Nc(总无机氮)/μmol·L–1
DINc(磷酸盐)/μmol·L–1
PO4-P氮磷比
N/P营养级
trophic level春季 spring 0.37±0.06 4.22±0.56 3.58±0.23 8.17±0.64 0.65±0.08 16.6±3.1 Ⅰ 夏季 summer 1.72±0.17 2.83±1.33 1.64±0.33 6.32±1.68 0.46±0.05 13.6±2.2 Ⅰ 秋季 autumn 0.40±0.03 17.81±1.07 1.00±0.12 19.21±1.16 1.02±0.05 19.0±1.0 Ⅱ 冬季 winter 0.55±0.03 13.96±0.91 1.76±0.16 15.86±1.12 1.20±0.06 13.1±0.6 Ⅱ 平均值 mean 0.87±0.08 8.92±0.74 2.36±0.15 12.39±0.95 0.88±0.04 14.3±0.7 Ⅰ
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表 4 深澳湾不同形态氮占总无机氮的比例
Table 4 Seasonal variation of dissolved inorganic nitrogen composition in Shen'ao Bay
% 季节
season亚硝酸盐
NO2-N硝酸盐
NO3-N氨氮
NH4-N春季 spring 4.5 51.7 43.8 夏季 summer 27.2 44.8 25.9 秋季 autumn 2.1 92.7 5.2 冬季 winter 3.5 88.0 11.1 平均值 mean 9.3 69.3 21.5
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[1] ZEHR J P, KUDELA R M. Nitrogen cycle of the open ocean: from genes to ecosystems[J]. Ann Rev Mar Sci, 2010, 3(1): 197.
[2] STEVENS C J. Nitrogen in the environment[J]. Science, 2019, 363(6427): 578-580. doi: 10.1126/science.aav8215
[3] REDFIELD A C. The biological control of chemical factors in the environment[J]. Sci Prog, 1960, 11: 150-170.
[4] LAGUS A, SUOMELA J, WEITHOFF G, et al. Species-specific differences in phytoplankton responses to N and P enrichments and the N: P ratio in the Archipelago Sea, northern Baltic Sea[J]. J Plankton Res, 2004, 33(5/6): 529-551.
[5] GIBBS M T. Sustainability performance indicators for suspended bivalve aquaculture activities[J]. Ecol Indic, 2007, 7(1): 94-107. doi: 10.1016/j.ecolind.2005.10.004
[6] 周毅频, 李绪录, 夏华永. 大鹏湾海水中氮和磷的分布变化[J]. 广东海洋大学学报, 2011, 31(3): 50-55. doi: 10.3969/j.issn.1673-9159.2011.03.009 [7] 李凡. 海岸带陆海相互作用(LOICZ)研究及我们的策略[J]. 地球科学进展, 1996, 11(1): 19-23. doi: 10.3321/j.issn:1001-8166.1996.01.006 [8] 刘瑞玉, 胡敦欣. 中国的海岸带陆海相互作用(LOICZ)研究[J]. 地学前缘, 1997(Z1): 198. [9] BOUWMAN L, GOLDEWIJK K K, van der HOEK K W, et al. Exploring global changes in nitrogen and phosphorus cycles in agriculture induced by livestock production over the 1900−2050 period[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2013, 110(52): 20882-20887. doi: 10.1073/pnas.1012878108
[10] VANNI M J, MCINTYRE P B. Predicting nutrient excretion of aquatic animals with metabolic ecology and ecological stoichiometry: a global synthesis[J]. Ecology, 2016, 97(12): 3460-3471. doi: 10.1002/ecy.1582
[11] VERDEGEM M C. Nutrient discharge from aquaculture operations in function of system design and production environment[J]. Rev Aquacult, 2013, 5(3): 158-171.
[12] BERMAN T, BRONK D. Dissolved organic nitrogen: a dynamic participant in aquatic ecosystems[J]. Aquat Microbial Ecol, 2003, 31(3): 279-305.
[13] 魏皓, 赵亮, 原野, 等. 桑沟湾水动力特征及其对养殖容量影响的研究——观测与模型[J]. 渔业科学进展, 2010, 31(4): 65-71. doi: 10.3969/j.issn.1000-7075.2010.04.009 [14] 史洁, 魏皓. 半封闭高密度筏式养殖海域水动力场的数值模拟[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2009, 39(6): 1181-1187. [15] 杜虹, 郑兵, 陈伟洲, 等. 深澳湾海水养殖区水化因子的动态变化与水质量评价[J]. 海洋与湖沼, 2010, 41(6): 816-823. [16] 彭璇, 马胜伟, 陈海刚, 等. 夏季柘林湾-南澳岛海洋牧场营养盐的空间分布及其评价[J]. 南方水产科学, 2014, 10(6): 27-35. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2014.06.004 [17] 王亮根, 杜飞雁, 陈丕茂, 等. 南澳岛北部海域浮游动物生态学特征及水团影响[J]. 南方水产科学, 2016, 12(5): 23-33. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2016.05.004 [18] 郭卫东, 章小明. 中国近岸海域潜在性富营养化程度的评价[J]. 应用海洋学学报, 1998(1): 64-70. [19] WANG W L, MOORE J K, MARTINY A C, et al. Convergent estimates of marine nitrogen fixation[J]. Nature, 2019, 566(7743): 205. doi: 10.1038/s41586-019-0911-2
[20] MOORE C M, MILLS M M, ARRIGO K R, et al. Processes and patterns of oceanic nutrient limitation[J]. Nat Geosci, 2013, 6(9): 701-710. doi: 10.1038/ngeo1765
[21] KRISHNAMURTHY A, MOORE J K, MAHOWALD N, et al. Impacts of atmospheric nutrient inputs on marine biogeochemistry[J]. J Geophys Res Biogeosci, 2010, 115(G1): 93-101.
[22] HOEGH-GULDBERG O, BRUNO J F. The impact of climate change on the world's marine ecosystems[J]. Science, 2010, 328(5985): 1523-1528. doi: 10.1126/science.1189930
[23] 马媛, 魏巍, 夏华永, 等. 珠江口伶仃洋海域营养盐的历史变化及影响因素研究[J]. 海洋学报(中文版), 2009, 31(2): 69-77. doi: 10.3321/j.issn:0253-4193.2009.02.010 [24] MICHELI F, HALPERN B S, WALBRIDGE S A, et al. Cumulative human impacts on Mediterranean and Black Sea marine ecosystems: assessing current pressures and opportunities[J]. PLoS One, 2013, 8(12): e79889. doi: 10.1371/journal.pone.0079889
[25] CERCO C F, NOEL M R. Can oyster restoration reverse cultural eutrophication in Chesapeake Bay?[J]. Estuar Coasts, 2007, 30(2): 331-343. doi: 10.1007/BF02700175
[26] SHU T, WEN Y, YONGSEN L U, et al. Research on material balance of N and P in cage culture: take example for cage culture in Yaling Bay, Guangdong[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2004, 24(6): 1046-1052.
[27] KELLOGG M L, SMYTH A R, LUCKENBACH M W, et al. Use of oysters to mitigate eutrophication in coastal waters[J]. Estuar Coast Shelf Sci, 2014, 151(5): 156-168.
[28] 毛玉泽, 李加琦, 薛素燕, 等. 海带养殖在桑沟湾多营养层次综合养殖系统中的生态功能[J]. 生态学报, 2018, 38(9): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1673-1182.2018.09.001 [29] AJJABI L C, ABAAB M, SEGNI R. The red macroalga Gracilaria verrucosa in co-culture with the Mediterranean mussels Mytilus galloprovincialis: productivity and nutrient removal performance[J]. Aquacult Int, 2018, 26(1): 253-266. doi: 10.1007/s10499-017-0206-2
[30] GRANT J B C. A numerical model of flow modification induced by suspended aquaculture in a Chinese bay[J]. Can J Fish Aquat Sci, 2001, 58(5): 1003-1011. doi: 10.1139/f01-027
[31] 刘慧, 方建光, 董双林, 等. 莱州湾和桑沟湾养殖海区主要营养盐的周年变动及限制因子[J]. 中国水产科学, 2003, 10(3): 227-234. doi: 10.3321/j.issn:1005-8737.2003.03.010 [32] 张继红, 蒋增杰, 王巍, 等. 桑沟湾营养盐时空分布及营养盐限制分析[J]. 渔业科学进展, 2010, 31(4): 16-25. doi: 10.3969/j.issn.1000-7075.2010.04.003 [33] 毛玉泽, 杨红生, 周毅, 等. 龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)的生长、光合作用及其对扇贝排泄氮磷的吸收[J]. 生态学报, 2006, 26(10): 3225-3231. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2006.10.009 [34] ZHOU Y, YANG H S, HU H Y, et al. Bioremediation potential of the macroalga Gracilaria lemaneiformis (Rhodophyta) integrated into fed fish culture in coastal waters of North China[J]. Aquaculture, 2006, 252(2/3/4): 264-276.
[35] XU Y J, FANG J, WEI W. Application of Gracilaria lichenoides (Rhodophyta) for alleviating excess nutrients in aquaculture[J]. J Appl Phycol, 2008, 20(2): 199-203. doi: 10.1007/s10811-007-9219-y
[36] XU Z G, ZOU D H, GAO K S. Effects of elevated CO2 and phosphorus supply on growth, photosynthesis and nutrient uptake in the marine macroalga Gracilaria lemaneiformis (Rhodophyta)[J]. Botanica Marina, 2010, 53(2): 123-129.
[37] DUAN Y, YANG N, HU M, et al. Growth and nutrient uptake of Gracilaria lemaneiformis under different nutrient conditions with implications for ecosystem services: a case study in the laboratory and in an enclosed mariculture area in the East China Sea[J]. Aquat Botany, 2019, 153: 73-80. doi: 10.1016/j.aquabot.2018.11.012
[38] 谢琳萍, 蒲新明, 孙霞, 等. 荣成湾营养盐的时空分布特征及其影响因素分析[J]. 海洋通报, 2013, 32(1): 19-27. [39] MAO Y, ZHOU Y, YANG H, et al. Seasonal variation in metabolism of cultured Pacific oyster, Crassostrea gigas, in Sanggou Bay, China[J]. Aquaculture, 2006, 253(1): 322-333.
[40] 贾后磊, 温琰茂, 舒廷飞. 哑铃湾网箱养殖水环境中的营养盐含量及特征[J]. 海洋环境科学, 2003, 22(3): 12-15. doi: 10.3969/j.issn.1007-6336.2003.03.003 [41] 黄显兵, 杜虹, 黄洪辉, 等. 深澳湾表层底质沉积物中凯氏氮和总磷的时空分布及与周边地区的比较[J]. 中国农学通报, 2011, 27(6): 333-337. [42] JUSTIC D, RABALAIS N N, TURNER R E. Stoichiometric nutrient balance and origin of coastal eutrophication[J]. Mar Pollut Bull, 1995, 30(1): 41-46. doi: 10.1016/0025-326X(94)00105-I
[43] VITOUSEK P M, HOWARTH R W. Nitrogen limitation on land and in the sea: how can it occur?[J]. Biogeochemistry, 1991, 13(2): 87-115.
[44] 郝林华, 孙丕喜, 郝建民, 等. 桑沟湾海域叶绿素a的时空分布特征及其影响因素研究[J]. 生态环境学报, 2012, 21(2): 338-345. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2012.02.024 [45] REDFIELD A C, KETCHUM B H, RICHARDS F A. The influence of organisms on the composition of the sea water[J]. Intersci Publishers, 1963, 24(6): 26-27.
[46] WEBER T S, DEUTSCH C. Ocean nutrient ratios governed by plankton biogeography[J]. Nature, 2010, 467(7315): 550-554. doi: 10.1038/nature09403
[47] SCHINDLER D W. Eutrophication and recovery in experimental lakes: implications for lake management[J]. Science, 1974, 184(4139): 897-899. doi: 10.1126/science.184.4139.897
[48] ZEHR J P. Nitrogen fixation by marine cyanobacteria[J]. Trends Microbiol, 2011, 19(4): 162-173. doi: 10.1016/j.tim.2010.12.004
[49] 彭欣, 宁修仁, 孙军, 等. 南海北部浮游植物生长对营养盐的响应[J]. 生态学报, 2006, 26(12): 3959-3968. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2006.12.006 [50] FREDE T T, LI Z U, FEREIDOUN R. P limitation of heterotrophic bacteria and phytoplankton in the northwest Mediterranean[J]. Limnol Oceanogr, 1998, 43(1): 88-94.
[51] ZOHARY T, ROBARTS R D. Experimental study of microbial P limitation in the eastern Mediterranean[J]. Limnol Oceanogr, 1998, 43(3): 387-395. doi: 10.4319/lo.1998.43.3.0387
[52] KIRKKALA T, HELMINEN H, ERKKILA A. Variability of nutrient limitation in the Archipelago Sea, SW Finland[J]. Hydrobiologia, 1998, 363(1/2/3): 117-126.
[53] ALLEN J I, BLACKFORD J C, RADFORD P J. An 1-D vertically resolved modelling study of the ecosystem dynamics of the middle and southern Adriatic Sea[J]. J Mar Syst, 1998, 18(1/2/3): 265-286.
[54] 李纯厚, 徐姗楠, 杜飞雁, 等. 大亚湾生态系统对人类活动的响应及健康评价[J]. 中国渔业质量与标准, 2015, 5(1): 1-10. [55] 徐东会, 陈碧鹃, 江涛, 等. 桑沟湾养殖海域营养盐时空分布特征及富营养化评价[J]. 渔业科学进展, 2017, 38(3): 1-11. [56] 周凯. 2000~2001年粤东大规模增养殖区柘林湾和深澳湾的生态学研究[D]. 广州: 暨南大学, 2002: 96. [57] JONES A B, PRESTON N P, DENNISON W C. The efficiency and condition of oysters and macroalgae used as biological filters of shrimp pond effluent[J]. Aquacult Res, 2015, 33(1): 1-19.
[58] STADMARK J, CONLEY D J. Mussel farming as a nutrient reduction measure in the Baltic Sea: consideration of nutrient biogeochemical cycles[J]. Mar Pollut Bull, 2011, 62(7): 1385-1388. doi: 10.1016/j.marpolbul.2011.05.001
[59] 丘耀文. 珠江口水体的三氮特征[J]. 热带海洋学报, 1992(3): 84-88. [60] 郑爱榕, 沈海维, 刘景欣, 等. 大亚湾海域低营养盐维持高生产力的机制探讨Ⅰ[J]. 海洋科学, 2001, 25(11): 48-52. doi: 10.3969/j.issn.1000-3096.2001.11.014 [61] 舒廷飞, 温琰茂, 汤叶涛. 养殖水环境中氮的循环与平衡[J]. 水产科学, 2002, 21(2): 30-34. doi: 10.3969/j.issn.1004-2091.2002.02.015 [62] 周毅, 杨红生, 何义朝, 等. 四十里湾几种双壳贝类及污损动物的氮、磷排泄及其生态效应[J]. 海洋与湖沼, 2002, 33(4): 424-431. doi: 10.3321/j.issn:0029-814X.2002.04.012 [63] GLIBERT P M, WILKERSON F P, DUGDALE R C, et al. Pluses and minuses of ammonium and nitrate uptake and assimilation by phytoplankton and implications for productivity and community composition, with emphasis on nitrogen-enriched conditions[J]. Limnol Oceanogr, 2016, 61(1): 165-197. doi: 10.1002/lno.10203
-
期刊类型引用(3)
1. 孙佳鑫，石连玉，姜晓娜，李池陶，葛彦龙，胡雪松，张晓峰，贾智英. 镜鲤抗疱疹病毒(CyHV-3)F_4抗病品系病毒表达量评估. 上海海洋大学学报. 2021(02): 258-265 . 
百度学术
2. 刘枝华，况文明，王伦，高富铭，陈松，董然然. 鲤鱼肠道中4种细菌的分离与生化鉴定. 贵州畜牧兽医. 2020(01): 45-49 . 百度学术
3. 翁宏飚，沈卫锋，牛宝龙. 水产口服DNA疫苗研究进展. 浙江农业科学. 2020(10): 2125-2131+2135 . 百度学术
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