·植物保护·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220035

主持人：缪卫国

手性茚虫威对家蚕的急性毒性效应

赵文宇，张　洁，郑世祥，汪心雨，苏小婷，范咏梅

（海南大学 植物保护学院/热带农林生物灾害绿色防控教育部重点实验室，海口 570228）

摘    要： 为了评价茚虫威原药及其 2 种手性异构体对家蚕的毒性效应，以家蚕（Bombyx mori）为生物模型，使

用喷雾法测定茚虫威原药和其异构体诱导家蚕体内抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和

过氧化物酶（POD）的活性的变化。结果表明 ，茚虫威原药、（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威对家蚕的 96

hLC50 分别为 0.379、0.041 和 0.113 mg ·kg−1

，（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威的毒性等级均为剧毒。（+）-R-茚虫

威的 LC50 是（−）-S-茚虫威的 2.75 倍，茚虫威的 2 种手性对映体对家蚕的毒性具有对映选择性。茚虫威的共

毒系数为 12.868，（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威之间为拮抗作用。茚虫威诱导家蚕产生氧化应激反应，

SOD 活性和 CAT 活性在茚虫威原药处理组中和对照相比均显著上升，其中 SOD 活性在（+）-S-茚虫威和（−）-

R-茚虫威处理组中的 0.730、1.460 和 2.920 mg ·kg−1 显著上升，CAT 活性在（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威处理

组中除 0.183 mg ·kg−1 外均显著上升。POD 活性在茚虫威原药、（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威 3 个处理组中

均下降。茚虫威原药对 SOD、CAT 和 POD 的作用效果低于（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威的单独作用之和，

（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威混合使用对家蚕氧化应激的诱导具有拮抗作用。在田间使用茚虫威时，必须远

离桑园，以免对家蚕造成危害。

关键词： 茚虫威；手性异构体；家蚕；对映选择性；氧化应激

中图分类号： S482            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0514 − 07

赵文宇，张洁，郑世祥，等. 手性茚虫威对家蚕的急性毒性效应 [J]. 热带生物学报，2023, 14（5）：514−520. doi：

10.15886/j.cnki.rdswxb.20220035

茚虫威是由美国杜邦公司开发的含有手性分

子的恶二嗪类杀虫剂，其中（+）-S-茚虫威具有杀虫

活性，对鳞翅目害虫有较好的防效[1]。由于单一纯

异构体开发成本和技术工艺要求高、成本高，目前

国内外市面上销售的茚虫威杀虫剂多数为（+）-S茚虫威和（−）-R-茚虫威两种对映体的混合剂型，其

中杜邦公司生产的茚虫威产品主要有 3 种对映体

混合剂型：DPX-JW062（S∶R =1∶1）、DPX-MP062

（S∶R=3∶1）、 DPX-KN128（S∶R=1∶0）

[2]

， 中 国

市场上茚虫威产品主要是富含 S 异构体的产品

（S∶R =2.2∶1 和 3∶1）

[3 − 4]。茚虫威广泛应用于

对棉花、玉米、水稻和果树等的害虫防治[5 − 8]。由

于桑园往往与农田、果园等呈交错分布，对桑园附

近农田及果园施药时，杀虫剂会随空气漂移落在

桑树上对桑叶产生污染[9 − 10]。家蚕（Bombyx mori）进

食被杀虫剂污染的桑叶后后果严重，甚至可导致

蚕茧绝收，不仅给养蚕业造成巨大的经济损失，而

且对丝绸产业产生影响[11 − 12]。目前对环境生物家

蚕的毒性报道中使用的多为茚虫威商品药，其中

陈伟国等[13] 测定 30% 茚虫威悬浮剂对 3 龄期蚕

的 24 h LC50 为 0.3604 mg ·L−1，俞瑞鲜等[14] 和陈

丽萍等[15] 测定 15% 茚虫威悬浮剂对家蚕 96 h LC50

分别为 0.449 mg ·L−1 和 0.439 mg ·L−1，毒性为剧

毒。（+）-S-茚虫威、（−）-R-茚虫威及茚虫威原药对

家蚕毒性研究较少，仅有石丽红[16] 采用浸叶法测

定了（+）-S-茚虫威（>98%）、（−）-R-茚虫威（>98%）

　　收稿日期：2022 − 05 − 30　　　　修回日期：2022 − 06 − 27

　　基金项目：国家自然科学基金项目 (31860514、32360684)；海南省自然科学基金高层次人才项目 (321RC479)

　　第一作者：赵文宇（ 1996−） ，女，海南大学植物保护学院 2019 级硕士研究生．E-mail：1697384674@qq.com

　　通信作者：范咏梅（1968−），女，教授．研究方向：农药毒理与农药环境毒性评价．E-mail：yongmeifan@126.com

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

和 S-茚虫威富集体（2.33S∶1R）对家蚕 96 h 的急

性毒性报道，LC50 分别为 1.96、108 和 6.89 mg L−1。

有研究发现茚虫威手性异构体对斑马鱼的毒

性具有对映选择性[17 − 18]

，诱导斑马鱼产生氧化应

激毒性且表现出对映选择性[19]。然而茚虫威原

药、（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威对家蚕的氧化应

激的影响尚未见报道，因此本研究以家蚕为生物

模型，采用喷雾法测定茚虫威原药（3S:1R）、（+）-S茚虫威和（−）-R-茚虫威对家蚕的急性毒性，测定其

抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶

（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性变化来评价茚

虫威原药（3S:1R）、（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威

对家蚕的毒性效应，为后续茚虫威的实际应用及

其对于环境生物的安全性评价提供理论依据。

1    材料与方法

1.1    供试材料    试验所用家蚕品种为‘秋风’ב月

白’，蚕卵购于诸暨市鉴宝农业开发有限公司。实

验室自行催青和饲养，在实验室经 2 d 孵化，幼虫

用新鲜嫩桑叶喂养，恒温养虫室设置温度条件为

（27±1）℃，相对湿度为 70%～85%，光照黑暗比为

16 h:8 h，以二龄起蚕为供试生物，挑选活性良好、

身体健康、体态大小一致、起蚕时间一致的二龄起

蚕用作试验。桑叶品种选用‘云桑二号’，购于诸暨

市鉴宝农业开发有限公司。超氧化物歧化酶

（SOD）测定试剂盒、过氧化氢酶（CAT）测定试剂

盒和过氧化物酶（POD）测定试剂盒均购于南京建

成生物工程研究所有限公司。茚虫威原药（3S:1R，

98%）购于南京乐邦化工有限公司，（+）-S-茚虫威

（98%）和（−）-R-茚虫威（98%）由上海大赛路手性公

司拆分所得。

1.2    急性毒性测定    

1.2.1   急性毒性测定方法 参照《化学农药家蚕

慢性毒性试验准则》（NY/T 3087—2017）附录 B 中

农药家蚕急性毒性试验—喷雾法，使用溶剂 DMF

和助剂 Tween-80 将茚虫威原药、（+）-S-茚虫威和

（−）-R-茚虫威配制成 100 mg ·L−1 的茚虫威母液，

将母液梯度稀释，分别为 14.600 、7.300 、3.650 、

1.825 和 0.915 mg  ·L−1， 同 时 设 置 空 白 对 照 组

CK 和助溶剂对照组 SC。选取桑树顶端大小和质

量尽量一致的新鲜有光泽的嫩桑叶，每个处理的

桑叶用量为（2.5±0.1）g。将桑叶用清水清洗干净

并晾干表面水渍，使用喷雾塔设备将试验药液均

匀喷洒到桑叶的背面，以初始喷雾体积为 5 mL，喷

雾压力为 0.048 MPa，沉降时间为 20 s 作为标准参

数。将桑叶自然风干至其表面看不到药液，再将

染毒桑叶置于培养装置中。选择健康、大小一致

的二龄起蚕转到桑叶上。每处理 20 头二龄起蚕，

重复 3 次。每结束 1 个处理组的喷雾操作后均对

喷雾塔内壁进行清洗擦拭，以防止内壁形成水滴

滴落。喷药前用万分之一天平称量桑叶的质量，

喷药后再次立即称量桑叶质量，进而可测定每片

桑叶上喷施茚虫威的准确含量。计算所得的试

验浓度为 2.920  、 1.460  、 0.730  、 0.365 和 0.183

mg·kg−1，在药剂处理后 24、48、72 及 96 h 观察并

记录家蚕的中毒症状和死亡情况。用移虫笔轻触

家蚕，家蚕无反应视作死亡。当毒性测定试验中

溶剂对照组和空白对照组的死亡率小于 10% 视为

有效试验。

1.2.2   共毒系数计算 参照国家农药室内生物测

定 试 验 准 则 NY/T1154.7-2006 进 行 共 毒 系 数

（CTC）计算。若 CTC≤80，表明 2 种药剂混用为

拮抗作用；若 80＜CTC＜120，则为相加作用；若

CTC≥120，则为增效作用。

混剂实测毒力指数(ATI) = ( 标准杀虫剂LC50/

混剂的LC50)×100 ；

混剂理论毒力指数(TTI) = A 药剂毒力指数×

A 药剂在混剂中的百分含量+B 药剂毒力指数×

B 药剂在混剂中的百分含量 ；

共毒系数(CTC) = ( 混剂实际毒力指数(ATI)/

混剂理论毒力指数(TTI))×100。

1.3    酶活力测定    

1.3.1   粗酶液制备 使用喷雾法按照急性毒性试

验浓度处理 24 h，其中各浓度处理组设置多组重

复以满足试验需求，从每个浓度的处理组中各取

10 头活蚕分别装入离心管中，用液氮处理后加入

2  mL 的 1×PBS 溶液进行冰浴研磨 ，然后使用

Z216MK 冷冻离心机 4 ℃ 3 500 r·min−1 离心 10 min

后，取上清液作为粗酶液。

1.3.2   总蛋白含量的测定 蛋白质含量的测定采

用考马斯亮蓝 G-250 染色法进行。首先用 0.15

mol·L−1 的 NaCl 配 制 出 100  mL 浓 度 为 1  000

mg · L−1 的牛血清白蛋白，备用。分别向编号 0 ～

8 的 离 心 管 中 加 入 0.01、 0.02、 0.06、 0.08、 0.1、

第 5 期 赵文宇等: 手性茚虫威对家蚕的急性毒性效应 515

0.12、0.14 和 0 mL 牛血清白蛋白（1 000 mg · L−1），

然后依次加入 0.19、0.18、0.14、0.12、0.10、0.08、

0.06 和 0.2 mL 蒸馏水，每管中加入 5 mL 考马斯

亮蓝 G-250 染剂后用离心机涡旋混匀后静置

5 min，再将其移到比色皿内置于 752 紫外分光光

度计中，波长调至 595 nm，测定吸光值绘制蛋白标

准曲线，8 号管用于调零，每个处理重复 3 次。

1.3.3   酶源蛋白含量测定 向编号 1～7 号的离

心管中分别加入 0.2 mL 上述步骤制备的粗酶液，

在 8 号管中加入 0.2 mL 蒸馏水，向 8 个离心管中

分别加入 5 mL 考马斯亮蓝 G-250 染剂，再将离心

管中液体转移至比色皿内，将比色皿置于紫外分

光光度计中，波长调至 595 nm，测定吸光值，8 号

管用于调零，每个处理重复 3 次。

1.3.4   SOD、CAT 和 POD 酶活力测定  SOD、

CAT 和 POD 酶活力的测定使用 752 紫外分光光

度计进行测定，具体试验步骤操作参照南京建成

试剂盒进行。

1.4    数据分析    使用软件 IBM  SPSS  statistics

21.0 软件进行统计分析，用 GraphPad Prism 9 进行

数据分析与绘图。

2    结果与分析

2.1    茚虫威对家蚕的毒性影响    参照《化学农药

家蚕慢性毒性试验准则》使用桑叶浸渍修正系数

对农药对家蚕的急性毒性等级划分标准的 LC50 进

行修正后可知，茚虫威原药对家蚕 96 h 的毒性等

级为高毒，（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威对家蚕 96

h 的毒性等级为剧毒，毒性大小依次为（−）-R-茚虫

威> （+）-S-茚虫威>茚虫威原药。主要中毒症状为

吐黄水、蚕体发黑、蚕体缩短现象，随着药液浓度

的升高，中毒家蚕越多。（+）-R-茚虫威对家蚕的

LC50 是（−）-S-茚虫威的 2.75 倍，茚虫威的 2 种手

性对映体对家蚕表现出对映选择性毒性。茚虫威

原药（3S:1R）的共毒系数为 12.868≤80，（+）-S-茚

虫威和（−）-R-茚虫威 2 种药剂混合表现为拮抗作

用（表 1）。

2.2    茚虫威对家蚕酶活性的影响    以牛血清白

蛋白为标准蛋白绘制蛋白质标准曲线，标准曲线

方程为 y=0.044x+0.048，相关系数 R

2 为 0.971。

2.2.1   茚虫威对家蚕 SOD 活性的影响 从图 1-A

可知茚虫威原药诱导家蚕体内的超氧化物歧化酶

（SOD）活性上升，和对照组 SC 相比，5 个处理组

SOD 活性均显著上升。在图 1-B 中（+）-S-茚虫威

处理组中 0.730、1.460 和 2.920 mg ·kg−13 个浓度

诱导 SOD 活性显著上升，其余 2 个浓度 SOD 活

性显著下降。在图 1-C 中（−）-R-茚虫威处理组中

0.183 和 0.365 mg ·kg−1 浓度下诱导 SOD 活性显著

降低，SOD 活性在 0.730、1.460 和 2.920 mg ·kg−1

浓度下显著上升。

表 1    茚虫威原药、（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威对家蚕的毒性测定结果

药剂名称 96 h致死中浓度LC50/（mg ·kg−1） 95%置信区间/（mg ·kg−1） 回归方程 R

2 共毒系数

茚虫威原药 0.379 0.182～0.616 y=1.14+2.57x 0.911 12.868

（+）-S-茚虫威 0.041 0.002～0.093 y=2.25+1.55x 0.895

（−）-R-茚虫威 0.113 0.008-0.232 y=1.75+1.81x 1.000

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

100

75

50

25

0

SOD 活力/(U·mg−1

)

100

75

50

25

0

SOD 活力/(U·mg−1

)

100

75

50

25

0

SOD 活力/(U·mg−1

)

茚虫威原药

d d

c

f e

a

c

b

d

f

e

a

c

b

b

a

b

a

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

浓度/(mg·kg−1)

A B C (+)-S-茚虫威 (−)-R-茚虫威

浓度/(mg·kg−1) 浓度/(mg·kg−1)

图 1    茚虫威对家蚕 SOD 活性的影响

英文字母表示不同浓度下 SOD 活性的差异性（P<0.05），字母相同表示差异不显著。

516 热 带 生 物 学 报 2023 年

在 0.183 和 0.365 mg ·kg−1 浓度下，茚虫威原

药诱导 SOD 酶活性和对照相比上升 8.577% 和

23.585%。（+）-S-茚虫威诱导 SOD 酶活性和对照

相比下降 28.536% 和 23.317%，（−）-R-茚虫威诱

导 SOD 酶活性和对照相比下降 14.735% 和 8.170%。

在 0.730、1.460 和 2.920 mg ·kg−1 浓度下，茚虫威

原药诱导 SOD 酶活性和对照相比上升 34.129%、

20.626% 和 32.948%。 （+）-S-茚 虫 威 诱 导 SOD

酶 活 性 和 对 照 相 比 上 升 66.079%、 25.723% 和

38.650%，（−）-R-茚虫威诱导 SOD 酶活性和对照相

比上升 77.247%、32.006% 和 54.537%。0.183 和

0.365 mg ·kg−1（+）-S-茚虫威对 SOD 的抑制效果

更好。

2.2.2   茚虫威对家蚕 CAT 活性的影响 由图 2-

A 可知茚虫威原药诱导家蚕体内的过氧化氢酶

（CAT）活性整体呈上升趋势，和对照相比，5 个处

理组 CAT 活性均显著上升。由图 2-B 可以看出

（+）-S-茚虫威处理组中除 0.183 mg ·kg−1 浓度下

CAT 活性显著下降，其余处理组 CAT 活性均显著

上升。由图 2-C 可知（−）-R-茚虫威处理组中除

0.183 mg ·kg−1 浓度下 CAT 活性下降，其余 4 个浓

度 CAT 活性均显著上升。

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

30

20

10

0

CAT活力/(U·mg−1

)

f

d

c

b

c

a

浓度/(mg·kg−1)

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

30

20

10

0

CAT 活力/(U·mg−1

)

e e f

d

a

c

b

f

a

d

c

b

浓度/(mg·kg−1)

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

30

20

10

0

CAT 活力/(U·mg−1

)

A B C 茚虫威原药 (+)-S-茚虫威 (−)-R-茚虫威

浓度/(mg·kg−1)

图 2    茚虫威对家蚕 CAT 活性的影响

英文字母表示不同浓度下 CAT 活性的差异性（P<0.05），字母相同表示差异不显著。

和对照相比，在 0.183 mg ·kg−1 浓度下茚虫威

原药诱导 CAT 活性上升 39.054%，（+）-S-茚虫威

和 -）-R-茚 虫 威 诱 导 CAT 活 性 下 降 42.420% 和

13.169%。在 0.365、0.730、1.460 和 2.920 mg ·kg−1

浓度下，茚虫威原药诱导 CAT 活性上升 59.065%、

84.756%、33.526% 和 95.957%，（+）-S-茚虫威诱导

CAT 活 性 上 升 76.001%、 251.725%、 34.229% 和

234.280%， （−）-R-茚 虫 威 诱 导 CAT 活 性 上 升

8.590%、 173.678%、 30.407% 和 125.553%。 在

0.183 mg ·kg−1（+）-S-茚虫威对 CAT 的活性抑制效

果最好。

2.2.3   茚虫威对家蚕 POD 活性的影响 由图 3-

A 可知，茚虫威原药处理组中 5 个浓度均诱导家蚕

体内 POD 活性下降。图 3-B 结果表明，和对照相

比，（+）-S-茚虫威诱导 POD 活性均显著下降。由

图 3-C 可知，（−）-R-茚虫威诱导 POD 活性下降，和

对照相比，5 个浓度家蚕 POD 活性均显著下降。

和对照相比，在 0.183、0.365、0.730、1.460 和

2.920 mg ·kg−1 浓度下茚虫威原药诱导 POD 活性

下 降 165.885%、 93.751%、 30.108%、 52.268% 和

30

20

10

0

−10

−20

−30

POD 活力/(U·mg−1

)

a

d

e

b c

a

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

浓度/(mg·kg−1)

茚虫威原药 A 30

20

10

0

−10

−20

−30

POD 活力/(U·mg−1

)

a

d

e

b

c

f

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

浓度/(mg·kg−1)

B 30

20

10

0

−10

−20

−30

POD 活力/(U·mg−1

)

a

e

f

d

c

b

CK

SC

0.183

0.365

0.730

1.460

2.920

浓度/(mg·kg−1)

C

(+)-S-茚虫威 (−)-R-茚虫威

图 3    茚虫威对家蚕 POD 活性的影响

英文字母表示不同浓度下 SOD 活性的差异性（P<0.05），字母相同表示差异不显著。

第 5 期 赵文宇等: 手性茚虫威对家蚕的急性毒性效应 517

6.206%； （+）-S-茚 虫 威 诱 导 POD 活 性 下 降

266.722%、 217.385%、 151.490%、 205.520% 和

378.033%； （−）-R-茚 虫 威 诱 导 POD 活 性 下 降

406.287%、 314.239%、 258.185%、 119.468% 和

64.830%。（−）-R-茚虫威在 0.183、0.365、0.730 mg·

kg−1 对 POD 活性的抑制效果最好，（+）-S-茚虫威

在 0.183 和 2.920 mg ·kg−1 2 个浓度对 POD 的抑制

效果最好。

3    讨　论

对于大多数手性农药而言，其一种手性异构

体对同种生物的急性毒性往往高于其外消旋体，

且 2 种手性异构体可能在同种生物中表现出不同

的毒性[20 − 21]。石丽红[16] 采用浸叶法测定的（+）-S茚虫威和（−）-R-茚虫威 96 h 的 LC50 分别为 1.96

和 108  mg·L−1，用桑叶浸渍修正系数修正后为

0.901 6 和 49.680 0 mg·kg−1。本试验家蚕毒性测定

方法中喷雾法可通过试验前后称量桑叶重量对农

药进行定量，和浸叶法相比，该方法定量更精准、

喷雾更均匀[22 − 23]

，本研究结果表明，（+）-S-茚虫威

和 （−）-R-茚 虫 威 对 家 蚕 96  h 的 LC50 分 别 为

0.041 和 0.113 mg·kg−1，茚虫威的 2 种手性异构体

对家蚕的毒性存在对映选择性的差异。

据报道，斑马鱼成鱼暴露于不同浓度的（−）-R茚虫威和（+）-S-茚虫威 96 h 后，（+）-S-茚虫威在

96  h 对 斑 马 鱼 胚 胎 的 毒 性 是 （−）-R-茚 虫 威 的

5.637 倍；斑马鱼幼鱼暴露于不同浓度的（−）-R-茚

虫 威 和 （+）-S-茚 虫 威 96  h 后 ， （+）-S-茚 虫 威 在

96h 对 斑 马 鱼 幼 鱼 的 毒 性 是 （−）-R-茚 虫 威 的

3.352 倍[24]。本研究结果表明，（−）-R-茚虫威对家

蚕的毒性是（+）-S-茚虫威的 2.75 倍 ，茚虫威的

2 种手性异构体对家蚕的毒性存在对映选择性的

差异。

生物体中存在多种抗氧化酶系包括过超氧化

物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶

（POD）等，SOD、CAT 和 POD 三者协调一致,处于

动态平衡，从而使自由基维持在一个较低水平，防

止自由基产生毒害[25]。微量农药诱导昆虫体内自

由基（ROS）积累发生氧化应激[26 − 27]

，钩虾暴露于

茚虫威 24、48、96 h 后，SOD 和 CAT 活性随暴露

时间增加而增加[28]

，低剂量的茚虫威诱导鲤鱼肾脏

中的 SOD 和 CAT 酶基因表达均发生上调[29]。本

试验结果表明，和对照相比，在（+）-S-茚虫威和

（−）-R-茚 虫 威 处 理 组 中 SOD 和 CAT 活 性 在

0.730、1.460 和2.920 mg·kg−13 个浓度时显著上升，SOD

和 CAT 活性上升可能参与了家蚕氧化应激中自

由基的清除过程[30]

，以减轻茚虫威对家蚕造成的损

害。在茚虫威原药、（+）-S-茚虫威和（−）-R-茚虫威

处理组中 POD 活性均下降，可能影响自由基清除

过程中对 H2O2 的催化[31]。

杀虫剂混配后可能产生增效、相加或拮抗的

联合作用效果[32 − 33]。三唑磷和氯氟氰菊酯混合剂

对蚯蚓的联合毒性表现为协同作用，该混合剂对

蚯蚓体内 POD 酶活性的诱导作用大于单独使用

三唑磷或氯氟氰菊酯的效果[34]。阿维菌素和氟虫

脲混合剂联合毒性表现为协同作用，混合农药处

理的舞毒蛾幼虫 SOD、POD 和 CAT 活性均高于

单独使用阿维菌素或氟虫脲处理组[35]。有研究表

明，敌敌畏和溴氰菊酯及其混合剂均能抑制大鼠

肝脏的 SOD 和 CAT 的活性，单独使用时溴氰菊

酯抑制效果更好 ，敌敌畏与溴氰菊酯混配剂对

SOD 和 CAT 的抑制效果低于二者单独作用的效

果总和，敌敌畏与溴氰菊酯混合使用对大鼠肝脏

氧化应激的诱导具有拮抗作用[36]。二嗪农和溴氰

菊酯混合对大鼠血液中 MDA、GST、SOD 的活性

具有拮抗作用[37]。本试验结果表明，（+）-S-茚虫威

和（−）-R-茚虫威）之间的毒性效应为拮抗作用，和

二者联合毒性作用效果一致。

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第 5 期 赵文宇等: 手性茚虫威对家蚕的急性毒性效应 519

The acute toxic effects of chiral indoxacarb on Bombyx mori

ZHAO Wenyu,   ZHANG Jie,   ZHENG Shixiang,   WANG Xinyu,   SU Xiaoting,   FAN Yongmei

（College of Plant Protection/Ministry of Education Key Laboratory of Green Management of Tropical Plant Diseases and Pests,

Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China）

Abstract：Indoxacarb belongs to oxadiazine insecticide, which blocks the insect sodium channel. Lepidopteran

pests,  such  as Cotton Bollworm, Plutella xylostella,  and Spodoptera litura,  were  effectively  controlled  by

indoxacarb. The scholars have focused on the selective toxicity of indoxacarb isomers to non-target organisms.

In this study the acute toxicity of indoxacarb and its isomers, (+)-S-indoxacarb and (−)-R-indoxacarb, on the

silkworm Bombyx mori was evaluated by spray method. Additionally, the toxic effects of indoxacarb and its

isomers  on  the  silkworm  were  evaluated  by  measuring  the  changes  in  the  activities  of  antioxidant  enzymes

superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and peroxidase (POD) in the silkworm. The results showed that

the 96 h-LC50 of indoxacarb, (+)-S-indoxacarb and (−)-R-indoxacarb to the silkworm were 0.379, 0.041 and

0.113 mg·kg−1 mulberry leaf, respectively. The (+)-S- indoxacarb and (−)-R- indoxacarb were highly toxic to

the silkworm. The 96 h-LC50 of the (+)-S-indoxacarb was 2.750 folds higher than that of the (−)-R-indoxacarb,

which suggested an enantioselective toxicity to the silkworms. The mixture of the (+)-S-indoxacarb and (−)-Rindoxacarb showed an antagonism effect with the co-toxicity coefficient being 12.868. The activities of SOD

and  CAT  in  the  silkworm  were  significantly  increased  in  the  indoxacarb  treatment  groups,  which  induced

oxidative stress in the silkworm. The activities of SOD significantly increased in the (+)-S-indoxacarb and (−)-

R-indoxacarb treatment groups with the concentrations of 0.730, 1.460, and 2.920 mg·kg−1 mulberry leaf. The

activities of CAT significantly increased in the (+)-S-indoxacarb and (−)-R-indoxacarb treatment groups with

all the concentrations except the concentration of 0.183 mg·kg−1. The activities of POD were decreased in all

the indoxacarb treatment groups. The effect of indoxacarb on SOD, CAT and POD was lower than the sum of

the individual effects of the (+)-S-indoxacarb and (−)-R-indoxacarb, indicating that the mixture of the (+)-Sindoxacarb and (−)-R-indoxacarb produced antagonistic effects on inducing of oxidative stress in the silkworm.

The  toxic  effects  of  indoxacarb,  (+)-S-indoxacarb  and  (−)-R-indoxacarb  on  silkworms  were  preliminarily

evaluated, which provides reference for the application of indoxacarb in the field. This result suggests that the

indoxacarb when sprayed in the field should be kept away from mulberry gardens to avoid harm to silkworms.

Keywords：indoxacarb；chiral isomers；Bombyx mori；enantioselective；oxidative stress

(责任编辑：钟云芳)

520 热 带 生 物 学 报 2023 年

·园艺·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20230051

主持人：朱国鹏

葡萄欧亚种与杂交种的营养品质差异研究

陈琪玉1，李宇飞1,2，徐　航1,2，刘贤青1,2，罗　杰1,2

（1. 海南大学 热带作物学院/海南省热带生物资源可持续利用重点实验室，海口 570228;

2. 海南省三亚崖州湾种子实验室，三亚 572000）

摘    要： 葡萄（grape）是葡萄科葡萄属的藤本类植物，主要包括四大种群：欧亚种、美洲种、东亚种以及三大种

群杂交选育出来的杂交种。目前国内主要种植的葡萄类型为欧亚种和杂交种。葡萄因其果肉的鲜美受到消

费者的喜爱。为研究葡萄中的营养物质的分布与积累，本研究收集了来自葡萄欧亚种群（V.vinifera）和杂交种

群的 20 份葡萄品种，运用代谢组检测方法进行研究，结合多类物质注释方式，建立了 1 个包含 768 个已知代

谢物的葡萄代谢数据库，涵盖了类黄酮、脂质、氨基酸、维生素、有机酸、萜类、多酚、酚胺以及其他共 9 类代

谢物大类。通过代谢分析手段，发现葡萄代谢物在欧亚种和杂交种之间的积累差异，葡萄杂交种中总氨基

酸、维生素 B3、总脂肪酸以及 4 种花青素的含量高于葡萄欧亚种，而维生素 B6 和黄烷醇等代谢物的含量在

葡萄欧亚种中相对更高。

关键词： 葡萄；代谢组学；数据库

中图分类号： S663.1；Q946            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0521 − 09

陈琪玉，李宇飞，徐航，等. 葡萄欧亚种与杂交种的营养品质差异研究 [J]. 热带生物学报，2023, 14（5）：521−529.

doi：10.15886/j.cnki.rdswxb.20230051

葡萄（grape ）是葡萄科葡萄属的藤本类植物，

不仅具有悠久的种植历史，也是目前全球种植面

积最大以及产量最高的经济水果之一[1]。葡萄属

可分为真葡萄和麝香葡萄两个亚属共计 70 多个

种，但具有经济价值的驯化栽培种仅有 20 多个种

且均属于真葡萄属，主要包括 4 大种群：欧亚种、

美洲种、东亚种以及三大种群杂交选育出来的杂

交种（以下简称种间杂交种）

[2]。目前中国主要种

植的类型为欧亚种与杂交种，其中杂交种的抗病

性与环境适应性强于欧亚品种[3]。葡萄作为人们

喜爱的水果之一，除了果肉的鲜美以外，以葡萄为

原料的副产品如葡萄酒、葡萄汁和葡萄干等也受

人们的欢迎[4 − 5]。在当今社会，消费者对食物的追

求除最基本的口感外，对食物中的营养成分及含

量水平也提出了更多的要求，因此探究葡萄中所

含的营养物质的分布与含量成为研究热点[6 − 7]。

氨基酸、维生素、脂质以及类黄酮等物质作为

四类常见营养元素，已有研究人员对其在葡萄中

的分布情况开展研究。徐雯等[8] 对中国河北省内

主要种植的 6 个葡萄品种进行氨基酸的检测，发

现葡萄中主要的氨基酸为谷氨酸、精氨酸、脯氨酸

和天冬氨酸等。此外，Tassoni A 等[9] 通过研究抗

病型和感病型葡萄品种的氨基酸水平差异，发现

在抗病性强的葡萄品种中，谷氨酰胺、精氨酸、脯

氨酸和苏氨酸等氨基酸的含量均高于感病型的葡

萄品种。维生素是生物体维持正常生命活动所必

需的营养物质，在生物体的生长发育等代谢过程

中发挥重要作用。金洪艳等[10] 对葡萄中所含的维

生素进行检测，发现在葡萄中的维生素主要包括

维生素 B 族和 C 族。脂质主要在葡萄籽中积累，

　　收稿日期：2023 − 04 − 19　　　　修回日期：2023 − 05 − 01

　　基金项目：111 引 智 计 划 项 目 (D20024)； 海 南 省 院 士 创 新 平 台 项 目 （HD-YSZX-202003）； 海 大 科 研 启 动 经 费

KYQD(ZR)1866 资助

　　第一作者：陈琪玉（1998−），女，海南大学热带作物学院 2020 级硕士研究生. E-mail：qiyuchen@hainanu.edu.cn

　　通信作者：罗杰（1971−），男，教授. 研究方向：植物次生代谢调控及代谢组学. E-mail：jie.luo@hainanu.edu.cn

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

Pérez-Navarro J 等[11] 对葡萄中所含的脂质进行检

测，发现在果肉中广泛存在棕榈酸、硬脂酸、亚油

酸和甘油磷脂等脂质，还发现在葡萄籽中不饱和

脂肪酸的比例相对较高。类黄酮是葡萄中种类最

多且含量最高的营养代谢物，其在葡萄中的分布

与含量受到研究人员的广泛关注，葡萄中主要的

类黄酮化合物包括花青素 、黄酮醇和黄烷醇

等[12]。研究人员还发现类黄酮在葡萄品种间存在

很大的积累差异[13]

，例如，在大多数红葡萄品种中，

黄烷醇和花青素是类黄酮化合物的主要组成成

分，而在白葡萄品种中，酚类物质的含量相对较

低，其中黄酮醇和黄烷醇占主导地位[14]。

代谢组学（metabonomics）是通过组群指标分

析，进行高通量检测和数据处理，研究生物体整体

或组织细胞系统的动态代谢变化，特别是对内源

代谢、遗传变异、环境变化乃至各种物质进入代谢

系统的特征和影响的学科。代谢组与基因组、转

录组和蛋白组一起构成了系统生物学，代谢物是

基因转录与蛋白表达的终端产物，承载着生物体

众多的生命活动并体现生物的生命状态[15]。目前

代谢领域常用的研究分析平台分别是液相色谱质

谱联用系统（LC-MS）、气相色谱质谱联用系统

（GC-MS）以及核磁共振（NMR）等。因 LC-MS 具

有高灵敏和高重现性的双重优势，LC-MS 是目前

代谢组学研究中应用最广泛的检测手段。随着科

学技术的不断进步与发展，液相色谱体系也从高

效液相色谱体系（HPLC）发展到分离比更高的超

高效液相色谱体系（UPLC），体系的升级使得物质

分离效果和检测效率得到了大幅度的提升[16]。代

谢组学常用物质检测方法有非靶向代谢检测[17]、

靶向代谢检测[18] 以及广泛靶向代谢检测方法[19]

，

非靶向代谢检测和靶向代谢检测的检测方法各有

优劣，而广泛靶向检测方法综合两者优势在代谢

领域得到了广泛应用。代谢组学在植物相关研究

中至关重要[20]

，在植物的品种鉴定、中医药学以及

园艺作物的品质研究等领域均有广泛应用 [21 − 23]。

葡萄作为高经济价值的水果之一，培育味道

鲜美和营养价值高且具有广泛环境适应能力的葡

萄品种是研究人员不断努力的方向。本研究收集

了起源于欧亚种群（V.vinifera）或种间杂交种群两

大种群共 20 份葡萄栽培品种，利用广泛靶向代谢

检测方法对葡萄群体进行高通量代谢检测分析，

建立了涵盖多类代谢物质葡萄代谢数据库，比较

了几类营养代谢物在葡萄欧亚种和种间杂交种之

间的分布情况，意为葡萄高营养品种的培育提供

新的思路以及理论基础。

1    材料与方法

1.1    材　料    本研究使用的 20 份葡萄种质资源

起源于葡萄欧亚种群（V.vinifera）或杂交种群两大

种群，主要从北京、山西和山东等地的种质资源中

心收集。在挑选材料时根据品种来源、果皮颜色

以及品种用途等方面进行考量，所有的材料都使

用统一的管理方法，包括栽培、灌溉、施肥、修剪

和疾病控制等方面。

1.2    代谢样品提取    先利用真空低温冻干机将

葡萄鲜样中的水分去除，将冻干后的样品磨成粉

末装在 2 mL 离心管中。将冻干粉样按每份 50

mg 进行分装 ，将分装后的样品置于冰上按照

W冻干粉样∶V提取液=1 mg∶8 mL 加入由甲醇、乙腈

和超纯水按 V甲醇∶V乙腈∶V超纯水=2∶2∶1 混合配

制而成的提取液，再进行 10 s 涡旋混匀，然后放入

加了冰块的超声仪中超声 10 min，涡旋超声步骤

共重复 3 次。超声结束后将样品置于预冻好的

4℃ 高速离心机中离心 10 min，吸取上清液打入装

有 0.22 μm 尼龙滤膜的针筒进行过滤，将滤液装入

含有内插管的棕色代谢瓶中等待上机检测，整个

过程在冰上操作。代谢样品提取全过程中，除磨

样和样品分装 2 个步骤外，其余操作均需在黑暗

条件下进行。

1.3    代谢样品检测    

1.3.1   液相分离参数 分离使用的液相仪器分别

为 UltiMate 3000 高效液相色谱仪（赛默飞世尔科

技公司）和 DGU-20A5R 高效液相色谱仪（岛津公

司）。检测用的色谱柱为 Shim-pack GISS C18（1.9

μm, 2.1 × 100 mm）反向色谱柱（岛津公司），柱温设

为 40℃。流动相体系为 A 相（含 0.04 % 乙酸水溶

液）；B 相（含 0.04 % 乙酸的甲醇溶液）。液相洗脱

时间为 20 min，梯度为：0～5 min，流动相 B 相的

比例由 5 % 逐渐增高至 95 %，在 B 相占比达 95 %

时保持 5 min，15.1 min 时迅速降至 B 相比例 5 %

并保持至洗脱时间结束。在样品正式检测前必须

使仪器达到平衡状态，平衡时间大约为 3 min。

1.3.2   高分辨质谱检测参数 使用 Q Exactive

522 热 带 生 物 学 报 2023 年

Plus Orbitrap HRMS 仪器进行高分辨数据采集，扫

描模式为 Full MS/ddMS2，母离子扫描范围 100～

1 000 Da,二级谱图采集范围 50～1 000 Da， 正离

子模式下喷雾电压 3.5 kV，毛细管温度 325℃，加

热器温度 350℃，鞘气 30 arb，辅助气 10 arb。

1.3.3    低 分 辨 质 谱 检 测 参 数  Q-Trap  6500+

MS 用于进行代谢物的定量检测 ，检测模式为

sMRM。ESI 源的参数设置：温度 500℃，喷雾气

（GS1）50，辅助加热气（GS2）60，气帘气（CUR）35

psi。正离子扫描模式：离子喷雾电压（IS）5 000 V，

去簇电压（DP）50 V，碰撞电压（CE）30 V。对代谢

信号进行扫描时，分成多个文件，每个文件内放置

1 000 个离子对进行扫描，扫描窗口设定为 70，总

的循环时间为 0.8 s。数据采集完后由 Analyst 软

件导出然后导入 MultiaQuant 软件进行后续的定

量分析。

1.4    数据统计与分析    

1.4.1   代谢数据的定性和定量 非靶检测所得的

原始数据均由 Compound Discoverer 3.1 软件进行

了峰对齐、反褶积和空白扣除等工作。代谢物定

量数据使用 MultiQuant 3.0.3 软件进行处理。

1.4.2   代谢数据的处理由 EXCEL 完成 代谢物

的聚类热图由 R 语言的 pheatmap R 包完成；主成

分分析（PCA）使用线上网站 HIPLOT （https://hiplot.

com.cn/）完成。

2    结果与分析

2.1    葡萄代谢物数据库的建立    利用高分辨仪

器 UPLC-Q Exactive Plus Orbitrap 对葡萄群体的代

表性样本进行非靶向代谢组检测，并基于以下两

个原则对代谢信号数据进行初步筛选：（1）是否拥

有二级碎片；（2）前体离子（Q1）与产物离子（Q3）之

差是否小于 14，以此将质量较差以及冗余的信号

去除。最终，通过非靶检测共计得到了 2 353 个代

谢信号。为进一步对筛选得到的信号进行定量检

测以及二次筛选，利用 Q-Trap 6500+ MS 对葡萄群

体的代谢信号进行靶向检测。利用 MultiQuant

软件对靶向检测所得数据进行处理，去除峰型较

差以及信噪比在 10 以下的代谢信号，最终得到了

1 328 个代谢信号，完成葡萄代谢物数据库的初步

建立。

葡萄代谢物数据库初步建立后，利用多种方

法对葡萄代谢物数据库中未知代谢信号进行物质

注释。运用高分辨仪器配套的 CD（Compound

Discover）软件对采集到的代谢物质进行一个初步

匹配，但因软件的局限性，匹配结果还需结合碎片

信息以及出峰时间进行人工核对，再通过由已知

到未知的顺序，结合实验室已有代谢数据库，根据

Q1、Q3、碎片信息和保留时间（样品和检测仪器的

不同会影响 RT 值，但出峰时间的差异范围大约

在 0.5～1 min）等信息注释了 373 个代谢物。再利

用标准品核验，将标准品采用样品同样的检测方

法进行代谢检测，根据所得的 RT、Q1 和 Q3 的值

与已有数据进行匹配，通过该方法注释了 247 个

物质。

此外，还对部分未知代谢信号进行了人工注

释 ，如代谢物 GRP0421 的保留时间是 4.97  min

（图 1-A），质荷比（m/z）为 627.1562，根据其二级谱

图（图 1-B），发现其主要的碎片为 303.0496，除此

之外还有 1 个小的碎片 465.1026。通过分析该物

质的质谱信息，其碎裂模式与糖基化类黄酮类物

质的裂解方式非常相似，结合常见黄酮类物质的

出峰时间大约在 4～8 min，因此笔者推测该物质

为类黄酮的糖基化修饰物。对该物质的二级谱图

进行分析，303.0496 为该类黄酮物质母核的特征

质 荷 比 ， 其 特 征 碎 片 303 与 另 一 个 主 要 碎 片

465 以及 465 与母离子 627 的中性丢失特征值均

为 162，恰好符合六碳糖丢失 1 个水（MW-H2O，

162）的质荷比，因此推测在该物质中存在 2 个六

碳糖和 1 个羟基，再结合 CD 软件的匹配结果人为

核对后 ，将该物质注释为 Quercetin  3-glucosylgalactoside，结构式以及物质断裂模式如图 1-C

所示。

本研究通过一系列代谢物注释方法后，在去

除冗余值后，建立了 1 个包含 768 个已知代谢物

的葡萄代谢数据库，涵盖了类黄酮、脂质、氨基

酸、维生素、有机酸、萜类、多酚及酚胺等九类代

谢物（图 1-D），其中类黄酮和脂质化合物的占比

较高。

2.2    葡萄代谢谱分析    基于所得代谢物数据库

对葡萄群体进行定量分析后，本研究展开了初步

的代谢轮廓分析。根据所得 768 个已知代谢物对

20 份葡萄品种利用 R 语言进行主成分分析（PCA）

和聚类热图分析（图 2）。由图 2-A 可知代谢物可

第 5 期 陈琪玉等: 葡萄欧亚种与杂交种的营养品质差异研究 523

以将葡萄欧亚种和杂交种区分开。为了探究是哪

些化合物在葡萄不同种群之间存在差异，对 80 份

栽培葡萄品种进行聚类热图分析，由图 2-B 可知

类黄酮化合物、脂质、萜类化合物以及多酚化合物

是造成葡萄品种存在代谢差异的几类主要化合

物，其中萜类化合物在葡萄杂交种中的积累相对

高于葡萄欧亚种而类黄酮物质和脂质在葡萄不同

种群中的积累存在较大差异。此外，本研究统计

了葡萄代谢库中的 768 个代谢物的变异系数，发

现有 482 个代谢物的变异系数超过了 60%，这说

明在本研究中测得的代谢物在葡萄欧亚种和杂交

种之间存在较大的积累差异（图 2-C）。

2.3    葡萄欧亚种和杂交种差异代谢物分析    为

明确在葡萄欧亚种和杂交种之间的代谢物的差

异，本研究结合变量权重值（VIP 值>1）和差异倍数

的计算（Fold Chang<0.8 或 Fold Chang>1.2）两种分

析代谢物的差异的方法，选取两种方法的交集，最

终共筛选到了 185 个在葡萄欧亚种和种间杂交种

之间的差异代谢物，其中在葡萄种间杂交种中呈

现上调的有 90 种代谢物，有 95 种代谢物是在葡

萄杂交种中出现下调（图 3-A）。

对 185 个差异的代谢物的注释信息进行统

计，共有 172 个代谢物属于常见代谢物注释的类

别，包含了 14 种氨基酸及其衍生物、85 种类黄酮

化合物、40 种脂质、4 种有机酸、3 种酚胺类化合

物、3 种植物激素、8 种萜类化合物以及 15 种维生

素（图 3-B）。这说明了在葡萄不同群体之间代谢

物的差异主要由类黄酮、脂质和氨基酸等化合物

引起。

2.4    葡萄欧亚种和杂交种营养代谢物的差异

利用前述在葡萄中测得到的代谢数据库，对氨基

酸、维生素、脂质和多酚等 4 类常见营养物质在葡

萄的欧亚种和杂交种之间的含量差异进行分析。

如图 4-A 所示，与欧亚种相比杂交种的总氨基酸

的相对含量更高，其中脯氨酸（Proline）和谷氨酰胺

（Glutamine）的 相 对 含 量 分 别 高 于 葡 萄 欧 亚 种

Intensity/counts

4×106

3×106

2×106

1×106

0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Time/min

100 200 300 400 500 600 700

m/z

303.049 6

465.102 6

627.155 21

7

6

5

4

3

2

1

0

Intensity/10

6 counts

A B

C D

7.44%7.01%

32.33%

32.90%

3.00%

0.86%

7.44%

7.01%

2.00%

AA and AA derivatives

Flavonoids

Lipids

Phenolamine

Phylohormone

Terpenpids

Vitamin

Organic acid

Others

HO O

O

O

O O

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

HO

HO OH

图 1    代谢物的鉴定，代谢数据库物质分类

A：代谢物 GRP0421 的保留时间；B：质荷比为 627.1552 的碎片信息；C：Quercetin 3-glucosyl-galactoside 的分子结构与

断裂模式；D：葡萄代谢库所含代谢物的主要类型。

524 热 带 生 物 学 报 2023 年

1.5 倍和 2.6 倍，而酪氨酸（Tyrosine）和 L-异亮氨酸

（L-Isoleucine）在葡萄欧亚种与杂交种的积累含量

无显著差异（图 4-B），说明与欧亚种相比杂交种中

氨基酸类化合物的积累相对更多。

本研究发现，在葡萄中维生素 B 族的代谢物

积累存在差异，维生素 B3 物质在葡萄杂交种中的

积累极显著地高于欧亚种，但维生素 B6 化合物则

在欧亚种中的积累更高（图 4-C）。本研究还发现，

维生素 C 化合物 L-抗坏血酸（L-Ascorbic acid）在

属于欧亚种的品种中的相对含量普遍高于属于杂

交种的葡萄品种（图 4-D）。甘油磷酯类化合物在

葡萄不同种群中的积累也存在一定的差异，葡萄

杂交种中总脂肪酸的相对含量显著高于欧亚种

（图 4-E），但亚麻酸（Linolenic acid）的相对含量在

葡萄欧亚种中略高于杂交种（图 4-F）。

类黄酮是葡萄中非常重要的一类营养物质，

−20 −10 0 10 20

PC1 (24.44%)

PC2 (10.67

%)

20

0

−20

Vitis vinifera

hybrid Vitis vinifera

hybrid

GM20

GM17

GM19

GM16

GM14

GM18

GM13

GM15

GM12

GM08

GM09

GM02

GM07

GM11

GM05

GM06

GM04

GM01

GM03

GM10

>1 1~0.6 0.6~0.3 >1

CV/%

40

30

20

10

0

Percentage/

%

A B

C

2

1

0

−1

−2

AA and AA derivatives

Flavonoids

Lipids

Phenolamine

Phylohormone

Terpenpids

Vitamin

Organic acid

Others

图 2    葡萄群体代谢组分析

A：20 份葡萄栽培种的主成分分析，绿色圆圈代表葡萄欧亚种，黄色圆圈为葡萄杂交种；B：葡萄栽培品种的热图分析，

红色为葡萄欧亚种灰色为葡萄杂交种；C：768 种代谢物在葡萄群体中的变异系数。

2

3

1

0

−5.0 −2.5 0 2.5 5.0 7.5

VIP

Log2 (FC)

Class

Down

stable

UP

Vitamin (15)

Terpenoids (8)

Phylohormone (3)

Phenolamine (3)

Others (13)

Organic acid (4)

Lipids (40)

Flavonoids (85)

AA and AA derivatives (14)

Up

Down

A B

图 3    葡萄不同种群间差异代谢物分析

A：差异代谢物的火山图；B：葡萄栽培群体差异代谢物的主要物质类别。

第 5 期 陈琪玉等: 葡萄欧亚种与杂交种的营养品质差异研究 525

本研究通过靶向代谢检测方法共检测得到 225 个

多酚类化合物，主要包含黄酮、黄酮醇、黄烷酮、

黄烷醇、异黄酮、查尔酮、花青素和芪类化合物等

九大类型。对检测到的多酚类物质进行聚类分

析，如图 5 所示多酚类化合物在葡萄欧亚种和种

间杂交种中存在较大的积累差异，其中黄酮醇类

化合物在葡萄欧亚种和种间杂交种的积累模式与

总的多酚类化合物在葡萄不同种群中的积累模式

氨基酸总量

1.5×108 8×108

6×107

4×107

2×107

0

6×108

4×108

2×108

0

1.0×108

5.0×107

0

相对含量 相对含量 相对含量

*

**

** **

**

A B C

Tyrosine Gllutamine L-Isoleucine Proline VB3 VB3 VB3

Vitis vinifera

hybrid

8×105

6×105

4×105

2×105

0

6×106

4×106

2×106

5×106

3×106

4×106

2×106

1×106

0 0

相对含量 相对含量 相对含量

*

D E F

Vitis vinifera

hybrid

GM01

GM02

GM03

GM04

GM05

GM06

GM07

GM08

GM09

GM10

GM11

GM12

GM13

GM14

GM15

GM16

GM17

GM18

GM19

GM20

GM01

GM02

GM03

GM04

GM05

GM06

GM07

GM08

GM09

GM10

GM11

GM12

GM13

GM14

GM15

GM16

GM17

GM18

GM19

GM20

L-Ascorbic acid Linolenic acid

脂肪酸总量

图 4    葡萄欧亚种和杂交种间营养代谢物含量差异

A：氨基酸总含量差异；B：酪氨酸、谷氨酰胺、异亮氨酸和脯氨酸含量差异；C：维生素 B3、B5 和 B6 族的含量差异；D：

抗坏血酸在不同品种间的含量差异；E：脂肪酸总含量差异；F：亚麻酸在不同品种间的含量差异；*：差异显著；**：差异极

显著。

Vitis vinifera

hybrid

Subclass

anthocyanidin

chalcone

flavanol

flavanone

flavone

flavonol

isoflavone

Stilbenes

2

1

0

−1

−2

A

**

6×107

8×107

4×107

2×107

0

相对含量 相对含量

黄烷醇总量

4×108

3×108

2×108

1×108

0

4×108

3×108

2×108

1×108

0

相对含量

1×108

8×107

6×107

4×107

2×107

0

相对含量

1×109

8×108

6×108

4×108

相对含量

1.5×109

1.0×109

5.0×108

0

2×108

0

GM01

GM02

GM03

GM04

GM05

GM06

GM07

GM08

GM09

GM10

GM11

GM12

GM13

GM14

GM15

GM16

GM17

GM18

GM19

GM20

Cyanidin 3, 5-O-diglucoside

GM01

GM02

GM03

GM04

GM05

GM06

GM07

GM08

GM09

GM10

GM11

GM12

GM13

GM14

GM15

GM16

GM17

GM18

GM19

GM20

Cyanidin 3-O-glucoside

GM01

GM02

GM03

GM04

GM05

GM06

GM07

GM08

GM09

GM10

GM11

GM12

GM13

GM14

GM15

GM16

GM17

GM18

GM19

GM20

GM01

GM02

GM03

GM04

GM05

GM06

GM07

GM08

GM09

GM10

GM11

GM12

GM13

GM14

GM15

GM16

GM17

GM18

GM19

GM20

Cyanidin O-rutinoside

Keracyanin

Vitis vinifera

hybrid

B C

D E

F

图 5    葡萄欧亚种和杂交种多酚类物质含量差异

A：葡萄栽培品种多酚类化合物聚类热图；B：黄烷醇总含量差异；C~E：Cyanidin 3,5-O-diglucoside、Cyanidin 3-Oglucoside、Cyanidin O-rutinoside 和 Keracyanin 分别在不同品种间的含量差异；*：差异显著；**：差异极显著。

526 热 带 生 物 学 报 2023 年

相似（图 5-A），说明黄烷醇是形成多酚化合物在葡

萄中存在显著积累差异的主要代谢物。与黄酮醇

类物质不同，黄烷醇类化合物在葡萄欧亚种中的

总相对含量极显著高于种间杂交种（图 5-B）。对

4 种检测到的花青素在葡萄中的含量进行分析，发

现花青素类物质在种间杂交种的品种中相对含量

普遍高于葡萄欧亚种的品种（图 5C-F），说明葡萄

不同种群之间的杂交可以增加葡萄花青素的积累。

3    讨　论

本研究以葡萄果实群体为材料，基于代谢组

学策略建立了 1 个包含多类营养物质的葡萄代谢

物数据库。尽管该数据库包含 768 个注释代谢

物，但依旧有许多能被检测到的代谢信号仍未被

注释出来。目前领域内常用的物质注释方式主要

包括利用标准品比对，以及运用数据库匹配软件

例如 CD、MSDIAL 和 Sirius 等通过导入已测得的

高分辨数据进行匹配处理[24 − 25]

，这些物质注释方

式方法多少都存在假阳性率过高的局限性。人工

解谱也是研究人员会运用到的物质注释方法之

一，但这一方法对相关专业知识要求较高因此使

用范围更加狭窄。本研究主要是运用液相质谱的

靶向代谢检测方式对葡萄群体进行研究，以及主

要运用标准品匹配和软件匹配对代谢物进行注

释，所运用的检测方法手段还有很大的提升空间，

想要构建包含更多注释代谢物的葡萄代谢物数据

库，还需进一步开发利用更多的方式策略加以

完善。

本研究发现 ，脯氨酸 、谷氨酰胺和维生素

B3 等代谢物在葡萄种间杂交种的相对含量显著高

于葡萄欧亚种，这些代谢物已被报道与植物抗性

相关，而种间杂交种群的培育是研究人员为了提

高葡萄的抗性以及对于不同环境的适应性而产生

的，本研究结果从代谢角度的方面验证了这一说

法。本研究还发现几种参与葡萄果皮颜色形成的

花青素在葡萄种间杂交种的品种中的相对含量高

于欧亚品种，已有研究[26] 表明运用嫁接砧木的育

种方式培育出来的杂交葡萄品种，其果皮中花青

素化合物的积累增加，促进了果皮着色，而葡萄颜

色是迎合消费者审美的一种非常重要的农艺性

状，这一结果为今后培育色泽鲜艳的葡萄品种提

供了理论基础。通过利用营养成分不同的葡萄种

群能为今后提高葡萄产业的价值品质提供代谢方

面的物质基础。

随着代谢组学的高度发展，以代谢组学为基

础的多组学研究已成为作物育种研究领域常用的

手段之一，在蓝莓、咖啡和香菜等经济植物的研究

上已被应用[27 − 29]。本研究建立的葡萄代谢物数据

库为后续基于代谢组结果进一步开展葡萄基于代

谢组的多组学分析奠定了代谢研究基础，有助于

有针对性地对葡萄代谢品质等性质进行遗传机制

的解析，为今后葡萄品种选育提供新方向与代谢

基础。

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528 热 带 生 物 学 报 2023 年

Analysis of difference in nutritional quality between grapes of the

Eurasian group and hybrids

CHEN Qiyu1

,   LI Yufei1,2

,   XU Hang1,2

,   LIU Xianqing1,2

,   LUO Jie1,2

（1. School of Tropical Crops/ Hainan Key Laboratory of Sustainable Utilization of Tropical Biological Resources, Hainan University, Haikou, Hainan

570228; 2. Hainan Yazhou Bay Seed Laboratory, Sanya, Hainan 572000, China）

Abstract： Grapes  are  vining  plants  of  the  genus Vitis,  consisting  of  four  major  groups  of Vitis species:

Eurasian, American, East Asian, and hybrids selected from crosses of the three major groups. Twenty grape

varieties  from  the  Eurasian  group  (V. vinifera)  and  their  hybrid  populations  were  collected  and  analyzed  by

using  a  wide  range  of  targeted  metabolic  assays,  combined  with  multiple  substance  annotation  methods  to

analyze  the  distribution  and  accumulation  of  nutrients  in  the  grapes.  A  grape  metabolic  database  was

established  containing  768  known  metabolites,  covering  flavonoids,  lipids,  amino  acids,  vitamins,  organic

acids,  terpenoids,  polyphenols,  phenolamines,  and  others.  Metabolic  analysis  showed  that  there  were

differences  in  the  accumulation  of  metabolites  between  the  Eurasian  group  and  the  hybrids.  The  relative

contents  of  total  amino  acids,  vitamin  B3  group,  total  fatty  acids  and  four  anthocyanins  were  higher  in  the

hybrids than in the Eurasian group, while the relative contents of metabolites such as vitamin B6 and flavanols

were higher in the Eurasian group.

Keywords：Vitis vinifera；metabolomics；database

(责任编辑：叶　静)

第 5 期 陈琪玉等: 葡萄欧亚种与杂交种的营养品质差异研究 529

·园艺·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220070

主持人：朱国鹏

海南嘉宝果种质资源多样性分析

左世友，朱美惠，詹震霖，王华锋

（海南大学 三亚南繁研究院/崖州湾种子实验室，海南 三亚，572025）

摘    要： 为了探究嘉宝果（Plinia cauliflora ）不同品种间的种质多样性，采用取样调查的方法，对 23 份栽培种

植的嘉宝果种质的 16 个表型性状进行测定。结果表明：表型性状变异系数平均 23.35%，其中，嘉宝果品种

‘肯布卡黄大果’的平均变异系数最大，为 32.52%；‘艾斯卡’的平均变异系数最小，为 17.81%。23 份嘉宝果描

述性性状多样性指数在 0.287～0.855 之间。以上结果说明海南嘉宝果表现出丰富的资源与遗传多样性。

关键词： 嘉宝果；种质资源；表型；多样性

中图分类号： S667.9            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0530 − 06

左世友，朱美惠，詹震霖，等. 海南嘉宝果种质资源多样性分析 [J]. 热带生物学报，2023, 14（5）：530−535. doi：

10.15886/j.cnki.rdswxb.20220070

嘉宝果（Plinia cauliflora）是桃金娘科树番樱

属常绿灌木，是一种原产于南美洲的热带水果[1]

，

又称树葡萄，因其果实如葡萄，着生于树干上而得

名。其广泛分布于巴西、玻利维亚、巴拉圭和阿根

廷东部地区。花瓣较小，呈白色。其花和果实均

长在树干上，一年四季均可开花结果。果实的外

表和质地像葡萄，皮较厚且硬，果肉白色，单果生

于枝干上[2]。嘉宝果口感和风味无疑能吸引很多

水果爱好者[3]

，作为一种常绿灌木，嘉宝果在景观

种植，园林绿化领域也有很大的发展潜力。对于

嘉宝果，国内外开展了嘉宝果分级、生殖芽的起源

与发育，果实化学成分、果实色素、果皮提取物抗

氧化特性、抗癌成分的药物 [4 − 14] 等系列研究。而

嘉宝果在国内的引种时间不长，研究主要集中在

种植、果皮提取物抗氧化、果实加工等方面[4,15 − 19]。

由于不断的选育，导致不同嘉宝果品种之间

的形态学特征和生物学特征都有了明显的区别。

针对不同品种的嘉宝果分类还处于起步阶段，对

不同品种的嘉宝果进行详细的分类比较和种质资

源调查还鲜见报道。本研究拟采用取样调查的方

法，对 23 份栽培种植的嘉宝果种质的 16 个表型

性状进行测定，探求其种质资源的多样性，以期为

后续的科研工作提供一定的基础数据。

1    材料与方法

1.1    植物材料    选取种植 4 年以上的成龄嘉宝

果植株作为供试树。

1.2    采样地    样地位于海南省琼海市大路镇世

界热带水果之窗示范种植区（110.42°E，19.38°N），

种植区所在地属于热带季风及海洋湿润气候区,

年平均气温为 24 °C, 年平均降雨量 2 072 mm, 年

平均日照 2 155 h, 终年无霜雪;土壤质地为含砾石

的砂土, 土壤肥力较差, 缺乏水源[20]。

1.3    取样时间与方法    2021 年 7—8 月，在园区

内种植的 23 份嘉宝果种质中各随机挑选 3 株成

年果树进行采样测量。

1.4    测量与计算    对选取的 23 种品种样本表现

型性状进行描述观察并赋值 ；用长尺（精确度

0.1 m）和量尺（精确度 0.1 cm）量取树高和茎径（距

离地面 20 cm 处）；在果树树冠外围选择 10 片叶片

　　收稿日期：2022 − 09 − 25　　　　修回日期：2023 − 02 − 26

　　基金项目：海南省重点研发项目 (ZDYF2022XDNY190)；三亚崖州湾科技城科技专项资助 (SCKJ-JYRC-2022-83)；海

南省自然科学基金项目 (421RC486)

　　第一作者：左世友（2000−），男，海南大学热带作物学院 2022 级硕士研究生. E-mail：zuoshiyou1219@163.com

　　通信作者：王华锋（1982−），男，教授. 研究方向：植物多样性. E-mail：wanghuafeng2012@foxmail.com

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

用游标卡尺（精确度 0.1 mm）测量叶长、叶宽、叶

柄长和叶柄横径。对测量结果的树高、茎径、叶

长、叶宽、叶柄长和叶柄横径分别计算平均值并

记录。

1.5    数据处理    使用 Excel 进行数据统计和处理

（cv=sd/mean×100%）；然后通过 SPSS 26 进行数据

分析。参考胡建斌等[21] 方法 ，对调查嘉宝果的

6 种数量性状（树高、茎径、叶长、叶宽、叶柄长、

叶 柄 横 径 ）进 行 分 级 并 赋 值 ， 以 “ 1 级 <X−2δ，

10 级≥X+2δ，每级间差 0.5δ （X 为平均值, δ 为标

准差）”为标准，将 6 种数量性状分别分成 10 级；

其余 10 种质量性状以 2～6 级进行记录（表 1 ）。

并根据记录的数据计算辛普森多样性指数（D），

D=1−∑（Ni/N）

2。

表 1  海南嘉宝果种质资源鉴定性状及分级标准

编号 性状 赋值

1 树皮颜色 1=褐色 2=浅褐色 3=深褐色 4=灰绿色 5=灰褐色 6=灰色 7=灰白色

2 树皮纹路 1=粗糙有竖状裂纹 2=光滑无竖状裂纹 3=光滑有竖状裂纹

4=粗糙有不规则方格纹路 5=粗糙无纹路

3 树皮脱落后状态 1=光滑灰白色 2=光滑灰色 3=光滑棕色

4=光滑浅褐色 5=光滑灰绿色 6=不脱落

4 叶片形状 1=椭圆形 2=披针形

5 叶基形状 1=心形 2=圆形 3=楔形

6 叶片颜色 1=深绿色 2=墨绿色 3=绿色 4=翠绿

7 叶柄状态 1=稀疏细小绒毛 2=光滑无绒毛

8 新枝状态 1=稀疏细小绒毛 2=光滑无绒毛

9 叶面形态

1=正反面均光滑 2=新叶正反两面均光滑 老叶有明显网状纹路

3=正反两面均光滑 表面有轻微网状纹路4=正反两面均光滑

老叶正面有略微网状纹路5=正面光滑 背面有细小绒毛

10 雄蕊形状 1=丝状 2=柱状

11 树高/m 长尺测量 测量同品种3株树高

12 茎径/cm 长尺测量 测量同品种3株茎径

13 叶片长/cm 游标卡尺测量 测量叶片长度

14 叶片宽/cm 游标卡尺测量 测量叶片宽度

15 叶柄长/mm 游标卡尺测量 测量叶柄长度

16 叶柄粗/mm 游标卡尺测量 测量叶柄横径

　　注：表中1～16代表16个性状。

2    结果与分析

2.1    嘉宝果不同品种质量性状多样性分析    对

某一物种的不同品种进行分析时，主要分成两部

分：质量性状（即属性性状，能观察但无法被测量的

性状）和数量性状（能被测量出的性状）。在此次种

质资源调查中 23 种不同品种的嘉宝果质量性状

如表 2 所示。

本研究所调查的 23 种嘉宝果树皮呈现 7 种

不同的颜色性状，其中褐色和灰褐色树皮的嘉宝

果种类最多，‘肯布卡黄大果’（图 1-⑦）是唯一树皮

颜色呈现灰白色的嘉宝果品种；唯一深褐色树皮

的品种是‘天鹅绒’（图 1-③）。表现浅褐色和灰绿

色的各有 4 个品种,其中树皮颜色表现浅褐色性状

的分别是‘小肯不卡’、‘桃太郎’、‘大皇冠’和‘红灯

笼’（图 1-②）。‘保利斯塔’（图 1-④）、‘蓝葡萄’、

‘沙巴’、‘卡姆’是树皮颜色表现灰绿色的品种。

比较叶片形态特征发现，39.1% 的品种叶型为

椭圆形，60.9% 的品种其叶型为披针形。对于叶片

基部性状，分为 3 种：心形、圆形和楔形。其中，楔

第 5 期 左世友等: 海南嘉宝果种质资源多样性分析 531

形是数量最少的一种性状，只有‘巨威’、‘佳贝果’、

‘肯布卡黄大果’、‘葛兰’4 个品种的嘉宝果叶型为

楔形，心形和圆形叶型分别有 8 种和 11 种。在

4 种叶片颜色性状中，‘蓝葡萄’是唯一一个叶片呈

翠绿色的品种，而‘红灯笼’和‘巨威’2 种则是墨绿

色，深绿色是品种最多的性状。调查的嘉宝果中

大多数品种的叶柄都是光滑无绒毛性状，叶柄稀

疏细小绒毛性状的品种仅占 17.3%；新枝性状和叶

表 2    23 个嘉宝果品种的 10 个描述性表观性状统计分析

性状编号

品种

保利斯塔 天鹅绒 小肯布卡 桃太郎 大皇冠 红灯笼 巨威 绿水晶 白果 艾斯卡 爱沙 乔尼尔

1 4 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

2 3 3 1 3 3 3 1 3 2 3 3 1

3 1 2 6 1 1 2 6 1 3 2 2 1

4 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 2 1

5 1 1 1 2 2 1 3 2 2 1 2 1

6 3 3 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1

7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

8 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

9 3 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1

10 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1

性状编号

品种

肯布卡黄大果 佳贝果 布兰卡 阿根廷 葛兰 四季早生 红粉佳人 大红钻 卡姆 沙巴 蓝葡萄

1 7 6 6 5 5 5 5 5 4 4 4

2 1 1 3 3 2 2 3 3 2 5 4

3 4 6 5 1 5 4 1 1 4 6 4

4 2 1 1 2 2 1 2 2 2 1 2

5 3 3 2 2 3 1 2 2 1 2 2

6 1 3 3 1 1 1 1 3 3 3 4

7 1 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2

8 1 1 2 2 1 2 2 2 2 1 2

9 5 5 1 1 1 1 1 4 1 5 1

10 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1

① ② ③

④ ⑥ ⑦ ⑤

图 1    7 种嘉宝果树皮颜色性状图示

① 乔尼尔（褐色）；②红灯笼（浅褐色）；③天鹅绒（深褐色）；④保利斯塔（灰绿色）；⑤粉红佳人（灰褐色）；⑥布兰卡（灰

色）；⑦肯布卡黄大果（灰白色）。

532 热 带 生 物 学 报 2023 年

柄性状体现出的情况相同，同一品种同时具有这

2 种性状。10 个品种的叶面形态表现为正反两面

均光滑，‘绿水晶’、‘保利斯塔’、‘大红钻’3 个品种

的叶面形态分别表现为“新叶正反两面均光滑老

叶有明显网状纹路”、“正反两面均光滑表面有轻

微网状纹路”、“正反两面均光滑表面有轻微网状

纹路”3 种性状，‘肯布卡黄大果’、‘沙巴’和‘佳贝果’

3 个品种则表现为“正面光滑背面有细小绒毛”

性状。

在所调查的 23 种嘉宝果当中，雄蕊性状也是

一个重要的质量性状，表现为丝状和柱状 2 种性

状，其中，丝状性状品种有 18 种，如‘保利斯塔’

（图 2-①）等；柱状性状有 5 个品种，分别是‘艾斯

卡’（图 2-②）、‘白果’、‘桃太郎’、‘四季早生’和‘葛

兰’等。

① ②

图 2    2 种嘉宝果雄蕊的形态性状

①保利斯塔（丝状）；②艾斯卡（柱状）。

2.2    嘉宝果不同品种的数量性状多样性分析

   海南嘉宝果品种通过测量获得的性状变异情况

如表 3 所示，从表 3 可知，不同品种的嘉宝果之间

性状差异较大。嘉宝果 23 个品种的数量性状变

异系数范围在 4.35%～59.20% 之间，平均变异系

数为 23.35%。其中，‘肯布卡黄大果’叶柄长度变

异系数最大，而‘小肯布卡’树高变异系数最小。从

嘉宝果性状来看，平均变异系数以叶柄横径最高，

为 32.33%；树高平均变异系数最低，为 14.01%。

从嘉宝果品种来看，则‘肯布卡黄大果’品种嘉宝果

平均变异系数最大，为 32.52%；平均变异系数最小

的品种则是‘艾斯卡’嘉宝果，仅为 17.81%。树高、

茎径和叶长变异系数较小，其多样性较低；叶柄

长、叶宽和叶柄横径变异系数较大，说明嘉宝果的

变异系数不均一。

在表达植物群体物种或者个体间的遗传多样

性的时候，常用辛普森多样性指数来表达。如

表 4 所示，根据 23 种品种的 16 个性状计算结果

来看，辛普森指数范围在 0.287～0.86 之间，多样

性情况跨度较大，既有叶柄状态、新枝状态和雄蕊

形状这样多样性指数偏大的情况，又有树高、茎

径、叶片长、叶片宽和叶柄横径这样多样性指数偏

小的情况。说明所调查的 23 个品种的嘉宝果在

保持一定相似性的同时又有自己本身不同的特点。

表 3    数量性状统计分析变异系数（CV） %

品种

性状编号

11 12 13 14 15 16

‘乔尼尔’ 18.98 17.44 26.21 29.91 13.69 31.89

‘爱沙’ 18.56 16.82 7.81 34.26 15.70 21.91

‘艾斯卡’ 10.00 9.12 17.41 30.55 15.28 24.49

‘白果’ 17.44 16.10 9.70 31.58 12.75 41.63

‘绿水晶’ 7.14 16.39 17.62 32.32 18.97 53.95

‘巨威’ 17.64 16.43 11.40 36.84 31.58 28.05

‘红灯笼’ 17.17 14.24 14.89 25.89 22.97 33.75

‘大皇冠’ 14.53 7.35 21.70 36.73 24.02 21.44

‘桃太郎’ 19.81 4.51 26.06 36.05 25.10 40.82

‘小肯布卡’ 4.35 38.49 21.04 41.04 23.30 41.90

‘天鹅绒’ 24.04 25.98 19.97 21.10 32.16 42.44

‘保利斯塔’ 21.79 8.72 16.65 31.80 28.14 35.90

‘蓝葡萄’ 19.01 20.48 26.95 29.84 19.83 25.12

‘沙巴’ 10.66 17.83 23.99 21.55 20.00 24.57

‘卡姆’ 9.74 24.56 13.93 23.80 23.62 25.46

‘大红钻’ 15.56 15.62 14.61 34.30 22.68 29.15

‘红粉佳人’ 13.23 17.78 20.62 21.59 21.72 28.28

‘四季早生’ 5.97 20.80 24.32 48.55 40.00 38.87

‘葛兰’ 7.69 26.03 17.22 28.15 15.26 30.88

‘阿根廷’ 8.27 11.93 34.76 32.08 29.84 28.31

‘布兰卡’ 13.23 38.58 28.81 33.87 22.53 22.07

‘佳贝果’ 15.57 17.07 16.56 26.43 20.98 23.27

‘肯布卡黄大果’ 11.76 13.14 43.98 17.66 59.20 49.39

表 4    23 个嘉宝果品种表观多样性分析

性状编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

辛普森指数 0.813 0.647 0.779 0.526 0.620 0.578 0.287 0.287 0.431 0.340 0.843 0.850 0.852 0.855 0.829 0.86

第 5 期 左世友等: 海南嘉宝果种质资源多样性分析 533

3    讨　论

本研究发现，在海南嘉宝果的栽培品种中，变

异系数在 4.35% 到 59.20% 之间，平均变异系数为

23.35%。这表明海南嘉宝果的种质资源具有较高

的多样性，其中，叶柄横径的性状变异系数最高，

树高的平均变异系数最低。在 23 个嘉宝果品种

中，‘肯布卡黄大果’品种的平均变异系数最大，为

32.52%；‘艾斯卡’品种最小，为 17.81%。变异系数

与环境适应性有关，变异系数大的物种对环境适

应能力更好，而变异系数小则说明性状更稳定，其

遗传稳定性更好，不易受环境影响。本研究中嘉

宝果的树高、茎径和叶长 3 个性状变异系数较小，

表明这些性状的遗传稳定性较好，而叶柄长、叶宽

和叶柄横径的变异系数较大，其中，叶柄长度的变

异系数最高，达到了 59.20%。23 种嘉宝果的性状

变异系数较大，说明海南引种的 23 个嘉宝果品种

之间存在明显的区别。这也表明，海南嘉宝果形

态丰富，对环境的适应能力较强。

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534 热 带 生 物 学 报 2023 年

Germplasm diversity of jaboticaba (Plinia cauliflora) in Hainan

ZUO Shiyou,   ZHU Meihui,   ZHAN Zhenlin,   WANG Huafeng

（Sanya Nanfan Research Institute of Hainan University/Hainan Yazhou Bay Seed Laboratory, Sanya, Hainan 572025, China）

Abstract：Germplasm is the basic material for breeding and selection. It is of great significance to understand

various  characters  of  germplasm  and  fully  exploit  the  utilization  value  of  the  germplasm.  Jaboticaba  (Plinia

cauliflora)  germplasm  is  characterized  by  a  high  diversity  of  plant  phenotypes  including  long  fruiting,

ornamental and unique flavors. Twenty-three jaboticaba cultivars introduced for planting in Hainan were used

as materials for the evaluation of 16 traits including stamen shape, tree height, stem diameter, etc. The average

coefficient of variation for the phenotypic traits tested was 23.35%. The highest mean coefficient of variation

was 32.52% for jaboticaba cultivar Kembuka, while the lowest mean coefficient of variation was 17.81% for

cultivar Esca. The diversity index for descriptive traits of 23 jaboticaba cultivars was 0.287 - 0.855. All these

results  showed  that  the  introduced  jaboticaba  planted  in  Hainan  had  a  high  genetic  diversity  in  phenotypic

traits.

Keywords：jaboticaba；germplasm resources；phenotype；diversity

(责任编辑：潘学峰)

第 5 期 左世友等: 海南嘉宝果种质资源多样性分析 535

·热带海洋生物·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220007

主持人：郭志强

不同孔径网格板对小叶鹿角珊瑚的移植效果评估

刘相波1,3，朱文涛2,3，夏景全1,3，朱　铭1,3，任瑜潇1,3，

陈柔雯1,3，王爱民1,3，李秀保1,3

（1. 海南大学 海洋学院，海口 570228; 2. 海南大学 生态与环境学院，海口 570228;

3. 海南大学 南海海洋资源利用国家重点实验室，海口 570228）

摘    要： 为了筛选适宜珊瑚生长的网格板孔径尺寸，在蜈支洲岛的北部退化珊瑚礁区域使用 4 种不同孔径尺

寸（分为 A、B、C、D 4 组，孔径大小分别为 1 cm×2 cm、2.5 cm×2.5 cm、4.5 cm×4.5 cm、6 cm×6 cm）的铝制网

格板搭建珊瑚苗圃，探讨人工基底的孔径尺寸大小对移植小叶鹿角珊瑚（Acropora microphthalma）生长、存活

和生理状态的影响，结果显示，实验期结束时 C 组和 D 组的珊瑚保持 100% 存活率，而 A 组和 B 组的珊瑚存

活率降为 80% 和 87%。C 组和 D 组的基底上主要附着藻类为壳状珊瑚藻，附着草皮海藻干质量显著低于

A 组和 B 组；且 C 组和 D 组基底上附着的草皮海藻平均长度均显著低于 A 组和 B 组。小孔径基底上附着的

草皮海藻会通过富集水中悬浮物获取营养导致过度生长，从而抑制珊瑚生长甚至死亡。基于珊瑚共生藻密度

和光合生理指标，C 组和 D 组的珊瑚拥有更高的光合能力，保证了珊瑚的钙化生长。以上结果表明，大孔径

网格板（≥4.5 cm×4.5 cm）对移植珊瑚生长更有利，更适合作为工程化礁体的移植基底。

关键词： 珊瑚修复技术；人工基底；珊瑚生长；草皮海藻

中图分类号： Q148            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0536 − 09

刘相波，朱文涛，夏景全，等. 不同孔径网格板对小叶鹿角珊瑚的移植效果评估 [J]. 热带生物学报，2023,

14（5）：536−544. doi：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220007

珊瑚礁是多样性极丰富和生产力极高的海洋

生态系统[1]

, 也是无数海洋生物的产卵、育苗、繁

殖和觅食地[2]。在过去的几十年里，由于全球气候

变化、海岸工程建设、富营养化和过度捕捞等多种

影响因素[3]

，世界各地的珊瑚礁覆盖面积急剧减

少。退化的珊瑚礁通常很难在没有人类干预的情

况下自然恢复[4]

，因此科学家们开展了大量的珊瑚

礁保护工作，通过持续优化珊瑚礁管理政策和开

发多种珊瑚修复技术，辅助珊瑚礁恢复以确保未

来的生态系统服务功能[5]。目前，珊瑚礁保护工作

取得了跨越性进展，很多珊瑚修复方法和理念被

广泛应用，如珊瑚园艺理念、简易修复装置、人工

辅助有性繁殖等[6 − 7]。当前恢复退化珊瑚礁最成

功的方法是“珊瑚园艺”，即依靠珊瑚无性繁殖的

能力在苗圃上生长成为成熟的群体（育苗阶段），然

后将其种植在受损的珊瑚礁上（修复阶段）

[8]。珊

瑚苗圃是指在一个相对受保护的环境中（降低天敌

侵害威胁、相对低浓度的悬浮物、更少的藻类竞争

等）种植珊瑚，能提高珊瑚应对环境压力的能力，

促进珊瑚幼体补充[9]

，同时追求最大化的珊瑚生长

率和存活率[10]

，这将为修复阶段的珊瑚供体量提供

保障，保证移植阶段的修复效果。科研工作者们

利用珊瑚苗圃已在世界各地的各种珊瑚礁上培育

上百种珊瑚，繁殖的珊瑚群落多达数十万，目前，

研究人员已经针对珊瑚苗圃的多个方面进行了实

验研究，包括苗圃类型、苗圃位置、苗圃珊瑚附着

　　收稿日期：2022 − 03 − 14　　　　修回日期：2022 − 06 − 06

　　基金项目：国家自然科学基金资助项目（42161144006，42076108）；海南省重点研发项目（ZDYF2020177）； 海南省研究

生创新课题（Qhys2021-217）；海南大学引进人才启动项目 [KYQD（ZR）1805]

　　第一作者：刘相波（1996−），男，海南大学海洋学院 2020 级硕士研究生. E-mail：466537551@qq.com

　　通信作者：李秀保（1980−），男，教授，博士. 研究方向：珊瑚礁生态学研究. E-mail：xiubaoli@hainanu.edu.cn

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

等[11 − 13]。研究大都聚焦于检验和评估各类型珊瑚

苗圃在本土环境下的适用性[14]

，但苗圃内部基础材

料的结构设计却很少被重视。人工基底作为移植

珊瑚的附着生长基质，是珊瑚苗圃的基本应用材

料，其对珊瑚生长和存活有着决定性作用[15]

，同时

也起到为珊瑚幼体提供沉降附着的作用。目前，

多种园艺式苗圃使用镂空式材料作为繁育培养珊

瑚的基底，如以色列的中层水苗圃及中国涠洲岛

的浮动式苗圃、铁架式苗圃均采用塑料板、塑料无

结网的材料[16 − 17]

；甚至有些珊瑚修复技术也使用

镂空式材料来固定珊瑚礁区的碎石，如在菲律宾

保护区修复破碎化的礁盘使用了塑料筛网，并将

其作为珊瑚移植基底[18]

；在中国蜈支洲岛北部退化

区域的长期修复研究中应用了镁铝合金网格板材

料作为人工礁移植基底，并取得不错的修复效

果[19]。镂空式基底材料在珊瑚修复领域的应用已

经屡见不鲜，但这些简单廉价、易获取基底材料的

孔径尺寸大小对珊瑚生长效果的影响是未知的，

且缺乏相关实验数据参考。因此，笔者在蜈支洲

岛的北部退化珊瑚礁区域使用不同孔径尺寸的铝

制网格板搭建珊瑚苗圃，以此来探究人工基底的

孔径尺寸大小对移植珊瑚生长、存活和生理状态

的影响，并对适宜珊瑚生长的网格板孔径尺寸进

行筛选，旨在为未来珊瑚苗圃的设计和珊瑚修复

技术的开发提供研究基础。

1    材料与方法

1.1    珊瑚移植苗圃的搭建    2020 年 11 月 20 日，

选择三亚蜈支洲岛北部观瑚亭附近（18°19.025′N,

109°45.858′E）珊瑚礁退化严重的海域作为实验珊

瑚苗圃地点。实验海域水深约 6 m，投放有钢筋混

凝土制作的长方体中空框架礁体，礁体的长宽高

尺寸为 200 cm×100 cm×100 cm，礁体的长段中部

由 20 cm×20 cm 的承重柱连接，每个礁体质量约

3 t。选择 4 个相邻的礁体在其上方框架铺设 4 种

不同孔径尺寸的菱形铝镁合金材料的网格板，并

使用直径 5 mm 的尼龙绳固定四周，将其作为珊瑚

移植基底。每个实验组设置单个尺寸为 200 cm×

100  cm 的网格板 ，共 4 个实验组 ，孔径规格为

A 组 ：1.0 cm×2.0 cm；B 组 ：2.5 cm×2.5 cm；C 组 ：

4.5 cm×4.5 cm；D 组：6.0 cm×6.0 cm。经截线样带

法评估，不同实验组的本底环境均是以碎石、砂和

珊瑚断枝残骸为主的高度破碎化区域。

1.2    珊瑚移植    采用小叶鹿角珊瑚（Acropora

microphthalma，分枝形珊瑚）为实验对象。小叶鹿

角珊瑚具有生长迅速、对环境变化敏感等特征，且

小叶鹿角珊瑚在蜈支洲岛海域分布较为广泛。从

实验海域的成熟期珊瑚苗圃上采集 120 株健康的

珊瑚断枝，断枝的尺寸均在 5～10 cm，将 120 株珊

瑚断枝分为 4 组，每组各 30 株重复。断枝收集

后，潜水员在水下迅速使用扎带移植到已搭建好

的 4 种网格板上，移植时尽可能减少对珊瑚断枝

的机械损伤，并且保证移植的珊瑚断枝彼此间隔

大于 30 cm，以满足移植珊瑚的生长空间需求。珊

瑚移植完成后，使用奥林巴斯 TG-6 相机记录珊瑚

初始面积，之后定期每两个月（实验具体的时间段）

对移植珊瑚进行生长监测、生理指标及环境指标

监测。

1.3    网格板及水体环境因子监测    每两个月定

期监测时，对 4 种网格板进行取样并带回实验室，

进一步识别网格板上附着藻类并使用游标卡尺随

机测量 10 条附着的草皮海藻类细丝长度，取平均

值得出每种网格板上的平均草皮海藻类长度[20]

；

截取面积为 10 cm2 样框内的网格板（N=3）进行烘

干处理，差量法称量附着藻类干质量。使用浊度

仪（Aqualogger210）原位记录贴近网格板的水体浊

度和温度。使用便携笔式盐度计（BK-056）、便携

式 pH /电导率仪（420C-01A Orion Star，美国）原位

测量海水盐度和 pH；使用 1 L 水瓶在每种网格板

上方 10  cm 左右原位采集海水 ，海水经过 0.45

μm 混合纤维素酯微孔滤膜抽滤，滤膜用锡纸包裹

后带回实验室进行水样叶绿素的检测；再使用滤

膜过滤海水，称量过滤后海水收集 100 mL 到塑料

试剂瓶中，利用营养盐全自动分析仪（德国 SEAL，

AA3）检测海水中无机硅酸盐（SiO3

2−）、无机氮

（NH4

+、NO2

−、NO3

2−）、磷酸盐（P04

3−）的含量。

1.4    珊瑚采集和光合生理参数    每两个月对

4 组珊瑚进行采样，潜水员使用斜口钳随机采集每

组珊瑚中的 2～3 株，采集后放入盛有海水的密闭

保温箱中暂养暗适应后，使用叶绿素调制荧光仪

MINI-PAM-Ⅱ测量珊瑚共生虫黄藻的 Fv/Fm（最

大光化学量子产量），测量时将 PAM 光纤探头固

定在距离珊瑚 1cm 的位置，每组珊瑚测量 3～5 个

不同位置[21]。

第 5 期 刘相波等: 不同孔径网格板对小叶鹿角珊瑚的移植效果评估 537

1.5    虫黄藻密度和叶绿素 a 含量    珊瑚表面积的

测定利用锡纸包裹法：截取一定面积的科研锡纸，

称取其质量，通过面积-质量关系式得出科研锡纸

的密度；锡纸包裹实验珊瑚表面，利用锡纸质量间

接计算出锡纸面积进一步估算为实验珊瑚的表面

积[22]。使用美国洁碧牌冲牙器和 0.45 μm 滤膜过

滤后的海水冲刷珊瑚表面组织，收集虫黄藻样液

并记录溶液体积，量取 10 mL 藻液，并使用血球计

数板置于显微镜下计数，重复 8 次取平均值，虫黄

藻密度用个·cm−2 表示。

收集 10 mL 藻液并经过 0.45 μm 滤膜抽滤后，

锡纸包裹避光保存，将滤膜研磨加丙酮萃取后，通

过 Trilogy 实 验 室 荧 光 仪 （Turner  Designs， 7200-

000）检 测 叶 绿 素 a 含 量 ， 最 终 叶 绿 素 含 量 用

μg·cm−2 表示。

1.6    珊瑚面积增比、生长率和存活率    通过珊

瑚垂直投影面积的方式，在水下潜水使用钢尺和

奥林巴斯 TG-6 相机，对每株珊瑚进行垂直投影拍

照。收集照片数据后，利用 ImageJ 软件测量珊瑚

投影面积，计算移植珊瑚的面积增比及生长率[23]

，

计算公式如下：

S =

s1 − s0

s0

×100%，

V =

sA − s0

∆m

，

N =

N1 −N0

N1

×100%。

式中，S 表示珊瑚面积增长的百分比（%）；S1 表示

珊瑚断枝增长后的面积（cm2

）；S0 表示珊瑚断枝的

初始面积（cm2

）；V 表示珊瑚生长速度（cm2

·月）；

SA 表示统计的珊瑚群落平均面积（cm2

）；Δm 表示

珊瑚生长的月数；N 表示珊瑚存活率（%）；N1 表示

珊瑚存活数量（株）；N0 表示珊瑚死亡数量（株）。

认定珊瑚死亡的标准为珊瑚组织全部脱离死亡，

只剩下珊瑚骨骼残骸，无任何生命迹象。

1.7    数据处理与统计分析    通过 Excel 处理得到

监测实验数据。通过 IBM SPSS Statistic 23 进行

单因素方差分析（one-way ANOVA）检验每个阶段

不同组别之间的差异性，对数据进行方差齐性检

验；事后比较选用假定等方差的 LSD 和未假定等

方差的 Tamhane's T2，以 P < 0.05 认为显著差异；

使用独立样本 t 检验对两个样本的数据进行数据

分析。实验结果表示为均值±标准误差（mean±

SE），本实验数据作图在 Origin 2021b 中完成。

2    结果与分析

2.1    环境参数    如图 1 所示，4 组网格板的附着

藻类情况有明显差异 ，现场观察到移植珊瑚后

A 组与 B 组的网格板生长有不同程度的丝状草皮

海藻，即短而多产的草皮海藻类群落，而 C 组和

D 组多为钙化的壳状珊瑚藻 ，藻类分析情况如

表 1 所示。3 次监测中，随时间的推移，丝状藻长

度均增长，3 组的丝状藻长度均显著低于 A 组；同

时，C 组和 D 组的丝状藻干质量均显著低于 A 组。

A 组 B 组

C 组 D 组

图 1    网格板藻类附着情况

表 1    实验期内不同时期各组藻类附着情况

参数

第2月（2021年1月） 第4月（2021年3月） 第6月（2021年5月）

A组 B组 C组 D组 A组 B组 C组 D组 A组 B组 C组 D组

草皮海藻

长度/mm

1.81±

0.08a

0.85±

0.04b

0.81±

0.05b

0.77±

0.07b

2.10±

0.20a

1.30±

0.06b

1.28±

0.07b

1.26±

0.09b

6.12±

0.04a

4.00±

0.04b

2.99±

0.04c

3.05±

0.04c

草皮海藻

干质量/（g·cm−2）

0.144±

0.004a

0.027±

0.002b

0.012±

0.001c

0.009±

0.001c

0.182±

0.006a

0.042±

0.001b

0.015±

0.001c

0.011±

0.001c

0.218±

0.003a

0.057±

0.002b

0.017±

0.001c

0.012±

0.002c

壳状珊瑚藻

干质量/（g·cm−2）

— —

0.089±

0.006a

0.055±

0.006b — —

0.235±

0.002a

0.187±

0.008b — —

0.299±

0.019a

0.192±

0.008b

　　注：所有环境参数均使用标准差±标准误差的表示，不同字母表示不同时期下各组别在P<0.05水平上的显著；“—”代表

网格板上未发现此藻类。

538 热 带 生 物 学 报 2023 年

仅在 C 组和 D 组网格上附着有壳状珊瑚藻。

部分环境参数如表 2 所示，在实验期监测中，

海水温度随时间变化逐渐升高，3 次监测的日间海

水温度依次为 22.5、26.7、30.7℃，盐度范围维持

在 33.2～34.0 之间，pH 范围在 8.20～8.32 之间，温

度、盐度和 pH 指标在同期监测时，组间均表现为

无显著差异。在移植后第 2 月监测时，各组之间

的浊度无显著差异，移植后第 4 月时 A 组浊度显

著高于 C 组和 D 组，移植 6 月监测发现 A 组浊度

显著高于其他 3 组。不同组间的水质环境变化不

大，营养盐水平均在低浓度范围内。根据国家海

水水质标准（GB 3097—1997）划分，实验海域的溶

解无机氮（DIN）和磷酸盐（DIP）平均浓度均属于第

一类海水。

表 2  实验期内不同时期各组环境参数

环境参数

第2月 第4月 第6月

A组 B组 C组 D组 A组 B组 C组 D组 A组 B组 C组 D组

浊度/FTU

0.88±

0.05a

0.82±

0.02a

0.84±

0.06a

0.82±

0.03a

0.35±

0.01a

0.22±

0.01b

0.20±

0.02b

0.19±

0.01b

0.79±

0.01a

0.40±

0.03b

0.51±

0.06b

0.34±

0.01b

硅酸盐/（μmol·L−1）

2.45±

0.01a

2.41±

0.02a

2.08±

0.01b

1.70±

0.01c

1.06±

0.07a

0.82±

0.03b

0.68±

0.01b

0.84±

0.03b

1.29±

0.03a

1.19±

0.0b

1.24±

0.0ab

1.25±

0.0ab

无机氮/（μmol·L−1 ）

4.82±

0.01c

5.46±

0.04a

4.67±

0.04d

5.84±

0.03b

6.65±

0.24a

6.47±

0.41a

4.68±

0.26b

6.28±

0.36ab

6.88±

0.07并

5.27±

0.08d

7.26±

0.08a

6.07±

0.02c

磷酸盐/（μmol·L−1）

0.04±

0.01b

0.04±

0.01b

0.08±

0.01a

0.02±

0.01b

0.08±

0.0a

0.04±

0.0b

0.02±

0.0c

0.02±

0.0c

0.0±

0.0a

0.0±

0.0a

0.0±

0.0a

0.0±

0.0a

　　注：所有环境参数均使用标准差±标准误差的表示，不同字母表示不同时期下各组别在P<0.05水平上的显著。

月份

Fv/Fm

2

a a

a a

a

ab ab

D 组

C 组

B 组

A 组

b

b

a a

b

0

4 6

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

图 2    各组最大光化学量子比较

柱状图上方字母 a，b 表示组间差异有统计学意义

（P<0.05）。

2.2    生理指标    

2.2.1   最大光化学量子产量（Fv/Fm） 如图 2

所示，移植后第 2 月，A 组珊瑚的 Fv/Fm 均值仅

为 0.615，B、C、D 组分别比 A 组增加 8%、10%、

10%，且 B、C、D 组与 A 组均存在显著差异。移

植后第 4 月， B、C、D 组珊瑚仍显著高于 A 组，分

别增加 7%、8% 和 12%。移植 6 个月后， D 组显

著高于 A 组（P<0.05）,比 A 组高 12%。

2.2.2   虫黄藻密度和叶绿素 a 含量 如图 3-a 所

示，在移植后第 2 个月， B、C、D 组的虫黄藻密度

显著高于 A 组 ，分别增加了 37%、40% 和 35%

（P<0.05）。移植后第 4 个月， C 组虫黄藻密度比

A 组增加了 21%，比 B 组增加了 23%，P<0.05。移

植后第 6 个月，C、D 组的虫黄藻密度均显著高于

A 组 和 B 组 ， 与 A 组 相 比 分 别 增 加 了 34% 和

30%，与 B 组相比分别增加了 37% 和 41% 。从

图 3-b 可知，移植后第 2 月， C、D 组的珊瑚叶绿

素 a 含 量 显 著 高 于 A 组 ， 分 别 增 加 了 28% 和

25%（P<0.05）； C 组的叶绿素 a 含量相比 B 组增

加了 21%。移植后第 4 月， C 组的叶绿素 a 含量

仍 显 著 高 于 A 组 与 B 组 ， 分 别 增 加 43% 和

39%（P<0.05）。移植后第 6 月，D 组叶绿素 a 含量

最高， C、D 组的叶绿素含量比 A 组分别增加了

63% 和 73%，P<0,05； D 组叶绿素 a 含量比 B 组增

加 61%（P<0.05）。

2.3    珊瑚存活率    通过现场观测到珊瑚的残骸

完整，且实验苗圃区域未暴发长棘海星和核果螺

等敌害生物，排除了鱼类啃噬和敌害侵蚀的死亡

原因。结果如图 4 所示，在整个实验期内移植的

4 组共 120 株珊瑚中，C 组和 D 组珊瑚无移植个体

死亡，存活率为 100%；移植 2 个月时，4 组珊瑚无

死亡植株；移植 4 个月时，A 组和 B 组珊瑚死亡

4 株（N=30），存活率约为 87%；移植 6 个月时 ，

A 组在移植 6 个月时仍有死亡个体增加，存活率降

为 80%，B 组仍为 87%。

2.4    珊瑚面积增比与珊瑚生长率    在 6 个月的

第 5 期 刘相波等: 不同孔径网格板对小叶鹿角珊瑚的移植效果评估 539

实验期内，各孔径网格板上移植珊瑚的生长速率

如图 5 所示。从图 5-a 面积增比的累积效应来比

较，移植 2 个月后，C 组的面积增比均值最高，为

52.14%；B 组和 D 组移植珊瑚的面积增比均值分

别为 45.58% 和 44.28%；A 组最低，仅为 35.02%。

移植后 4 个月，C 组和 D 组珊瑚面积增比均值为

138.81% 和 140.12%，B 组的珊瑚面积增比均值为

111.88%，D 组已经明显高于 B 组，A 组仍最低，为

98.65%，且 C 组、D 组与 A 组具有显著差异。移

植 6 个月后，D 组珊瑚面积增比均值为 382.82%，

B 组和 C 组珊瑚面积增比均值分别为 269.86% 和

315.04%，D 组已大幅度高于 C 组，与 B 组差异显

著，A 组珊瑚面积增比仍为最低，仅 153.36%，且

A 组与其余 3 组均有显著差异。

由图 5-b 可知，A 组珊瑚生长速率始终最低。

移植 2 个月后， C 组珊瑚生长速率比 A 组珊瑚增

加 60%（P<0.05），D 组比 C 组降低 38%（P<0.05），

B、C、D 组之间均无显著差异 ；移植 4 个月后 ，

C 组比 A 组增加了 52%（P<0.05）， C 组比 D 组增

加了 16%；移植 6 个月后，D 组生长速率达到最

高，D 组比 C 组增加了 5%， D 组比 A 组增加了

68%（P<0.05）。

月份

2

a

ab a

b

a

a

b

D 组

C 组

B 组

A 组

b b

a

(a)

a

b

0

4 6

2.0×105

4.0×105

6.0×105

8.0×105

1.0×106

1.2×106

1.4×106

月份

2

a

ab

a

b

a

ab

bc

c

b

(b) a

ab

b

0

4 6

1

2

3

4

5

6

7

8

虫黄藻密度/(

个·cm−2

)

叶绿素 a 含量/(µg·cm−2

)

图 3    各组虫黄藻密度（a）和叶绿素 a 含量比较（b）

柱状图上方字母 a,b,c 表示组间差异有统计学意义（P<0.05），下同。

D 组

C 组

B 组

A 组

月份

存活率/%

0~2

0

0~4 0~6

20

40

60

80

100

图 4    珊瑚存活率

D 组

C 组

B 组

A 组

月份

面积增比/%

0~2

ab a

a

(a) a

ab

b

c

a

ab

ab

b

b

0

0~4 0~6

50

100

200

300

450

150

250

350

400

月份

0~2

bc

a

a

a

(b)

a

a

b

a

ab

a

b

c

0

0~4 0~6

2

10

4

6

8

生长速率/(cm2

·月)

图 5    各组珊瑚面积增比（a）和生长速率比较（b）

540 热 带 生 物 学 报 2023 年

3    讨　论

3.1    珊瑚生长率和存活率    珊瑚苗圃能为野外

移植提供丰富的珊瑚断枝资源，因此最大限度地

提高珊瑚存活率和生长率成为珊瑚苗圃的主要目

标之一[24]

，也是决定最终修复效果的关键[25]。本研

究中，笔者基于现场监测和垂直拍照投影法获得

珊瑚存活率和生长率结果： C 组和 D 组的移植珊

瑚全部存活；而 A 组和 B 组的珊瑚有死亡植株

（A 组死亡 6 株，B 组死亡 4 株）。C 组和 D 组苗

圃的珊瑚的存活率（100%）均高于 Putchim 等[26] 在

中层水苗圃上使用小孔径塑料网移植的鹿角珊瑚

存活率（94.8%），而 A 组和 B 组的存活率（A 组

80%，B 组 87%）均低于上述研究中存活率；同时，

C、D 2 组珊瑚的生长率高于 Mbije 等 [27] 在中层水

苗圃绳网上移植的鹿角珊瑚生长率。通过实地研

究及与上述研究的比较，C 组和 D 组具有较高的

生长率和存活率，因此，可以推测大孔径的网格板

（≥4.5 cm×4.5 cm）更有利于珊瑚的生长和存活，作

为珊瑚苗圃的移植基底可能更具优势。

3.2    环境因子及附生藻类对珊瑚的影响    现场

环境监测分析发现，不同孔径尺寸的网格板上附

着藻类有明显差异：随时间的推移，A 组基底的海

水浑浊度逐渐高于其他 3 组，第 3 次监测时，A 组

的浊度比 D 组高约 2.32 倍，虽然笔者监测时浊度

平均水平低于 1 FTU（0.13 mg·L−1），明显低于胁迫

珊瑚的沉积物阈值[28]

，但值得考虑的是，沉积物随

时间变化产生的累积效应对珊瑚的影响可能会很

强烈。草皮海藻是珊瑚的主要藻类竞争者，珊瑚

与壳状珊瑚藻接触的相互作用产生的有害影响要

远小于草皮海藻[29]。因此，推测 C、D 2 组附着较

多的壳状珊瑚藻与珊瑚之间无竞争作用，甚至有

助于珊瑚的生长。国外学者利用高光谱图像技术

观察珊瑚与皮壳状珊瑚藻之间的相互作用，发现

壳状珊瑚藻边缘附近的珊瑚组织没有受到破坏或

明显压力，并揭示壳状珊瑚藻不会刺激或改变与

珊瑚组织相关的微生物群落，也不会通过释放化

感物质直接损害或杀死珊瑚组织[30]

；反而有助于巩

固珊瑚骨架和抑制其他藻类的生长[31 − 32]。而低密

度和较短的草皮海藻并未到达过度生长的范围，

不足以对 C 组和 D 组的珊瑚形成严重损伤，研究

表明只有珊瑚完全被草皮海藻包围，且珊瑚活组

织减少一定面积时，才会对珊瑚产生致死威胁[33]。

A 组和 B 组附着的草皮海藻完全覆盖整个基

底，通过物理摩擦和化感作用侵蚀珊瑚的底部组

织，与移植珊瑚竞争附着空间[34]。草皮海藻还可能

释放有害细菌，对 A、B 2 组珊瑚造成压力[35]

，但这

需要进一步从微生物层面进行研究证明。基底的

孔径较小可能会引起悬浮物浓度的升高，A 组附近

环境的浑浊度升高可能由于基底附着的草皮海藻

会捕获珊瑚的粘液并吸附海水中的悬浮物[36]

，形成

草皮海藻沉积物，并且小孔径引起的低流速会增

加沉积物的堆积速率[37]

，在海水运动的作用下导致

沉积物沉积和再悬浮不断反复。相比之下，A 组的

沉积物堆积比 B 组更明显，因为 A 组的基底截面

面积大，所承载的悬浮物高于 B 组，并且草皮海藻

密度和长度要高于 B 组。沉积物的累积效应会导

致 A 组草皮海藻获得更高的营养水平[38]

，生长繁

殖速度加快，草皮海藻的藻丝长度显著增加[39]。过

度生长的草皮海藻和沉积物的叠加作用可能会增

加草皮海藻在珊瑚-藻类作用中的竞争力，一方面

通过窒息和组织埋藏对珊瑚边缘组织产生胁迫和

致死后果[40- 41]

，直接减少珊瑚的活组织面积并占据

死亡骨骼，进一步与活珊瑚组织竞争直至珊瑚完

全死亡。另一方面，A 组和 B 组珊瑚为应对草皮

海藻过度生长的竞争压力可能会将用于组织生长

的能量转移到抵御藻类胁迫 [42]

，导致珊瑚生长能

量显著低于正常水平，生长率显著低于 C、D 2 组。

3.3    共生藻密度及光合生理    Fv/Fm 能指示造礁

石珊瑚共生虫黄藻的潜在光合能力和生理状

态[43 − 44]。在进行的 3 次监测中，C 组和 D 组均保

持较高的 Fv/Fm 水平，而 A 组的 Fv/Fm 均低于其

他 3 组。A 组的最大量子产率降低，推测是由于过

度生长的草皮海藻不断对珊瑚的摩擦作用引起。

虫黄藻的光合效率降低，光合产物减少，降低珊瑚

的钙化生长[45]。结果表明，C、D 2 组的虫黄藻密

度超过 A、B 2 组 30%。这表明 C、D 2 组比 A、B

2 组可能具有更高的光合产物，促进其稳定钙化生

长。研究结果表明，虫黄藻光合作用过程中产生

的大部分有机碳化合物和氧气被输送到宿主体

内，满足日常代谢需求和维持珊瑚的有氧条件，造

礁石珊瑚的钙化生长的能量主要来自虫黄藻光合

作用[46]。A、B 2 组虫黄藻密度的降低可能是因为

珊瑚遭受草皮海草的压力，从而从体内排出过量

第 5 期 刘相波等: 不同孔径网格板对小叶鹿角珊瑚的移植效果评估 541

的虫黄藻，珊瑚-虫黄藻共生关系破裂[47]

，间接引起

生长率下降。虫黄藻密度降低会引起光合产物的

减少，珊瑚虫可能会通过捕食浮游动物的异养方

式进行弥补，但相关研究结果表明，珊瑚异养对石

珊瑚骨骼生长的影响很弱，难以促进珊瑚的钙化

生长[48 − 49]。叶绿素 a 作为主要的光合色素，是体

现珊瑚自养性的代表指数之一。国外学者的研究

结果也证明与被丝状草皮海藻包围的珊瑚相比，

被壳状珊瑚藻包围的珊瑚显示出较小的压力[46]

，其

自养能力更高，这可能是 C、D 2 组具有更高叶绿

素 a 值，而 A、B 2 组珊瑚叶绿素 a 含量下降的原

因。 将共生藻类和光合能力的数据进行比较，结

果表明，C、D 2 组珊瑚的共生藻类健康状态和光

合速率要大于 A、B 2 组，更有利于珊瑚的生长和

存活。

4    结　论

本研究通过借助工程化礁体搭建珊瑚苗圃，

评估了不同孔径尺寸基底移植珊瑚的生长率和死

亡率差异，结合光合生理指标和环境因子阐述了

引起差异的可能因素，并筛选了适宜应用于苗圃

基底的孔径尺寸。结果表明，大孔径网格板（≥4.5

cm×4.5 cm）上珊瑚的生长率和存活率均高于小孔

径网格板（≤ 2.5 cm×2.5 cm），大孔径的网格板能

比小孔径的网格板附着更高密度的壳状珊瑚藻，

有利于珊瑚的生长存活；而附着的草皮海藻长度

和密度较低，对珊瑚的威胁可能较弱，因而保障了

移植珊瑚有较高的生长速率和存活率。结合长期

移植效果考虑，建议工程化修复和珊瑚苗圃等技

术手段选用珊瑚移植基底的网格板孔径应选择≥

4.5 cm×4.5 cm 的尺寸，尽可能保证移植珊瑚的较

高存活率和生长速率，减缓苗圃阶段的繁育期，在

修复工作中获取更大的效益。

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Evaluation of the transplantation effect of artificial substrates with

different apertures on Acropora microphthalma

LIU Xiangbo1,3

,   ZHU Wentao2,3

,   XIA Jingquan1,3

,   ZHU Ming1,3

,   REN Yuxiao1,3

,  

CHEN Rouwen1,3

,   WANG Aimin1,3

,   LI Xiubao1,3

（1. College of Marine Science, Hainan University, Haikou, Hainan 570228; 2. College of Ecology and Environment, Hainan University, Haikou, Hainan

570228; 3. State Key Laboratory of Marine Resource Utilization in South China Sea, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China）

Abstract：Coral  reef  degradation  trends  are  becoming  more  and  more  pronounced,  and  restoration  methods

such as coral nurseries and engineered reef bodies that are currently used require laying materials such as grid

plates as artificial substrates to facilitate the immobilization of transplanted corals, but there are few studies on

the effects of the pore size of the skeletonized substrate on corals that are widely used. An attempt was made to

established coral nurseries to explore the growth effects of four metal mesh plates of different pore sizes (A, B,

C, D, aperture sizes of 1 cm×2 cm, 2.5 cm× 2.5 cm, 4.5 cm×4.5 cm, 6 cm×6 cm) on the growth of Acropora

microphthalma. The results showed that the corals in groups C and D maintained 100% survival at the end of

the experimental period, while the coral survival rates in groups A and B dropped to 80% and 87%. The main

algae attached to the substrates in groups C and D were crustose coralline algae, and the dry weight of algae

attached to the turf algae was significantly lower in groups C and D than in groups A and B. The average length

of turf algae attached to the substrates was significantly lower in groups C and D than in groups A and B. The

turf algae attached to the substrates of small aperture could obtain nutrients from the suspended matter in the

water  and  lead  to  excessive  growth,  thus  inhibiting  coral  growth  and  even  death.  Based  on  symbiotic  algae

density  and  photosynthetic  physiology,  corals  in  groups  C  and  D  had  higher  photosynthetic  capacity,  which

ensured  coral  calcification  growth.  Therefore,  the  grid  plate  with  large  aperture  (≥4.5  cm×4.5  cm)  is  more

favorable for the growth of transplanted coral, and more suitable as the transplanted substrate of engineered

reef.

Keywords：coral restoration；artificial substrate；coral growth；turf algae

(责任编辑：钟云芳)

544 热 带 生 物 学 报 2023 年

·热带海洋生物·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20230022

主持人：郭志强

南海冷泉区深海沉积物来源放线菌的

分离培养及其抑菌活性

陈以秋1,2，韩梅桂2，韩　壮2，唐　敏1

（1. 海南大学 生态与环境学院，海口 570228; 2. 中国科学院 深海科学与工程研究所，三亚 572000）

摘    要： 为挖掘南海冷泉区可培养放线菌资源及其潜在的生物活性，采用稀释涂布法分离培养了来源于南海

冷泉区深海沉积物中的放线菌，利用 16S rRNA 基因测序鉴定菌株，构建系统发育树，并分析了放线菌的多样

性；通过 K-B 法药敏试验对放线菌发酵粗提物进行抑菌活性测试。结果显示：分离获得的 50 株放线菌隶属

于 5 个科，7 个属，其中 5 株放线菌被初步判定为潜在新种。7 株放线菌的发酵粗提物对副溶血性弧菌、甲氧

西林敏感金黄色葡萄球菌和甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌呈现不同程度的抑菌活性，其中活性最好的为小单

孢菌属 (Micromonospora) 的 2 株菌 ， Micromonospora sp.  LDBS3988 抑菌活性最强 ， Micromonospora sp.

LDBS3949 抑菌活性较为广谱。

关键词： 深海沉积物；放线菌；抑菌活性；冷泉

中图分类号： Q93-331            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0545 − 07

陈以秋，韩梅桂，韩壮，等. 南海冷泉区深海沉积物来源放线菌的分离培养及其抑菌活性 [J]. 热带生物学报，

2023, 14（5）：545−551. doi：10.15886/j.cnki.rdswxb.20230022

放线菌具有重要的生态学意义，也是很多生

物活性物质的来源之一[1]。放线菌种类繁多，在陆

地和水域生态系统中都有广泛分布。国内外的研

究者在陆源放线菌及其活性物质方面已开展了较

充分的研究，从相关菌株中也发现了许多结构新

颖的活性化合物。目前对海洋环境中放线菌的研

究还需进一步加强，特别是对深海区域放线菌的

探索和开发尚处于起步阶段。地球表面约 71% 的

面积是海洋，其中 95% 的海域深度超过 1000 m

[2]

，

深海环境具有高压、低温、黑暗、寡营养等特征，

生活在其中的生物也具备相应独特的适应能力，

这些适应能力通常伴随着对基因、初级及次级代

谢途径的调控[3]。研究发现在长期的进化过程中，

深海放线菌等生物体内常产生有独特结构的次生

代谢物，且具有一定的生物活性[4 − 5]

，而且这些活

性物质具有是陆源微生物中未被发现过的新颖化

合物结构[6]

，具有重要的研究价值。可见，广阔而

独特的深海环境是研究和开发放线菌资源的良好

场所。

南海是西太平洋最大的边缘海域，海域面积

达 350 万 km2

，平均深度为 1350 m，最深深度超过

5.5 km[7 − 8]。冷泉是一种特殊的海底环境，在冷泉

深部富含硫化氢、甲烷等碳氢化合物的流体会向

海底表面渗漏或喷发，因此冷泉环境中含有大量

的甲烷[9]

，因此冷泉环境中的微生物群落优势种属

多为硫酸盐还原菌、好氧甲烷菌、氧甲烷菌、硫氧

化菌等[10]

，该类群的冷泉微生物丰富度高于热液和

普通海底沉积物[11]。不同冷泉的微生物群落存在

差异[12]。南海冷泉区微生物资源多样性丰富[13]

，从

南海冷泉区丰富的微生物资源中寻找新型次级代

谢产物有利于加强对海马冷泉未知生物资源的开

发与利用。已有许多新型活性物质来源于南海冷

　　收稿日期：2022 − 11 − 30　　　　修回日期：2022 − 11 − 30

　　基金项目：国家自然科学基金项目 (32160270，31660128)；海南省重大科技计划项目 (ZDKJ2019011)

　　第一作者：陈以秋（1995−），女，海南大学生态与环境学院 2020 级硕士研究生. E-mail：13759015920@163.com

　　通信作者：唐敏（1972−），女，教授. 研究方向：水生生态, 生态毒理. E-mail：1251054716@qq.com

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

泉微生物[14 − 19]

，对微生物资源的利用推动了深海

微生物资源的应用潜力评价。

海马冷泉位于南海西北陆坡，是南海 2 个活

跃的冷泉之一[10]

，目前对海马冷泉微生物群落研究

较少[20 − 23]。本研究主要在南海海马冷泉区，对沉

积物中的放线菌进行分离纯化、培养鉴定、多样性

分析及次级代谢产物抗菌活性的研究，旨在挖掘

海马冷泉区可培养的放线菌资源，及其潜在的生

物活性价值，为后续研究和开发冷泉放线菌资源

提供参考资料。

1    材料与方法

1.1    实验材料    沉积物样品由中国科学院深海

科学与工程研究所“探索一号”科考船搭载的“深

海勇士”号载人潜水器于 2021 年 2 月采集于南海

海马冷泉区。样品采集后，放置 4 ℃ 冰箱冷藏。

巡航结束后，所有样品放在冰上运送到实验室，

放置 4 ℃ 保存备用。样品分为 3 组 HM2、HM3、

HM6（表 1）。

抗菌活性检测采用 7 种供试菌，即 H119（粪肠

球菌 Enterococcus faecalis）、H57（甲氧西林耐药金

黄色葡萄球菌 methicillin-resistant Staphylococcus

aureus, MRSA）、G280（甲氧西林敏感金黄色葡萄

球菌 methicillin-susceptible Staphylococcus aureus,

MSSA）、 H442（亚 胺 培 南 敏 感 鲍 曼 不 动 杆 菌

imipenem-susceptible Acinetobacter baumannii）、

E292（亚 胺 培 南 耐 药 鲍 曼 不 动 杆 菌 imipenemresistant Acinetobacter baumannii）、G1（高地芽孢

杆菌 Bacillus altitudinis）、F1（副溶血性弧菌 Vibrio

parahaemolyticus）。菌株分离、发酵、抑菌活性测

试使用相应的培养基（表 2）。

表 2  深海沉积物放线菌分离、发酵、活性测试所用培养基配方

用途 培养基名称 培养基组分

分离培养

ISP3琼脂培养基 燕麦 20 g，琼脂 18 g，七水合硫酸亚铁 0.001 g，四水合氯化亚锰 0.001 g，七水合

硫酸锌 0.001 g，海水 1 L，pH=7.3

R2A琼脂培养基 R2A 18.1 g，海水 1 L，pH=7.0

分离/发酵培养 2216E培养基 Difco marine broth 2216E 37.4 g，琼脂 20 g，海水 1 L，pH=7.4

活性测试 LB培养基 胰蛋白胨 10 g，酵母提取物 5 g，氯化钠 10 g，ddH2O 1 L，琼脂 20 g，ddH2O 1 L，

pH=7.4

1.2    深海放线菌菌株分离与保存    在无菌条件

下，称取 0.1 g 深海沉积物样品，加入 1 mL 无菌海

水，振荡 10 min，随后将沉积物悬浊液梯度稀释

10−1 到 10−6，稀释倍数为 10−6 悬浊液 100 μL 于培

养基中涂布，28 ℃ 倒置培养，每隔 24 h 观察菌落

生长状况，待形成菌落后，挑取部分菌，采用三区

划线法接种到分离培养基，重复纯化培养多次直

至得到单一纯化菌株。随后用含 25% 甘油液体培

养基冻存（−80 ℃）保种。

1.3    深海放线菌菌株鉴定    利用试剂盒提取

DNA（TIANamp Bacteria DNA Kit），以 16S rDNA

序列通用引物 27F/1492R[24]、Taq 酶体系对其进行

PCR 扩增。对 PCR 产物验证通过后测序（擎科生

物公司）。测序结果拼接完成后 ，上传 EZbiocloud 在线数据库（https://www.ezbiocloud.net）进行

对比分析，获得菌株的分类信息。以近缘菌株的

表 1    深海沉积物样品信息表

样品 潜次 深度/m 坐标（经度E，纬度N）

HM2-1a SY336 1365.0 110°28′20.67″，16°43′44.75″

HM2-1c SY336 1365.0 110°28′20.67″，16°43′44.75″

HM3-1a SY337 1383.0 110°27′31.32″，16°43′52.21″

HM3-1b SY337 1383.0 110°27′31.32″，16°43′52.21″

HM3-1c SY337 1383.0 110°27′31.32″，16°43′52.21″

HM3-1d SY337 1383.0 110°27′31.32″，16°43′52.21″

HM3-1f SY337 1383.0 110°27′31.32″，16°43′52.21″

HM6-1a SY340 1368.2 110°42′29.19″，16°25′40.40″

HM6-1b SY340 1368.2 110°42′29.19″，16°25′40.40″

HM6-1c SY340 1368.2 110°42′29.19″，16°25′40.40″

HM6-1d SY340 1368.2 110°42′29.19\" ，16°25′40.40″

HM6-1e SY340 1368.2 110°42′29.19″，16°25′40.40″

HM6-1f SY340 1368.2 110°42′29.19″，16°25′40.40″

　　注：样品名称最后的字母表示海水-沉积界面以下沉积

深度，a：0～4 cm；b: 4～8 cm；c：8～12 cm；d：12～16 cm；e：

16～20 cm；f：20～24 cm。

546 热 带 生 物 学 报 2023 年

16S rRNA 基因序列作为参比对象，采用 MEGA

软件 neighbor-joining 构建系统发育树。

1.4    放线菌的发酵培养及次级代谢产物的提取

在 2216E 琼脂培养基上采用平板划线法培养菌株

形成菌落，挑取单菌落，接种至 5 mL 发酵培养基

中培养（28 ℃，180 r·min−1）3 d，获得种子菌液。随

后，按照发酵培养基∶种子液（v∶v）= 100∶5 的比

例进行发酵培养（28 ℃，180 r·min−1）7 d，发酵液总

体积为 105 mL。发酵完成后，取乙酸乙酯与发酵

液等体积充分混合，萃取 3 次，有机相合并后经旋

转蒸发仪浓缩获得粗提物，−20℃ 保存备用。

1.5    深海放线菌的抑菌活性分析    采用 K-B 纸

片扩散法药敏试验[25] 检测放线菌发酵粗提物对

7 种供试菌的抑菌活性。用甲醇（分析纯）配制待

测粗提物溶液（10 g·L−1），分 2 次滴加到灭菌滤纸

片（直径 6 mm）上，每次滴加 5 μL，将风干的滤纸

片贴在涂布了供试菌的固体培养基上（供试菌

稀释至 10−3 涂布），采用万古霉素以及氯霉素

（1 g·L−1）为阳性对照，甲醇溶液为空白对照，37 ℃

培养 24 h。通过与阳性对照的抑菌圈直径对比，

判断粗提物的抑菌活性。

2    结果与分析

2.1    深海沉积物中放线菌的菌种分离鉴定及其

多样性分析    实验从 HM2、HM3、HM6 三组沉积

样中分离出 50 株放线菌，从 HM3 样品组中分离

的放线菌最多 ，共 26 株 ，其次是 HM6 样品组 ，

19 株，HM2 样品组的最少，只有 5 株（图 1）。这

50 株放线菌都属稀有类型，形态类似于细菌，无气

生菌丝，隶属于 7 个属（图 2），其中类诺卡式菌属

（Nocardioides）22 株、迪茨氏菌属（Dietzia）13 株、

乔治菌属（Georgenia）6 株、考克氏菌属（Kocuria）

12 Nocardioides

Dietzia

Georgenia

Kocuria

Arthrobacter

Chryseoglobus

Micromonospora

10

8

6

4

2

放线菌数量/株

0

HM2-1a

HM2-1c

HM3-1a

HM3-1b

HM3-1c

HM3-1d

HM3-1f

HM6-1a

HM6-1b

HM6-1c

HM6-1d

HM6-1e

HM6-1f

图 1    从各沉积样品中分离到的放线菌种类

图 2    分离出的 50 株放线菌与近缘菌株的系统发育树

系统发育树为 1000 次 Bootstrap 分析所得结果；图中的数值是 Bootstrap 大于 50% 的结果，进化距离为 0.005。

第 5 期 陈以秋等: 南海冷泉区深海沉积物来源放线菌的分离培养及其抑菌活性 547

4 株、节杆菌属（Arthrobacter）2 株、小单孢菌属

（Micromonospora）2 株、印度洋金色丸菌属（Chryseoglobus）1 株。各放线菌属间的相对丰富度呈现

一定差异，其中类诺卡氏菌属在 3 组样品中属于

优势菌。采用 2216E 培养基、R2A 琼脂培养基和

ISP3 琼脂培养基分别筛选到 18、29 和 3 株放线

菌，R2A 培养基更适合用于筛选深海放线菌。基

于对潜在新菌种的界定[26 − 28]

，在这 50 株放线菌

中，有 6 株与近缘菌株 16S rRNA 基因的相似度低

于 98.7%，初步判断为潜在新种（表 3）。

表 3   50 株放线菌中潜在的新菌株

菌株编号 近缘菌株 相似度/% 样品来源

LDBS3725 Dietzia maris DSM 43672 98.66 HM3-1a

LDBS3838 Nocardioides marinisabuli SBS-12 98.65 HM3-1c

LDBS3839 Nocardioides marinisabuli SBS-12 98.58 HM3-1c

LDBS3840 Nocardioides salarius CL-Z59 98.66 HM3-1c

LDBS3974 Nocardioides salaries CL-Z59 98.52 HM3-1a

LDBS3988 Micromonospora rosaria DSM 803 98.52 HM3-1a

2.2    放线菌的抑菌活性分析    通过对 50 株放线

菌的发酵液粗提物进行抑菌活性分析，发现 7 株

放线菌的粗提物对 3 种供试菌显示出不同程度的

抑菌作用，抑制活性比例为 14%。其中，5 株菌对

F1 有 抑 菌 活 性 ， 4 株 对 G280 有 活 性 ， 2 株 对

H57 有活性。编号为 LDBS2366 和 LDBS2469 的

菌株粗提物仅对 G280 有抑菌活性。 LDBS3832、

LDBS3950 和 LDBS3974 对 F1 有轻微抑菌活性，

此 外 LDBS3974 对 H57 也 有 轻 微 抑 菌 活 性 。

LDBS3949 的菌株粗提物对 H57、G280、F1 均有

抑菌活性。LDBS3988的菌株粗提物对 G280 和

F1 有抑菌活性。50 株放线菌粗提物对 H119、

H422、E292、G1 均没有活性。小单孢菌属的抑菌

活性及抑菌范围都优于类诺卡式菌属（表 4）。其

中，小单孢菌属的菌株 LDBS3949和 LDBS3988 呈

现出良好的抑菌效果。

表 4  放线菌代表性菌株的抗菌活性

菌株编号及阳性对照 菌株名称

抑菌圈直径/mm

H119 H57 G280 H422 E292 G1 F1

LDBS2366 Nocardioides sp. - - 10 - - - -

LDBS2469 Nocardioides sp. - - 12 - - - -

LDBS3832 Nocardioides sp. - - - - - - 7

LDBS3949 Micromonospora sp. - 15 12 - - - 22

LDBS3950 Nocardioides sp. - - - - - - 10

LDBS3974 Nocardioides sp. - 7 - - - - 7

LDBS3988 Micromonospora sp. - - 30 - - - 20

万古霉素 19 20 20 - - 18 20

氯霉素 - - - 20 20 - -

　　注：H119：粪肠球菌，H57：甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌，G280：甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌，H442：亚胺培南敏感

鲍曼不动杆菌，E292：亚胺培南耐药鲍曼不动杆菌，G1：高地芽孢杆菌，F1：副溶血性弧菌；- ：无活性，除H422和E292以氯霉

素为阳性对照，其余病原菌以万古霉素为阳性对照。

3    讨　论

从南海海马冷泉区的三组沉积物样品中分离

到 50 株放线菌，属于 5 个科，7 个属，其中类诺卡

式菌属、迪茨氏菌属是优势菌，后者为海洋特有。

这与从南大西洋深海沉积物分离出的 36 株放线

548 热 带 生 物 学 报 2023 年

菌不同，属于 6 个科，8 个属，其中微球菌属、迪茨

氏菌属和微杆菌属是优势菌[29]

，也有实验分离出

132 株放线菌，属于 13 个科，19 个属，其中考克氏

菌属、短杆菌属和链霉菌属是优势菌[30]。在这些

沉积样品中，共有种属的放线菌有迪茨氏菌属、考

克氏菌属、微球菌属、微杆菌属。不同沉积样品的

放线菌种属存在着差异，这可能一方面是源自地

域环境差异，另一方面是因不同的培养条件和分

离方法造成的。基于对潜在新种的界定，本研究

分离的放线菌中有 6 株的相似性低于 98.7% 初步

认为是潜在新种，它们属于迪茨氏菌属、类诺卡式

菌属、小单孢菌属。有研究发现 Nocardioides sp.

strain CF18 利用单加氧酶（pBMO）在丁烷上生长，

而 pBMO 与甲烷氧化细菌的甲烷单加氧酶（pMMO）

基因序列相似[31]

，推测这些酶助力于类诺卡式菌属

菌株在含大量甲烷环境的冷泉中能生存并成为优

势属。

本研究中发现诺卡式菌属和小单孢菌属的发

酵液粗提物都呈现出较好的抗菌活性，其中，小单

孢菌属的 LDBS3988 和 LDBS3949 菌株对 G

+ 菌

MRSA、MSSA，以及 G

− 菌 V. parahaemolyticus 都

表现出抑制作用。Zhang 等[32] 曾从南海沉积物来

源的小单孢菌属的次级代谢产物中分离到 3 个新

化合物 fluostatins I−K，小单孢菌属的次级代谢产

物对金黄色葡萄球菌具有较好的抑制作用。除了

能产多种化合物的小单孢菌属外，本研究分离到

的类诺卡式菌属对 MRSA、MSSA、V. parahaemolyticus 也呈现出一定的抗菌活性，这是首次报道深

海来源类诺卡式菌属有抑菌活性。尤其是小单孢

菌属的 2 株菌 LDBS3988 和 LDBS3949 的发酵粗

提物呈现较强的抑菌活性，具有较好的深入研究

价值。

目前对南海冷泉沉积样品中硫化细菌的研究

较多[33]

，但对放线菌的研究还较少。本研究揭示了

冷泉区丰富的放线菌资源，这些具有活性的菌株

可作为挖掘深海放线菌抗菌天然产物的重要资

源。后期研究将通过优化培养条件、发酵条件、激

活沉默次级代谢合成途径等手段进一步挖掘新颖

活性化合物，为从深海极端环境中寻找新型抗生

素提供参考资料。

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550 热 带 生 物 学 报 2023 年

Isolation, cultivation and antibacterial activity of actinomycetes

from the sediments in the deep-sea cold seeps of South China Sea

CHEN Yiqiu1,2

,   HAN Meigui2

,   HAN Zhuang2

,   TANG Min1

（1. School of Ecological and Environmental Sciences, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China; 2. Sanya Institute of

Deep-sea Science and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Sanya, Hainan 572000, China）

Abstract： In  order  to  explore  the  resources  and  potential  bioactivity  value  of  actinomycetes,  actinomycetes

were isolated from the deep-sea sediments in the cold seeps of South China Sea by serial dilution and spread

plate technique and cultured. The strains of isolated actinomycetes were identified by using 16S rRNA gene

sequencing,  based  on  which  a  phylogenetic  tree  was  constructed,  and  the  diversity  of  actinomycetes  were

analyzed. The antibacterial activities of the crude extracts of the isolated actinomycetes were tested by using the

K-B test for antibiotic susceptibility. The results showed that 50 isolated actinomyces belonged to 5 families

and 7 genera, and that 5 strains of actinomycetes were preliminarily identified as potential new species. And the

crude extracts of 7 strains showed different antibacterial activities against methicillin-resistant Staphylococcus

aureus,  methicillin-sensitive Staphylococcus aureus and Vibrio parahaemolyticus.  Among  the  7  strains,  two

strains of Micromonospora displayed the highest antibacterial activity. Micromonospora sp.LDBS3988 has the

highest antibacterial activity, and Micromonospora sp.LDBS3949 has a broad-spectrum antibacterial activity.

Keywords：deep-sea sediment；actinomycetes；antibacterial activity；cold seep

(责任编辑：叶　静)

第 5 期 陈以秋等: 南海冷泉区深海沉积物来源放线菌的分离培养及其抑菌活性 551

·研究报告·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220047

耐热真菌 HS1-1 的生理特性和抗菌活性

黄晓欣1,2，谈嘉莉1,2，杨永星1,2，顾哲铭1,2，李雪珽1,2，雷晓凌1,2

（1. 广东海洋大学 食品科技学院/广东省水产品加工与安全重点实验室/广东省海洋食品工程技术研究中心/广

东省海洋生物制品工程实验室/水产品深加工广东普通高等学校重点实验室，广东 湛江 524088;

2. 海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心/大连工业大学，辽宁 大连 116034）

摘    要： 湖光岩玛珥湖（Huguangyan Maar Lake）地理环境特殊，对于挖掘特殊生境耐热真菌资源具有较大潜

力。对 1 株来源于湖光岩玛珥湖的耐热真菌 HS1-1 进行了形态观察，分子鉴定和生理特性、产酶能力、抗菌

活性的测定。结果表明，该真菌为烟曲霉（Aspergillus fumigatus），菌株在 15～50℃ 和 pH3～12 均能生长，最

适生长条件是温度 40℃，盐浓度 1%～2%，pH6～7；经 4 种产酶培养基筛选确定菌株对可溶性淀粉、乳糖、羧

甲基纤维素有较强的利用能力，对 5 种指示菌有一定抑制效果。说明真菌 HS1-1 具有较强耐热特性、酸碱耐

受性和一定的抗菌活性。本研究对深入了解湖光岩玛珥湖耐热真菌并对其进一步开发利用提供理论基础。

关键词： 耐热真菌；分子鉴定；生理生长；活性研究；湖光岩

中图分类号： Q93-331            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0552 − 08

黄晓欣 ，谈嘉莉 ，杨永星 ，等. 耐热真菌 HS1-1 的生理特性和抗菌活性 [J]. 热带生物学报 ，2023, 14（5）：

552−559. doi：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220047

微生物生长环境多样，在生物进化过程中形

成了自己独特的生长代谢机制。耐热真菌是一类

最高生长温度在 50℃ 左右（通常为 40℃ 或 40℃

以上），最低生长温度在 20℃ 以下的特殊真菌类

群[1]

，极端环境（高温、低温、强酸、强碱、高盐等）

微生物有自己特定的代谢方式、独特基因类型及

特殊生理机制，耐热真菌是可以在高温条件下生

长的适应极端环境的真核微生物，其特殊生长代

谢机制使产生特殊代谢产物、获取新生物技术手

段成为可能[2]。耐热真菌的分布范围广泛，世界上

已描述和报道的耐热真菌有 89 种，我国报道的有

23 种[3]。Salar 等[4] 从印度北部的温带土壤中分离

出 19 种嗜热和耐热真菌。Michele 等[5] 从番石榴

叶中分离得到 1 株耐热真菌拟青霉（Paecilomyces

variotii），并从拟青霉中分离出以 55℃ 为最适反应

温度，pH 为 5.0 的热稳定性糖化酶。詹发强等[6]

从新疆棉花秸秆高温堆肥中分离得到的耐热真菌

Z1、Z2 在降解农作物废弃秸秆中具有较高的应用

价值。耐热真菌的生理生长特点是耐热性（最高温

度、最适温度、最低温度），这是区分耐热真菌与非

耐热真菌的重要依据[2]。另外，通过菌株分离经形

态学鉴定等手段对耐热真菌的种类鉴别意义重

大。目前对于耐热真菌的研究国内外把重心放在

菌种鉴定和生理特性研究上，而对产物活性研究

报道不多。由于生长环境的不同，来源各异的耐

热菌存在特有的生长温度、pH 值、盐浓度等的耐

受性和其发酵产物的抗菌活性之间会有较大不

同，深入研究可丰富相关基础理论。

我国国土面积辽阔，气候类型丰富多样，为耐

热真菌提供良好生长环境。湖光岩玛珥湖位于广

东省湛江市湖光岩风景区内，是经火山喷发而形

成的独特湖泊，其受外界干扰小，特殊的生境为生

　　收稿日期：2022 − 03 − 01　　　　修回日期：2022 − 10 − 10

　　基金项目：深圳市科创委基础研究面上项目（JCYJ20190813105005619）；广东省普通高校重点领域专项（生物医药与

健康）（2021ZDZX2064）；广东省科技专项资金-基础与应用基础研究专题（2021A50114）

　　第一作者：黄晓欣（1998−），女，广东海洋大学 2021 级硕士研究生. 研究方向：海洋微生物学、海洋微塑料检测. Email：2486126987@qq.com

　　通信作者：雷晓凌（1963−），女，博士，教授. 研究方向：海洋微生物学及其活性物质. E-mail：leixl-19@126.com

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

物进化形成新菌种提供可能。秦青英等[7] 研究湖

光岩玛珥湖浮游细菌组成时发现其菌落结构较为

独特，微生物资源丰富且新颖。刘颖等[8] 分离了湖

光岩土壤放线菌，并测定了其抗菌活性，分离出

23 株菌，且其中 60.9% 有抗菌活性。耐热真菌的

来源多种多样，这表明极有可能从湖光岩独特的

地理环境中发现耐热真菌。耐热真菌有产酶等方

面潜力，故以湖光岩玛珥湖为开发来源的菌株的

特殊功能和活性值得探究和开发。本研究以广东

省湛江市湖光岩玛珥湖分离得到 1 株耐热真菌

HS1-1 为出发菌株，对该菌进行形态学及分子水平

鉴定，研究其生理特性，产酶能力及抗菌活性，以

期为对该菌的进一步研究与开发提供基础。

1    材料与方法

1.1    菌株来源    2020 年 11 月 3 日从湛江市湖光

岩风景区距离湖面 1～2 m 的岸上 5～15 cm 深度

采集的土壤中分离获得菌株 ，经 44℃ 初筛和

19℃ 复筛[9 − 10]

，确定为耐热真菌。在取样分离中

以耐热真菌条件共分离 4 株耐热真菌， 选择其中

的 HS1-1 菌株为供试菌株。

抗 菌 活 性 指 示 菌 ： 交 替 假 单 胞 菌 属 SL-1

（Pseudoalteromonas sp.，登录号：FJ404757.1）、吉

氏库特氏菌属 SL-2（Kurthia gibsonii strain，登录

号：EF032685.1）均为笔者所在的课题组从冷冻虾

仁中分离鉴定保存的优势腐败菌 ；大肠杆菌

（Escherichia coli）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas

aeruginosa）、 金 黄 色 葡 萄 球 菌 （Staphylococcus

aureus）均为笔者所在实验室保存的菌。

1.2    培养基来源    马铃薯葡萄糖琼脂培养基

（PDA）：广东环凯微生物科技有限公司；马铃薯葡

萄糖肉汤（PDB）：杭州微生物试剂有限公司；改良

马丁琼脂培养基：广东环凯微生物科技有限公司；

改良马丁培养基：北京陆桥技术股份有限公司；营

养琼脂：北京陆桥技术股份有限公司。淀粉酶培

养基[11]、糖苷酶培养基[12]、纤维素酶培养基[13]、壳

聚糖酶培养基[14]

4 种产酶筛选培养基配制方法参

照文献并稍作修改，具体配方见表 1。

表 1  产酶培养基

产酶培养基 配 方

淀粉酶培养基 可溶性淀粉20.0 g·L−1

，KCl 0.5 g·L−1

，NaNO3 2.0 g·L−1

，K3PO4 1.0 g·L−1

，MgSO4

·7H2O 0.5 g·L−1，琼脂

18.0 g·L−1，海水晶30.0 g·L−1

，ddH2O 1000 mL

糖苷酶培养基 乳糖 10.0 g·L−1

，K2HPO4 1.0 g·L−1

，FeSO4 0.01 g·L−1

，NaNO3 3.0 g·L−1

，KCl  0.5 g·L−1

，MgSO4

·7H2O

0.5 g·L−1，琼脂15.0 g·L−1

，dd H2O 1000 mL

纤维素酶培养基 羧甲基纤维素8.0 g·L−1

，KCl 0.5 g·L−1

，NaNO3 3.0 g·L−1

，FeSO4 0.01 g·L−1

，K2HPO4 1.0 g·L−1

，MgSO4

·7H2O

0.5 g·L−1，氯霉素0.05 g·L−1，琼脂20.0 g·L−1

，ddH2O 1 000 mL，pH6.0

壳聚糖酶培养基 壳聚糖10.0 g·L−1

，CaCO3 6.0 g·L−1

，MgSO4

·7H2O 0.25 g·L−1

，(NH4

)2SO4 2.5 g·L−1

，K2HPO4 0.02 g·L−1

，NaCl

4.0 g·L−1，琼脂20.0 g·L−1

，pH6.0

1.3    耐热真菌 HS1-1 的鉴定     用点植法将菌株

HS1-1 分别接种于 PDA 和改良马丁琼脂培养基

中，于 35℃ 恒温培养箱中培养 2～5 d，观察菌落

形态特征。

从培养基挑取少许菌丝，用乳酸石炭酸绵蓝

染液染色，压片法镜检，初步鉴定菌株[15] 并完成的

个体形态观察。

将活化到第三代的菌株 HS1-1 送至生工生物

工程（上海）股份有限公司进行 PCR 扩增、测序，

完成分子鉴定。分子鉴定的具体内容：分子生物

学鉴定即采用内部转录间隔区（ITS）测序的方法，

选用引物 ITS1（5′-TCCGTAGGTGAACCTGCGG3 ′）和 ITS4（5 ′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3 ′），

采用菌落 PCR 的方法对筛选得到的耐热真菌

HS1-1 的 ITS 序列进行扩增。PCR 扩增体系：引

物 ITS1 和 ITS4 各 1 μL，10 X PCR Buffer、dNTP

(each  10  mmol·L−1)、 Taq Plus  DNA  Polymerase

（5  U·μL−1）共 12.5  μL， 50  mmol·L−1 MgSO4 和

Template (DNA)各 1 μL，ddH2O 9.5 μL，总体积为

25 μL；PCR 扩增条件：95℃ 5 min；94℃ 30 s，57℃

30  s， 72℃ 90  s，共 30 次循环 ； 72℃ 10  min。将

PCR 产 物 的 测 序 结 果 用 NCBI 数 据 库 进 行

BLAST 对比分析，查找亲缘性近、相似性高的菌

株基因序列。采用 MEGA 7 软件中 N-J 法（neighbor-joining method）自举 1000 次，确定菌种种属并

建立系统发育树。

1.4    耐热真菌 HS1-1 的生理特性研究    

1.4.1   温度对菌株生长的影响 采用点植法将菌

第 5 期 黄晓欣等: 耐热真菌 HS1-1 的生理特性和抗菌活性 553

株接种于改良马丁琼脂培养基中，倒置于 15、20、

25、30、35、40、45、50℃ 恒温培养箱培养 7 d，于

HH.S11-2 电热恒温水浴锅 55℃ 培养 7 d，每个温

度条件设置 3 个平行，采用十字交叉法测量菌落

直径并观察菌落形态。

1.4.2   盐浓度对菌株生长的影响 在改良马丁琼

脂培养基中分别加入 0、1%、2%、3%、4%、5%、

6%、8%、10% 的 NaCl，用点植法接种菌株于培养

基上，并置于 35℃ 下培养，每个盐浓度设置 3 个

平行，测量菌落直径并观察菌落形态。

1.4.3   pH 对菌株生长的影响 调节改良马丁琼

脂 培 养 基 的 pH 为 2.0、 3.0、 4.0、 5.0、 6.0、 7.0、

8.0、9.0、10.0、11.0、12.0。用点植法接种菌株于

培养基上 ，并置于 35℃ 下培养 ，每个梯度设置

3 个平行重复，测量菌落直径及观察菌落形态。

1.5    耐热真菌 HS1-1 的产酶特性研究    将菌株

HS1-1 分别接种到 4 种产酶筛选培养基中，倒置于

恒温培养箱中 35℃ 培养 3～7 d，每种产酶培养基

做 3 个平行。壳聚糖酶培养基能力的确定是通过

观察菌落周围是否产生透明圈[14]

，淀粉酶结果通过

碘液染色观察水解圈的大小来确定；检测糖苷酶

以菌落周围有无蓝色产生为依据，有则说明有产

糖苷酶的能力，反之，则无。纤维素酶培养基需要

用 95% 乙醇配制的 0.1% 刚果红染色液染色，再

用 1 mol·L−1 氯化钠脱色，染色和脱色时间均为

1 h[16]

，观察是否出现脱色圈。

1.6    耐热真菌 HS1-1 的抗菌活性测定    将活化

好的菌株 HS1-1 挑取一环分别接种到装有 100

mL PDB 和改良马丁培养基的 250 mL 三角瓶中，

35℃，135 r·min−1 摇床（HZQ-F160 振荡培养箱）培

养 7 d，经真空抽滤和微孔滤膜过滤后，取部分发

酵液，用 N-1100D-WB 旋转蒸发仪浓缩 5 倍，发酵

原液和浓缩液均用于抗菌活性测定。

抗菌活性测定： 挑取活化好的指示菌，接种到

生理盐水中，振荡均匀并稀释不同倍数，制备成

OD600 值为 0.6 的菌悬液[17]。在提前制备好的素琼

脂平板中放好无菌牛津杯，倒入含有 1∶100 比例

菌悬液的营养琼脂，待凝固后拔出牛津杯并注入

100 μL 发酵液或发酵浓缩液，于 4℃ 冰箱中扩散

3～4 h[18]

，置于 37℃ 培养 24 h 并测量抑菌圈直径，

抑菌圈直径算上牛津杯直径（牛津杯直径为 7.8

mm），无抑菌圈以牛津杯直径计。

1.7    数据处理    对菌落直径、抑菌圈直径等数据

均利用 JMP Pro 软件进行显著性差异分析。取显

著性水平 α 为 0.05，通过单因素方差分析，用所有

对 Tukey HSD 来比较均值，P<0.05 表示有显著性

差异，用不同英文字母表示具有显著性差异，最后

采用 Origin 软件进行绘图。

2    结果与分析

2.1    耐热真菌 HS1-1 的形态学及分子鉴定    

2.1.1    菌 落 形 态 观 察 耐 热 真 菌 HS1-1 在

PDA 和改良马丁琼脂培养基上均能生长，且在改

良马丁琼脂培养基上生长较为良好，因而用改良

马丁琼脂培养基作为菌株培养的最适固体培养

基。从图 1 可见，35℃ 培养 2～3 d 的菌落形态观

察中发现菌落圆形平坦，菌丝自中央向外周延展，

由致密到疏松，菌丝发达呈米黄色，有放射性皱褶

和晕圈。随着不同培养天数、pH、温度和盐浓度

变化 ，菌落呈现轻微颜色差别 ，或烟绿色或米

黄色。

HS1-1 (正面) HS1-1 (反面)

图 1    改良马丁琼脂培养基 2 d 菌落形态

2.1.2   个体形态观察 经显微镜观察（图 2）发现，

菌株 HS1-1 培养 2 d 后菌丝透明且显青色，有分生

孢子梗和分生孢子头，顶囊成烧瓶状，直径约 20

μm，小梗单层排列，成木栅状，孢子为球型，直径约

2.5 μm。初步鉴定菌株 HS1-1 为曲霉属。王世苗

等[19] 观察烟曲霉呈绒状，颜色为暗烟绿色；电子显

微镜结果观察到球形、绿色的分生孢子，分生孢子

梗光滑，顶囊呈烧瓶状，与本研究菌株相似。

5 μm

A B

5 μm

图 2    菌株 HS1-1 分生孢子头形态（10×40）

A：成熟的分生孢子头和分生孢子，B：刚形成的分生孢

子头。

554 热 带 生 物 学 报 2023 年

2.1.3   分子鉴定 经基因组 DNA 提取，PCR 扩

增和凝胶电泳观察，菌株 HS1-1 在 500～600 bp 有

清晰条带。提交 ITS 序列至 GenBank 获得登录

号，利用 BLAST 进行同源性对比分析，构建系统

发育树（图 3）。HS1-1（登录号为 MZ413293）与

Aspergillus fumigatus IR-SGS-Y5 聚在同一分支上，

遗传进化距离相近。结合形态学观察和分子鉴

定，确定该耐热真菌为烟曲霉。

Aspergillus fumigatus IR-SGS-Y5 (MW554703.1)

HS1-1

Aspergillus oerlinghausenensis CBS 139183 (NR_138362.1)

Aspergillus huiyaniae JCM 19448 (NR_151815.1)

Aspergillus denticulatus CBS 652.73 (NR_171616.1)

Aspergillus luteorubrus CBS 146723 (NR_172048.1)

Aspergillus arcoverdensis JCM 19878 (NR_151816.1)

Aspergillus aureolus NRRL 2244 (NR_135405.1)

Aspergillus wyomingensis CCF 4417 (HG324081.1)

Aspergillus stramenius NRRL 4652 (NR_137488.1)

97 Aspergillus tasmanicus NBRC 8008 (AB185279.1)

83

75

75

85

100

97

Thysanophora penicillioides NRRL 31511 (AF454088.1)

0.01

图 3    NJ 法构建 HS1-1 的 ITS 序列系统发育树

2.2    耐热真菌 HS1-1 的生理特性研究    

2.2.1   生长温度特性 不同温度条件下菌株生长

情况见图 4。菌株 HS1-1 在 15～50℃ 的温度范围

内均能生长 ，15℃ 生长最缓慢 ，55℃ 则无法生

长。从 1～3 d 可看出，40℃ 时生长速度明显高于

其他温度 ，其次是 35℃ ，因此该菌最适生长温

度为 40℃，该菌在生长温度范围内的生长能力

强弱顺序为 40℃、35℃、45℃、30℃、25℃、50℃、

20℃、15℃。最适温度是 40℃，50℃ 仍能生长，具

有明显耐热性，为耐热真菌。烟曲霉最适生长温

度一般为 37℃[20]

，有研究发现烟曲霉在 37℃ 培养

时菌落直径最大 ，且在 50℃、55℃ 仍能生长[21]

，

这与本研究生长情况相似。观察不同温度菌落形

态，在设置的温度范围内，较高或者较低温度条件

下菌丝附着能力减弱，孢子易脱落，菌落沟纹加

深，颜色较浅。

2.2.2   不同盐浓度对菌株 HS1-1 的影响 菌株

HS1-1 在不同盐浓度的生长情况见表 2。在 35℃

时菌株在 0～10% 的盐浓度范围内均能生长，2～

3 d 时 1%～2% 盐浓度明显优于其他组，4 d 时盐

浓度 0～4% 的菌落直径均大于 84.3 mm，接近平

板直径。故该菌适宜盐浓度范围为 0～4%，最佳

生长盐浓度是 1%～2%，具备一定耐盐性。观察菌

株第 7 天的生长形态发现，不同盐浓度的菌落形

态差异不大，菌落中央向外周扩散呈现黄色由深

变浅。

2.2.3    不 同 pH 对 菌 株 HS1-1 的 影 响 不 同

pH 条件下菌株生长情况见表 3。该菌在 pH 为

3～12 的范围内均能生长，pH 在 6～9 时长势良

好，pH2 时菌株不生长。1～4 d 时 pH 为 6 和 7 时

菌落直径显著大于其他 pH（P<0.05），表明该菌最

适宜 pH 范围为 6～7，且适应酸碱范围广，具有极

强耐酸碱能力。对比酸性条件（pH2～pH3），菌株

在较碱性条件（pH11～pH12）生长更具优势，说明

耐强碱能力强。不同 pH 菌落形态各异（图 5），

温度/℃

1 d

2 d

3 d

4 d

5 d

6 d

7 d

10

0

20

40

60

80

100

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

菌落直径/mm

图 4    不同温度条件对菌株 HS1-1 生长的影响

第 5 期 黄晓欣等: 耐热真菌 HS1-1 的生理特性和抗菌活性 555

表 2    不同盐浓度对菌株 HS1-1 生长的影响

盐浓度/%

菌落直径/ mm

1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d

0 11.60±0.21a 37.75±0.20d 63.50±0.30c 84.56±0.31a

1 10.89±0.45ab 44.91±0.53a 70.36±0.37a 84.92±0.19a

2 10.53±0.73b 43.74±0.03b 69.69±0.76a 84.58±0.40a

3 10.95±0.14ab 41.09±0.30c 65.78±0.19b 84.33±0.11a

4 10.40±0.49b 37.83±0.25d 60.40±0.95d 84.79±0.15a

5 9.05±0.07c 34.31±0.25e 55.98±0.52e 79.38±0.83b 84.30±0.28a

6 7.43±0.04d 27.54±0.46f 49.24±0.19f 70.60±0.52c 81.74±0.58b 83.16±0.19a

8 4.80±0.21e 22.37±0.29g 39.63±0.36g 61.37±0.26d 74.93±0.90c 83.66±0.29a

10 2.07±0.30f 13.93±0.45h 26.18±0.07h 40.31±0.06e 52.31±0.66d 63.38±0.38b 76.20±0.52

　　注：标记不同字母表示具有显著性差异（P<0.05）；空白表示该天数菌株长满平板(下同)。

表 3    不同 pH 条件对菌株 HS1-1 生长的影响

pH

菌落直径/ mm

1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d

2 0.00±0.00f 0.00±0.00h 0.00±0.00g 0.00±0.00j 0.00±0.00h 0.00±0.00f 0.00±0.00d

3 1.95±0.27e 7.89±0.60f 14.28±0.72f 19.95±0.19i 25.49±0.67g 30.22±0.51e 35.57±0.46d

4 9.67±0.22ab 28.38±0.28c 48.43±0.49c 63.49±0.21d 79.83±0.15b 85.26±0.88a

5 9.27±0.79bc 24.68±0.89d 36.87±0.48d 45.82±0.97f 59.47±0.72d 66.27±0.89c 76.93±0.65b

6 10.45±0.15ab 39.57±0.06a 61.31±0.30a 82.45±0.31a 84.64±0.11a

7 10.84±0.36a 39.62±0.70a 60.96±0.78a 81.11±0.44a 84.69±0.19a

8 8.02±0.95c 30.81±0.58b 52.84±0.78b 76.25±0.79b 84.25±0.10a

9 5.97±0.34d 27.78±0.59c 49.75±0.60c 73.82±0.59c 84.23±0.13a

10 1.92±0.28e 9.69±0.88e 28.00±0.46e 50.98±0.46e 71.29±0.59c 83.50±0.44a

11 1.26±0.15e 2.29±0.35g 15.25±0.72f 36.34±0.5g 56.58±0.28e 76.42±0.83b 83.44±0.24a

12 0.95±0.14ef 1.75±0.19g 6.57±0.31g 25.30±0.15h 41.80±0.23f 46.75±0.67d 53.12±0.54c

pH3

pH8 pH9 pH10 pH11 pH12

pH4 pH5 pH6 pH7

图 5    HS1-1 在不同 pH 条件下第 7 天菌落形态

556 热 带 生 物 学 报 2023 年

pH3 倒置培养时观察到菌落中央向下生长，呈突起

状。pH 为 3～5 时，菌落颜色较深，褶皱明显，菌落

边缘不规整；pH≥6 时，菌落颜色较浅，褶皱较少或

无褶皱，菌落多呈圆形。

2.3    耐热真菌 HS1-1 的产酶特性    耐热真菌

HS1-1 在不同产酶筛选培养基的菌落生长情况见

图 6。微生物不能直接利用淀粉、蛋白质和脂肪等

大分子，必须依靠产生的胞外酶将大分子物质分

解后才能利用。菌株在 4 种产酶培养基上均能生

长，说明该菌能产生相应的酶并以可溶性淀粉、乳

糖、羧甲基纤维素和壳聚糖作为唯一碳源供自身

生长，且利用可溶性淀粉、乳糖和羧甲基纤维素的

能力较强，利用壳聚糖的能力较弱。

2.4    耐热真菌 HS1-1 的抗菌活性    菌株 HS1-1

在 PDB 和改良马丁培养基上所得的发酵液及发酵

浓缩液（5 倍浓缩）的抗菌情况见表 4。该菌的

PDB 发酵产物对 5 种革兰氏阴性和革兰氏阳性菌

均无明显抑制效果；PDB 发酵液经 5 倍浓缩后均

产生抑菌圈，推断可能由于抑菌活性物质富集而

出现明显抑菌效果；在改良马丁培养基所得的发

酵液对 SL-1、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、SL-2 均

有抗菌活性，而对金黄色葡萄球菌无明显抗菌活

性；改良马丁培养基发酵液经 5 倍浓缩后，以 SL1 为指示菌时抑菌效果减弱，可能是在旋转蒸发过

程中高温（50℃）破坏了部分抑制 SL-1 指示菌的活

性成分，但其他指示菌的结果显示抑菌效果都增

强了。

表 4  不同培养基发酵液与发酵浓缩液抗菌活性比较

指示菌

在PDB上的抑菌圈直径/mm 在改良马丁培养基上的抑菌圈直径/mm

发酵液 发酵浓缩液 发酵液 发酵浓缩液

SL-1 7.80±0.00a 15.05±0.99a 14.26±0.63c 12.40±0.40d

大肠杆菌 7.80±0.00a 13.21±0.56a 20.83±0.59a 21.29±0.08b

铜绿假单胞菌 7.80±0.00a 14.15±0.51a 13.51±0.24c 18.23±0.73c

SL-2 7.80±0.00a 12.97±0.19a 15.40±0.29b 24.82±0.18a

金黄色葡萄球菌 7.80±0.00a 13.16±0.35a 7.80±0.00d 11.00±0.58e

3    讨　论

本研究以 1 株湖光岩玛珥湖来源的耐热真菌

HS1-1 为研究对象，观察其菌落特征，以菌丝形

态、孢子、顶囊等特征初步判断该菌为烟曲霉，结

合分子水平鉴定确定该菌为烟曲霉。不同温度、

盐浓度、pH 条件下菌株的生长研究结果表明，耐

热烟曲霉 HS1-1 温度生长范围较广，15～50℃ 均

能生长，有学者研究发现烟曲霉在 30～42℃ 都能

较好生长[22]

，这与本研究结果相符合，后续实验可

以继续补充探究 15℃ 以下温度条件以探究该菌

的最低生长温度。张晋卿等[23] 发现烟曲霉 AF293

在酵母浸膏培养基中的最适宜生长温度是 37℃,

而在改良马丁琼脂培养基中耐热烟曲霉 HS1-1 的

最适生长温度在 40℃，说明湖光岩玛珥湖来源的

烟曲霉在特定适宜培养基上有更高的最适生长温

度，且在高温条件下更具生长优势。菌株 HS1-

1 的最适盐浓度范围在 1%～2%，根据其对盐浓度

的适应性，说明该菌属于弱嗜盐微生物。吴嘉鑫

等[17] 对 1 株海洋耐热真菌 C051 进行研究，发现菌

株 C051 在 pH 为 3～9 范围内均可以生长，而耐热

真菌 HS1-1 在 pH 为 3～12 的范围内均能生长，相

比之下湖光岩来源菌株 HS1-1 能适应较广的酸碱

环境，有较强抗逆性，并且对碱性环境的抗性更

强，这可能是由于湖光岩特殊的环境所造就的，生

时间/d

淀粉酶

糖苷酶

维生素酶

壳聚糖酶

1

−10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2 3 4 5 6 7

菌落直径/mm

图 6    HS1-1 在不同产酶筛选培养基生长情况

第 5 期 黄晓欣等: 耐热真菌 HS1-1 的生理特性和抗菌活性 557

物的特性更具有多样化。有研究人员从不同碱性

生境分离出多株真菌，并从其次生代谢产物中发

现多种新颖结构化合物[24]

，HS1-1在 pH 为 12 时仍

能生长，说明耐热真菌 HS1-1可以适应碱性生境，

研究其次级代谢产物将有希望发现新颖结构的化

合物。

产酶研究发现该菌株周围无产生水解圈和特

定颜色变化，这可能与该菌株酶的分泌能力和生

理特性有关。郭潇等[25] 在研究湖光岩细菌的纤维

素酶降解活性也出现了这一现象。猜测该方法测

定下菌株产生水解酶的量不多，在菌株生长的同

时培养基的透明圈现象已被菌体生长所覆盖。后

续如做进一步研究，可以考虑浓缩粗酶液于特定

产酶培养基中，具体参照 Chirom 等[26] 的方法稍加

修改来更加明确该菌的产酶特性。

抗菌活性是微生物研究的热点，近年来研究

人员致力于为抗菌物质开发提供新手段和新渠

道 ，倪孟祥等[27] 从北极海泥中分离得到的其中

1 株菌株 H5 被鉴定为烟曲霉属且其发酵液对细

菌、真菌和耐药菌有不同抑制活性。本研究也探

究了对几种常见革兰氏阳性和阴性菌的拮抗性，

耐热真菌具有生长快的特点 ，下一步拟对菌株

HS1-1 的其他抗菌活性及生物活性进行研究，为该

菌的开发利用提供基础。

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条件下的生长特性初探[J]. 中国真菌学杂志, 2013,

8（1）: 6 − 9.

[24] 淳于纬训. 四株碱性生境真菌次生代谢产物及其抑菌

活性的研究[D]. 昆明: 云南大学, 2017.

[25] 郭潇, 雷晓凌. 湖光岩水域细菌的纤维素降解活性及

抑菌活性的研究[J]. 现代食品科技, 2009, 25（10）:

1166 − 1169.

[26] CHIROM  AARTI,  AMEER  KHUSRO,  PAUL

558 热 带 生 物 学 报 2023 年

AGASTIAN,  et  al.  Molecular  diversity  and  hydrolytic

enzymes production abilities of soil bacteria [J]. Saudi

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[27] 倪孟祥, 胡颖. 北极海泥来源抗菌活性真菌的筛选及

菌株 H5 的初步研究[J]. 化学与生物工程,  2013,

30（5）: 61 − 64.

Physiological properties and antibacterial activity of a

thermotolerant fungus HS1-1

HUANG Xiaoxin1,2

,   TAN Jiali1,2

,   YANG Yongxing1,2

,   GU Zheming1,2

,   LI Xueting1,2

,   LEI Xiaoling1,2

（1. College of Food Science and Technology/ Guangdong Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety/ Guangdong Engineering and

Technology Research Center for Marine Food/ Guangdong Engineering Laboratory for Marine Biological Products/ Key Laboratory of Advanced

Processing of Aquatic Products of Guangdong Higher Education Institution, Guangdong Ocean University, Zhanjiang, Guangdong 524088;

2. Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing, Dalian Polytechnic University, Dalian, Liaoning 116034, China）

Abstract： Huguangyan  Maar  Lake  is  endowed  with  a  special  geographical  environment  and  has  a  great

potential for exploring thermotolerant fungal resources in special habitats. A thermotolerant fungus HS1-1 was

collected  from  Huguangyan  Maar  Lake,  observed  morphologically  and  identified  molecularly,  and  its

physiological  properties,  enzyme  production  capacity  and  antibacterial  activity  were  determined.  The  results

showed  that  the  strain  of  this  fungus  is  identified  as Aspergillus fumigatus.  This  fungus  can  grow  at  the

temperatures  of  15-50℃ and  pH3-pH12,  and  has  an  optimum  growth  at  the  temperature  of  40℃,  a  salt

concentration of 1%-2%, and pH6-pH7. The fungus has a strong ability to utilize soluble starch, lactose and

carboxymethyl  cellulose,  and  has  a  certain  inhibitory  effect  on  five  indicator  bacteria,  as  determined  by

screening on four enzyme-producing media. This indicates that the fungus HS1-1 is high in thermotolerance

and acid and base tolerance with some antibacterial activities. This study provides a theoretical basis for an indepth understanding of the thermotolerant fungi of Huguangyan Marr Lake and their further development and

utilization.

Keywords：thermotolerant fungi；molecular identification；physiological growth；activity research；Huguangyan

(责任编辑：叶　静)

第 5 期 黄晓欣等: 耐热真菌 HS1-1 的生理特性和抗菌活性 559

·研究报告·  DOI：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220014

基于 WRF 模式的南海海温梯度

对强对流作用的数值试验

杨　薇，李　勋，石　娟

（海南省气象台/海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海口 570203）

摘    要： 为了研究海洋中海温梯度与强对流的关系，利用 WRF 模式模拟了 2010 年 8 月 14 日发生在南海东

北部的一次强对流天气过程，通过一组控制试验与敏感性试验，对比分析了强对流天气发生发展过程中水汽

输送、风场变化和地表热通量的变化。结果表明，海洋中的高海温梯度区可通过改变局地热力条件而影响中

低层风场，引起辐合辐散，并增强该区水汽输送，使得大量潜热释放，为强对流的发展提供能量。降水区域与

高海温中心以及强海温梯度区对应，高（低）海温梯度区可引起感热通量和潜热通量发生变化从而加强（抑制）

降水。

关键词： 海温梯度；数值模拟；WRF；强对流

中图分类号： P461.2；P435            文献标志码： A            文章编号：1674 − 7054(2023)05 − 0560 − 09

杨薇，李勋，石娟. 基于 WRF 模式的南海海温梯度对强对流作用的数值试验 [J]. 热带生物学报，2023, 14（5）：

560−568. doi：10.15886/j.cnki.rdswxb.20220014

海温梯度可通过影响上层大气而导致深对流

的发展 ，存在海温梯度的区域会对附近 100～

1 000 km 的地面风场产生扰动，且扰动与海温梯

度存在正相关关系[1]。Warner 等[2] 认为，墨西哥暖

流附近产生的海温梯度可引起对流层低层产生辐

合。Kuwano 等[3] 的研究发现，墨西哥暖流侧翼的

海温梯度对对流性降水起决定作用，而墨西哥暖

流雨带主要由连续不断发展的雷暴形成。近年来

的研究也进一步证实中尺度的海温梯度可增强能

量的向上输送，从而改变低层大气结构并触发加

强对流。Miyama 等[4] 发现，只有使用高分辨率的

海温资料时，才能较好地模拟黑潮附近的对流降

水带。研究表明，海温的变化在精细化的天气模

拟中至关重要[5 − 6]

，海温差异与对流有效位能的差

异之间存在正相关关系，暖涡附近增强的地表通

量可增加边界层内的相当位温，进而使得对流有

效位能增加[7]。天气尺度下，大气对海温梯度的响

应过程受到垂直混合机制的影响，而动量的垂直

混合不仅由垂直风切变和低层大气浮力决定，区

域辐合辐散等风暴特征也起着至关重要的作

用[8 − 9]。前人主要利用卫星遥感和分析资料对海

温梯度进行研究，凸显海温梯度的气候效应，缺乏

其对天气过程响应的研究[10 − 14]。然而，强对流灾

害性天气通常发生在几小时内。为了更好地做好

灾害性天气的预报，有必要研究海温对更小时间

尺度的灾害性天气的影响和其在灾害性天气发生

发展过程中的作用。

海南省位于我国最南端，省内海洋面积远大

于陆地面积，而陆地主要以岛屿为主，四面环海，

受海洋影响大。目前，对于海南岛非台降水的研

究，多从大尺度环境出发，中尺度分析主要集中在

由下垫面分布不均而产生的海陆风，山谷风环流

　　收稿日期：2022 − 04 − 10　　　　修回日期：2023 − 03 − 15

　　基金项目：国家自然科学基金联合基金项目（U21A6001）；海南省自然科学基金青年基金项目（423QN318）；海南省重

点研发项目 (ZDYF2023SHFZ125)

　　第一作者：杨薇（1988−），女，高级工程师. 研究方向：中小尺度数值模拟. E-mail：ywvirl@126.com

　　通信作者：李勋（1981−），男，研究员级高级工程师. 研究方向：热带气旋强度和路径研究. E-mail：cyrilpat@sina.com

第 14 卷 第 5 期 热 带 生 物 学 报 Vol. 14 No. 5

2023 年 9 月 JOURNAL OF TROPICAL BIOLOGY Sep. 2023

的影响，而对局地海温梯度的作用的关注极少。

因此，有必要研究海洋中中尺度的变化对海南岛

降水的影响，本研究拟使用 WRF 模式对发生在海

南省的一次强对流过程进行数值模拟，通过一组

控制试验和敏感性试验，使用 TRMM 降水资料与

模拟结果对比，旨在分析降水与海洋中海温梯度

的关系并研究海温梯度在本次过程中所起的

作用。

1    资料与方法

1.1    数据来源    本研究使用的观测资料来源有：

由美国国家海洋和大气管理局 NOAA（National

Oceanic and Atmospheric Administration）提供的逐

日海表面温度数据，水平分辨率 0.25°；美国国家环

境预报中心 NCEP（National  Centers  For  Environmental  Prediction）提供的 FNL（Functional  Neuroimaging Lab）数据，水平分辨率 1°，时间间隔为 6 h，

10  hPa 以 下 共 26 层 ； 热 带 测 雨 卫 星 TRMM

（Tropical Rainfall Measuring Mission）的降水产品，

水平分辨率为 0.25°，时间间隔为 3 h，该降水估算

数据集具有覆盖面积广、时间和空间分辨率较高

等特点，被广泛使用于研究中，并显示出较好的精

度和适应性[15 − 17]。

1.2    方　法    

1.2.1   中尺度数值模式 使用中尺度数值模式

WRF V3.6.1 进行模拟研究[18]

，模式使用麦卡托投

影下的双重嵌套网格（图 1-a），分辨率分别为 12

km，3 km，对应最外层区域（D1）格点为 330×330，

内层（D2）为 322×367，中心为 17°N 112°E。垂直

方向设 35 层，模式层顶 100 hPa。模式初始和边

界条件使用 NCEP FNL 1°×1°的再分析资料。模

式选用 Thompson 微物理方案，该方案是在 WSM6

(b) CONT SST

21°N

20°N

19°N

18°N

17°N

16°N

15°N

14°N

13°N

12°N

108°E109°E110°E111°E112°E113°E114°E115°E

(c) EXP SST

21°N

31.0

30.5

30.0

29.5

29.0

28.5

28.0

20°N

19°N

18°N

17°N

16°N

15°N

14°N

13°N

12°N

108°E109°E110°E111°E112°E113°E114°E115°E

30°N (a)

25°N

D1

D2 20°N

15°N

10°N

5°N

100°E 105°E 110°E 115°E 120°E 125°E

5 000

4 000

3 500

3 000

2 000

1 000

8 000

6 000

4 000

2 000

1 000

5 0

图 1    模拟区域示意图

a：模拟嵌套区域（D1 代表外层嵌套区域，D2 代表内层嵌套区域）和地形分布，b：控制试验（CNTL）海温分布，c：敏感性

试验（EXP）海温分布。

第 5 期 杨    薇等: 基于 WRF 模式的南海海温梯度对强对流作用的数值试验 561

微物理方案的基础上发展起来的，方案中包含云

水 、云冰 、雨水 、水汽 、雪和霰等 6 种水的相

态[19]。其中，雨滴分布函数依赖于雨水混合比，使

得雨滴的下落速度较为连续、合理，能更好地描述

微物理过程。积云方案使用 TiedTke 积云参数化

方案，该方案可以合理地描述热带深对流、信风积

云区域和副热带组织化对流等现象[20]。由于第

2 层区域中采用分辨率小于 5 km 的模拟，对流已

不完全是次网格尺度现象，故本研究中模式最内

层不使用积云参数化方案。其他物理参数化方案

使用 Dudhia 短波辐射方案 ，RRTM 长波辐射方

案，Monin-Obukhov近地面方案，YSU 边界层方案

以及 Noah 陆面方案。本次强对流天气过程的模

拟时段为：2010 年 8 月 13 日 08:00 至 15 日 08:00

（北京时，下同），前 12 h 作为 spin-up 时段，模式结

果每半小时输出 1 次。

1.2.2   数值试验 设计 2 个试验方案，均采用相

同的模式设置，分别为：（1）控制试验（CNTL，下

同）：采用 NOAA 提供的分辨率为 0.25°的海温资

料，从图 1-b 中可以看到，在西沙到中沙群岛北部

有高海温中心存在，海温较周围海区高 2 k 左右，

这使得该区域周围海温梯度大；（2）敏感性试验

（EXP，下同），把西沙群岛附近的高海温替换为与

周围海温一致，均一化海温场，从图 1-c 中可以发

现，研究区域中海温均匀分布，在西沙和中沙群岛

附近海温在 29.5 k 左右。

30°N

25°N −0.5

−1.5

−2.5

−3.5

−4.5

−5.5

20°N

15°N

10°N

100°E 105°E 110°E 115°E 120°E

图 2    2010 年 8 月 14 日 14 时 500 hPa 高度场和温度场

高度场的单位为 dgpm，温度场的单位为℃。

1.3    选取个例介绍    2010 年 8 月 14 日午后，在

海南岛陆地至东部海域发生了 1 次雷暴天气，此

次雷暴过程强降水出现在海南岛北部陆地以及东

南部海域，其中，海南岛上雷电频次达到 879 次，

具有影响范围大，降水强度大的特征，雷暴发生期

间，对应海域有高海温梯度区存在，具有较强的海

温梯度。因此，通过对这次强对流过程进行数值

试验，可以较好地研究南海高海温梯度对局地天

气的影响作用。500 hPa 上南海北部位于西太平

洋副热带高压南侧，有一冷低压位于南海中部至

菲律宾地区，并逐渐向西北方向移，在 8 月 14 日

14 时（图 2），海南岛位于 588 线北侧，低压移至我

国西、中沙地区，随低压的西北移，海南岛南部对

流层中层温度明显较前期降低。同时，850 hPa 上

中南半岛到南海大部均由一开口向北的槽控制，

南海中北部低层吹南到东南气流，将海上暖湿气

流向北输送，中高层则对应冷中心，这种上冷下暖

的形势有利于增加垂直的浮力不稳定并导致深对

流的发展。

2    结果与分析

2.1    降水情况    对比图 1-b 海温分布与图 3-a 中

TRMM 降水分布可以发现，降水带与高海温中心

很好对应，主要分布在高海温区及其周围海温梯

度大的区域，在 17°～19°N，111°～112°E 的冷涡区

域则基本无降水。模式模拟的控制试验 CNTL 能

较好地模拟出这一特征，降水带主要集中在高海

温 区 域 及 外 围 海 温 梯 度 较 大 的 区 域 ， 只 是

CNTL 试验模拟的降水表现出更强的局地性。

EXP 试验中，当把海温均一化后，从图 3-c 中可以

发现，降水范围和降水带位置变化均较大，海南岛

上的降水强度和降水范围均明显变小，且降水主

要位于海南岛西侧，从图 3-d 可以看出，CNTL 试

验和 EXP 试验的差值达 70 mm 以上，正值区域主

要位于海南岛中部，这与 TRMM 海南岛上的降雨

带对应。EXP 试验模拟海洋上的降水位置明显偏

南，位于西沙群岛西南部，从图 1-c 中 EXP 试验的

海温来看，在西沙群岛南部 14°N 以北为海温相对

暖区且海温梯度较大，与该区降水位置对应。进

一步将 CNTL 试验减去 EXP 试验可以发现（图 3-

d），降水正值区主要分布在西沙、中沙群岛以北，

而负值区则位于西沙群岛以南。以上分析结果表

明，降水区域与高海温区以及海温梯度存在较好

对应关系，高（低）海温梯度区可加强（抑制）降水的

562 热 带 生 物 学 报 2023 年

产生。

2.2    风场的变化    海温的不均匀分布可影响中

低层风场变化，产生辐合辐散。对于低层风场，对

比图 4 中 CNTL 试验和 EXP 试验的 10 m 风场分

布来看，在 15 日 00 时和 10 时，2 个试验均表现出

风场的日变化特征。在南到东南气流的背景风

下，00 时（图 4-a，图 4-c），由于夜间陆地辐射降温，

风由陆地吹向海洋，但是可以发现 CNTL 试验中

在中南半岛一带风向由陆地到海洋的转变更明显

且海南岛南部海面的风速明显较 EXP 试验中大，

特别是西沙群岛西北部一带，风速差值最高达到

10 m·s−1，而在海南岛以北，CNTL 试验中风速则明

显小 EXP 试验。在 10 时主要吹海风，风由海洋吹

向陆地，同时发现在 CNTL 试验和 EXP 试验中均

出现了风向的辐合及风速大值区，CNTL 试验主要

位于西沙群岛西北地区，EXP 试验中风速较小且

风速大值区位于西沙群岛以南，这与降水带的分

布对应。

进一步分析中层风场的变化，从图 5 中 15 日

白天 1.5 km 高度上风场可以发现，在研究区域中，

CNTL 试验和 EXP 试验均存在一气旋性涡旋中

心，只是 CNTL 试验中气旋性涡旋中心位于海南

岛东南部，辐合带分布在气旋中心及其外围的下

风向，在海南岛东部，西沙和中沙群岛北部地区。

EXP 试验中气旋中心明显偏南，位于 15°N，108°E

左右，对应辐合带位置也位于 16°N 以南。

对应海温梯度及降水大值区 ，笔者选择沿

17.5°N 作剖面进一步研究 ，图 6 给出 8 月 15 日

10 时位温、垂直速度和风场的纬向剖面，由图可

见，CNTL 试验中在 111.3°E 左右出现明显的风场

辐合，上游吹来的西南风在经过高海温时风速明

显加大并在下游与东南风辐合上升，垂直速度向

(a)

21°N

20°N

19°N

18°N

17°N

16°N

15°N

14°N

13°N

12°N

108°E109°E110°E111°E112°E113°E114°E115°E

(b)

21°N

20°N

19°N

18°N

17°N

16°N

15°N

14°N

13°N

12°N

108°E109°E110°E111°E112°E113°E114°E115°E

(c)

21°N

65

5

15

25

35

45

55

65

5

15

25

35

45

55

65

−65

5

−5

15

−15

25

−25

35

−35

45

−45

55

−55

20°N

19°N

18°N

17°N

16°N

15°N

14°N

13°N

12°N

108°E109°E110°E111°E112°E113°E114°E115°E

(d)

21°N

20°N

19°N

18°N

17°N

16°N

15°N

14°N

13°N

12°N

108°E109°E110°E111°E112°E113°E114°E115°E

图 3    2010 年 8 月 15 日 08 时至 8 月 16 日 8 时 24 h 累积降水分布

a： TRMM 降水实况，b： CNTL 试验，c： EXP 试验，d：CNTL 试验和 EXP 试验降水差值 ，累积降水单位为 mm。

第 5 期 杨    薇等: 基于 WRF 模式的南海海温梯度对强对流作用的数值试验 563