藿类生物标志物及其对海洋碳氮循环过程的指示

由微生物介导的海洋碳氮生物地球化学循环对全球气候变化具有重要影响.五环三萜的藿类化合物（hopanoids）,包括以细菌藿多醇（BHPs）为主的生物藿类和藿烷等地质藿类,是指示近现代环境和重建古环境中碳氮循环过程的重要类脂生物标志物.本文总结了藿类化合物的生物合成途径和生理功能,及在海洋碳氮循环关键过程（固氮、硝化、厌氧氨氧化、甲烷氧化和陆源有机质输入）中的指示作用.微生物膜脂中的藿类化合物主要由hpn基因编码的藿类合成和修饰酶调控,与微生物理化特征及环境条件具有密切关系.2-甲基藿类、2-甲基环醇醚和不饱和环醇醚等藿类化合物可调节细胞膜的氧渗透性以发挥固氮酶保护作用,可指示环境中固氮蓝细菌及其固氮过程.细菌藿四醇异构体之一的BHT-x是海洋厌氧氨氧化菌Candidatus Scalindua的专属产物,可指示海洋厌氧氨氧化和低氧环境.土壤标志物BHPs及陆源输入指标R_soil可追踪陆源有机质向海洋环境的输入和迁移.35-氨基BHPs和3-甲基（氨基） BHPs可指示好氧甲烷氧化活动.细菌藿六醇和3-甲基细菌藿六醇可指示亚硝酸盐型甲烷氧化活动.未来,随着分子生物学、基因组学和仪器分析技术的不断发展,藿类化合物在指示海洋碳氮循环过程方面势必会发挥更加重要的作用.     

盐分增强对河口淡水潮汐湿地土壤活性碳组分和碳获取酶活性的影响

为了研究未来盐水入侵对河口淡水潮汐湿地土壤有机碳分解的影响,本研究将河口淡水潮汐湿地土壤移置到半咸水潮汐湿地,研究土壤移置30、180和510 d后,河口淡水潮汐湿地土壤活性有机碳（LOC）组分和碳获取酶活性（β-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、过氧化氢酶与酚氧化酶）对盐分增强的响应.结果表明,土壤盐分增强对活性有机碳组分的影响显著,盐分增强促进土壤MBC和DOC的含量增加,土壤EOC的含量减少.植物地上生物量随着土壤盐分的增强而降低,而地下生物量随着盐分的增强而增加.细菌丰度随着土壤盐分增强而减少,真菌丰度随着土壤盐分增强而增加.随着土壤盐分的增强,4种碳获取酶的活性增加.相关分析和回归分析表明碳获取酶的活性受土壤Fe(III)/Fe(II)比值、土壤C/N比值及土壤真菌/细菌（F/B）比值影响.研究结果表明：当河口淡水潮汐湿地由淡水潮汐湿地转变为半咸水潮汐湿地,植物的根系泌氧和有机物分泌都会相应增加,土壤有机质质量变差,故而土壤碳获取酶的活性会相应增加,而土壤活性有机碳的含量大量减少.因此,未来海平面上升后,河口淡水潮汐沼泽湿地土壤碳储量减少,并进一步加剧海平面上升对河口淡水潮汐湿地生态...     

西太湖秋季蓝藻水华过后细胞裂解对溶解性有机碳影响

从2009年7月~2010年3月每月采集西太湖表层水样,分析叶绿素含量﹑蓝藻细胞裂解速率﹑磷酸盐浓度的变化,并通过切向流超滤系统分离得到的高分子量(1kDa~0.5μm)溶解性有机物的碳氮比值和高分子量溶解性有机碳浓度的变化.结果表明,西太湖蓝藻细胞裂解速率在11月达到最大值(0.43d-1),而磷酸盐和高分子量溶解性有机碳浓度分别在12月与9月达到最大值.细胞裂解速率与磷酸盐﹑高分子量溶解性有机碳浓度之间没有相关性,说明水华过后影响磷酸盐浓度﹑高分子量溶解性有机碳的因素很多,蓝藻细胞裂解只是其中重要因素之一.藻类水华的出现可能导致水体中其它磷形态(如有机磷)与磷酸盐之间的迁移转化,而大型浅水湖泊扰动导致的沉积物再悬浮和水华过后频繁的细菌活动都可能是影响高分子量溶解性有机碳的因素.秋季水华过后蓝藻细胞裂解释放的有机碳进入微食物网循环,引起细菌活动频繁,而溶解性有机物中含碳化合物比含氮化合物容易降解,所以碳氮比值逐渐减少.此外细菌通过硝酸盐合成溶解性有机氮也可能是碳氮比值减少的一个重要原因.     

长江口及其邻近海域颗粒态氨基酸的分布以及对有机质降解和来源的指示

本研究于2018年3月采集长江口及其邻近海域50个站位样品，对颗粒态氨基酸（PAA）的分布与组成进行了分析。结果表明:PAA的平均浓度为（1.86 ± 1.02）μmol/L（0.76～5.55 μmol/L），其主要组分为天门冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Gly）、丝氨酸（Ser）、丙氨酸（Ala）和甘氨酸（Glu）。颗粒有机碳（POC）和颗粒氮（PN）的平均浓度分别为（74.21 ± 37.70）μmol/L（18.06～238.66 μmol/L）和（7.52 ± 3.46）μmol/L（2.27～19.86 μmol/L）。PAA、POC与PN具有相似的分布特征，长江口内浓度低于近岸浓度，近岸浓度高于远岸浓度，垂直分布上较为均匀。研究海域中的C/N由近岸向远海逐渐降低，表明陆源输入有机质的影响逐渐降低。基于氨基酸的衍生参数Asp/Gly和Ser + Thr（苏氨酸）[mol%]表明该海域颗粒物中有机质主要源于硅质碳源，与硅藻在该海域中相对较高的生物量有关。碳、氮归一化产率[PAA-C（N）%]以及降解因子（DI）所指示的降解趋势并不完全一致，这或许与PAA-C（N）%和DI适用于不同降解阶段以及氨基酸来源与转化的多样性有关。     

稳定碳同位素在污染物源解析中的应用

稳定碳同位素可以指示和判断有机物的来源或成因。本文概述了油源、煤源、生物源及燃烧源等不同污染源单体烃稳定碳同位素特征 ,简要介绍了单体烃稳定碳同位素在初步分析不同污染源贡献率中的应用     

挪威沿岸区域河流输入的有机碳和氮

在1990～1998年,监测了挪威境内10条河流所传输的有机和无机物质.有机物在河流悬浮物中占40%～80%,其中的主要成分为C/N摩尔比值大于25的溶解有机碳.对于以森林为主的集水流域的河流,有机物的C/N比随流量的增加而增加,而对于以山地为主的集水流域的河流,有机物的C/N比并不受流量的影响.室内实验表明,当盐度增加到30时,仍有超过90%的溶解有机碳处于溶液中.在凝絮和固着物中有机物的含量低于5%,C/N比值介于6.7～12.4,与种植土壤和沿岸海洋沉积物的C/N比相似.从而证实了被河流携带入海的有机物中只有一少部分沉积在海岸带.     

稳定碳同位素在污染物源解析中的应用

稳定碳同位素可以指示和判断有机物的来源或成因。本文概述了油源、煤源、生物源及燃烧源等不同污染源单体烃稳定碳同位素特征，简要介绍了单体烃稳定碳同位素在初步分析不同污染源贡献率中的应用。     

海洋浮游植物胞外多聚物的研究进展

海洋中胞外多聚物（extracellular polymeric substances,EPS）是一类富含碳的黏性物质,由酸性多糖组成,主要由浮游植物产生。EPS主要分为三类:细胞涂层EPS、溶解性EPS和透明胞外聚合颗粒物（transparent exopolymer particles,TEP）。EPS本身呈溶解态,属于溶解有机碳库;但EPS可通过凝结或起泡方式转换形成颗粒态的TEP,属于颗粒有机碳库。EPS能被微生物降解或吸收,直接参与微食物环的碳循环。颗粒态的TEP可聚集生物有机颗粒形成"海洋雪",加快有机碳的沉降。因此EPS成为连接溶解态和颗粒态有机碳的桥梁,有效改变了海洋生态系统中有机碳库的分配,在塑造海洋生态系统结构和功能中具有重要地位。本文从EPS的特点、形成机制、对细胞积聚和海洋碳循环的影响等方面综述了目前EPS的研究进展。     

长江口有机碳的时空分异及耦合行为

依据2014年5月、11月于长江口及其邻近海域两个航次的综合环境调查,对颗粒态有机碳（POC）和溶解态有机碳（DOC）在长江口水域的迁移分布及相互转化进行分析。结果表明,长江口DOC和POC浓度整体都遵循南部高、北部低,近岸高、远岸低的分布规律。春季DOC贡献率为18.44%～71.50%,均值为（46.78±13.87）%;秋季为25.46%～84.97%,均值为（63.35±14.63）%。在近岸水域尤其是最大浑浊带（TMZ）附近以POC为主;近海区则以DOC为主,且表层DOC贡献高于底层。长江口水域有机碳物源复杂且主要为陆源输入贡献,底层海洋和三角洲来源的贡献更高。在长江口水域DOC和POC之间存在着形态比例转化,主要受盐度和悬浮颗粒物（TSM）动态变化的控制;当水体中TSM浓度大于98.41 mg/L时,长江口有机碳以颗粒态为主,反之则以溶解态为主。TMZ是有机碳浓度和形态转变的重要场所,POC在此发生沉降并矿化,强水动力导致的解吸和微生物的降解作用可能会促使其向DOC转化。     

珠江口夏季海陆源有机碳的模拟研究——分布特征、贡献比重及其迁移转化过程

基于经过验证的三维水动力-水质模型,对珠江口夏季有机碳进行海陆源区分,并对海陆源有机碳的分布特征、贡献比重及其通量过程进行研究.结果表明,水平方向上,珠江口夏季陆源（海源）有机碳浓度从口门到外海逐渐降低（升高）,在表、底层海水中平均浓度分别为1.45和0.87mg/L（0.97和1.05mg/L）;垂直方向上,在层化水域陆源（海源）有机碳浓度从上到下逐渐递减（升高）,在非层化水域海陆源有机碳浓度垂向分布较为均匀.珠江口夏季海源有机碳贡献率表层海水低于底层海水,平均贡献率为48.26%,沿向海方向海源有机碳贡献率逐渐增加--从内伶仃洋水域的4.43%逐渐提升到外伶仃洋东侧水域的81.20%.珠江口水动力条件复杂,在径流、潮汐、季风等因素的作用下陆源有机碳向海输送且向海输送量逐渐递减;海源有机碳在不同水域动力输送特征不同,西南水域向海输送,向海输送量逐渐递增;东北水域向岸输送,向岸输送量逐渐递减.陆源有机碳生化反应活性较弱,只有小部分被生化过程消耗,其迁移转化主要由沉降过程控制,而海源有机碳的迁移转化,则由口门的动力输送过程主控向外海的生化耗碳过程主控过渡.此外,海源有机碳沉降作用明显低于陆源有机碳,生化作用明显高于陆源有机碳.     

铜绿微囊藻培养过程中氨基酸的释放特征及其对水体有机质的贡献

为深入分析铜绿微囊藻水华暴发对水体有机质、氨基酸含量及组成的影响,进一步揭示蓝藻水华暴发对湖泊内源氨基酸和有机质的贡献及养分循环机制,采集太湖北部富营养化区域梅梁湾中的水样,用于在室内培养太湖蓝藻水华优势种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),采用邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生-反相高效液相色谱法(HPLC)分析铜绿微囊藻生长、衰亡过程中氨基酸的摩尔浓度及其组成特征的变化,探讨藻类产生的氨基酸和有机质对湖泊水体中有机质、TC(总碳)及DTN(溶解性总氮)的贡献. 结果表明:铜绿微囊藻在生长过程中产生的氨基酸对水体中TC、DTN、TOC(总有机碳)的贡献率分别为23%~37%、46%~93%和46%~83%;在衰亡期,水体中难降解氨基酸(如甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸和赖氨酸)的摩尔浓度(c)为60.4 μmol/L,显著高于同时期易降解氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和精氨酸)的摩尔浓度(40.9 μmol/L);c(D-氨基酸)/c(L-氨基酸)由初始的0.28降至0.09,表明在铜绿微囊藻对数生长至衰亡期间,水体中有机质的降解程度逐渐降低. 研究显示,在水体有机质降解程度降低的同时,氨基酸摩尔浓度逐步增加,因此大量未降解的氨基酸沉积下来成为水体有机质来源之一.      

典型岩溶区地下河中溶解态脂类生物标志物来源解析及其变化特征

利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了青木关地下河中溶解态类脂物的含量.研究了其在地下河中的来源、组成及迁移特征.结果表明,7~11月,各溶解态类脂物的平均含量随着青木关地下河运移距离的增加呈降低趋势,其中以溶解态饱和直链脂肪酸的下降最为显著,即由最初的5 704 ng·L~(-1)下降到1 043 ng·L~(-1),减少了约81.71%.正构烷烃能够较为详尽地指征地下河中溶解性有机质来源,而饱和直链脂肪酸、脂肪醇则对藻类和细菌等微生物有较好的指示意义.随着地下河运移距离增加,有机质输入类型呈现多样化,可能与岩溶地表不均一性有关.正构烷烃三端元图解中,水生植物的输入为地下河中溶解性有机质的主要来源,其次分别为陆地高等植物和藻类、细菌等微生物,但随着地下河运移距离的增加水生植物的相对贡献量逐渐减少.青木关地下河中正构烷烃TAR值对降雨有一定的指示意义,而饱和直链脂肪酸CPI、L/H值则指示细菌降解活动.     

四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及其源解析

为研究玛珥湖四海龙湾表层沉积物中有机质的组成特征及来源,采集四海龙湾表层沉积物样品,并对其中的有机质进行了分析. 结果表明,四海龙湾表层沉积物中w(TOC)(TOC为总有机碳)为6.7%、w(TN)为0.6%、δ13C_org(TOC同位素丰度)为-28.0‰、δ15N_total(TN同位素丰度)为2.2‰. 可溶性有机质主要包括脂肪烃、脂肪醇、脂肪酸和GDGTs(甘油二烷基甘油四醚脂)等,其中脂肪酸是可溶性有机质的主要组分,约占可溶性有机质总量的68.8%,主要来源于内源性的藻类和厌氧菌; 脂肪烃主要来源于陆源的C3木本植物;结合态脂肪醇具有明显的内源来源特征,而游离态脂肪醇却呈现陆源来源特征. 四海龙湾沉积物中含有丰富的GDGTs,主要来源于陆源土壤,包括支链类GDGTs和类异戊二烯类GDGTs,其中类异戊二烯类GDGTs以GDGTⅣ和GDGTⅤ为主,但其在四海龙湾沉积物中的含量相对较小. 研究显示,四海龙湾流域陆源是沉积物中可溶性有机质的主要来源,陆源有机质的大量流入改变了四海龙湾的营养水平;不同种类可溶性有机质表现出不同的来源特征,这主要是由于微生物对不同种类有机质降解速率的不同所致,并且导致降解所产生的二次有机质数量也不同.      

几种低分子量有机酸和氨基酸对黄棕壤吸附菲的影响

采用批量平衡试验方法,研究了根系分泌物中几种常见的低分子量有机酸(LMWOA)和氨基酸对黄棕壤吸附菲的影响.结果表明,在供试有机酸和氨基酸的影响下黄棕壤对菲的等温吸附曲线仍呈显著的线性关系,分配作用是黄棕壤吸附菲的主导机制,供试LMWOA和氨基酸对黄棕壤吸附菲有抑制作用,且加入量越大,抑制作用越强.与氨基酸相比,LMW...     

春季中国南黄海与东海海水中溶解氨基酸的分布和组成

以2011年3月南黄海与东海部分海域为研究对象,对其中48个站位海水样品的总溶解氨基酸(THAA)、溶解结合氨基酸(DCAA)、溶解游离氨基酸(DFAA)的浓度分布和组成进行了研究。结果表明:表层海水中THAA的平均浓度为2.981.72 mol/L(1.27~8.54 mol/L),DCAA的平均浓度为2.761.63 mol/L(0.91~7.70 mol/L),DFAA的平均浓度为0.310.21 mol/L(0.11~1.14 mol/L)。溶解态氨基酸水平分布的趋势大致呈现出近岸高、远岸低的特点,其中,DCAA与THAA分布规律基本一致。溶解态氨基酸的垂直分布特点为次表层与海水底层出现了高值区。春季南黄海与东海表层海水中溶解氨基酸主要由天门冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸及丙氨酸构成。表层海水中个体氨基酸间的相关性矩阵显示DFAA中有5对氨基酸之间存在显著正相关。研究发现海水中溶解氨基酸与Chl a、DOC、DIN等环境因子均无显著相关性。     

利用稳定同位素技术研究外源物质输入对太湖微食物链的贡献

应用碳氮稳定同位素方法研究了太湖不同营养状态湖区内外源物质对微生物食物链主要成分的贡献.结果表明,在有大量外来物质输入的河口区,细菌、浮游枝角类、溶解性有机物(DOM)和颗粒性有机物 (POM)的δ¹³Ｃ 和δ¹⁵Ｎ同位素值,溶解性无机碳(DIC)的δ¹³Ｃ同位素值明显低于其它采样点,这表明河口区受陆源营养物质的影响强烈.其中,DOM的δ¹³Ｃ平均值和陆源C₃植物的δ¹³Ｃ值-26‰相近,表现出流域外源的排入对湖泊碳库的影响.与从DIC到浮游藻类的分馏值22‰计算得到的浮游藻类δ¹³Ｃ值相比,POM主要为内源藻类贡献.浮游枝角类的δ¹³Ｃ的平均值低于POM (0.2‰)和细菌 (2.5‰),这可能是由于枝角类脂类的积聚或选择性的摄食δ¹³Ｃ较为贫化的微型藻类(<50 μm)造成的.根据双组分混合模型(two-member mixing model),在河口区陆源C对细菌生物量的贡献占到61.2%,随着向湖心的推进,内源藻类的贡献逐渐增加(58.5%～92.9%).     

辽河口浮游细菌和附着细菌群落结构及多样性分析

通过MiSeq高通量测序在盐度梯度变化下对辽河口海水中浮游细菌群落和附着细菌群落结构变化特点及与环境因子间相关性进行研究。环境因子包括盐度（S）、温度（T）、溶解氧（DO）、悬浮物（SS）、叶绿素a（Chl a）、细菌生产力（BP）、化学需氧量（COD）、硝酸盐（NO₃-N）、磷酸盐（PO₄-P）、硅酸盐（SiO₃-Si）和铵态氮（NH₄-N）。在对辽河口不同盐度区域表层选取代表站位并对其海水环境因子、细菌群落多样性指数、相似度、结构组成进行统计分析。结果显示:由河口向外海过程中水体的S和Chl a逐渐升高,DO、BP、COD以及N、P、Si营养盐的浓度逐渐降低。河口淡水区域β变形菌数量占优势,海水区域α变形菌和γ变形菌的数量逐渐增多。群落结构与环境因子相关性分析结果表明浮游细菌对环境因子变化较为敏感,而附着细菌对环境因子的变化敏感度较低。浮游细菌丰度与S、PO₄-P和BP有显著相关性（P < 0.01）,相关性系数分别为-0.963、0.996和0.995;附着细菌丰度与SS的相关性最为显著,相关性系数为0.997（P < 0.01）,此外与NH₄-N和Chl a也有显著相关性。实验结果表明S、PO₄-P、BP、DO和COD是影响浮游细菌丰度的影响因子,浮游细菌丰度与SS、NH₄-N和Chl a关系较为密切。相对附着细菌而言,浮游细菌在河口生态系统物质循环和能量流动方面发挥着更加重要的作用。     

污水管网中无机氮类营养盐迁变规律

以一套长1 200 m的城市污水模拟管网为对象,采用人工配水方式,研究了管网中含氮化合物的变化情况,分析评价了沿程氮类营养盐的迁变转化特性.结果表明,以氯化铵为氮源基质,管网微生物将其同化合成生命所需的物质以进行细胞增殖.游离氨基酸、结合氨基酸、核酸是代谢产生的主要含氮有机化合物,其中氨基酸占溶解性有机氮(DON)的绝大多数.同时利用三维荧光光谱、尺寸排阻色谱技术对水中有机物的荧光特性及相对分子质量分布的表征结果显示,污水中有机物的特征荧光峰有所增多,主要以类蛋白、类微生物代谢产物为主,且荧光强度随管网沿程逐渐增强;水中的小分子营养盐在微生物的同化作用下转化为复杂的大分子有机物.     

Biodegradable dissolved organic carbon shapes bacterial community structures and co-occurrence patterns in large eutrophic Lake Taihu

Interactions between dissolved organic matter (DOM) and bacteria are central in the biogeochemical cycles of aquatic ecosystems; however, the relative importance of biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) compared with other environmental variables in structuring the bacterial communities needs further investigation. Here, we investigated bacterial communities, chromophoric DOM (CDOM) characteristics and physico-chemical parameters as well as examined BDOC via bioassay incubations in large eutrophic Lake Taihu, China, to explore the importance of BDOC for shaping bacterial community structures and co-occurrence patterns. We found that the proportion of BDOC (%BDOC) correlated significantly and positively with the DOC concentration and the index of the contribution of recent produced autochthonous CDOM (BIX). %BDOC, further correlated positively with the relative abundance of the tryptophan-like component and negatively with CDOM aromaticity, indicating that autochthonous production of protein-like CDOM was an important source of BDOC. The richness of the bacterial communities correlated negatively with %BDOC, indicating an enhanced number of species in the refractory DOC environments. %BDOC was identified as a significant stronger factor than DOC in shaping bacterial community composition and the co-occurrence network, suggesting that substrate biodegradability is more significant than DOC quantity determining the bacterial communities in a eutrophic lake. Environmental factors explained a larger proportion of the variation in the conditionally rare and abundant subcommunity than for the abundant and the rare bacterial subcommunities. Our findings emphasize the importance of considering bacteria with different abundance patterns and DOC biodegradability when studying the interactions between DOM and bacteria in eutrophic lakes.