【摘要】：厭氧氨氧化反應是指NH_4~+在缺氧條件下被NO_2~-氧化釋放N_2的過程，發(fā)生在厭氧氨氧化菌的厭氧氨氧化體中，是海洋中N_2的重要來源。梯烷脂是厭氧氨氧化菌特有的一種脂類，由三個或五個線性順式連接的四元環(huán)通過烷基鏈與甘油酯或醚連接而成，可以作為一種生物標志物指示海洋環(huán)境中的厭氧氨氧化活動。目前梯烷脂已在多個海域的水體顆粒物和沉積物中檢出，并被廣泛應用于海洋水體和沉積物的氮循環(huán)研究及厭氧氨氧化活動重建中。目前我國陸架海厭氧氨氧化的研究剛剛起步，尚未有利用生物標志物研究我國東海厭氧氨氧化活動的報道。我們分別對東海的表層沉積物、懸浮顆粒物和柱狀樣沉積物中的梯烷脂進行了分析，并與常用有機質(zhì)指標和溶解氧等進行了對比，以明確東海厭氧氨氧化活動的時空分布規(guī)律及其影響因素。 首先，在所有站位的東海表層沉積物和懸浮顆粒物中均檢測到了梯烷脂，證實了厭氧氨氧化活動在我國東海海域的廣泛存在。梯烷脂的空間分布與東海缺氧區(qū)分布較吻合，表明低的溶解氧含量可能是厭氧氨氧化活動的必需因素之一。沉積物中梯烷脂含量還與TOC（Total Organic Carbon）、海源有機質(zhì)指標（A+B+D（Alkenones+Brassicasterol+Dinosterol）、GDGTs、crenarchaeol）和陸源有機質(zhì)指標C_(27)+C_(29)+C_(31)n-alkane的分布趨勢基本一致，均在長江口泥質(zhì)區(qū)、閩浙沿岸泥質(zhì)區(qū)和濟州島西南泥質(zhì)區(qū)附近有高值，這可能是由于長江徑流、閩浙沿岸上升流、濟州島西南海域氣旋式冷渦引起的上升流及有機質(zhì)降解作用帶來的大量營養(yǎng)鹽促進了海洋生產(chǎn)力的增加及厭氧氨氧化活動的增強。根據(jù)NL5指標計算的厭氧氨氧化菌生存溫度推測，我國東海表層沉積物中的梯烷脂可能主要來自上層溫暖水柱中厭氧氨氧化菌的沉降，而沉積物中原位產(chǎn)生的梯烷脂相對較少。懸浮顆粒物中梯烷脂的大量測定也表明了東海水體中較強的厭氧氨氧化活動，但由于我們所測顆粒物站位較少，還不能得到較明確的結(jié)論。 另外，我們分析了東海閩浙沿岸T06箱式柱狀樣中的梯烷脂，利用生物標志物的方法重建了近百年來東海的厭氧氨氧化活動。結(jié)果表明，在過去一百年來，該海域的厭氧氨氧化活動呈逐漸加強的趨勢，1898-1960年期間厭氧氨氧化活動相對較弱且強度變化不大，1960年開始逐漸增強，特別是80年代以來，厭氧氨氧化活動強度迅速增大，與代表海洋生產(chǎn)力的甲藻、硅藻和顆石藻等浮游植物及奇古菌的變化趨勢相同。這可能是由于近年來陸地輸入營養(yǎng)鹽的增加和海水富營養(yǎng)化作用的急劇加強，導致海洋生產(chǎn)力迅速提高；同時浮游生物的呼吸作用及死亡碎屑的成巖作用的加劇導致了海洋水體嚴重缺氧，為厭氧氨氧化活動提供了有利的生存環(huán)境。TOC隨時間變化整體也呈上升趨勢，但變化幅度不大。陸源有機質(zhì)指標C_(27)+C_(29)+C_(31)n-alkane與梯烷脂的變化無明顯相關。總之，厭氧氨氧化活動與海洋生產(chǎn)力密切相關，溶解氧、NH_4~+和NO_2~-等營養(yǎng)鹽可能是控制厭氧氨氧化活動強度的內(nèi)在因素，但其機制仍需進一步探討和研究。
【圖文】：

圖 1-1 氮循環(huán)示意圖[27]Fig. 1-1 Schematic processes of marine nitrogen cycle including anamm 世紀 80 年代中后期開始，研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一系列新的氮氧化過程（anaerobic ammonium oxidation, anammox）、硝酸圖 1-1，dissimilatory nitrate reduction to ammonia, DNRA）[28]化過程（oxygen-limited autotrophic nitrification-denitrificatio學反硝化作用[31]等。這些過程使人們對氮循環(huán)有了新的認循環(huán)平衡提供了新思路。氨氧化過程的發(fā)現(xiàn)使人們認識到海洋中無機氮的脫除不僅這一途徑進行，還可以通過厭氧氨氧化菌在厭氧條件下將氨氧氨氧化過程是海洋中一個巨大的氮匯途徑，是整個氮循分，對碳循環(huán)和全球氣候變化也有重要影響。近年來全球變

didatus “K. stuttgartiensis”細胞總體積的 60%[60, 63]。Vande Graaf 等利用15N 同位素標記培養(yǎng)技術研究了厭氧氨氧化的可能代謝途徑(圖1-2)[64]。研究表明，作為電子受體的 NO2-被還原為羥胺（NH2OH），NH2OH 和電子供體 NH4+在聯(lián)氨水解酶（HH）的作用下形成肼（N2H4）。N2H4在聯(lián)氨氧化酶（HZO）作用下被氧化生成 N2，并伴隨產(chǎn)生 4 個質(zhì)子和 4 個電子。而 NO2-又在亞硝酸鹽還原酶（NR）的作用下被這 4 個電子和來自核糖體的 5 個質(zhì)子還原為 NH2OH。由于厭氧氨氧化菌生存環(huán)境中氧含量很低（<1 uM），它們的新陳代謝緩慢，繁殖速率低，細胞分裂周期約為 2 周左右[38, 52]，這導致單位時間內(nèi)只有少量的質(zhì)子被轉(zhuǎn)運，而主動輸運引起的電化學梯度的耗散卻會以正常的速率進行；同時，厭氧氨氧化的中間有毒產(chǎn)物肼和羥胺也很容易透過它們的生物膜。因此，限制擴散活動、維持厭氧氨氧化體膜兩側(cè)的物質(zhì)濃度梯度對厭氧氨氧化菌顯得至關重要。Sinninghe Damsté 等對厭氧氨氧化菌進行富集培養(yǎng)并分析厭氧氨氧化體的膜脂，發(fā)現(xiàn)了一類特殊的磷脂結(jié)構(gòu)，這類特殊的磷脂結(jié)構(gòu)上包含有順式聯(lián)接的環(huán)丁烷，這是人們首次在自然界中分離出這種結(jié)構(gòu)，并將其命名為梯烷脂（ladderanelipid，，圖 1-3）[65]。由于梯烷脂特殊的化學性質(zhì)
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P734

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本文編號：2638072