【摘要】：作為海洋中有機碳庫和有機氮庫的重要組成,氨基酸可有效指示海洋有機質(zhì)的降解程度和成巖狀態(tài),進而對于科學(xué)評估有機質(zhì)在海洋中的遷移轉(zhuǎn)化過程與埋藏具有重要意義。本學(xué)位論文基于膠州灣顆粒物與表層沉積物中氨基酸的含量、組成、構(gòu)型和分布特征的系統(tǒng)研究,根據(jù)氨基酸的碳氮歸一化產(chǎn)率、降解因子、反應(yīng)活性指數(shù)、D型氨基酸占比及非蛋白質(zhì)氨基酸占比等降解指示因子結(jié)合碳氮比和碳穩(wěn)定同位素解析了膠州灣顆粒物和沉積物中有機質(zhì)的來源與降解程度,并利用細菌貢獻率、細菌豐度、群落結(jié)構(gòu)以及胞外肽酶活性等參數(shù)探析了微生物在海洋有機質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程中的降解作用和有機質(zhì)貢獻,獲得了如下主要研究結(jié)論:1.基于氨基酸含量及組成的降解指示因子一致指示了膠州灣顆粒有機質(zhì)的降解程度,2016年秋季膠州灣顆粒態(tài)有機質(zhì)的降解程度均呈現(xiàn)灣外高于灣內(nèi)、灣內(nèi)東部高于西部的變化趨勢,而2017年春季則表現(xiàn)為灣內(nèi)西部和灣外東部顆粒有機質(zhì)降解程度較高的特征。顆粒有機質(zhì)的來源是控制其降解程度的關(guān)鍵因素,海源自生有機質(zhì)的貢獻較多導(dǎo)致顆粒有機質(zhì)相對新鮮,促進了細菌的大量繁殖而產(chǎn)生較高的細菌有機質(zhì)貢獻率,而陸源有機質(zhì)貢獻較多會導(dǎo)致有機質(zhì)降解程度較高,更有利于誘導(dǎo)細菌產(chǎn)生較高活性的胞外肽酶來分解有機質(zhì)。此外,顆粒物中細菌群落結(jié)構(gòu)的變化同樣改變著有機質(zhì)的含量與組成,γ-變形桿菌在顆粒有機質(zhì)的降解過程中起到重要作用。2016年秋季膠州灣海水中顆粒態(tài)氨基酸含量為1.15±0.87μmol/L,由于灣內(nèi)較高浮游植物豐度與灣內(nèi)東部較高的陸源有機質(zhì)輸入的共同影響,膠州灣表層水體中顆粒態(tài)氨基酸呈現(xiàn)灣內(nèi)高于灣外、灣內(nèi)西部高于東部的趨勢。有機質(zhì)降解程度的指示因子,如碳氮歸一化產(chǎn)率、降解因子DI、反應(yīng)活性指數(shù)RI以及D型氨基酸占比都保持較高的一致性,表現(xiàn)為膠州灣灣外顆粒物中有機質(zhì)降解程度高于灣內(nèi)的特征,且由于灣內(nèi)東部陸源有機質(zhì)輸入較高,導(dǎo)致灣內(nèi)中部和東北部降解程度較高。D-AA含量、異養(yǎng)細菌豐度以及細菌有機質(zhì)對有機碳和有機氮的貢獻率均體現(xiàn)了細菌與有機質(zhì)降解密切相關(guān)且細菌有機質(zhì)對膠州灣顆粒有機質(zhì)具有較為重要的貢獻作用。新鮮有機質(zhì)可以促進細菌的生長與繁殖,從而促進細菌對有機質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化。此外,有機質(zhì)的生物活性可以影響細菌的胞外肽酶活性,灣內(nèi)東北部難降解有機質(zhì)可誘導(dǎo)細菌釋放更高活性的胞外酶。膠州灣顆粒物中細菌優(yōu)勢類群為γ-變形菌、α-變形菌、藍細菌門和擬桿菌門。其中藍細菌為光合自養(yǎng)細菌,其相對豐度的升高可導(dǎo)致D-AA的相對降低,此外γ-變形菌與有機質(zhì)關(guān)系密切,其相互影響機制需進一步研究。2017年春季膠州灣海水中顆粒氨基酸含量為0.98±0.32μmol/L,相比較低于2016年秋季。在表層水體中,顆粒態(tài)氨基酸在灣內(nèi)東部海域具有較高含量且有機質(zhì)較為新鮮,灣內(nèi)西部海域具有較低含量的氨基酸但有機質(zhì)的降解程度相對較高,灣外靠灣口海域顆粒態(tài)氨基酸含量較低但有機質(zhì)較為新鮮,與灣內(nèi)西部相似灣外最東部海域氨基酸含量較低且有機質(zhì)降解程度較高。2017年春季膠州灣顆粒物中細菌有機質(zhì)對有機碳的貢獻率為17.51%±8.09%,對有機氮的貢獻率為10.25%±5.96%,分布趨勢呈現(xiàn)為灣外高于灣內(nèi),且灣內(nèi)東部高于灣內(nèi)西部的整體趨勢。與2016年秋季相同,2017年春季膠州灣顆粒物中細菌群落的優(yōu)勢種為變形菌、擬桿菌和藍細菌,但其中藍細菌占比明顯降低,僅占2016年秋季比例的一半左右。通過群落結(jié)構(gòu)以及與有機質(zhì)含量對比分析發(fā)現(xiàn),γ-變形桿菌對POC具有重要的降解作用,其優(yōu)勢度越高越不利于顆粒有機碳的保存。由于光合自養(yǎng)細菌有機質(zhì)不含有D-Asx和D-Ser,因此藍細菌的占比對D型氨基酸的比例具有一定程度地影響作用。2.2016年秋季膠州灣表層沉積物中有機質(zhì)的降解程度與顆粒物一致,同樣表現(xiàn)為灣外高于灣內(nèi)、灣內(nèi)東部高于西部的變化趨勢,有機質(zhì)來源、微生物活性與上覆水水深共同影響了有機質(zhì)的降解程度。灣內(nèi)西部海源新鮮有機質(zhì)輸入較多,有利于細菌有機質(zhì)的合成從而產(chǎn)生較高的細菌貢獻率,而灣內(nèi)東部較高的陸源有機質(zhì)貢獻決定了較高的降解程度和胞外肽酶活性。灣外較深的水深使顆粒物在沉降至沉積物之前受到更深程度的降解,致使沉積物中有機質(zhì)降解程度相對高于顆粒物。2016年秋季膠州灣表層沉積物中總可水解氨基酸的含量為7.60±3.64μmol/g,其水平分布呈現(xiàn)灣內(nèi)高于灣外、灣內(nèi)東部高于西部的趨勢。灣內(nèi)西部海源新鮮有機質(zhì)的輸入以及較高的微生物活性、東部較高的陸源有機質(zhì)輸入比例、灣外水深較深均影響著沉積物中有機質(zhì)降解程度。指示有機質(zhì)降解程度的多項參數(shù)(THAA-C%、THAA-N%、DI、RI以及mol%D-AA)均指示沉積物中有機質(zhì)降解程度表現(xiàn)為灣外高于灣內(nèi),灣內(nèi)西部低于東部的趨勢。同時沉積物中有機質(zhì)的降解程度相對高于顆粒有機質(zhì),指示了沉積物中有機質(zhì)經(jīng)過了細菌更深程度的降解。膠州灣沉積物中對有機碳的細菌源貢獻率(31.51%±19.17%)呈現(xiàn)灣內(nèi)西部和灣外高于灣內(nèi)東部的特征。此外,胞外肽酶活性與有機質(zhì)的降解程度密切相關(guān),不同來源的有機質(zhì)具有不同的反應(yīng)活性,從而產(chǎn)生不同的細菌源有機質(zhì)的貢獻率及胞外肽酶活性,沉積物中有機質(zhì)越新鮮細菌貢獻率越高但會抑制胞外酶的活性。細菌參與沉積物中有機質(zhì)的生物降解過程,其產(chǎn)生的D型氨基酸對降解程度具有重要指示作用,并且細菌源有機質(zhì)對沉積物有機質(zhì)具有重要貢獻,因此細菌是沉積物中有機質(zhì)在遷移轉(zhuǎn)化過程重要的調(diào)控因素。沉積物與顆粒物中氨基酸的含量和有機質(zhì)降解指示因子的對比表明沉積物中有機質(zhì)經(jīng)過微生物更深程度的降解與利用,因此沉積物中有機質(zhì)相對具有更高降解程度,且不同于顆粒物,沉積物中γ-變形菌和δ-變形菌為優(yōu)勢類群。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院海洋研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X55
【圖文】：

“創(chuàng)新號”對膠州灣海區(qū)進行現(xiàn)場調(diào)研，調(diào)查范圍及站位如圖 2.1 所示。不度海水利用船載 CTD 采集后立即用預(yù)先灼燒（450℃，5 h）的玻璃纖維濾Whatman GF/F）進行低壓過濾，過濾后的濾膜置于-20℃冰箱或液氮中冷凍，返回實驗室后對-20℃樣品進行顆粒態(tài)氨基酸、總氮、有機碳氮及其同位析，取于液氮保存的濾膜分別進行酶活、16SrRNA 的測定及分析。過濾過取過濾前后水樣各4 ml于5 ml無菌離心管，并加入0.4 ml多聚甲醛溶液（10定 10 min，置于液氮中速凍保存。另取海水利用醋酸纖維膜進行過濾，濾膜紙包裹并置于-20℃冰箱冷凍保存，返回實驗室進行 Chl-a 的測定。表層沉積品使用箱式采泥器采集，置于預(yù)先灼燒（450℃，5 h）的玻璃瓶中于-20℃冰冷凍保存，返回實驗室后，沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥夠研磨均勻，進行顆粒態(tài)酸、總氮、有機碳氮及其同位素分析。另取 5 g 左右沉積物于無菌離心管，液氮中速凍，返回實驗室后進行胞外肽酶活性的測定與分析。另取 2 g 左右物于無菌離心管，返回實驗室后進行 16SrRNA 測序。

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本文編號：2732093