海洋所在新生物有機(jī)標(biāo)志物指示海洋生態(tài)環(huán)境變異上獲新進(jìn)展
近日,宋金明、袁華茂研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Chemical Geology連續(xù)發(fā)表2篇研究論文,分別探究了東海類異戊二烯甘油二烷基甘油四醚(iGDGTs)的氧化還原指示潛力研究以及細(xì)菌藿多醇(bacteriohopanepolyols,BHPs)評(píng)估其作為低氧和氮循環(huán)代用指標(biāo)的適用性等。該研究揭示了東海水體和沉積物中iGDGTs與溶解氧(DO)之間的關(guān)系,構(gòu)建了一種氧化還原指標(biāo),為反演和預(yù)測(cè)東海低氧演變趨勢(shì)提供了新的方法,并從來(lái)源、沉降和沉積保存全過(guò)程評(píng)估了BHPs特征成分作為海洋環(huán)境變化代用指標(biāo)的適用性和可靠性,構(gòu)建了BHT-II及比值和2-甲基BHT有效代用指標(biāo)。
古菌在調(diào)節(jié)海洋碳氮循環(huán)和能量交換上發(fā)揮著關(guān)鍵作用,其可通過(guò)改變細(xì)胞膜組分來(lái)適應(yīng)海洋環(huán)境條件的變化,但關(guān)于海洋環(huán)境中iGDGTs的氧化還原指示潛力尚無(wú)系統(tǒng)研究。BHPs是來(lái)源于細(xì)菌細(xì)胞膜脂的五環(huán)三萜類化合物,其組成和結(jié)構(gòu)受到環(huán)境條件和細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)控,能夠靈敏地響應(yīng)和記錄環(huán)境變化并在地質(zhì)載體中穩(wěn)定保存,可用來(lái)指示特定細(xì)菌活動(dòng)和環(huán)境變化,然而,關(guān)于海洋環(huán)境中BHPs的來(lái)源途徑、沉降輸出及沉積保存知之甚少。
本研究通過(guò)探析東海水柱和表層沉積物中iGDGTs各組分的絕對(duì)和相對(duì)豐度的垂直變化特征和沉降保存過(guò)程,揭示了東海海水和沉積物中iGDGTs特征成分與DO的關(guān)系,并建立了氧化還原指示指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)東海海水顆粒物中iGDGTs的絕對(duì)豐度在DO濃度大于2 mg/L時(shí)受奇古菌影響,而在DO濃度小于2 mg/L時(shí)受厭氧古菌影響。從海水顆粒物到表層沉積物中iGDGT-0、iGDGT-1、iGDGT-2和iGDGT-3的比例增加表明這些成分在沉積物中優(yōu)先保存。水柱中的DO濃度(2-6 mg/L)與泉古菌醇相對(duì)含量(cren%)呈顯著正相關(guān),但與iGDGT-0%呈顯著負(fù)相關(guān)(圖1),表明東海DO水平不足以促進(jìn)氨氧化古菌(AOA)的環(huán)化。然而,底層水體DO濃度與表層沉積物中的cren%和iGDGT-0%均呈顯著負(fù)相關(guān),這主要是因?yàn)樵谶€原性更強(qiáng)的沉積物中iGDGTs的環(huán)化增強(qiáng)且厭氧古菌豐度增加。水柱和沉積物中iGDGT-0%與DO呈現(xiàn)一致的顯著負(fù)相關(guān),我們提出iGDGT-0%可為潛在的氧化還原指標(biāo)。利用沉積柱中iGDGT-0%追蹤了近幾十年來(lái)東海底層水體DO濃度的變化(圖2),追蹤結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合,進(jìn)一步支持了iGDGT-0%作為氧化還原條件指標(biāo)的可靠性。


圖1 東海水柱和表層沉積物中iGDGTs相對(duì)含量與DO濃度的關(guān)系

圖2 東海沉積柱中iGDGTs相對(duì)含量的年際變化
另一篇論文則以具有典型季節(jié)性低氧的東海陸架區(qū)為研究海域,通過(guò)系統(tǒng)研究東海陸架區(qū)水柱和沉積物中BHPs含量和組成變化及與物理-化學(xué)和微生物參數(shù)的耦合關(guān)系,從來(lái)源屬性、沉降保存及對(duì)海水缺氧和細(xì)菌活動(dòng)的響應(yīng)關(guān)系三個(gè)層面評(píng)估了BHPs特征成分作為低氧和關(guān)鍵氮循環(huán)過(guò)程代用指標(biāo)的適用性。研究發(fā)現(xiàn)東海陸架區(qū)沉積物中的細(xì)菌霍四醇同分異構(gòu)體(BHT-II)來(lái)源于底層低氧海水中的厭氧氨氧化細(xì)菌Ca. Scalindua;海水顆粒物和表層沉積物中的BHT-II豐度及比值與厭氧氨氧化功能基因amx-16S rRNA豐度存在顯著正相關(guān),與海水DO濃度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān);且BHT-II在沉積物中優(yōu)先保存(圖3);這些證據(jù)表明BHT-II豐度及比值是指示海水厭氧氨氧化和低氧的有效代用指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,首次量化提出了BHT-II比值為0.20和0.45作為海水低氧和缺氧的判別閾值。研究還發(fā)現(xiàn)東海陸架區(qū)沉積物中的2-甲基BHT主要來(lái)源于表層海水中的固氮藍(lán)細(xì)菌;海水顆粒物和表層沉積物中的2-甲基BHT與藍(lán)細(xì)菌豐度、固氮功能基因nifH豐度和固氮速率具有顯著正相關(guān);且2-甲基BHT是在沉積物中優(yōu)先保存的又一重要組分;這些證據(jù)表明2-甲基BHT是指示海洋藍(lán)細(xì)菌固氮過(guò)程的有效代用指標(biāo)。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn)東海陸架區(qū)沉積物中的氨基藿四醇和氨基藿五醇主要來(lái)源于好氧甲烷氧化菌,其在海水顆粒物和表層沉積物中的總濃度與好氧甲烷氧化菌功能基因pmoA豐度及底層海水、表層沉積物間隙水中溶解甲烷濃度具有顯著相關(guān)性,但其在沉積過(guò)程中優(yōu)先降解,在使用其作為好氧甲烷氧化代用指標(biāo)時(shí)需謹(jǐn)慎考慮。

圖3 長(zhǎng)江口低氧區(qū)水柱和表層沉積物中BHPs各組分相對(duì)豐度的垂直變化
其中論文1第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所段麗琴研究員,論文2? 第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士研究生尹美玲,宋金明研究員和段麗琴研究員為論文通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。?
相關(guān)論文和鏈接:?
1. Liqin Duan, Jinming Song, Huamao Yuan, Xuegang Li, Quancai Peng, 2024. Redox indication potential of isoprenoid tetraether lipids in marine environments: Insights from the East China Sea. Chemical Geology 662, 122207.? ?https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122207
2. Meiling Yin, Liqin Duan, Jinming Song, Jiawei Kan, Huamao Yuan, Xuegang Li, Yingxia Wang, 2024. Vertical variations of bacteriohopanepolyols near the Changjiang Estuary waters: Implications for marine hypoxia and bacterial activities. Chemical Geology, 651: 122013. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122013
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號(hào) | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號(hào) 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號(hào) 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長(zhǎng)江東路8號(hào) |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
