【摘要】：生物地球化學(xué)工具對(duì)于研究海洋有機(jī)物循環(huán)、轉(zhuǎn)運(yùn),海洋古環(huán)境重建等具有重要意義。海洋作為地球上最大的碳庫(kù),在調(diào)節(jié)全球氣候,控制海洋有機(jī)物和能量轉(zhuǎn)化,影響人類生活等方面產(chǎn)生巨大影響,而微生物,尤其是嗜高壓微生物在海洋生物化學(xué)循環(huán)過程中,有舉足輕重的作用,然而,對(duì)嗜高壓微生物影響海洋有機(jī)物循環(huán)過程的特點(diǎn)和方式研究較少。因此,本文利用一定的生物地球化學(xué)手段,通過分析海洋中不同深度下微生物細(xì)胞膜磷脂脂肪酸的氫同位素特征,以及不同種類脂肪酸的氫同位素差異,來揭示海洋有機(jī)物在垂向上的氫同位素分布規(guī)律和生物合成過程所導(dǎo)致的不同脂肪酸之間的氫同位素分餾差異。本文旨在從定量和定性方面探索微生物的同位素指標(biāo)與生長(zhǎng)壓力的關(guān)系,從而對(duì)海洋有機(jī)質(zhì)循環(huán)、轉(zhuǎn)運(yùn)以及物源示蹤帶來重要的科學(xué)理論依據(jù)。同時(shí),本文研究也將與革蘭氏陰性細(xì)菌Moritella japonica DSK1形成鮮明對(duì)比,從而填補(bǔ)前人在革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的深海生物地球化學(xué)研究領(lǐng)域的空白。本項(xiàng)研究以分離自日本海溝(40'06.8"N,144'11.0"E)6500米深的沉積物中的一株革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌Sporosarcina sp.Strain DSK25為對(duì)象,利用特制的高壓培養(yǎng)釜和適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)袋,分別在0.1,10,20,30,40,50 MPa下對(duì)細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)中細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線,在穩(wěn)定期取出培養(yǎng)袋,進(jìn)行磷脂提取。根據(jù)DSK25細(xì)胞中不同化合物極性的差異,將干物質(zhì)在固相萃取柱上分別用二氯甲烷,甲醇,正己烷洗脫,從而可分別提取出細(xì)菌中的中性脂,磷脂和碳?xì)浠衔锝M分。通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)衍生化后的脂肪酸甲酯進(jìn)行定性和定量,接著利用MAT253進(jìn)行氫同位素分析,即可完成本項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)部分。本文所采用的定制便攜式高壓培養(yǎng)釜,保壓性能良好,為實(shí)驗(yàn)提供了儀器上的可行性,通過借鑒前人磷脂提取和甲酯衍生化程序,確保了上機(jī)測(cè)試的準(zhǔn)確性。總體來說,本文通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟和合理的理論支撐,確保了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和科學(xué)性,為后續(xù)的分析提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。Sporosarcina sp.Strain DSK25的脂肪酸GC-MS測(cè)試結(jié)果表明,反異支鏈脂肪酸a15和單不飽和脂肪酸C18:1以及飽和脂肪酸C16:0百分含量在壓力增加的過程中,變化最為顯著。其中,a15在30 MPa后的百分含量急劇上升,而C18:1在0.1至20 MPa時(shí)增長(zhǎng)明顯,20 MPa后輕微下降,C16:0在0.1 MPa至20 MPa之間急劇下降,20 MPa后基本保持不變。支鏈脂肪酸i15和17br在整個(gè)壓力變化過程中基本保持不變,其中,17br在30 MPa后出現(xiàn)一定的增加。將a15與i15的百分含量進(jìn)行一定處理,得到的AI index在30MPa后與壓力之間具有一定的正相關(guān)性。因此,反異支鏈脂肪酸a15含量的增加可能是DSK25適應(yīng)高壓(30 MPa以上)的一種表達(dá)方式,即細(xì)菌通過增加a15,減少C16:0,從而減少脂鏈的致密度,增加流動(dòng)性,而在較低壓(20 MPa以下)下單不飽和脂肪酸(C18:1,C19:1)的增加保持了細(xì)胞膜的流動(dòng)性。氫同位素檢測(cè)結(jié)果表明,DSK25的支鏈脂肪酸和單不飽和脂肪酸的氫同位素隨著生長(zhǎng)壓力(海水深度)的增加而減小,即,氫同位素變重。其中,a15,17br,i15的同位素分餾與壓力的R~2值分別達(dá)到0.952,0.994,0.790。因此,本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量的揭示了DSK25脂類氫同位素分餾與生長(zhǎng)壓力之間的密切關(guān)系,氫同位素與壓力的這種關(guān)系可能與高壓下的氫隧道效應(yīng)有關(guān)。高壓增強(qiáng)了隧道效應(yīng),使更多NADPH中的H流向脂肪酸,因而氫同位素分餾在NADPH和脂肪酸之間的分餾效應(yīng)減弱,即,氫同位素正偏。支鏈脂肪酸,單不飽和脂肪酸,飽和脂肪酸的平均氫同位素分餾分別為-214.61‰,-66.8041‰,-160.303‰,三者之間較大的差異可能與化合物自身的同位素效應(yīng)有關(guān)。因?yàn)橐陨先N脂肪酸在細(xì)菌的生物合成過程中,除了引物和酶存在差異之外,都經(jīng)歷了相同的生物化學(xué)反應(yīng)過程,因此,同位素?zé)崃W(xué)效應(yīng)可能是不同脂肪酸的氫同位素分餾存在差異的重要因素。綜上,本文的研究結(jié)果很好的揭示了DSK25脂類氫同位素特征與海洋生物地球化學(xué)循環(huán)的密切關(guān)系,指示了生物合成過程對(duì)于細(xì)菌氫同位素分餾特征的影響�；具_(dá)到了研究目的,從定性和定量方面解決了海洋生物地球化學(xué)方面的相關(guān)科學(xué)問題。因而,本文對(duì)于探索海洋生物地球化學(xué)循環(huán),海洋有機(jī)質(zhì)垂直分布及其與壓力之間的關(guān)系,海洋有機(jī)物的來源、轉(zhuǎn)運(yùn)、沉降過程等具有重要意義。
【圖文】：

圖 1 -1 微生物碳泵模型（Jiao et al.,2010）Figure 1-1 microbial carbon pump (Jiao et al., 2010)MC 模型則強(qiáng)調(diào)了嗜高壓細(xì)菌（自由菌和附生菌）、胞外酶在海洋生物中的重要作用。由表層海水中的浮游植物、生物、微生物等產(chǎn)生的particle organic matter, POM）羽流，攜帶附生菌（particle-attached ba海，附生菌釋放的胞外酶將 POM 分解為高分子的高分子量溶解有olecular weight dissolved organic matter, HMW DOM），，HMW DOM 在步作用下分解形成低分子量溶解有機(jī)物（low molecular weight disatter, LMW DOM），LMW DOM 被自由菌（free-living bacteria）代謝解的溶解有機(jī)物而沉降至海底（圖 1-2）。概念和模型從一定角度解釋了海洋生物地球化學(xué)循環(huán)的動(dòng)力、過程、問題仍然亟待解決。諸如，Arrieta et al. (2015) 對(duì) MCP 模型提出質(zhì)在惰性（難降解）有機(jī)物，細(xì)菌之所以不利用這些惰性有機(jī)物，是度太低，使用價(jià)值小于所消耗的能量，得不償失[18]。對(duì)于深海細(xì)菌

3圖 1 -2 POM-DOM-嗜高壓微生物連續(xù)模型（Fang et al.,2015）re 1-2 the POM-DOM piezophilic microorganism continuum model (Fang et al., 2015對(duì)模型和循環(huán)機(jī)制的研究和探索，科學(xué)家也嘗試從其他方向來研究。其志化合物和同位素是研究生物地球化學(xué)的兩個(gè)重要方法。生物標(biāo)rker) 是指沉積物、土壤、氣溶膠、原油、油頁(yè)巖、煤中那些來源于特包括陸地植被、水生藻類、細(xì)菌、古菌、真菌等，在有機(jī)質(zhì)演化過程穩(wěn)定性，沒有或較少發(fā)生變化，基本保存了原始生化組分的碳骨架，生物母質(zhì)的特殊分子結(jié)構(gòu)信息的有機(jī)化合物。生物標(biāo)志物可用于海洋古溫度計(jì)、海洋生產(chǎn)力和群落結(jié)構(gòu)變化等生物地球化學(xué)領(lǐng)域方面。同位素是指不具有放射性或因其放射性衰變的半衰期過長(zhǎng)、相對(duì)于地
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：Q178.53

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本文編號(hào)：2684619