海洋監(jiān)測技術(shù) 3 海洋有機物質(zhì)

1、海洋有機質(zhì)生命出現(xiàn)的年代l 距今距今 42 億年，原始大氣層和海洋剛形成時，很億年，原始大氣層和海洋剛形成時，很可能就出現(xiàn)了生命?？赡芫统霈F(xiàn)了生命。l 距今約距今約39億年，地球慘遭隕星撞擊，生命被徹底億年，地球慘遭隕星撞擊，生命被徹底摧毀，一切從頭開始。摧毀，一切從頭開始。l 距今距今38億年，生命或許就重新開始了：格陵蘭西億年，生命或許就重新開始了：格陵蘭西部發(fā)現(xiàn)含有碳?xì)浠衔锏幕２堪l(fā)現(xiàn)含有碳?xì)浠衔锏幕?。生命產(chǎn)生的機制 （1）無機合成說）無機合成說l 19世紀(jì)早期，維勒首次在實驗中人工合成了尿素，世紀(jì)早期，維勒首次在實驗中人工合成了尿素，有機化學(xué)就此創(chuàng)立：有機化學(xué)就此創(chuàng)立：有機物在

2、沒有活體生物介入有機物在沒有活體生物介入的情況下也能產(chǎn)生。的情況下也能產(chǎn)生。l 20世紀(jì)世紀(jì)20年代，俄羅斯生物化學(xué)家奧巴林猜想：年代，俄羅斯生物化學(xué)家奧巴林猜想： 小油滴小油滴 球形細(xì)胞球形細(xì)胞 有機大分子有機大分子 酶酶 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)l 1953年，芝加哥大學(xué)研究生斯坦利年，芝加哥大學(xué)研究生斯坦利米勒：米勒： CH4 + NH3 + H2 + H2O 25個氨基酸分子個氨基酸分子l 輻射和紫外線等引入，合成出更復(fù)雜的輻射和紫外線等引入，合成出更復(fù)雜的 分子，其分子，其中就有形成核酸的基本要素中就有形成核酸的基本要素腺嘌呤。腺嘌呤。無機合成說無機合成說存在問題：存在問題：合成的分子如何最終形

3、成合成的分子如何最終形成生命？至今還不清楚，生命？至今還不清楚，問題的核心不問題的核心不在于氨基酸，而在于蛋白質(zhì)在于氨基酸，而在于蛋白質(zhì)。太空說太空說 l 1871年，開爾文勛爵提出：年，開爾文勛爵提出：“生命的種子可能是生命的種子可能是隕石帶到地球的隕石帶到地球的”。l 1969年年9月，澳大利亞墨奇森隕石的年代月，澳大利亞墨奇森隕石的年代達達45億億年年，令人驚訝的是，其上布滿了，令人驚訝的是，其上布滿了74種氨基酸種氨基酸，其，其中中8種跟形成地球上的蛋白質(zhì)有關(guān)。種跟形成地球上的蛋白質(zhì)有關(guān)。2001年的分年的分析表明，其還含有一系列復(fù)雜的析表明，其還含有一系列復(fù)雜的糖糖。l 2000年年

4、1月，加拿大塔吉什湖的碳質(zhì)球狀隕石同樣月，加拿大塔吉什湖的碳質(zhì)球狀隕石同樣存在豐富的有機化合物。存在豐富的有機化合物。l 哈雷彗星大約哈雷彗星大約25%是有機分子，要是它們經(jīng)常墜是有機分子，要是它們經(jīng)常墜落在地球上，地球就有了生命所需的基本元素。落在地球上，地球就有了生命所需的基本元素。太空說太空說 存在問題：存在問題：l 沒有回答生命是如何產(chǎn)生的，沒有回答生命是如何產(chǎn)生的，只是把責(zé)任推到別的地方。只是把責(zé)任推到別的地方。l 證據(jù)仍不足。證據(jù)仍不足。生命出現(xiàn)的形式 l 2001年發(fā)現(xiàn)，在海洋熱液區(qū)，古生菌可能是數(shù)量最年發(fā)現(xiàn)，在海洋熱液區(qū)，古生菌可能是數(shù)量最豐富的有機體，它們可以承受高鹽（豐富的

5、有機體，它們可以承受高鹽（S=35）、高溫）、高溫（113C）、高壓和強酸性（）、高壓和強酸性（pH=1）。）。l 在地球生物演化的早期階段，這些微生物或許曾繁在地球生物演化的早期階段，這些微生物或許曾繁榮昌盛，更好地了解他們，可為研究生命起源提供榮昌盛，更好地了解他們，可為研究生命起源提供一個新的視角。一個新的視角。一、海洋有機生物地球化學(xué)循環(huán)的重要性 海洋有機組分的研究對于探索地球生命起源具有海洋有機組分的研究對于探索地球生命起源具有一定意義。一定意義。有機組分構(gòu)成所有生物的組織，同時也是異養(yǎng)生有機組分構(gòu)成所有生物的組織，同時也是異養(yǎng)生物的主要食物來源。物的主要食物來源。生物除了將有機組分

6、作為生長所需物質(zhì)與能量來生物除了將有機組分作為生長所需物質(zhì)與能量來源外，還利用其作為相互聯(lián)系的中介。源外，還利用其作為相互聯(lián)系的中介。 信息素、有毒組分、解毒劑信息素、有毒組分、解毒劑通過絡(luò)合、吸附作用與許多痕量元素結(jié)合，影響通過絡(luò)合、吸附作用與許多痕量元素結(jié)合，影響其地球化學(xué)行為與生物活性。其地球化學(xué)行為與生物活性。顆粒有機物是生源要素沉降遷出、埋藏的主要載顆粒有機物是生源要素沉降遷出、埋藏的主要載體，對生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)有明顯影響。體，對生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)有明顯影響。影響沉積物性質(zhì)，如增加顆粒黏性，限制其再懸影響沉積物性質(zhì)，如增加顆粒黏性，限制其再懸浮，為底棲生物提供充足食物來

7、源；提供化石燃浮，為底棲生物提供充足食物來源；提供化石燃料形成以及古海洋學(xué)事件的信息。料形成以及古海洋學(xué)事件的信息。 海洋有機生物地球化學(xué)循環(huán)的重要性海洋有機生物地球化學(xué)循環(huán)的重要性 l 研究與還原性碳相關(guān)的物質(zhì)，揭示海洋生態(tài)系結(jié)研究與還原性碳相關(guān)的物質(zhì)，揭示海洋生態(tài)系結(jié)構(gòu)、功能與演化。構(gòu)、功能與演化。l 研究組分均包含碳，且每個碳都與研究組分均包含碳，且每個碳都與H、O、N、S等等共價結(jié)合，形成具有不同粒徑、不同極性、不同共價結(jié)合，形成具有不同粒徑、不同極性、不同電荷以及不同環(huán)境行為的各種分子。電荷以及不同環(huán)境行為的各種分子。二、海洋有機地球化學(xué)研究范疇l 海洋有機物至少一半以上仍未鑒定出來

8、。海洋有機物至少一半以上仍未鑒定出來。l 海洋有機組分是不同來源、不同年齡、不同反應(yīng)歷海洋有機組分是不同來源、不同年齡、不同反應(yīng)歷史的集成產(chǎn)物，通常采用的分子水平的分析方法僅史的集成產(chǎn)物，通常采用的分子水平的分析方法僅僅測定某一組分，往往不能代表混合物的整體。僅測定某一組分，往往不能代表混合物的整體。 三、海洋有機地球化學(xué)的挑戰(zhàn)如何鑒別、定量出每一種有機組分？如何鑒別、定量出每一種有機組分？第2節(jié) 海洋有機物的組成一、海洋有機組分的分析（1）平均分子組成：）平均分子組成：C106(H2O)106(NH3)16PO4 實際上：由一系列不同分子組成，從低分子量實際上：由一系列不同分子組成，從低分子

9、量 的烴類（的烴類（CH4）到高分子量的聚合物）到高分子量的聚合物 （腐殖酸）。（腐殖酸）。有機組分的存在形式有機組分的分析技術(shù)方法方法測量特征測量特征參數(shù)數(shù)量參數(shù)數(shù)量預(yù)處理方法預(yù)處理方法樣品量樣品量元素分析元素分析C、H、O、N、S5灼燒灼燒 1 mg穩(wěn)定同位素分析穩(wěn)定同位素分析13C、2H、18O、15N、32S5灼燒灼燒 1 mg放射性同位素分析放射性同位素分析3H、14C2灼燒灼燒 1 mg紅外光譜紅外光譜功能團功能團20溶解、有機提取溶解、有機提取100溶解、有機提取溶解、有機提取100溶解、有機提取溶解、有機提取100溶解、有機提取溶解、有機提取 1 mg整體分析技術(shù)：整體分析技術(shù)

10、：分子水平分析技術(shù)分子水平分析技術(shù)對象對象類別類別預(yù)處理方法預(yù)處理方法色譜色譜檢測器檢測器碳水化合物碳水化合物類脂類脂非極性溶劑萃取非極性溶劑萃取氣相氣相火焰離子化火焰離子化脂肪酸脂肪酸類脂類脂堿性水解堿性水解氣相氣相火焰離子化火焰離子化脂肪醇脂肪醇類脂類脂堿性水解堿性水解氣相氣相火焰離子化火焰離子化甾醇甾醇類脂類脂堿性水解堿性水解氣相氣相火焰離子化火焰離子化烯酮烯酮類脂類脂非極性溶劑萃取非極性溶劑萃取氣相氣相火焰離子化火焰離子化葉綠素葉綠素色素色素非極性溶劑萃取非極性溶劑萃取液相液相熒光熒光類胡蘿卜素類胡蘿卜素色素色素非極性溶劑萃取非極性溶劑萃取液相液相紫外吸收紫外吸收氨基酸氨基酸胺類胺類酸

11、性水解酸性水解液相液相/氣相氣相熒光熒光/火焰離子化火焰離子化核酸核酸核苷酸核苷酸分離分離液相液相紫外吸收紫外吸收中性糖中性糖碳水化合物碳水化合物酸性水解酸性水解離子色譜離子色譜/氣相氣相脈沖安培脈沖安培/火焰離子化火焰離子化酸性糖酸性糖碳水化合物碳水化合物酸性水解酸性水解離子色譜離子色譜/氣相氣相脈沖安培脈沖安培/火焰離子化火焰離子化木質(zhì)素酚木質(zhì)素酚酚類酚類CuO-NaOH氣相氣相/液相液相火焰離子化火焰離子化鞣酸鞣酸酚類酚類酸性水解酸性水解氣相氣相火焰離子化火焰離子化角質(zhì)酸角質(zhì)酸聚酯聚酯甲醇甲醇?xì)庀鄽庀嗷鹧骐x子化火焰離子化二、海洋有機儲庫的構(gòu)成 POM = POC2DOM主要由腐殖質(zhì)和一主

12、要由腐殖質(zhì)和一些較活躍生化組分組成些較活躍生化組分組成三、有機組分的類別生物生物蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)多糖多糖類脂類脂色素色素核酸核酸木質(zhì)素木質(zhì)素鞣酸鞣酸細(xì)菌細(xì)菌5570310520252000浮游植物浮游植物25505505203202000浮游動物浮游動物457035520152000維管植物維管植物25375535201154020木材木材14080301203545常見生物的主要生化組成（常見生物的主要生化組成（OC%）地球化學(xué)重要有機組分的功能團分子式分子式功能團功能團/組分組分R-OH羥基：醇（羥基：醇（R=烷基）；酚（烷基）；酚（R=苯基）苯基） C=O R羰基：醛（羰基：醛（R=H）；酮

13、（）；酮（R=烷基或苯基）烷基或苯基） C=O OR羧基：羧酸（羧基：羧酸（R=H）；酯（）；酯（R=烷基）烷基）-O-醚醚-NH2胺胺 C=O NH2酰胺酰胺-SH硫醇硫醇-S-硫化物硫化物C=C烯烴烯烴l 蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的構(gòu)成部分，作為代謝調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的構(gòu)成部分，作為代謝調(diào)節(jié)、生物運動和防御的基礎(chǔ)。生物運動和防御的基礎(chǔ)。l 蛋白質(zhì)由一系列氨基酸通過肽鍵結(jié)合而成，一般蛋白質(zhì)由一系列氨基酸通過肽鍵結(jié)合而成，一般將分子量大于將分子量大于10000的多肽聚合物稱為蛋白質(zhì)。的多肽聚合物稱為蛋白質(zhì)。l 氮含量通常被用來衡量活體生物的蛋白質(zhì)含量。氮含量通常被用來衡量活體生物的蛋白質(zhì)含量。l

14、對于海洋浮游生物而言，蛋白質(zhì)的氮約占浮游植對于海洋浮游生物而言，蛋白質(zhì)的氮約占浮游植物總氮的物總氮的6070%。氨基酸和蛋白質(zhì)l 氨基酸：氨基酸：RCHNH2COOH。浮游生物蛋白質(zhì)中最豐富的氨基酸：浮游生物蛋白質(zhì)中最豐富的氨基酸：甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸氨基酸氨基酸l 活生物體中的氨基酸組成非常類似，但生物體外活生物體中的氨基酸組成非常類似，但生物體外殼有差別，如碳酸鈣外殼富含天冬氨酸，而蛋白殼有差別，如碳酸鈣外殼富含天冬氨酸，而蛋白石外殼中富含絲氨酸。石外殼中富含絲氨酸。l 海水中氨基酸濃度介于海水中氨基酸濃度介于20250 g/L，占，占DOC的的23%。l

15、海水中結(jié)合態(tài)氨基酸大多以酚海水中結(jié)合態(tài)氨基酸大多以酚-醌絡(luò)合物或腐殖酸醌絡(luò)合物或腐殖酸型絡(luò)合物存在，分子量一般介于型絡(luò)合物存在，分子量一般介于4001000。氨基酸氨基酸l 通用分子式：通用分子式：Cn（H2O）m。l 所有活體細(xì)胞工作和化學(xué)反應(yīng)的能量來源，控制著所有活體細(xì)胞工作和化學(xué)反應(yīng)的能量來源，控制著能量轉(zhuǎn)換和遺傳物質(zhì)的傳輸，也是海洋顆粒有機物能量轉(zhuǎn)換和遺傳物質(zhì)的傳輸，也是海洋顆粒有機物的重要組成部分。的重要組成部分。l 可分為：單糖（僅一個碳鏈）、雙糖和多糖?？煞譃椋簡翁牵▋H一個碳鏈）、雙糖和多糖。碳水化合物海水中的主要單糖（海水中的主要單糖（monosaccharides）葡萄糖葡萄

16、糖 果糖果糖典型多糖典型多糖纖維素：纖維素：陸地植物陸地植物中化學(xué)性質(zhì)非常惰中化學(xué)性質(zhì)非常惰性的組分性的組分褐藻酸：褐藻酸：海洋藻類海洋藻類合成，具藥用價值合成，具藥用價值甲殼素：甲殼素：甲殼動物甲殼動物的外殼的外殼l 含量含量 幾百微克每升。幾百微克每升。l 高生產(chǎn)力海域一般具有高生產(chǎn)力海域一般具有較高顆粒態(tài)碳水化合物。較高顆粒態(tài)碳水化合物。顆粒態(tài)碳水化合物的含量與分布顆粒態(tài)碳水化合物的含量與分布太平洋太平洋l 90-95%存在于溶解相存在于溶解相l(xiāng) 溶解態(tài)含量：溶解態(tài)含量：mg/Ll 高生產(chǎn)力近海含量較高高生產(chǎn)力近海含量較高溶解態(tài)碳水化合物的含量與分布溶解態(tài)碳水化合物的含量與分布類脂類脂類

17、脂功能團特征功能團特征烴類烴類甾醇甾醇脂肪酸與脂肪脂肪酸與脂肪鏈烯烴鏈烯烴類脂類脂結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征n-C17甲基、雙鍵、甲基、雙鍵、異戊二烯等異戊二烯等直鏈類脂直鏈類脂含支鏈類脂含支鏈類脂l 化學(xué)式：化學(xué)式：CnHml 低分子量（低分子量（C14）兩類）兩類l 可分為可分為飽和飽和、不飽和不飽和和和芳香族芳香族三類，海水中常見三類，海水中常見的是烷烴和烯烴。芳香族烴類至少含一個苯環(huán)，的是烷烴和烯烴。芳香族烴類至少含一個苯環(huán)，一般認(rèn)為它們主要由非生物過程產(chǎn)生。一般認(rèn)為它們主要由非生物過程產(chǎn)生。烴類烴類生物生物主要烴類組分主要烴類組分說明說明硅藻和鞭毛蟲硅藻和鞭毛蟲n-C21:6 高度支鏈結(jié)構(gòu)，某

18、些硅藻高度支鏈結(jié)構(gòu)，某些硅藻含含C20、C25和和C30紅藻、綠藻和黃藻紅藻、綠藻和黃藻n-C15和和n-C17部分含不飽和部分含不飽和n-C17藍綠藻藍綠藻n-C15和和n-C17部分含部分含n-C19:1、n-C19:2和和7-甲基庚烷和甲基庚烷和8-甲基庚烷甲基庚烷細(xì)菌細(xì)菌n-烴類烴類C15C30+之間的之間的n-烴類均勻烴類均勻分布分布浮游動物浮游動物橈足類：降植烷（橈足類：降植烷（C19）；）；攝食硅藻浮游動物：攝食硅藻浮游動物：n-C21:6降植烷來自葉綠醇支鏈降植烷來自葉綠醇支鏈陸地高等植物陸地高等植物n-C25至至n-C35+之間的烴類之間的烴類烴類作為生物來源的指標(biāo)烴類作為生

19、物來源的指標(biāo)l 脂肪酸、脂肪與蠟狀物屬羧酸一類，至少含一個羧脂肪酸、脂肪與蠟狀物屬羧酸一類，至少含一個羧基功能團（基功能團（-COOH）。）。l 脂肪酸主要存在于動物的脂肪、植物的蠟狀物中，脂肪酸主要存在于動物的脂肪、植物的蠟狀物中，一般含碳原子數(shù)為一般含碳原子數(shù)為436個。個。l 脂肪（脂肪（fat）：固體乙二醇酯）：固體乙二醇酯 油（油（oil）：液體乙二醇酯）：液體乙二醇酯脂肪酸和脂肪脂肪酸和脂肪l 來自植物的脂肪酸以單數(shù)的碳原子鏈為主。來自植物的脂肪酸以單數(shù)的碳原子鏈為主。l 陸地高等植物產(chǎn)生的脂肪酸碳鏈長度一般大于海陸地高等植物產(chǎn)生的脂肪酸碳鏈長度一般大于海洋浮游植物。洋浮游植物。l

20、 絕大多數(shù)脂肪酸是碎屑有機物降解過程中甘油三絕大多數(shù)脂肪酸是碎屑有機物降解過程中甘油三酯水解形成。酯水解形成。脂肪酸和脂肪脂肪酸和脂肪l 存在于各種活體生物，起到激素與穩(wěn)定類脂雙分子存在于各種活體生物，起到激素與穩(wěn)定類脂雙分子層等的作用。層等的作用。l 主要由植物合成，細(xì)菌不會合成與累積甾醇，動物主要由植物合成，細(xì)菌不會合成與累積甾醇，動物在攝食植物后，通常將其中的甾醇轉(zhuǎn)化為膽甾醇。在攝食植物后，通常將其中的甾醇轉(zhuǎn)化為膽甾醇。l 甾醇具備作為植物標(biāo)志物的潛力，較為常用的是應(yīng)甾醇具備作為植物標(biāo)志物的潛力，較為常用的是應(yīng)用麥角甾醇指針真菌，黑海甾醇指針鞭毛蟲，用麥角甾醇指針真菌，黑海甾醇指針鞭毛蟲

21、， -谷谷甾醇指針高等植物。甾醇指針高等植物。甾醇甾醇l 含含37個碳與個碳與24個雙鍵的直鏈鏈烯烴：個雙鍵的直鏈鏈烯烴： （1）由少數(shù)幾種海洋浮游藻類合成產(chǎn)生）由少數(shù)幾種海洋浮游藻類合成產(chǎn)生 （2）鏈烯烴雙鍵豐度與藻類生長的水溫有關(guān)）鏈烯烴雙鍵豐度與藻類生長的水溫有關(guān)鏈烯烴鏈烯烴l 碳、氮雙鍵共軛系統(tǒng)碳、氮雙鍵共軛系統(tǒng)l 選擇性吸收可見光選擇性吸收可見光 l 難溶于水，沒有揮發(fā)難溶于水，沒有揮發(fā)性，對熱敏感性，對熱敏感l(wèi) 葉綠素由植物和細(xì)菌葉綠素由植物和細(xì)菌合成合成色素l 葉綠素葉綠素a：普遍存在于各種海洋浮游植物：普遍存在于各種海洋浮游植物l 葉綠素葉綠素b：主要存在于綠藻和高等植物：主要

22、存在于綠藻和高等植物l 葉綠素葉綠素c：主要存在于硅藻和鞭毛蟲：主要存在于硅藻和鞭毛蟲l 菌綠素：存在于紫色、綠色和棕色的硫光合細(xì)菌菌綠素：存在于紫色、綠色和棕色的硫光合細(xì)菌色素色素l 具有多功能團的多組分混合物具有多功能團的多組分混合物l 由細(xì)胞內(nèi)組分聚集形成的大分子，在活體生物體內(nèi)由細(xì)胞內(nèi)組分聚集形成的大分子，在活體生物體內(nèi)并不存在并不存在l 黃色或棕色、無定形、疏水性、非均相、高度絡(luò)合黃色或棕色、無定形、疏水性、非均相、高度絡(luò)合l 擁有一系列芳香組分與脂肪組分的功能團，但因互擁有一系列芳香組分與脂肪組分的功能團，但因互相結(jié)合在一起，導(dǎo)致其性質(zhì)與母體明顯不同相結(jié)合在一起，導(dǎo)致其性質(zhì)與母體明

23、顯不同腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)的溶解性質(zhì)腐殖質(zhì)的溶解性質(zhì)腐殖質(zhì)類別腐殖質(zhì)類別溶解性質(zhì)溶解性質(zhì)其他化學(xué)性質(zhì)其他化學(xué)性質(zhì)富里酸富里酸（fulvic acid）溶于酸和堿溶于酸和堿較低分子量，芳香與聚集較低分子量，芳香與聚集程度較低，一般富含含氧程度較低，一般富含含氧功能團功能團腐殖酸腐殖酸(humic acid)不溶于酸，溶于堿不溶于酸，溶于堿較高分子量、更高程度的較高分子量、更高程度的聚合聚合胡敏素胡敏素(humins)不溶于酸和堿不溶于酸和堿腐殖酸經(jīng)過脫水、聚合、腐殖酸經(jīng)過脫水、聚合、功能團解離等變化后形成功能團解離等變化后形成腐殖化過程腐殖化過程l 影響因素：氧、黏土影響因素：氧、黏土l 氧：還原性環(huán)境

24、的腐氧：還原性環(huán)境的腐殖質(zhì)，聚合程度較低，殖質(zhì)，聚合程度較低，碳含量較低，更多以碳含量較低，更多以高分子量組分存在。高分子量組分存在。l 黏土礦物：黏土礦物黏土礦物：黏土礦物高區(qū)域，腐殖質(zhì)含量高區(qū)域，腐殖質(zhì)含量較高。較高。l 海水海水DOM中，中，4080%以腐殖質(zhì)存在，富里酸含以腐殖質(zhì)存在，富里酸含量一般大于腐殖酸。量一般大于腐殖酸。l 海水腐殖質(zhì)含量與分布受海洋初級生產(chǎn)過程與陸海水腐殖質(zhì)含量與分布受海洋初級生產(chǎn)過程與陸源物質(zhì)輸送的影響。源物質(zhì)輸送的影響。l 海源腐殖質(zhì)與陸源腐殖質(zhì)的性質(zhì)存在差異。海源腐殖質(zhì)與陸源腐殖質(zhì)的性質(zhì)存在差異。 海水中腐殖質(zhì)的含量與分布海水中腐殖質(zhì)的含量與分布陸源與海

25、源腐殖質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì)的比較陸源與海源腐殖質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì)的比較項目項目海源腐殖質(zhì)海源腐殖質(zhì)陸源腐殖質(zhì)陸源腐殖質(zhì)有機組成有機組成1）富含脂肪類物質(zhì)；脂肪碳）富含脂肪類物質(zhì)；脂肪碳 約為芳香碳的約為芳香碳的2倍倍2）存在芳香組分，但不是主）存在芳香組分，但不是主 要成分要成分3）厭氧條件導(dǎo)致高聚合有機）厭氧條件導(dǎo)致高聚合有機 分子難以形成分子難以形成1）具有明顯芳香核心結(jié)）具有明顯芳香核心結(jié) 構(gòu)；芳香碳占主導(dǎo)構(gòu)；芳香碳占主導(dǎo)2）脂肪組分鏈連接到芳香）脂肪組分鏈連接到芳香 核心；含有更多多核環(huán)核心；含有更多多核環(huán)3）高程度氧化導(dǎo)致高程度）高程度氧化導(dǎo)致高程度 聚合聚合元素組成元素組成1）富里酸和腐殖酸

26、碳含量分）富里酸和腐殖酸碳含量分 別為別為45-50%和和50-55%2）高氫）高氫3）高氮）高氮4）高硫）高硫1）碳含量變化大，可高達）碳含量變化大，可高達 65%2）低氫）低氫3）低氮）低氮4）低硫）低硫項目項目海源腐殖質(zhì)海源腐殖質(zhì)土壤腐殖質(zhì)土壤腐殖質(zhì)同位素組成同位素組成1）碳同位素組成較）碳同位素組成較“重重”： 13C = -20-232） 15N=9，硝酸鹽為主要，硝酸鹽為主要 營養(yǎng)鹽營養(yǎng)鹽3） 2H變化較小，平均約變化較小，平均約 -1051）碳同位素較）碳同位素較“輕輕”： 13C=-25-282） 15N= 2，細(xì)菌固定，細(xì)菌固定 大氣大氣N23） 2H變化較大：變化較大： -

27、50 -100功能團功能團1）總酸度低，但變化范圍大：）總酸度低，但變化范圍大： 主要由羧酸功能團貢獻主要由羧酸功能團貢獻2）醇羥基含量高）醇羥基含量高1）總酸度高：主要由羧酸）總酸度高：主要由羧酸 和酚羥基功能團貢獻和酚羥基功能團貢獻2）醇羥基含量低）醇羥基含量低陸源與海源腐殖質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì)的比較陸源與海源腐殖質(zhì)地球化學(xué)性質(zhì)的比較有機物有機物分子式分子式例子例子H/CO/CN/CS/C多糖多糖C100H167O83纖維素纖維素1.670.8300蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)C100H158O32N26S0.9網(wǎng)采浮游生物網(wǎng)采浮游生物1.580.320.260.01類脂類脂C100H189O11油酸油酸1.8

28、90.1100RNAC100H100O50N10網(wǎng)采浮游生物網(wǎng)采浮游生物0.920.320.400葉綠素葉綠素C100H140O9.5N7.5葉綠素葉綠素a1.400.100.080木質(zhì)素木質(zhì)素C100H108O38裸子植物裸子植物1.080.3800鞣酸鞣酸C100H66O42被子植物被子植物0.660.4200海洋浮游植物海洋浮游植物C100H167O35N16S0.4網(wǎng)采浮游生物網(wǎng)采浮游生物1.670.350.160.004細(xì)菌細(xì)菌C100H167O35N16S0.4革蘭氏陰性革蘭氏陰性1.670.350.160.004木材木材C100H100O50裸子植物裸子植物1.000.5000樹

29、葉樹葉C100H100O50N10被子植物被子植物1.000.500.100草草C100H100O50N10熱帶熱帶1.000.500.100有機組分的元素組成3 顆粒有機物POM的來源：（1）海洋初級生產(chǎn)過程：）海洋初級生產(chǎn)過程：41016 gC/a（2）河流輸送：）河流輸送： 4.2109 gC/a（3）大氣沉降：很少）大氣沉降：很少一、POM的來源與歸宿初級生產(chǎn)力的空間變化光合作用碳的歸宿l 低分子量有機組分的分泌：約低分子量有機組分的分泌：約10%l 浮游動物攝食浮游動物攝食l 植物細(xì)胞的溶解：植物細(xì)胞的溶解：1050%構(gòu)成：構(gòu)成：l 活體浮游藻類、細(xì)菌生物聚集體和小型浮游動物活體浮游

30、藻類、細(xì)菌生物聚集體和小型浮游動物及它們的卵和幼體及它們的卵和幼體l 各種生物的碎屑與他們的糞便各種生物的碎屑與他們的糞便l 生物骨架結(jié)構(gòu)、陸源或大氣沉降的有機物生物骨架結(jié)構(gòu)、陸源或大氣沉降的有機物l 由海水溶液沉淀、吸附至顆粒物的有機物由海水溶液沉淀、吸附至顆粒物的有機物POM的構(gòu)成與遷出POM最主要歸宿：最主要歸宿：垂向輸送與埋藏垂向輸送與埋藏二、POM的含量、分布與組成變化l POC含量：含量： 大多由采水大多由采水-過濾法獲得，代表懸浮顆粒物過濾法獲得，代表懸浮顆粒物l POC通量：通量： 大多由沉積物捕集器獲得，代表沉降顆粒物大多由沉積物捕集器獲得，代表沉降顆粒物對象對象POC (M

31、)海水海水表層水表層水117深層水深層水0.21.3沿岸水沿岸水483河口水河口水8833寡營養(yǎng)湖水寡營養(yǎng)湖水80河水河水170富營養(yǎng)湖水富營養(yǎng)湖水170沼澤水沼澤水170沼澤泥炭水沼澤泥炭水250POC的含量與變化POC垂直分布POC的垂向轉(zhuǎn)化POM轉(zhuǎn)化路徑蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)： 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 多肽多肽 自由氨基酸自由氨基酸 脂肪酸、尿素、脂肪酸、尿素、CO2、CH4、NH4+、HPO42-、HS-類脂：類脂： 類脂類脂 烴類、碳水化合物、烴類、碳水化合物、小羧酸分子小羧酸分子 CO2、CH4多糖：多糖： 多糖多糖 寡糖寡糖 單糖單糖 CO2、CH4l 深海微生物深海微生物種類和豐度種類和豐度l

32、顆粒物化學(xué)顆粒物化學(xué)組成組成l 顆粒物沉降顆粒物沉降速率速率 三、POM垂向輸送通量初級生產(chǎn)力與POC輸出通量的關(guān)系不同有機組分輸出通量的變化顆粒有機碳輸出通量的時間變化 馬尾藻海馬尾藻海特定有機組分垂向輸出通量的時間變化 馬尾藻海馬尾藻海沉降顆粒物中生源組分含量的垂直變化深度（深度（m）碳酸鹽碳酸鹽生物硅生物硅有機物有機物（%總重量）總重量）37835.15.259.597872.111.716.2277868.417.714.0428071.617.610.7558261.425.013.5沉降顆粒物C、N、P比的垂直變化海域海域深度（深度（m）OCNPOC/N沿岸上升流區(qū)沿岸上升流區(qū)50

33、1902218.82501601411270018017111沿岸非上升流區(qū)沿岸非上升流區(qū)502602719.92503303311070037025115開闊大洋開闊大洋7541029114575460341131050910311294 溶解有機物（1）大陸徑流輸入）大陸徑流輸入（2）大氣沉降輸入）大氣沉降輸入（3）海洋內(nèi)部來源）海洋內(nèi)部來源一、DOM的來源S05101520253035DOC ( M)50100150200250300350400450河流輸入的河流輸入的TOC：331012 molC/a，其中其中POC、DOC約約各占一半各占一半大陸徑流輸入河口區(qū)DOC的行為大氣沉降輸

34、入l Williams：降雨輸入速率為：降雨輸入速率為2.21014 gC/al Hunter和和Liss：上述數(shù)值高估了，因為存在通過：上述數(shù)值高估了，因為存在通過氣泡、波浪破碎等由海洋向大氣輸送的有機物。氣泡、波浪破碎等由海洋向大氣輸送的有機物。l Gagosian和和Peltzer：通過海洋氣溶膠的脂類物質(zhì)：通過海洋氣溶膠的脂類物質(zhì)組成，證明氣溶膠有機物主要來自陸地，且濕沉組成，證明氣溶膠有機物主要來自陸地，且濕沉降是大氣輸入的主要途徑。降是大氣輸入的主要途徑。l 海洋生物是有機物內(nèi)部來源之一，它們通過分泌海洋生物是有機物內(nèi)部來源之一，它們通過分泌代謝產(chǎn)物或死亡后的分解，往海水添加各種有

35、機代謝產(chǎn)物或死亡后的分解，往海水添加各種有機物質(zhì)。物質(zhì)。l 除初級生產(chǎn)者外，其他的海洋生物實際上不是有除初級生產(chǎn)者外，其他的海洋生物實際上不是有機物的真正來源，而是有機物的轉(zhuǎn)換者。機物的真正來源，而是有機物的轉(zhuǎn)換者。有機物的內(nèi)部來源 （1）浮游植物的細(xì)胞外釋放）浮游植物的細(xì)胞外釋放 （2）攝食導(dǎo)致的）攝食導(dǎo)致的DOM釋放或排泄釋放或排泄 （3）細(xì)胞溶解導(dǎo)致的）細(xì)胞溶解導(dǎo)致的DOM釋放釋放 （4）顆粒物的溶解）顆粒物的溶解 （5）細(xì)菌的轉(zhuǎn)化和釋放）細(xì)菌的轉(zhuǎn)化和釋放 （6）海洋沉積物）海洋沉積物海水中DOM的生物產(chǎn)生過程積分初級生產(chǎn)力：積分初級生產(chǎn)力：308543 mgC/m2/d，幅度為，幅度為

36、285倍倍上層上層1000m水體水體DOM濃度：濃度：4080 M存在存在DOM的遷出過程：的遷出過程：生物過程生物過程與與非生物過程非生物過程二、DOM的遷出DOM的生物消耗原核生物：原核生物：l 異養(yǎng)細(xì)菌是異養(yǎng)細(xì)菌是DOM的主要消耗者，可將的主要消耗者，可將LMW組分組分（500-1000 Da）直接透過細(xì)胞膜進入到細(xì)胞中。）直接透過細(xì)胞膜進入到細(xì)胞中。l HMW組分也可被異養(yǎng)細(xì)菌所利用，他們通過分泌組分也可被異養(yǎng)細(xì)菌所利用，他們通過分泌水解酶將水解酶將HMW組分轉(zhuǎn)化為組分轉(zhuǎn)化為LMW組分，進而吸收組分，進而吸收進入到細(xì)胞中。進入到細(xì)胞中。細(xì)菌生產(chǎn)力與初級生產(chǎn)力的比值 真核生物對DOM的消

37、耗某些海洋真核生物能夠直接吸收易降解的某些海洋真核生物能夠直接吸收易降解的DOM組分來滿足他們的代謝需求，如異養(yǎng)鞭毛蟲可利組分來滿足他們的代謝需求，如異養(yǎng)鞭毛蟲可利用用552000 kDa的膠體態(tài)的膠體態(tài)DOM；海洋脊椎動物可；海洋脊椎動物可利用單糖、自由氨基酸等。利用單糖、自由氨基酸等。DOM的非生物遷出過程光轉(zhuǎn)化：光轉(zhuǎn)化：l 通過直接的光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為通過直接的光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO2，少量轉(zhuǎn)化為，少量轉(zhuǎn)化為COl 將將HMW DOM轉(zhuǎn)化為生物可利用的轉(zhuǎn)化為生物可利用的LMW DOMl 釋放一些易被生物利用的釋放一些易被生物利用的N、P組分組分l Moran和和Zepp（1997）估算出光化

38、學(xué)反應(yīng)遷出的）估算出光化學(xué)反應(yīng)遷出的DOC約占海洋約占海洋DOC儲庫的儲庫的2-3%顆粒物對DOM的吸附Druffel等（等（1996）：）： 東北太平洋深層水東北太平洋深層水POC“年齡年齡”（14C）遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)“老老”于上層水于上層水POC的年齡的年齡 ？三、DOM的生物活性（lability）易降解DOM的特征儲庫儲庫特征特征文獻文獻易降解易降解DOC周轉(zhuǎn)時間：幾分鐘周轉(zhuǎn)時間：幾分鐘幾天幾天Fuhrman和和Ferguson, 1986; Keil 和和Kirchman, 1999HMW和和LMW組成，主要為組成，主要為單糖和自由氨基酸單糖和自由氨基酸Benner等等, 1992; Amo

39、n和和 Benner, 1996上層水體濃度為上層水體濃度為nM量級量級Fuhrman和和Ferguson, 1986; Rich等等, 1997; Keil和和Kirchman, 1999;其其快速循環(huán)支持著大部分異快速循環(huán)支持著大部分異養(yǎng)養(yǎng)細(xì)菌的生長細(xì)菌的生長Ducklow和和Carlson, 1992; Rich等等, 1996易降解組分的缺乏會限制異易降解組分的缺乏會限制異養(yǎng)細(xì)菌的快速生長養(yǎng)細(xì)菌的快速生長Kirchman等等, 1990; Carlson和和Ducklow, 1996半易降解DOM的特征儲庫儲庫特征特征文獻文獻半易降解半易降解DOC周轉(zhuǎn)時間：幾個月周轉(zhuǎn)時間：幾個月幾年幾

40、年Ogura, 1972; Kirchman等等 1993潛在的碳垂向輸出項潛在的碳垂向輸出項Carlson等等, 1994; Hansell等等, 2001占占DOC的份額空間變化大，具有的份額空間變化大，具有永久性躍層海域較高永久性躍層海域較高Carlson和和Ducklow, 1995; Hansell, 2002由由HMW和和LMW組成組成Benner等，等，1992；Amon和和Benner, 1996碳水化合物為主碳水化合物為主Benner等，等，1992; Pakulski和和Benner, 1994部分由生物合成的多糖組成部分由生物合成的多糖組成Biersmith和和Benner, 1998碳水化合物份額隨深度增加而降低碳水化合物份額隨深度增加而降低Cowie和和Hedges, 1994; Skoog和和Benner, 1997C:N比為比為6 20Williams, 1995; Carlson等等, 2000難降解DOM的特征儲庫儲庫特征特征文獻文獻難降解難降解DOC周轉(zhuǎn)時間：幾百周轉(zhuǎn)時