霉菌對(duì)植物類脂物正構(gòu)烷烴組分分布的影響 張普

霉菌對(duì)植物類脂物正構(gòu)烷烴組分分布的影響武澤華（西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安，710127）摘要：生物標(biāo)志物是地質(zhì)時(shí)期生物體的“遺跡”，其分布和地球化學(xué)組合特征可以反映當(dāng)時(shí)的生物信息及沉積環(huán)境狀況。類脂物正構(gòu)烷烴是生物標(biāo)志化合物研究中最為廣泛的一類有機(jī)組分，具有多種成因和物質(zhì)來(lái)源。土壤類脂物正構(gòu)烷烴主要來(lái)源于陸生植物中的生物蠟、脂肪以及細(xì)菌內(nèi)的類脂物。那么植物殘?bào)w經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中，是否會(huì)受微生物的影響從而改變其類脂物正構(gòu)烷烴的分布和組成特征，進(jìn)而干擾土壤類脂物正構(gòu)烷烴準(zhǔn)確的記錄來(lái)源植被的生態(tài)及生理信息。因此，本文通過(guò)對(duì)1種樹(shù)葉不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)（未發(fā)霉、輕微發(fā)霉和嚴(yán)重發(fā)霉）的色譜（GC）分析，發(fā)現(xiàn)正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍均為nC27?nC33，呈現(xiàn)明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，以C31為主峰，C29和C27次之，CPI值（碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)）依次為54,47,48，指示其主要來(lái)源于高等植物的蠟質(zhì)。該結(jié)果表明不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)下同一種樹(shù)葉正構(gòu)烷烴具有相似的色譜分布。另外選取的2種發(fā)霉植物葉子（灌木和草葉）的GC結(jié)果顯示正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍均為c23?C33,灌木以c29為主峰，草葉以c31為主峰，CPI值分別為31和28,同樣指示了高等植物的蠟質(zhì)來(lái)源。因此我們認(rèn)為霉菌對(duì)植物類脂物正構(gòu)烷烴組分分布沒(méi)有明顯影響。關(guān)鍵詞：霉菌植物正構(gòu)烷烴色譜（GC）生物標(biāo)志化合物（分子化石）系指地質(zhì)體中產(chǎn)生的特征有機(jī)化合物，是保存在古生物化石或沉積物中的源于生物體的一系列有機(jī)分子。在地質(zhì)歷史中，由于它們具有生物體有機(jī)化合物的基本分子骨架，其轉(zhuǎn)化和歸宿與生物輸入源和古環(huán)境條件密切相關(guān)，因而能提供生物輸入、沉積環(huán)境與成巖變化等多方面的信息，成為分子標(biāo)記化合物［1-2］。類脂物正構(gòu)烷烴是生物標(biāo)志化合物研究中最為廣泛的一類有機(jī)組分，具有多種成因和物質(zhì)來(lái)源，其組成和碳數(shù)分布能反映有機(jī)質(zhì)類型、沉積環(huán)境性質(zhì)和熱演化程度。正構(gòu)烷烴在C25-C36的區(qū)間具有明顯的奇碳優(yōu)勢(shì)，則多數(shù)情況下來(lái)源于高等植物蠟［3］;正構(gòu)烷烴在C14-C20低碳數(shù)區(qū)間占優(yōu)勢(shì)，無(wú)明顯奇碳優(yōu)勢(shì)，表明低等菌藻生物來(lái)源［4-5］；正構(gòu)烷烴奇偶碳數(shù)的相對(duì)含量或CPI值（碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)，按EC23?C33（奇碳數(shù)）/EC22?C34（偶碳數(shù)）計(jì)算）可以提供有機(jī)質(zhì)來(lái)源和有機(jī)質(zhì)熱演化程度的信息［4,6］。土壤類脂物正構(gòu)烷烴主要來(lái)源于陸生植物中的生物蠟、脂肪以及細(xì)菌內(nèi)的類脂物。那么植物殘?bào)w經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化為土壤有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中，是否會(huì)受微生物的影響從而改變其類脂物正構(gòu)烷烴的分布和組成特征，進(jìn)而干擾土壤類脂物正構(gòu)烷烴準(zhǔn)確的記錄來(lái)源植被的生態(tài)及生理信息。這是對(duì)于利用古土壤類脂物正構(gòu)烷烴分布和地球化學(xué)組合特征反映當(dāng)時(shí)的生物信息及沉積環(huán)境狀況的基礎(chǔ)，也是必須考慮的問(wèn)題之一。因此本文擬通過(guò)對(duì)1種樹(shù)葉不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)（未發(fā)霉、輕微發(fā)霉和嚴(yán)重發(fā)霉）的色譜（GC）分析以及不同生態(tài)型植物（灌木和草）發(fā)霉葉子的色譜（GC）分析以期了解霉菌對(duì)植物正構(gòu)烷烴組分分布的影響。1樣品與實(shí)驗(yàn)本研究選取了位于陜西省眉縣南部的太白山國(guó)家森林公園（34°00，N,10749'E）北坡，海拔在680-3767米之間，由于高差大，依次形成暖溫帶、溫帶、寒溫帶、亞寒帶、寒帶五個(gè)氣候與植被帶，年均溫為12.9°C，年降水量為609.5mm，6-9月份降水占全年降水量的60-70%。于2009年7月分別在海拔2568米處采集一種灌木葉片,在海拔1969米處采集一種草葉，在海拔1268米處采集一種樹(shù)葉。將采集的植物樣品裝入自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，將樹(shù)葉分別裝入三個(gè)自封塑料袋中，分別將自封袋口敞開(kāi)、半敞開(kāi)、封閉狀放入烘箱中，在40C下烘干，以獲得未發(fā)霉、輕微發(fā)霉和嚴(yán)重發(fā)霉三種狀態(tài)下的植物葉片（圖1）。另外兩種植物葉片也將其裝入自封袋，封口放入烘箱，以獲得發(fā)霉的植物樣品,詳細(xì)信息如圖1。1.2實(shí)驗(yàn)取0.2-0.5g植物樣品采用超聲波震蕩器在40C下用二氯甲烷和甲醇（體積比為9：1）萃取3次，每次15分鐘，然后合并萃取溶劑離心獲得上層清液。萃取的類脂物在氮?dú)庀麓蹈?，然后采用正己烷提取樣品并裝入層析柱（100?200目硅膠）洗脫出烷烴組分。烷烴組分進(jìn)行氣相色譜（GC）分析。氣相色譜分析（GC）在HP-6890氣相色譜儀上進(jìn)行，柱頭進(jìn)樣溫度310C。色譜柱為HP-1MS型毛細(xì)管柱（60mx0.32mmx0.25m），氦氣作為載氣，F(xiàn)ID檢測(cè)。升溫程序?yàn)椋撼跏紲囟?0C下保留1分鐘，然后以10C/min升溫至150C，再以6C/min升溫至315C，恒溫20min。植物葉片類脂物正構(gòu)烷烴組分分布在中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成。2結(jié)果與討論2.1不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)樹(shù)葉正構(gòu)烷烴組分分布及同位素組成特征未發(fā)霉、輕微發(fā)霉和嚴(yán)重發(fā)霉?fàn)顟B(tài)下樹(shù)葉正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍均為nC27?nC33，呈現(xiàn)明顯的奇碳優(yōu)勢(shì)，以C31為主峰，C29和C27次之（圖2）。由于正構(gòu)烷烴的長(zhǎng)鏈部分主要來(lái)自高等植物，而短鏈部分主要來(lái)源于細(xì)菌和藻類，它們的相對(duì)含量即可反映古生物的輸入和古生態(tài)特征［7罰。因此三種不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)下樹(shù)葉正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布主要位于高碳數(shù)區(qū)間，未出現(xiàn)低碳數(shù)正構(gòu)烷烴組分，因此結(jié)果表明其為典型的高等植物蠟質(zhì)來(lái)源，細(xì)菌微生物源幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)，也即霉菌對(duì)樹(shù)葉類脂物正構(gòu)烷烴組分分布沒(méi)有明顯影響。通常，在利用正構(gòu)烷烴組分討論植被變化時(shí)要檢驗(yàn)碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)cpi（cpi=ec23?c33（奇碳數(shù)）/ec22-c34（偶碳數(shù)）變化，這是由于CPI是表征偶碳數(shù)分子與奇碳數(shù)分子相對(duì)變化的一個(gè)有機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)，也即，其可判斷正構(gòu)烷烴組分的來(lái)源和有機(jī)質(zhì)熱演化程度的信息。一方面，不同生物來(lái)源的分子化石，其CPI值是有差異的。如來(lái)源于高等植物的正構(gòu)烷烴呈明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，具有很高的CPI值，一般＞5；而菌、藻類低等生物源的正構(gòu)烷烴，奇偶優(yōu)勢(shì)不明顯，則CPI值很低，接近于1⑷。另一方面，CPI值隨微生物、成巖作用的進(jìn)行也發(fā)生變化。高等植物來(lái)源的分子化石如正構(gòu)烷烴等在進(jìn)入沉積物期間或之后，由于受微生物降解作用和成巖作用的影響，其碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)將逐漸降低，并最終趨近于1⑹。所測(cè)三個(gè)樹(shù)葉的CPI值依次為54,47,48（表1），指示其主要來(lái)源于高等植物的蠟質(zhì)，且熱演化程度非常低。2.2灌木和草葉正構(gòu)烷烴組分分布特征發(fā)霉的灌木和草葉正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍均為nC23?nC33，呈現(xiàn)明顯的奇碳優(yōu)勢(shì)，灌木以C29為主峰，草葉以C31為主峰（圖2），CPI值分別為31和28（表1），同樣指示了高等植物的蠟質(zhì)來(lái)源和低的成熟度，并且霉菌對(duì)灌木和草葉類脂物正構(gòu)烷烴組分分布也沒(méi)有明顯影響。3結(jié)論通過(guò)對(duì)不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)下同一種樹(shù)葉的GC分析以及不同生態(tài)類型（灌木和草葉）發(fā)霉植物葉片的GC分析，發(fā)現(xiàn)正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布主要在高碳數(shù)區(qū)間，未出現(xiàn)低碳數(shù)組分，CPI值在28?54之間，且不同發(fā)霉?fàn)顟B(tài)同一種樹(shù)葉類脂物正構(gòu)烷烴色譜分布相似。結(jié)果表明霉菌對(duì)不同類型植物葉片類脂物正構(gòu)烷烴組分分布沒(méi)有明顯影響。未發(fā)霉樹(shù)葉輕微發(fā)霉樹(shù)葉嚴(yán)重發(fā)霉樹(shù)葉發(fā)霉灌木發(fā)霉草葉圖1植物葉片照片F(xiàn)ig1Thephotoofplantleaf太白09\N-ALKANE.D）太白09\Z09-67H.D）正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)未發(fā)霉樹(shù)葉FID1A,（太白09\Z09-63H.D）發(fā)霉草葉100.80.60.10minFID1A,（太白09\Z09-92H.D）FID1A,（太白09\Z09-69H.D）輕微發(fā)霉樹(shù)葉嚴(yán)重發(fā)霉樹(shù)葉PAJ140.掃描時(shí)間/分鐘（峰上數(shù)字為碳數(shù)）圖2植物葉片正構(gòu)烷烴色譜圖Fig2Plantleafn-alkanesgaschromatography

樣品編號(hào)PAvalue(area)CPIC23C24C25C26C27C28C29C30C31C32C33未發(fā)霉樹(shù)葉n.dn.dn.dn.d79n.d17812396n.d2954輕微發(fā)霉樹(shù)葉n.dn.dn.dn.d129n.d29623658n.d5547嚴(yán)重發(fā)霉樹(shù)葉n.dn.dn.dn.d61n.d19216514n.d4548發(fā)霉灌木781723412554562869962289356431發(fā)霉草葉7n.d21n.d4461216230810928n.d表示含量過(guò)低，未被色譜檢測(cè)到表1植物葉片正構(gòu)烷烴相對(duì)豐度值及碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI)Table1Plantleafn-alkanesabundanceandcarbonpreferenceindex(CPI)參考文獻(xiàn)(References)彼得斯K.E.,莫爾多萬(wàn)J.M.,eds.生物標(biāo)記化合物指南-古代沉積物和石油分子化石的解釋[M].1998,北京:石油工業(yè)出版社傅家謨，盛國(guó)英.分子有機(jī)地球化學(xué)與古氣候、古環(huán)境研究[J].第四紀(jì)研究，1992(4).EglintonG.,HamiltonRJ.,Thedistributionofalkanes[M].NewYork:AcademicPress,1963.CranwellPA.,EglintonG.,RobinsonN.,Lipidsofaquaticorganismsaspotentialcontributorstolacustrinesediments.2.[J],OrganicGeochemistry,1987,11(6):513-527.HanJ.,CalvinM.,OccurrenceofC22-C25isoprenoidsinbellcreekcrudeoil[J].GeochimicaEtCosmochimicaActa,1969,33(6):733-742.XieSC.,NottCJ.,AvsejsLA.,etal.Molecularandisotopicstratigraphyinanombrotrophicmireforpaleoclimatereconstruction[J].GeochimicaEtCosmochimicaActa,2004,68(13):2849-2862.DembickiH.,MeinscheinWG.,HattinDE.,Possibleecologicalandenvironmentalsignificanceofpredominanceofeven-car