水稻土有機(jī)質(zhì)中生物標(biāo)志物分子的提取及檢測(cè).pdf

1、自20世紀(jì)末以來(lái)，全球氣候變化越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注，人類(lèi)干擾引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程變化導(dǎo)致了大氣中二氧化碳濃度快速提升，是引發(fā)全球氣候異常的重要原因。在全球碳循環(huán)中，土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的的有機(jī)碳庫(kù)。有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，在整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)中擔(dān)當(dāng)著十分重要的角色。改善土壤有機(jī)碳庫(kù)、提升土壤的固碳潛力可以在短期內(nèi)有效緩解工業(yè)上日益速的二氧化碳的排放，是緩解全球氣候變化和保障全球糧食生產(chǎn)安全的有效途徑。
　　

2、為了更好地理解土壤中有機(jī)質(zhì)的行為和組成，土壤學(xué)引入了快速碳庫(kù)和穩(wěn)定性碳庫(kù)的概念。一般認(rèn)為，在土壤有機(jī)碳的輸入途徑中，植物殘?bào)w、根系和根系分泌物是主要貢獻(xiàn)者。其中一些分解困難的生物大分子（如單寧、脂類(lèi)化合物、木質(zhì)素等）因具有植物特有的分子結(jié)構(gòu)特征，因此被稱(chēng)為植物的生物標(biāo)志物(biomarkers)。由于土壤及其生態(tài)系統(tǒng)演替過(guò)程的差異，土壤有機(jī)質(zhì)輸入來(lái)源的植物種類(lèi)及其比例差異很大。因此，特定土壤的有機(jī)質(zhì)來(lái)源均帶有特定的生物標(biāo)志物(bioma

3、rkers)印記。生物標(biāo)志物可作研究土壤中不同組分有機(jī)質(zhì)組成、來(lái)源和行為的良好工具。已有研究表明，稻田土壤作為在長(zhǎng)期植稻作用下形成的獨(dú)特人為耕作土壤，具有高的碳密度和高的固碳潛力。本研究以同母質(zhì)而不同發(fā)育年限(0a,50a,300a)的水稻土壤為例，探索建立提取和識(shí)別水稻土有機(jī)質(zhì)中生物標(biāo)志物（總?cè)軇┹腿√崛⊥寥乐杏坞x脂;堿水解萃取提取土壤中酯化脂;氧化銅氧化提取土壤中木質(zhì)素酚類(lèi)）提取與鑒定的實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行定性分析。
　　

4、主要研究結(jié)果如下:
　　1.對(duì)于總?cè)軇┹腿》?、堿水解-乙醚萃取法和氧化銅氧化-乙醚萃取法分別進(jìn)行了提取溶劑/土壤體積比，堿水解的反應(yīng)溫度和氧化銅反應(yīng)溫度及無(wú)氧條件等摸索改進(jìn)，分別構(gòu)建了水稻土中游離脂肪酸、酯化脂（持久性酯鍵結(jié)合脂肪酸）和木質(zhì)素酚的萃取鑒定方法，達(dá)到有效地的GC-MS定性鑒定效果，基線平穩(wěn)，圖譜清晰;
　　2.總?cè)軇┹腿》ǖ玫剿就林杏坞x脂肪酸分子標(biāo)志物包括碳水化合物3種，萜類(lèi)物質(zhì)2種，直鏈烷烴1種和直鏈羥基酸

5、7種等不同分子，多為水稻土特有;還存在幾種直鏈羧酸10種(例如n-Dodecanoic acid和n-Hexadecenoic acid(C16∶1))。堿水解-乙醚萃取持久性酯鍵結(jié)合脂肪酸的單體化合物中，包括9種直鏈羧酸(例如n-Dodecanoic acid, n-Tetradecanoic acid, n-Hexadecenoic acid(C16∶1), n-Octadecadienoicacid(C18∶2), n-Eicos

6、anoic acid, n-Docosanoic acid, n-Tetracosanoic acid, n-Hexacosanoicacid和n-Octacosanoic acid），6種直鏈羥基酸（例如n-Tetradecanol，n-icosanol，n-Docosanol, n-Tetracosanol，n-Hexacosanol和n-Octacosanol）以及1種萜類(lèi)物質(zhì)（例如beta.-Sitosterol），屬于為水稻土

7、特有。氧化銅氧化-乙醚萃取的木質(zhì)素單體酚化合物中，非來(lái)自母土的水稻土壤木質(zhì)素酚類(lèi)分子標(biāo)志物包括p-Hydroxybenzaldehyde，Vanillin(V), Acetovanillone(V), Ethanedioic acid, Fumaric acid(C),2-Methyl-2-hydroxypropanoic acid,Methylmaleic acid,4-Methyl-2-hydroxypentanoic acid等。

8、
　　3.這些分子標(biāo)志物的檢測(cè)表明，水稻土中有機(jī)質(zhì)分子包括植物根系木栓質(zhì)和木質(zhì)素來(lái)源的萜類(lèi)化合物和脂肪酸類(lèi)生物分子、真菌源烷烴、碳水化合物等微生物分子;分子標(biāo)志物的多樣性，無(wú)論是木質(zhì)素還是持久性酯鍵結(jié)合脂肪酸均揭示植稻50年的土壤有機(jī)質(zhì)的生物分子組成介于母土和長(zhǎng)期植稻的成熟水稻土之間。
　　4.上述方法鑒定出的生物標(biāo)志物分子在水稻土20cm以下很快消減或消失，說(shuō)明長(zhǎng)期植稻下犁底層阻礙了根系向下生長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)的深層分布受限。隨著