水稻土有机质中生物标志物分子的提取及检测

发布时间：2020-11-11 11:06

　　 自20世纪末以来,全球气候变化越来越受到人们的广泛关注,人类干扰引起的陆地生态系统碳循环过程变化导致了大气中二氧化碳浓度快速提升,是引发全球气候异常的重要原因。在全球碳循环中,土壤是陆地生态系统最大的的有机碳库。有机质是土壤的重要组成部分,在整个陆地生态系统的碳循环中担当着十分重要的角色。改善土壤有机碳库、提升土壤的固碳潜力可以在短期内有效缓解工业上日益速的二氧化碳的排放,是缓解全球气候变化和保障全球粮食生产安全的有效途径。为了更好地理解土壤中有机质的行为和组成,土壤学引入了快速碳库和稳定性碳库的概念。一般认为,在土壤有机碳的输入途径中,植物残体、根系和根系分泌物是主要贡献者。其中一些分解困难的生物大分子(如单宁、脂类化合物、木质素等)因具有植物特有的分子结构特征,因此被称为植物的生物标志物(biomarkers)。由于土壤及其生态系统演替过程的差异,土壤有机质输入来源的植物种类及其比例差异很大。因此,特定土壤的有机质来源均带有特定的生物标志物(biomarkers)印记。生物标志物可作研究土壤中不同组分有机质组成、来源和行为的良好工具。已有研究表明,稻田土壤作为在长期植稻作用下形成的独特人为耕作土壤,具有高的碳密度和高的固碳潜力。本研究以同母质而不同发育年限(0a,50a,300a)的水稻土壤为例,探索建立提取和识别水稻土有机质中生物标志物(总溶剂萃取提取土壤中游离脂;碱水解萃取提取土壤中酯化脂;氧化铜氧化提取土壤中木质素酚类)提取与鉴定的实验条件,并对其结果进行定性分析。主要研究结果如下:1.对于总溶剂萃取法、碱水解-乙醚萃取法和氧化铜氧化-乙醚萃取法分别进行了提取溶剂/土壤体积比,碱水解的反应温度和氧化铜反应温度及无氧条件等摸索改进,分别构建了水稻土中游离脂肪酸、酯化脂(持久性酯键结合脂肪酸)和木质素酚的萃取鉴定方法,达到有效地的GC-MS定性鉴定效果,基线平稳,图谱清晰;2.总溶剂萃取法得到水稻土中游离脂肪酸分子标志物包括碳水化合物3种,萜类物质2种,直链烷烃1种和直链羟基酸7种等不同分子,多为水稻土特有;还存在几种直链羧酸 10 种(例如 n-Dodecanoic acid 和 n-Hexadecenoic acid(C16:1))。碱水解-乙醚萃取持久性酯键结合脂肪酸的单体化合物中,包括9种直链羧酸(例如n-Dodecanoic acid,n-Tetradecanoic acid,n-Hexadecenoic acid(C16:1),n-Octadecadienoic acid(C18:2),n-Eicosanoic acid,n-Docosanoic acid,n-Tetracosanoic acid,n-Hexacosanoic acid 和 n-Octacosanoic acid),6种直链羟基酸(例如 n-Tetradecanol,n-icosanol,n-Docosanol,n-Tetracosanol,n-Hexacosanol 和 n-Octacosanol)以及 1 种萜类物质(例如beta.-Sitosterol),属于为水稻土特有。氧化铜氧化-乙醚萃取的木质素单体酚化合物中,非来自母土的水稻土壤木质素酚类分子标志物包括p-Hydroxybenzaldehyde,Vanillin(V),Acetovanillone(V),Ethanedioic acid,Fumaric acid(C),2-Methyl-2-hydroxypropanoic acid,Methylmaleic acid,4-Methyl-2-hydroxypentanoic acid 等。3.这些分子标志物的检测表明,水稻土中有机质分子包括植物根系木栓质和木质素来源的萜类化合物和脂肪酸类生物分子、真菌源烷烃、碳水化合物等微生物分子;分子标志物的多样性,无论是木质素还是持久性酯键结合脂肪酸均揭示植稻50年的土壤有机质的生物分子组成介于母土和长期植稻的成熟水稻土之间。4.上述方法鉴定出的生物标志物分子在水稻土 20cm以下很快消减或消失,说明长期植稻下犁底层阻碍了根系向下生长,有机质的深层分布受限。随着土壤深度的加深,木质素单体中酚酸的种类会上升。本研究表明,修改和摸索的方法可用于水稻土有机质的来源研究以及土地利用改变中有机质的动态示踪。今后需要进一步发展定量检测方法,以定量评估人类活动下土壤有机质的演变。
【学位单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S154
【部分图文】：

．??０．２?０．４?０．６?０．８??肉桂基／香兰基??图１－２不同植物种类及其组织中来源于木质素的香兰基、??丁香基和肉桂基类化合物的相对比例（万晓华等，２０１３）??１－２?Ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｒａｔｉｏｓ?ｏｆ?ｓｙｒｉｎｇｙｌ?ｔｏ?ｖａｎｉｌｌｙｌ?ａｎｄ?ｃｉｎｎａｍｙｌ?ｔｏ?ｖａｎｉｌｌｙｌ?ｍｏｎｏｍｅｒｓ?ｄｅｒｉ

ａｃｉｄ（Ｃ），其中香兰基系单体全员检出（Ｖａｎｉｌｌｉｎ（Ｖ），Ａｃｅｔｏｖａｎｉｌｌｏｎｅ（Ｖ），Ｖａｎｉｌｌｉｃ?ａｃｉｄ（Ｖ）），??丁香基单体只检出了?Ｓｙｒｉｎｇｉｃ?ａｃｉｄ（Ｓ），肉桂基单体全员检出（ｐ－Ｃｏｕｍａｒｉｃ?ａｃｉｄ（Ｃ），??Ｆｅｒｕｌｉｃａｃｉｄ（Ｃ））。二元酸和轻基酸共９种，碳链长度集中在Ｃ２？Ｃ９。根据图４－２显７Ｋ，??土壤样品中木质素被氧化铜氧化后分解产物的出峰时间集中在７?ｍｉｎ？３０?ｍｉｎ。??根据图４－３所示，未开垦的滩涂土壤（０?ａ）?１０?ｃｍ以上土层，植稻５０年的水稻??土壤（５０?ａ）?２０?ｃｍ以上的土层和植稻３００年的水稻土壤（３００?ａ）中检出的木质素??酚类物质指示，其木质素来源为被子植物的叶和草本植物。未开垦滩涂土壤（０?ａ）??１０?ｃｍ以下的土层中木质素的主要来源为裸子植物针叶。植稻５０年的水稻土壤（５０ａ）??２０?ｃｍ以下土层中木质素来源为裸子植物木质。??木质素单体酿化合物中
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 万晓华;黄志群;;植物标志物在森林土壤碳循环研究中的应用[J];土壤学报;2013年06期

2 马连刚;肖保华;;土壤腐殖质提取和分组综述[J];矿物岩石地球化学通报;2011年04期

本文编号：2879104