中國西部土壤和骨骼中微生物脂類化合物GDGTs分布特征及古環(huán)境應用可行性分析.pdf

1、GDGTs的化學全稱被稱為甘油二烷基甘油四醚化合物(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers，簡稱為GDGTs)，是來源于微生物的細胞膜中的一種脂類化合物。GDGTs普遍存在于各種極端環(huán)境或者非極端的普通自然環(huán)境中且具備作為生物標記物的理想條件，近十幾年GDGTs作為一種興盛的有機生物標記物經(jīng)常被用于對古環(huán)境的定量重建研究工作，學者們根據(jù)GDGTs在土壤、湖泊等不同環(huán)境載體中的分布情況，建立了多個環(huán)境指

2、標(包括TEX86、BIT、MBT、Index1、R1/b等)并將其應用全球古環(huán)境重建中。但是，之前學者們在調(diào)查GDGTs現(xiàn)代過程時較少系統(tǒng)全面地涉及中國西部地區(qū)中各個局地區(qū)域的環(huán)境樣品中GDGTs的分布，是否在這種特殊的局地區(qū)域可以直接使用學者們之前所建立的GDGTs的氣候等環(huán)境指標去重建過去的氣候等環(huán)境信息？對此，對溫度、海拔、降雨等環(huán)境因子梯度差異較為連續(xù)的中國西部部分地區(qū)的GDGTs進行現(xiàn)代調(diào)查，分析驗證學者們之前所建立的GDG

3、Ts的氣候等環(huán)境指標是否在該區(qū)域使用。此外，截止目前，對于怎樣更精準的推測遺址中當時的古環(huán)境信息，特別是當時的一些氣候環(huán)境信息尚未有一個準確的答案。為此，本文選取了不同環(huán)境背景條件的遺址中動物骨骼樣品，探討是否可以將遺址動物骨骼作為研究GDGTs的一種新型載體，嘗試去解決脂類生物標記物GDGTs重建古環(huán)境的時產(chǎn)生的兩個主要問題:年代定位問題和重建的氣候代表性問題。得出以下結論:
　　(1)沿中國西部部分地區(qū)不同溫度和不同降雨量梯度

4、及不同海拔斷面對脂類化合物GDGTs的各個系列化合物進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)在此次研究的線路中的所有樣品總濃度的變化范圍整體較大，一方面說明，即使是在干旱半干旱氣候條件且全部土壤保持堿性(pH=8±0.5)的環(huán)境條件下，GDGTs對環(huán)境的響應程度也有所不同;另一方面說明在局地環(huán)境中GDGTs化合物的含量不僅受控于溫度、降水、濕度、土壤酸堿性等環(huán)境條件，還可能與土壤中GDGTs的來源與其自身的分解程度有關。
　　(2)按照不同的溫度梯度對

5、每個采樣區(qū)的每種古菌GDGTs系列化合物的分布情況進行歸類，均是iGDGT-0以及泉古菌醇Crenarchaeol含量較為豐富，而iGDGT-1、iGD GT-2、iGDGT-3含量較低。iGDGT-0的相對含量在不同的溫度梯度下差異最明顯，而其他iGDGTs系列化合物差異不明顯。iGDGTs的系列化合物含量變化在-3℃～10℃的溫度梯度下均是iGDGT-0＞泉古菌醇Crenarchaeol＞iGDGT-2＞Crenarchaeol'＞

6、iGDGT-3，而在10℃～15℃之間則是泉古菌醇Crenarchaeol＞iGDGT-0＞iGDGT-2＞Crenarchaeol'＞iGDGT-3。本次研究的區(qū)域環(huán)境中iGDGTs系列化合物iGDGT-1、iGDGT-2、iGDGT-3的微生物群來源主要是奇古菌Thaumarchaeota。既存在GroupⅠ.Ⅰb類型的奇古菌也存在GroupⅠ.Ⅰa類型的奇古菌且以GroupⅠ.Ⅰb為主。
　　(3)本次研究區(qū)的bGDGTs主

7、要是以6-甲基bGDGTs為主，以Ⅱa'和Ⅲa'占主導優(yōu)勢。在每一個溫度梯度下，細菌bGDGTs的系列化合物除了Ⅲc沒有被檢測出來，其余14個系列的bGDGTs化合物均被檢測出來。其中，相對含量占bGDGTs總含量最多的是最多的是Ⅱa'(占到bGDGTs含量的17.7％～46.5％)，和Ⅲa'(占到bGDGTs含量的7.9％～46.9％)，bGDGTs系列化合物的相對含量并未隨著溫度的升高而含量增大的趨勢。且在每一個溫度梯度條件下均呈現(xiàn)

8、6-甲基bGDGTs的含量大于5-甲基bGDGTs。此外，相對于其他溫度梯度，在-2℃～0℃之間Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱa'、Ⅲa、Ⅲa'的相對含量差異較大。
　　(4)探索依據(jù)其他環(huán)境樣品為GDGTs研究載體而建立的氣候環(huán)境指標TEX86、BIT、R1/b、MBT、Index1，分析這些指標在該研究區(qū)域對環(huán)境的指示作用的可行性，發(fā)現(xiàn)，利用指標古菌四醚指數(shù)TEX86獲得的年平均大氣溫度的誤差較大，TEX86指標不適合本研究區(qū)溫度重建。

9、BIT值的變化為0.1-0.8，并不是像前人研究的土壤中的BIT值都接近于1，或者為1。所以在中國西部地區(qū)的湖泊等水環(huán)境中使用BIT值作為陸源有機質(zhì)的輸入時應該謹慎。R1/b值的差異較大，但是，值得注意的是本研究區(qū)均為pH=8±0.5堿性的地表環(huán)境，R1/b的值卻差異巨大，原因可能是在局地的干旱環(huán)境中產(chǎn)GDGTs系列化合物的不同菌種對環(huán)境的適應情況不同，從而導致iGDGTs和bGDGTs含量分布不同進而導致該結果。此外，利用指標Inde

10、x1的溫度校正公式:Index1-T=5.05+14.86×Index1恢復的溫度與氣象站實測溫度相關性也較為顯著。但是并不是所有陸地環(huán)境都可以用由GDGTs系列化合物建立統(tǒng)一的指標進行古環(huán)境的重建。應該根據(jù)環(huán)境樣品所處的局地環(huán)境特征建立并校正準確適用于局地環(huán)境的指標進而將其應用于重建古環(huán)境信息。這樣的結果警示:一方面，在利用GDGTs建立的指標重建環(huán)境信息時，需要區(qū)分5-甲基bGDGTs和6-甲基bGDGTs的具體分布情況選取恰當指標

11、進行計算，此外，仍然需要繼續(xù)調(diào)查不同環(huán)境樣品中GDGTs的分布情況，尋找更合適于每個局地區(qū)域的環(huán)境指示指標。另一方面的原因也不排除是因為該研究區(qū)域的自然地理環(huán)境條件比如風力強盛，氣候干旱，導致本地區(qū)的土壤中的GDGTs是從其他地方吹來的，從而導致利用已有指標不能得出GDGTs指標在該區(qū)域的應用優(yōu)勢。
　　(5)不同埋藏條件、不同歷史時期、不同品種的動物骨骼中均是iGDGTs的含量超過bGDGTs的含量，對比發(fā)現(xiàn)在潏河附近的動物骨骼

12、中bGDGTs含量較另外兩組遺址中的動物骨骼中bGDGTs含量更為豐富。說明以骨骼為研究GDGTs的載體時，濕度這一環(huán)境因素也應該考慮在內(nèi)。通常土壤中的bGDGTs的分布特征受溫度、降水和pH因素的影響，但是骨骼中的磷灰石起到一個緩沖溶劑的作用，維持一個較為穩(wěn)定的弱堿性環(huán)境，且骨骼自身也有較好的封閉性，因此骨骼中的bGDGTs受pH值影響較弱，相對于土壤而言，可能能夠更好指示溫度(或降水)的變化，可以深入探索以骨骼為研究GDGTs的新型