質(zhì)譜技術(shù)助力湖泊溶解性有機(jī)物組分研究
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境遙感學(xué)科組研究人員在湖泊溶解性有機(jī)物(DOM)研究中獲得進(jìn)展，明確了DOM的組分與湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的關(guān)系。相關(guān)研究成果發(fā)表于Water Research上。
溶解有機(jī)物(DOM)是一類具有復(fù)雜組成、結(jié)構(gòu)和環(huán)境行為的有機(jī)混合物，廣義上的含義包括一切溶解于水中的有機(jī)化合物，主要來源于動(dòng)植物殘?bào)w生化分解過程。DOM總存量達(dá)萬億噸，是全球水體有機(jī)碳的一個(gè)大的儲(chǔ)存庫，也是連接生命形態(tài)碳和無機(jī)碳的關(guān)鍵紐帶，在全球碳循環(huán)中意義重大。
湖泊中DOM的性質(zhì)和濃度與人為活動(dòng)、陸源輸入和浮游植物的生長(zhǎng)密切相關(guān)。很多研究都表明，湖泊的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)以及上述因素對(duì)DOM具有重要影響。但目前尚未在分子水平上明確富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)水體DOM組分的影響。研究人員結(jié)合了三維熒光技術(shù)和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(FT-ICR-MS)，確定了湖泊在浮游植物繁殖期間和之后沿營(yíng)養(yǎng)梯度的DOM來源和分子組成。
三維熒光技術(shù)和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜是DOM研究的常用技術(shù)。傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜法是一種根據(jù)給定磁場(chǎng)中的離子回旋頻率來測(cè)量離子質(zhì)荷比的質(zhì)譜分析方法。主要應(yīng)用于復(fù)雜基體中復(fù)雜化合物結(jié)構(gòu)鑒定、環(huán)境化學(xué)分析、合成生物學(xué)、代謝物及代謝組學(xué)、新生物能源研究中分析石油組分和新藥開發(fā)研究中小分子組織成像等科學(xué)領(lǐng)域。
此前就由研究者采用三維熒光光譜-平行因子法(EEM-PARAFAC)和傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜相結(jié)合的手段分析出20余種不同來源和性質(zhì)的DOM分子, 并建立了這些分子與PARAFAC組分間的相關(guān)關(guān)系。
在改項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，富營(yíng)養(yǎng)化使水體DOM分子構(gòu)成中的CHO%含量減少，含硫元素的雜原子化合物(CHOS%和CHNOS%)含量增加；富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中夏季水體DOM的分子穩(wěn)定性要高于秋季，這與浮游植物群落的季節(jié)性演替有關(guān)；湖泊富營(yíng)養(yǎng)化可能會(huì)導(dǎo)致水體中難降解的DOM化合物逐漸增多。
隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象逐漸加劇，人類活動(dòng)對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)中DOM的含量和特性的影響也越來越大。研究成果為闡明湖泊DOM在未來全球碳循環(huán)中的作用提供了重要的理論支撐，也有利于更深入地理解人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響。
(資料來源： 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
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