近日，宋金明、袁华茂研究团队在国际学术期刊Chemical Geology连续发表2篇研究论文，分别探究了东海类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚（iGDGTs）的氧化还原指示潜力研究以及细菌藿多醇（bacteriohopanepolyols，BHPs）评估其作为低氧和氮循环代用指标的适用性等。该研究揭示了东海水体和沉积物中iGDGTs与溶解氧（DO）之间的关系，构建了一种氧化还原指标，为反演和预测东海低氧演变趋势提供了新的方法，并从来源、沉降和沉积保存全过程评估了BHPs特征成分作为海洋环境变化代用指标的适用性和可靠性，构建了BHT-II及比值和2-甲基BHT有效代用指标。

古菌在调节海洋碳氮循环和能量交换上发挥着关键作用，其可通过改变细胞膜组分来适应海洋环境条件的变化，但关于海洋环境中iGDGTs的氧化还原指示潜力尚无系统研究。BHPs是来源于细菌细胞膜脂的五环三萜类化合物，其组成和结构受到环境条件和细胞应激反应的调控，能够灵敏地响应和记录环境变化并在地质载体中稳定保存，可用来指示特定细菌活动和环境变化，然而，关于海洋环境中BHPs的来源途径、沉降输出及沉积保存知之甚少。

本研究通过探析东海水柱和表层沉积物中iGDGTs各组分的绝对和相对丰度的垂直变化特征和沉降保存过程，揭示了东海海水和沉积物中iGDGTs特征成分与DO的关系，并建立了氧化还原指示指标。研究发现东海海水颗粒物中iGDGTs的绝对丰度在DO浓度大于2 mg/L时受奇古菌影响，而在DO浓度小于2 mg/L时受厌氧古菌影响。从海水颗粒物到表层沉积物中iGDGT-0、iGDGT-1、iGDGT-2和iGDGT-3的比例增加表明这些成分在沉积物中优先保存。水柱中的DO浓度（2-6 mg/L）与泉古菌醇相对含量（cren%）呈显著正相关，但与iGDGT-0%呈显著负相关（图1），表明东海DO水平不足以促进氨氧化古菌（AOA）的环化。然而，底层水体DO浓度与表层沉积物中的cren%和iGDGT-0%均呈显著负相关，这主要是因为在还原性更强的沉积物中iGDGTs的环化增强且厌氧古菌丰度增加。水柱和沉积物中iGDGT-0%与DO呈现一致的显著负相关，我们提出iGDGT-0%可为潜在的氧化还原指标。利用沉积柱中iGDGT-0%追踪了近几十年来东海底层水体DO浓度的变化（图2），追踪结果与监测数据吻合，进一步支持了iGDGT-0%作为氧化还原条件指标的可靠性。

图1 东海水柱和表层沉积物中iGDGTs相对含量与DO浓度的关系

图2 东海沉积柱中iGDGTs相对含量的年际变化

另一篇论文则以具有典型季节性低氧的东海陆架区为研究海域，通过系统研究东海陆架区水柱和沉积物中BHPs含量和组成变化及与物理-化学和微生物参数的耦合关系，从来源属性、沉降保存及对海水缺氧和细菌活动的响应关系三个层面评估了BHPs特征成分作为低氧和关键氮循环过程代用指标的适用性。研究发现东海陆架区沉积物中的细菌霍四醇同分异构体（BHT-II）来源于底层低氧海水中的厌氧氨氧化细菌Ca. Scalindua；海水颗粒物和表层沉积物中的BHT-II丰度及比值与厌氧氨氧化功能基因amx-16S rRNA丰度存在显著正相关，与海水DO浓度呈现显著负相关；且BHT-II在沉积物中优先保存（图3）；这些证据表明BHT-II丰度及比值是指示海水厌氧氨氧化和低氧的有效代用指标。在此基础上，首次量化提出了BHT-II比值为0.20和0.45作为海水低氧和缺氧的判别阈值。研究还发现东海陆架区沉积物中的2-甲基BHT主要来源于表层海水中的固氮蓝细菌；海水颗粒物和表层沉积物中的2-甲基BHT与蓝细菌丰度、固氮功能基因nifH丰度和固氮速率具有显著正相关；且2-甲基BHT是在沉积物中优先保存的又一重要组分；这些证据表明2-甲基BHT是指示海洋蓝细菌固氮过程的有效代用指标。同时，研究还发现东海陆架区沉积物中的氨基藿四醇和氨基藿五醇主要来源于好氧甲烷氧化菌，其在海水颗粒物和表层沉积物中的总浓度与好氧甲烷氧化菌功能基因pmoA丰度及底层海水、表层沉积物间隙水中溶解甲烷浓度具有显著相关性，但其在沉积过程中优先降解，在使用其作为好氧甲烷氧化代用指标时需谨慎考虑。

图3 长江口低氧区水柱和表层沉积物中BHPs各组分相对丰度的垂直变化

其中论文1第一作者为中国科学院海洋研究所段丽琴研究员，论文2  第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生尹美玲，宋金明研究员和段丽琴研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。 

　　相关论文和链接： 

1. Liqin Duan, Jinming Song, Huamao Yuan, Xuegang Li, Quancai Peng, 2024. Redox indication potential of isoprenoid tetraether lipids in marine environments: Insights from the East China Sea. Chemical Geology 662, 122207.   https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122207

2. Meiling Yin, Liqin Duan, Jinming Song, Jiawei Kan, Huamao Yuan, Xuegang Li, Yingxia Wang, 2024. Vertical variations of bacteriohopanepolyols near the Changjiang Estuary waters: Implications for marine hypoxia and bacterial activities. Chemical Geology, 651: 122013. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122013