近日，中国科学院海洋研究所海洋生源物质循环与碳汇过程研究团队在Chemical Geology发表两篇微生物四醚膜脂对中国东部边缘海海水温度指示作用的研究成果，揭示了中国东部边缘海沉积物中古菌羟基化甘油二烷基甘油四醚（OH-isoGDGTs）以及细菌支链甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）的来源，在此基础上，构建了适合中国东部边缘海海水温度反演的微生物四醚膜脂指示新体系，为在全球变化背景下边缘海水温度重建提供了新的视角。

海水温度重建是古海洋学研究的核心内容之一，也是理解全球气候演变及生态环境响应的关键一环。OH-isoGDGTs作为一类新型古菌膜脂isoGDGTs，因其主要来源于海洋自生古菌且对陆源输入敏感性较低，展现出作为边缘海温度指标的潜力。支链甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）是细菌膜脂中的一种四醚化合物，其甲基化程度通常随温度升高而降低，同样是极具潜力的海水温度代用指示物。近年来，基于微生物四醚膜脂的温度指标虽广泛应用于古海洋温度重建，但在受陆源输入影响的边缘海，其可靠性除受陆源输入影响外，还受到异构体效应、季节性和不同水层生产偏好等因素的干扰，限制了其作为边缘海海水温度代用指标的准确应用。

针对上述问题，研究团队分别对中国土壤及东部边缘海悬浮颗粒物、表层沉积物中的OH-isoGDGTs和brGDGTs进行了综合研究。发现OH-isoGDGTs浓度在水体中随深度增加而显著升高，底层水体浓度平均为表层的1.9倍。沉积物中OH-isoGDGTs组成与底层水体颗粒物高度相似，而与表层水体差异显著，表明沉积物中的OH-isoGDGTs主要来源于底层水体古菌的生产与沉降（图1，2）。基于沉积OH-isoGDGTs的系列温度指标（如RI-OH、RI-OH′、OHC和TEX86OH等）与底层海水温度的相关性显著优于表层海水温度，且与夏、秋季温度关系最为密切。基于此，新构建了4个暖季底层海水温度的区域重建公式，其中RI-OH指标重建误差最低（RMSE仅1.40 °C），显著优于传统TEX86系列指标（图3）。

图1 OH-isoGDGTs在中国东部边缘海表层沉积物与上覆水体中的分布特征

图2 中国东部边缘海沉积OH-isoGDGTs的浓度、相关代用指标分布以及年均表、底层海水温度分布

图3 OH-isoGDGTs指标重建暖季底层海水温度的偏差，虚线代表RMSE，即1.4 ℃

海洋自生对研究海域沉积brGDGTs的贡献介于33.2%~59.6%，高值出现于渤海（图4）。与5-甲基异构体相比，6-甲基brGDGTs的甲基化指数更加有效地记录了海水温度的变化（图5）。此外，由于研究区域海水温度全年保持在冰点以上并支持持续的brGDGTs生产，沉积brGDGTs重建温度为年均而非季节性海水温度。同时，由于深层brGDGTs贡献较小，沉积brGDGTs主要记录表层海水温度。基于双环6-甲基brGDGTs与海水温度之间的响应关系，研究建立了适用于中国边缘海的温度指标MBT’6Me-c，该指标受陆源输入干扰较小，是重建边缘海年均表层海水温度的可靠工具。

图4 中国东部边缘海沉积物brGDGTs的来源（CR，长江；YR，黄河）

图5 中国东部边缘海沉积物brGDGTs指标MBT'6Me-c与海水温度的相关性

微生物四醚膜脂在中国东部边缘海海水温度的差异化指示作用可能源于古菌和细菌在边缘海不同水层的生态位差异。在表层，以NH4-N为底物的氨氧化古菌难以与浮游植物竞争NH4-N。浮游植物消耗NH4-N的同时产生的新鲜有机物可被异养细菌迅速利用，刺激了表层异养细菌的生产。此外，表层相对强烈的太阳辐射也对氨氧化古菌的生长产生了负面影响。在底层，由于光照限制与浮游植物竞争的胁迫减弱，沉积颗粒有机物矿化释放的NH4-N可被氨氧化古菌用来介导硝化过程，氨氧化古菌特征性氨单加氧酶基因（amoA）定量分析的研究结果也证明了底层更高的氨氧化古菌丰度。这一新发现对揭示边缘海水温度变化及预测未来气候变暖下的海洋响应具有重要科学意义。

两篇论文的第一作者分别为中国科学院海洋研究所泮枫敏特别研究助理和王愉宁博士研究生，袁华茂研究员和宋金明研究员为论文的共同通讯作者，李学刚、段丽琴、王启栋以及海洋一所陈军辉等为论文共同作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。

论文信息：

Pan F M, Yuan H M*, Song J M*, Li X G, Duan L Q, Wang Y Q. 2025. BrGDGTs sources in eastern China marginal seas and their constraints on seawater temperature reconstruction. Chemical Geology, 676: 122624. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.122624.

Wang Y N, Yuan H M*, Song J M*, Chen J H, Pan F M, Wang Q D, Li X G, Duan L Q, Li N, Wang Y Q. 2025. OH-isoGDGTs as a paleothermometer for bottom seawater temperature in the eastern China marginal seas. Chemical Geology, 683: 122768. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.122768.