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我所在大洋热液环境四醚类生物标志物表征领域取得新进展

时间:2022.03.24 来源:资环中心 字号

近日,我所在大洋热液环境四醚类生物标志物(GDGTs)表征领域取得新进展。研究结果以“Improved protocols for large-volume injection and liquid chromatography–mass spectrometry analyses enable determination of various glycerol dialkyl glycerol tetraethers in a small amount of sediment and suspended particulate matter”为题发表于地球科学领域国际TOP期刊《Chemical Geology》上。

甘油二烷基甘油四醚类化合物(GDGTs)是一类由古菌/细菌产生的细胞膜脂成分,广泛存在于海洋、湖泊、泥炭以及热液和冷泉等环境中;GDGTs作为一类新兴的古环境研究生物标志物,已广泛用于海洋、极地和陆相古环境及生物地球化学过程研究。通过测定沉积物岩芯中的GDGTs对古温度的重建,可以反演海洋和陆地气候变化历史。然而,目前广泛使用的海洋沉积物GDGTs测定方法,存在样品用量大(一般5–10 g)的问题,对于深海、超深渊和热液区等获得难度较大的沉积物岩芯样品,常常因为样品量不足导致无法满足各类GDGTs的系统表征和精准测定。此外,对于开阔大洋海水悬浮颗粒物中GDGTs的检测,通常要对几百升甚至上千升海水悬浮颗粒物进行收集,制约了对深海悬浮颗粒物GDGTs研究的开展。

针对上述问题,我所科研人员创新地将液相色谱大体积直接进样技术(LVI)与大气压化学电离质谱(APCI-MS)方法联用,结合加速溶剂萃取GDGTs的样品前处理方法,建立了一种适用于少量/半微量海洋沉积物和悬浮颗粒中各种GDGTs测定的新方法(图1)。该方法仅需0.02–0.10 g海洋沉积物样品即可实现各类GDGTs (isoGDGTs、H-GDGTs、brGDGTs和OH-GDGTs)及其结构类似物(Archaeol、GDDs和GMDs)的全面表征和准确定量;而仅需过滤收集10 L开阔大洋海水中的悬浮颗粒物样品,就能满足大洋悬浮颗粒物中GDGTs测定灵敏度要求。与传统方法相比,该方法大幅提升了对各类GDGTs检测灵敏度、减少了样品用量,提高了样品分析效率;对于珍贵的极地、热液、冷泉及超深渊海域环境/地质样品,保证了一份样品获得尽可能多的测试数据。

随后,我所科研人员采用该方法对西南印度洋中脊两个典型热液区(Longqi, Tianzuo)沉积物环境中的各类GDGTs进行了全面表征,根据不同类群GDGTs(图2)特别是对热液活动具有指示作用的H-GDGTs的指纹特征和诊断比值的分析,阐释了热液活动对周边海域沉积物有机碳库的影响,为评价热液活动对海底沉积环境的影响提供了新思路。此外,科研人员还对采自东印度洋的海水悬浮颗粒物GDGTs进行了分析,率先阐明了亚印太交汇区海域表层和叶绿素最大层海水中GDGTs的分布特征,而基于表层海水悬浮颗粒物isoGDGTs的TEX 86指标计算的海表温度与原位测定得到的表层海水温度相近,说明GDGTs在东印度洋古温度研究领域具有良好的应用潜力。

我所2019级海洋化学专业研究生王愉宁同学为相关研究论文的第一编辑,陈军辉研究员为通讯编辑。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254122000870

 

 

图1 高效液相色谱-大气压化学电离质谱大体积进样新技术高灵敏度检测微量沉积物/悬浮颗粒物中的GDGTs

 

图2 西南印度洋中脊采集的热液区沉积物样品中各类GDGTs的相对丰度图。黑色实心正方形用实线表示isoGDGTs、BrGDGTs、H-GDGTs和OH-GDGTs的总浓度,水平条形图显示它们的相对丰度。LQ1表示龙祈热液区1号沉积物样品、LQ2表示龙祈热液区2号沉积物样品、TZ表示天作热液区沉积物样品


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