（海洋化学专业论文）东海和黄海中溶解游离氨基酸的分析与分布.pdf

东海和黄海中溶解游离氨基酸的分析与分布 摘要 氨基酸是海洋有机物中有机氮的重要储库，大多数海洋有机体中的氮以氨基酸 的形式存在。海水中的氨基酸主要来自海洋生物降解过程、蛋白质水解、胞外排泄、 以及食物链的各级代谢产物。开展海洋溶解态蛋白质及其氨基酸组分的研究，将有 助于揭示海洋有机物的来源、转化、循环及其生物可利用性，为研究海洋初级生产 力的水平提供科学依据。 本论文选择中国近海具有代表性的陆架区一东海、黄海以及受人类活动影 响较大的胶州湾口和青岛外海为研究目标，对这些海域中溶解游离氨基酸( d f a a ) 的分布特征、影响因素进行了较为系统的研究，同时对微表层和次表层中d f a a 的性质进行了考察，主要研究结果如下： 1 采用邻苯二甲醛柱前衍生一高效液相色谱一荧光检测器联用技术分离测定了海 水中的主要d f a a 。海水样品无需脱盐或与浓缩，过滤后商接和衍生化试剂邻 苯二甲醛3 巯基丙酸( o p ：a 3 m p a ) 反应，然后在x d b c 1 8 柱上分离，甲醇 乙腈一醋酸盐用作流动相梯度洗脱，荧光检测器的波长设置为址x x e m = 3 3 7 n m 4 5 4 n m 。选用邻苯二甲醛_ 3 一巯基丙酸为氨基酸的衍生化试剂，且 三者的摩尔比确定为o p a - m p a ：a a ：= 2 0 ：6 0 ：l 。在选择的最佳实验条件下， 不同氨基酸测定的精密度( r s d ) 为1 ，6 2 3 8 0 ，检测限为1 1 4 6 9 7 n gl ， 海水加标回收率在9 2 1 1 0 之间，与国外同类方法相当。 2 于2 0 0 6 年4 月和7 - 8 月分别对黄海大部分海域和北黄海海水中d f a a 的分布进 行了研究。研究结果表明：春季黄海表层总溶解游离氨基酸( t 1 ) f a a ) 的浓度 范围o 1 5 1 6 3p m o l l - 1 ，平均浓度为o 6 8 士o 9 5t a m o l l ，夏季北黄海表层 t d f a a 浓度范围0 ，0 5 4 1 1 2p m o l l ，平均o 2 9 士0 1 9g m o l l 。春季和夏季 黄海表层含量较多的d f a a 均为丝氨酸( s e r ) 、甘氨酸( g l y ) 、谷氨酸( g l u ) 、鸟 氨酸( o m ) 、亮氨酸( l e u ) 。t d f a a 含量春季高，夏季低，这种季节性变化，显 然与浮游生物群落消长有着密切关系。黄海t d f a a 的含量从沿岸到外海呈逐 渐降低趋势，其来源主要是大陆河川径流带来的丰富营养盐促进了生物生产力 的提高。对微表层富集行为的研究表明，d f a a 在微表层富集，平均富集因子 ( e f ) 为1 7 7 。微表层和次表层的平均d f a a 组成一致。对d f a a 和叶绿素口 浓度相关性的研究发现二者没有明显的相关性，说明微生物及其摄食行为对 d f a a 的产生有更加重要的作用。 3 于2 0 0 6 年6 7 月对东海d f a a 的分布情况进行了研究。研究表明：表层t d f a a 的浓度范围为o 0 6 2 0 5 8 t m o l l ，平均值o 2 4 士0 1 3l a m o l l ，东海t d f a a 的水平分布受浙闽沿岸水( 主要为长江冲淡水的影响) ，t d f a a 的最高浓度出 现在长江n # t - ，不同断面t d f a a 的垂直分布与生物和环境因素密切相关。海 区t d f a a 的周日变化与海水中相应的生物过程是一致的。 4 于2 0 0 6 年5 月对青岛外海( 南黄海西岸) 微表层和次表层海水中d f a a 的分布进 行了研究。次表层t d f a a 浓度范围o 0 5 2 1 4i t m o l l ，平均浓度0 9 4 0 6 2 g m o l l ，微表层t d f a a 浓度范围0 1 l 3 1 2p m o t l - 1 ，平均浓度1 2 5 0 8 4 a m o l l 1 ，平均e f 值为1 8 9 。t d f a a 的浓度高于黄海的水平，而且次表层t d f a a 的浓度从胶州湾口向外海呈递减的趋势显示了人类输入的影响。 关键词：溶解游离氨基酸、高效液相色谱法、分布、东海、黄海 a n a i y s i sa n dd i s t r i b u t i o no fd is s o i v e df r e ea m i n oa c i d s i 1 3t h ee a s tc h i n as e aa n dy e l | o ws e a a b s t r a c t a m i n oa c i d sa l ei m p o r t a n td e p o s i t o r i e so fo r g a n i cn i t r o g e no ft h eo c e a n ，a n dn i t r o g e n i nm o s to 唱a n i s m se x s i s ti nt h ef o r mo fa m i n oa c i d s a m i n oa c i d si nt h eo c e a ud e r i v e f r o mp r o d u c t sd u r i n gt h ep r o c e s so fd e g r a d a t i o no fn l a n n eb i o l o g y , h y d r o l y z a t i o no f p r o t e i n s ，e x c r e t i o no u t s i d et h ec e l l ，a s w e l la st h ef o o dc h a i n s t u d i e so i ld i s s o l v e d p r o t e i na n dt h e i ra m i n oa c i dc o m p o n e n t sw i l lh e l pu sk n o wt h es o u r c e s ，t r a n s f o r m a t i o n ， c i r c u l a t i o na n db i o l o g i c a la v a i l a b i l i t yo fm a r i n eo r g a n i s m s , s oa st op r o v i d eas c i e n t i f i c p r o o f f o rt h el e v e lo f m a r i n ep r i m a r yp r o d u c t i v i t y i nt h ep r e s e n td i s s e r t a t i o n ，a n a l y s i sa n dd i s t r i b u t i o no fd i s s o l v e df l e ea m i n oa c i d ( d f a a ) i nt h ey e l l o ws e a ( y s ) ，t h ee a s tc h i n as e a ( e c s ) a n dq i n g d a oc o a s t a ls e aw e r e d e t a i l e d l ys t u d i e d t h em a i nr e s e a l c hr e s u l t sa l eo b t a i n e da sf o l l o w s ： 1 ar e v e r s e d p h a s eh i g hp e r f o r m a n c e l i q u i dc h r o m a t o g r a p h yc o u p l e d w i t h f l u o r e s c e n c ed e t e c t i o n ( r p - h p l c f l d ) w a sd e v e l o p e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f d f a ai ns e a w a t e r 1 1 1 ef i l t e r e dw a t e rs a m p l e sw i t h o u tb e i n gd e s a h e do r c o n c e n t r a t e dw e r ed e r i v a t i z e dw i t l lo p h t h a l a l d e h y d e 3 - m e r c a p t o p r o p i o n i ca c i d ( o p a 3 - m p a ) ，m a dt h e nt h ed e r i v a t i v e sw e r es e p e r a t e do na nx d b c 1 8c o l u m n a t3 56 c ，w i t hm e t h a n o l a c e t o n i t r i l e - s o d i u ma c e t a t es e r v e da st h em o b i l ep h a s e sb y g r a d i e n te l u t i o n t h ew a v e l e n g t h so f f l u o r e s c e n td e t e c t i o nw e r es e ta t3 3 7 n m ( x e x ) a n d4 5 4n l t l ( x e m ) o p m 3 - m p aw a su s e da sd e r i v a t i z a t i o nr e a g e n t ，a n dt h em o l e r a t i o so fo p a ：3 一m p a ：a m i n oa i c dw e r e2 0 ：6 0 ：1 m o s tk i n d so fa m i n oa c i d sc o u l d b ec o m p l e t e l ys e p a r a t e du s i n gt h i sm e t 1 0 d t h ep r e c i s i o n sw e r e1 6 2 3 8 0 t h e d e t e c t i o nl i m i t sw e r e i 4 6 9 7 n gl 4 , a n dt h er e c o v e r i e sw e r e9 2 1 1 0 f o r d i f f e r e n ta m i n oa c i d s 2 t h ed i s t r i b u t i o n so fd f a aw e r ed e t e r m i n e di nt h ey si na p r i la n dj u l y2 0 0 6 t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o n so ft d f a ai nt h es u r f a c e 、a 【e rv a i l e df r o m o 1 5t o1 6 3p m o l l 。1i ns p r i n ga n df r o m0 0 5 4t o1 1 2i _ t m o l l li ns u m m e r , r e s p e c t i v e l y , w i t ht h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f0 6 8 2 _ _ _ 0 1 9 0i x m o l l 1i ns p r i n g a n di no 2 9 0 1 9g m o l l li ns u m m e r , r e s p e c t i v e l y t h em o s ta b u n d a n td f a ai n t h es u r f a c ew a t e rw e r es e n n e ( s e r ) ，g l y c i n e ( o l y ) ，g l u t a m i ca c i d ( g l u ) ，o m i t h i n e ( o r n ) a n dl e u c i n e ( l e u ) t h ec o n c e n t r a t i o no ft d f a a w a sh i 曲e ri ns p r i n gt h a n i ns u m m e r , a n dt h i ss e a s o n a lv a r i a t i o nw a so b v i o u s l yr e l a t e dw i t hv a r i a t i o no ft h e p l a n k t o nc o m m u n i t y t h eh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o no ft d f a a i nt h es u r f a c ew a t e r d i s p l a y e dad e c r e a s i n gt r e n df r o mi n s h o r et oo f f s h o r e t h ec o n c e n t r a t i o n so f d f a aw e r eh i i g h e ri nt h em i c r o l a y e r ( m l ) t h a ni nt h es u b s u r f a c ew a t e r ( s s ) ， i n d i c a t i n gt h a td f a aw a se n r i c h e di nt h em l ，w i t ha na v e r a g ee n r i c h m e n tf a c t o r ( e f ) o f1 , 7 7 m e a nd f a ac o m p o s i t i o n si nt h em l w e r en o ts i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t b e t w e e nm la n ds sw a t e r l i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i ss h o w e dap o o rr e l a t i o n s h i p b e t w e e nc o n c e n t r a t i o n so fd f a am a dc h l a s u g g e s t i n gt h a tm i c r o o r g a n i s m s m i 曲th a v eam o r ei m p o r t a n te f f e c to nt h ed i s t r i b u t i o no f d f a a 3 t h ed i s t r i b u t i o no fd f a aw e r ed e t e r m i n e di nt h ee c sd u r i n gj u n e j u l y2 0 0 6 h o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o no ft d f a aw a sm o s t l yi n f l u e n c e db yt h ey a n g t z cr i v e r e f f l u e n ta n dt h ey sc o a s t a lw a t e r d u et ot h ey 抽g t z er i v e re f f l u e n t t h eh i g h e s t c o n c e n t r a t i o no ft d f a ao c c u r r e do f f t h ey a n g t z er i v e re s t u a r y , t h e c o n c e n t r a t i o n so ft d f a ai nt h es u r f a c ew a t e ro ft h ee c si ns u m m e rw e r e 0 0 6 2 0 5 8g m o l l 4 , w i t ham e a no f0 2 4 + - - 0 1 3i _ t m o l l q t h ed i s t r i b u t i o no f t d f a aw a sr e l a t e dw i t hb i o l o g ya n de n v i r o n m e n tf a c t o r s a sac o n s e q u e n c e ，t h e v e r t i c a ld i s t r i b u t i o no ft d f a aa l o n gd i f f e r e n ts e c t i o n si nt h ee c sw e r eq u i t e v a r i a b l e t h ed i e lv a r i a t i o no ft d f a ai nt h eu p p e rw a t e rw a sc o i n c i d e n t a lw i t h r e l a t e db i o l o g i c a lp r o c e s s e s i nt h ee v e n i n g ，a ni n c r e a s ei nb o t hb a s i ca m i n oa c i d s a n dt d f a aw a so f f s e tp a r t l yb yac o r r e s p o n d i n gd e c r e a s ei na c i d i ca m i n oa c i d s 4 t h ed i s t r i b u t i o n so fd f a ai nt h em la n ds si no f f s h o r es e ao fq i n g d a ow e r e m e a s u r e di nm a y2 0 0 6 t h ec o n c e n t r a t i o n so ft d f a aw e r eo 0 5 2 ，1 4 ”m o l l l i nt h es s ( m e a n ：0 9 44 - 06 2u m o l l 一、a n do 11 3 1 2 u m o l l 一i nt h em l ( m e a n ： 1 2 5 o 8 4 l a m o l l 。) ，r e s p e c t i v e l y d f a ay e a se n r i c h e d i nt h em k ，v d t ha n a v e r a g ee f o f1 8 9 t h ec o n c e n t r a t i o no ft d f a ai nt h es sd e c r e a s e d f r o m j i a o z h o um o u t ht oo f f s h o r es e a ，d u et ot h ee f f e c to ft e r r e s t r i a li n p u t ，w h i c hw a s d i f f j r e n tf r o mt h a ti nt h em l k 盯w o r d s ：d f a a ，h p l c ，d i s t r i b u t i o n ，e a s tc h i n as e a ，y e l l o ws e a 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 注! 垫避 直基鱼盏墓挂型直明趁：奎拦巫窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：鸯静 签字日期：汐口7 年6 月l 曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权 书) 学位论文作者签名：霹静 签字日期：工6 0 7 年占月f 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师擗# 勺彩r 】| 8 签字日期：矽年月 电话： 邮编： 东_ 每和黄海中溶解游离氨摹酸的分析与分布 0 前言 海水中的含氮有机物主要是海洋动植物蛋白质及其分解产物肽和游离氨基酸。 在有机物迁移和转化机制中，蛋白质氨基酸所起的作用很大；首先蛋白质及其分解 产物氨基酸是海洋异养生物的主要营养来源；其次，它的分鳃以及与其它类型的有 机物进行的一系列生物和化学过程，给海水中的有机物以一定的特征，如海水中的 n i - 1 4 + ( n h 】) ，、n 0 3 。、n 0 2 - 、h z s 等大部分都是蛋白质氨基酸的分解产物。氨基酸 主要产，主于缀赡豹生长代谢及生物残体碎窟的分解过程，莫地球化学行为菲常活跃， 开展海洋溶解态蛋白质及其氨基酸组分的研究，将有助于揭示海洋溶解有机碳的来 源、转化、循环及其生物可利用性。 关于海水串蛋自质氪基酸韵研究，旱在五六十年代就开始受到重视了。主要默 三方面展开研究，其一是着重海水中氨基酸的提取和鉴定方法的建立和完善；共二 是在这个基础上全面展开了海水中氨基酸的研究，对地球上各大洋及沿岸、海湾、 河口、内海海盆中氨基酸的分布、转化和迁移特征的研究；其三是关于浮游植物、 动物及细菌中蛋白质氨基酸的组成，海水食物链中氨基酸的吸收和排泄作用及季节 性的影响，以及海洋生物对海水中氮基酸循环所起的重要作用。与此同时，还对淡 永【如洞水、湖水以及沉积物的间隙水) 进行类似的研究，并将其结果与海水的研 究结合起来进行对比，以总结出海水中蛋白质氨基酸普遍的和特殊的生物地球化学 特征。这几项研究在四大洋都展开过，研究程度较深的有太平洋和大西洋，一些内 海、封闭海铸、海湾、海峡中的氮基酸也有研究，如黑海、英吉利海峡、地中海和 北海。苏联和美国对海水中氨基酸的研究开展得较早，而且研究程度较深。英国、 德国、瑞士等国家的科学家也开展了这方面的工作。然而，在我国，尽管有关海水 中有机物的研究有不少报道，但有关氨基酸的研究却极少。纪明侯等( 1 9 9 2 ) 于1 9 8 0 1 9 8 1 年首次对青岛胶卅i 湾内颗粒氨基酸( p a a ) 含量在不同站位和不同季节中的变 化特征进行调查研究，继而于1 9 8 2 年7 月、1 9 8 3 年1 0 f l 和1 9 8 4 年5 、7 、8 月前后首次 研究了渤海湾、黄河口和长江口跗近水域中颗粒氮基酸的组成与含量在不同站位中 的分布( 张星君，2 0 0 4 ) ，他们还于1 9 8 1 和1 9 8 2 年迸一步研究了长江口外东中国海， 东海和黄海中溶解游离氮基酸的分析与分布 包括福建省外海、济州岛附近海域和黑潮流域表层海水和部分站位上不同水深中的 p a a 的组成和含量( 李烈英，2 0 0 4 ) 。并于1 9 8 6 年1 月一1 1 月分析胶州湾1 0 个站位表层 和底层海水中d f a a 的组成、含量的分布及其季节变化( 陆田生，1 9 9 6 ) 。氨基酸含 有的交换能力很强的功能基团，对海洋中污染物质如放射性核素和重金属等从海水 中的清除以及在沉积物中的迁移和分布起着重要的作用。国内对海洋沉积物中氨基 酸的研究和报道比较少( 王将克，1 9 9 1 ；唐运千，1 9 9 5 ) 。牟德海( 2 0 0 2 ) 报道了采 自大亚湾近岸海域的沉积物柱样中的水解和游离氨基酸的分析结果，并对水解和游 离氨基酸含量和组成随深度的变化以及游离氨基酸和水解氨基酸的相关性进行了初 步的分析和讨论。然而，对整个中国邻近海域溶解氨基酸的分布特征、来源及其季 节变化规律缺乏深入、系统认识。 因此，我们在查阅人量文献的基础上，选择了中国近海有代表性的陆架区，东海、 黄海为研究区域，系统地研究这些海域中溶解游离氨基酸的分布、时间变化及影响 因素，希望能丰富我国在海洋溶解氨基酸领域的研究内容，以期为研究中国近海水 域初级生产力的水平提供科学依据。 2 东海和黄海中溶解游离箕基酸的分析与分布 1 文献综述 1 1 海水中氨基酸的概况 海洋的生产力是由有限的几种元素决定的，而真光层中浮游植物的生长主要受 氮的控制。氨基酸是海洋有机物中有机氮的重要储库，大多数海洋有机体中的氮以 氨基酸的形式存在。海水中的溶解态氨基酸约占总溶解有机氮的1 0 ( d i t t m a re t a 1 ，2 0 0 1 ) ，颗粒态氨基酸平均占海水中总氮的4 9 2 0 ( b e h r e n d se ta 1 ，1 9 9 9 ) 。关 于氨基酸在海洋浮游生物( d e g e n se ta 1 ，1 9 7 6 ；t a n o u ee ta 1 ，1 9 8 2 ；c o w i ee ta 1 ，1 9 9 6 ) 、悬 浮和沉积颗粒物中( l e ea n d c r o n i n ，1 9 8 2 ，1 9 8 4 ；i t t e k k o t e ta 1 ，1 9 8 4 a ，b ；c o w i ea n d h e d g e s ，1 9 9 2 ；c o w i ee ta 1 ，1 9 8 4 ) 以及海底沉积物( w h e l a n ，1 9 7 7 ；h e n r i c h se t a 1 ，1 9 8 4 ；h e n r i c h se t a l ，1 9 8 4 ) 中的地球化学行为已经知道得很多了；然而，关于氨基 酸对总有机碳的贡献研究的却不多。m u k l l e re ta 1 ( 1 9 8 6 ) 发现s c o t i a 海悬浮物中氨 基酸占总有机碳的3 2 5 1 ，但他们只收集了大于7 5 i _ t m 的颗粒。l e e 等( l e ee t a 1 1 9 7 5 ) 发现d f a a 只占东赤道太平洋d o c 的o 3 ，p a a 通常占真光层中总颗 粒有机碳的5 0 ，而到深海仅为2 0 ( s i e z e ne ta 1 ，1 9 7 8 ) 。对海水中氨基酸的源和 汇以及分布的研究是探讨有机氮的生物地球化学循环的必然。近十年来，研究者们 在全球范围内对海水中氨基酸的来源、分布以及迁移变化过程进行了大量的研究工 作，取得了很多宝贵的数据，以下对这些研究成果进行总结。 1 1 1 海水中氨基酸的来源 海洋有机物的供给源可分为外源和内源( 王将克等，1 9 9 1 ) 。海洋氨基酸的内源 可统称为生物群或生物区系通过光合作用将大气中的无机碳转化为海洋有机碳。浮 游植物通过光合作用合成自身必要的养分，在其新陈代谢过程中由细胞进行排泄； 同理，浮游动物在新陈代谢过程中也释放一定量的游离念或结合态的氨基酸。海洋 的动物和植物死亡后，体内组织自溶酶的作用能促使其尸体进行分解，游离态和结 合态的氨基酸是这种分解作用的中间产物。它们可能未被细菌所消耗就扩散进入周 东海和黄海中溶解游离氮基酸的分析与分布 围的水体，成为水体氨基酸的一部分。细菌群落富含d 氨基酸，而浮游植物和其它 初级生产者所含的氨基酸几乎全是l 一对映体( j e r g e n s e ne ta 1 ，1 9 9 9 ) 。海洋中微生物 对蛋白质物质的分解，使海水中氨基酸呈现出经历过成岩改变的特征，如丙氨酸和 甘氨酸占主要比例、n 型氨基酸的出现、细菌的d 丙氨酸和d 谷氨酸比例的增加 等。非生命的消旋化和无机降解同样产生d 一氨基酸，但如果有活跃的细菌的话，这 些过程因为缓慢可以忽略不计。早期的关于固相萃取c u 配位体离子交换色层法( l e e e ta 1 ，1 9 7 7 ；b a d ae ta 1 ，1 9 7 9 ) 及超滤( c a r t h ye ta 1 ，1 9 9 8 ) 从海水中分离出的溶解 有机氮组分表明，一些氨基酸的d 对映体在海水中有比较大的浓度。甘氨酸的d 组分最高，达5 0 。甘氨酸，天门冬氨酸，以及谷氨酸是肽聚糖一细菌细胞膜的结 构生物聚合体的主要组分。构成细胞壁的组分大概比主体有机物更不易被生物降解 ( t a n o u e e ta l ，1 9 9 5 ；n a g a t a e ta 1 1 9 9 8 a ) ，这样就使d 一氨基酸在成岩作用中得以积聚。 外源是指河流，大气和海洋沉积物。陆地有机物通过降水带入河流，最后流入 海洋，这是海洋蛋白质残留物来源的方面。经河流进入海洋的有机物，与河水流 量、季节河口区水体物理化学因素等的变化有关。关于大气向海洋输入有机质的研 究过去甚为缺乏，但目前已有充分的数据表明，大气输入是海洋有机物的重要来源 之一。m o p p e r 等( 1 9 8 7 ) 报道了海洋降水中存在较高浓度的平均6 5g m 的d f a a ， 它们增加了海洋表层的可利用的氮源，或许因此引发了区域生产力的繁荣，这些氨 基酸中l 构型占主导，说明这些氨基酸主要是生物来源。大气中有机物的一部分是 来源于土壤中的颗粒物，这些颗粒物应该是含有蛋白质氨基酸的。另外，富含蛋白 质的花粉也可随降水进入海洋，所以大气对海洋中的氨基酸应该有所贡献。 1 ，1 2 海水中氨基酸的存在状态 海水中氨基酸的存在状态是对应于有机质分类的，通常指将海水样品用玻璃纤 维膜或银膜过滤，滤下的海水中的氮基酸称之为溶解氨基酸( d t a a ) ，而留在滤 膜上的氨基酸称为颗粒氨基酸( p a a ) 。d t a a 又分为两种，要经水解才能进行氨 基酸分析的组分称为溶解结合氮基酸( d c a a ) ，而不经水解就能直接检测出的氨 基酸组分称为溶解游离氨基酸( d f a a ) 。 4 东海和黄海中溶解游离氨基酸的分析与分布 r 颗粒氪基酸( p a a ) 海水中氨基酸r 溶解游离氨基酸( d f a a ) l 溶解氮基酸( d t a a ) j l l 溶解结合氨基酸( d c a a ) 氨基酸的电荷性质可自会影响它们在海洋环境中的动力学行为，因此也有的学 者根据其侧链的官能团将其划分为酸性、碱性、中性、含芳香环以及羟基氨基酸几 类( d a u w ec ta 1 ，1 9 9 8 ) 。 1 1 2 1d f a a d f a a 通常是指可被异养利用的化合物，但也往往包括氨基酸与金属( d e g e n s e ta 1 1 9 6 7 ；d e g e n s ，1 9 7 0 ) 或其它有机化合物结合形成“束缚”形式的氨基酸，它们 的实际存在形式对异养生物可能是无效的( m o p p e r , 1 9 8 6 ) 。d f a a 只代表海水中总溶 解氨基酸的约1 ，却是自养和异养生物重要的氮源，其周转速率很快。海水中含 量较高的d f a a 为谷氨酸( g l u ) 、甘氮酸( g l y ) 、精氨酸( a r g ) 、亮氨酸( l e u ) 、 鸟氨酸( o m ) 、丝氨酸( s e r ) 等，d f a a 含量中以中性氨基酸最多，碱性者次之， 酸性者最少。d f a a 是海水中最易受生物过程影响的组分，其释放和摄取与浮游植 物和细菌紧密结合在一起( 王将克等，1 9 9 1 ) ，浮游植物不仅是海水中d f a a 的主 要生产者，同时也是d f a a 的消耗者( 陆田生等，1 9 9 7 ) 。j i mb r a v e n 等( 1 9 9 5 ) 通过在实验室培养取自海水中的浮游植物细胞并测量不同生长阶段的氨基酸浓度 发现：生长健壮的浮游植物是海水中游离氨基酸的积极贡献者，这能更加接近真实 环境地观察氨基酸的来源和消耗。海水中氨基酸浓度的变化可归因于一系列与海洋 环境中游离氨基酸通量相关的过程，包括( 1 ) 生物群落的胞外释放物，包括游离 氨基酸或可水解的蛋白质或肽：( 2 ) 浮游动物摄食时的残留：( 3 ) 活体细胞的溶解 破坏；( 4 ) 死的或将死的细胞物质的分解；( 5 ) 生物群落的利用：( 6 ) 表面吸附的 损失。 在深海几乎见不到d f a a 的踪影，d f a a c a a 通常低于0 ，l ( k i r c h m a ne t a l ，1 9 8 4 ；c o f f i n ，1 9 8 9 ；k e i le ta 1 ，1 9 9 9 ) ；但在海水微表层d f a a 相对d c a a 比下层海 水更加富集，d f a a ：d c a a 可达到o 1 5 o 3 0 ( h e n r i c h s 毗a 1 ，1 9 8 5 ；c a r l u c c ie t a l 。，1 9 9 2 ) 。而d f a a 在微表层更加富集可能是因为d c a a 具有更大的表面活性，更 东海和黄海中溶解游离氨基酸的分析与分布 容易吸附在微表层含量较多的颗粒上，而d f a a 易发生变化并且很快被海洋生物 利用。 1 1 2 2d c a a d c a a 包括新生成的蛋白质、修饰过的蛋白质以及吸附于泥土和腐殖质上的组 分。d c a a 在各种海洋环境，包括开阔大洋( w i l l i a m s ，1 9 8 6 ) 、河1 2 1 ( c o f f i n , 1 9 8 9 ) 以 及沉积物( m a y e re ta 1 ，1 9 8 6 ；b u r d i g ee ta l ，1 9 8 8 ) ，在氮循环中扮演了重要的角色，是 海水有机氮中最大的确定组分( 1 5 ) ( s h a r p ，1 9 8 3 ；w i l l i a m s ，1 9 8 6 ) ，d c a a 的浓 度在o 2 1 5 p m ( l e ee ta 1 ，1 9 7 7 ；m o p p e r e t a l ，1 9 8 2 ：w i l l i a m s ，1 9 8 6 ；c o f f m ，1 9 8 9 ) 。但 关于它们在海洋环境中的源和汇以及动力学却知之甚少。d c a a 的大部分( 9 d ) 都包含在小分子量的肽段中，因此可能是浮游植物释放或异养细菌降解的结果。即使 蛋白质是d c a a 的最主要组分，非生物变化仍可能产生惰性的不被认为是蛋白质的 d o m ，其中一种转化机制是蛋白质中的一级氨基酸直接与糖反应形成稳定的共价加 合物。有的学者( h o l l i b a u g he ta 1 19 8 3 ；k e i le ta 1 ，1 9 9 3 ) 发现至少在d e l a w a r e 海湾， 蛋白质只是细菌生长的次要c 和n 源，k e i l 等( 1 9 9 9 ) j 匿过海水培养也得出同样的结 论，发现在1 4 次实验中的9 次中，d f a a 和铵都支撑了全部的细菌生长，而d c a a 只在三分之一的时间中是细菌生长的基质，估计细菌生长利用蛋白质的剧期应与 d f a a 相等或更长。在d f a a 浓度高时细菌对蛋白质的利用率受d f a a 的控制，这 证明了d c a a 的吸收部分地受d f a a 的控制的假设。 1 1 2 3p a a 颗粒有机物质( p o m ) 主要由蛋白质、碳水化合物、脂类等组成，p o m 中蛋 白质含量以颗粒氨基酸( p a a ) 表示。大洋中颗粒有机物主要来自海洋生物的排泄 物和生物分解而成的碲屑；河口区的海水颗粒有机物主要是由河流和风从陆地带入 海洋的。颗粒有机物的组成非常复杂，是许多物质的混合体。颗粒有机物在某种适 宜的条件下可以迸一步分解，变成溶解有机物及其它产物，如各种氨基酸、叶绿素、 糖类、类脂化合物和三磷酸腺苷等。在大洋水的颗粒有机物中，通常还结合4 0 7 0 左右的硅、铁、铅、钙等无机物( c o w i ee ta 1 ，1 9 8 4 ) 。据分析表明( l e ea n d c r o n i n ，1 9 8 2 ，1 9 8 4 ) ，颗粒有机物中有3 是活的海洋生物。颗粒有机物是海洋食物链 衷海和黄海中溶解游离氮摹酸的分析与分布 中的重要一环，它可从表层逐渐下沉到海底，部分可能被底栖生物所捕食，大部分 则变成海底沉积物。在大洋的上层水中，颗粒有机物的含量相对较低，若以其含碳 量表示，仅有溶解有机碳的十分之一，而在海洋深处则更小，只有五十分之一。近 岸海域颗粒有机碳较大洋海域要高1 0 1 0 0 倍左右。纪明侯等( 1 9 9 2 ) 于1 9 8 3 年 和1 9 8 4 年首次对青岛胶州湾海水中颗粒氨基酸的组成和含量变化及季节变化进行 了调查研究胶州湾表层海水中颗粒氨基酸组成中含量较多的有天冬氨酸( a s p ) 、 谷氨酸( g l u ) 、丙氨酸( a l a ) 、甘氨酸( g l y ) 、赖氨酸( l y s ) 、苏氨酸( t h r ) 、丝 氨酸( s e r ) 和精氨酸( a r g ) 等。酸性、碱性和中性氨基酸的比例约为：2 6 3 0 ， 1 2 1 4 ，5 0 6 2 ，与浮游植物( 纪明侯等，1 9 8 5 ) 和浮游动物( c o w e ye t a l ，1 9 6 3 a 、 b ) 的氨基酸比例近似。l i e b e z e i t 等( 1 9 8 6 ) 曾报道过南极的b r a n s f i e l d 海峡，其g l u 和a s p 是主要颗粒氨基酸，然后是g l y ( + t i n - ) 和s e r ，说明其上层水中浮游植物 生长旺盛；而岩成物质都表现出显著的甘氨酸信号。b r i g i t t e 等( 1 9 9 9 ) 发现位于 丹麦和荷兰之间的w a d d e n 海，甘氨酸和酸性氨基酸占主导。甘氨酸同样是深海沉积 物的主要组成部分( i t t e k k o te ta 1 ，1 9 8 4 a b ；w a k e h a me ta 1 ，1 9 8 4 ) 。 1 1 3 海水中氨基酸的分布 1 1 3 ，1 空间分布 氨基酸在海洋中总的分布是表层水浓度较高，深层水浓度较低：近岸、河口区 浓度较高，大洋区域浓度较低，且有较明显的季节性交化( 表1 1 ) 。从海洋垂直或 纵向来看，内陆海盆中的氨基酸分布自表层以下总浓度随海水的盐度、溶解氧等因 素变化而出现突变；大洋沿岸总氨基酸的垂直分布是表层和底层浓度高，中问层低， 这是它们处于特殊的地理位置、近岸受陆源河水或污水污染所致( c l a r k e ta 1 ，19 7 2 ) ； 雨开阔大洋中的游离氨基酸的垂直分布却是自表层往下降低，颗粒氯基酸的情况类 似，其降低的速率与大洋的海底上升流有关，上升流将海底部分沉积颗粒质向海水 上层输送，使海水中氨基酸浓度有所增加，故表层以下浓度降低的速度就小些( l e ee t a 1 ，1 9 7 5 ) 。真光层中p a a 的含量在大洋沿岸为0 3 7 0 2 2 6 0 t m o l l 一，开阔大洋为0 0 9 0 0 2 6 0p _ m o l l 一。p a a 的浓度随深度增加下降得很快，2 0 0i 1 以下稳定在0 0 1 0 0 4 0 t m o l l 。l e e 等1 2 0 0 0 ) 发现悬浮颗粒物中氨基酸的浓度随深度增加快速降低，在 7 东海和黄海中溶解游离氨基酸的分析与分布 2 5 0m 以下仅为1 肛gl 一。 袭1 1t d f a a 在全球海水中的分布 t a b l e l 1l i t e r a t u r ed a t af o rt d f a ac o n c e n t r a t i o n si nw a t e ro f g l o b a lo c e s 图1 1 和图1 ，2 ( m o p p e r e ta 1 ，1 9 8 2 ) 是封闭式海盆波罗的海海水表层至海水一沉积 物交界面( 0 1 7 0 m ) 之矧海水总溶解游离氨基酸含量及各氨基酸的组成随深度的 变化。由图可见，在7 5m 处出现一浓度突跃层，在这一层中t d f a a 浓度略有增加， 在这一层附近碱性氨基酸的含量增大，这可能与异养活性增加有关。t d f a a 浓度和 组成随深度最大的突变是发生在含氧一缺氧交界层附近，在这一层附近，t d f a a 和碱 性氨基酸含量增至最大，其它类型氨基酸的组成减少也最大。这种突变可能是层与 层之问环境因子的突变，导致微生物群的密度突变，特别是在含氧一缺氧交界层中微 东海和黄海中溶解游离氰基酸的分析与分布 生物的数量很低。 e 鞋 * 游离氰基酸和 安的浓度( pm o d 图1 ，i 波罗的海站1 9 7 9 年5 月各深度海水中总溶解游离氨基酸和铵( n h 4 + ) 含量变化 f i g 1 1d e p t hv a r i a t i o n si nt d f a a ( p m ) a n da m m o n i u m ( i _ t m ) , b a l t i cs e as t