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超高分辨率质谱分析技术“破译”湖泊富营养化研究难题

本文摘要:湖泊富营养化引发的蓝藻愈演愈烈造成水体中有大量藻源性沉淀有机质(dissolvedorganicmatter,DOM),从而影响湖泊中污染物环境不道德及湖泊系统生物地球化学过程。生物可利用性是DOM的一个最重要特征,与湖泊中的碳氮循环、生物群落结构物种形成、新兴有机污染物水解等密切相关。 但传统DOM生物可利用性检测技术——生物疫苗法耗时较长,且有利于分析DOM中活性、半活性和无以水解组分特征。

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湖泊富营养化引发的蓝藻愈演愈烈造成水体中有大量藻源性沉淀有机质(dissolvedorganicmatter,DOM),从而影响湖泊中污染物环境不道德及湖泊系统生物地球化学过程。生物可利用性是DOM的一个最重要特征,与湖泊中的碳氮循环、生物群落结构物种形成、新兴有机污染物水解等密切相关。

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但传统DOM生物可利用性检测技术——生物疫苗法耗时较长,且有利于分析DOM中活性、半活性和无以水解组分特征。中国科学院南京地理与湖泊研究所江和龙课题组博士生白雷雷等研究人员自行设计建构了一组四级引流式生物膜反应装置(4-StagePlug-FlowBioreactor),用作DOM生物可利用性较慢检测。与普通生物疫苗法比起,此生物检测装置可在4天内获得等同于传统疫苗法56天的DOM水解亲率,同时还能用作分析DOM组分与其分解成微生物群落特征间的关系。

太湖蓝藻水华愈演愈烈时溶解性有机质的生物可利用性分析及无以水解有机质(还包括有机氮)分子种类变化通过应用于四级引流式生物反应装置,找到藻源DOM中活性和半活性部分占到总体的79%,但无以水解组分也不可忽视,DOM的活性与分解成细菌群落多样性成偏移关系,无以水解组分有助提升微生物群落多样性。融合三维荧光–平行因子分析、高效液相色谱–三维荧光、超强高分辨率质谱(ESI-FTICR-MS)分析技术,指出亲水性腐殖类组分比疏水性腐殖类组分生物活性较低,芳香性较低、水解程度低且含氮非常丰富的DOM分子更容易被微生物利用,水解转化成后主要产物为脂类物质,而无以水解物质主要是丰羧基脂环族分子。另外,研究还找到,藻源性沉淀有机质的分解成转化成造成无以水解有机氮分子种类减少近4倍,从而反感影响湖泊内有机氮构成。该研究结果有助提升水体DOM生物可利用性分析的效率,也加剧了对湖泊中DOM的环境不道德和归趋,及其环境和生态效应的了解。

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上述成果以TowardQuantitativeUnderstandingoftheBioavailabilityofDissolvedOrganicMatterinFreshwaterLakeduringCyanobacteriaBlooming为题在线公开发表在《环境科学与技术》(EnvironmentalScienceandTechnology)上。该项工作获得了国家自然科学基金和中科院创意交叉团队等项目资助。


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