海洋中天然高分子有机物来源、结构物片以及碎屑小生境非平衡态现象的研究

海洋高分子有机物在水生态系统中具有很重要的作用。以生化稳定性为特征的腐植质能促进生物细胞的呼吸和营养盐吸收；腐化过程使生化反应的中部分生物转化为相对的物质从而增加生态系统中有机物的稳定性；腐植质还参与液－液、液－固和气－液界面过程对许多微量元素的生物地球化学循环有很大的影响。论文首次用GDX－102树脂从硅藻代谢产物和分解产物中分离提取腐植质（EHS、DHS）以及乙醇可溶物（EES、DES）。用~1H-NMR、IR和紫外光进行结构分析并同海水腐蚀植质（HS）和乙醇可溶物（ES）进行比较。在测定~3H-NMR谱时，样品先在加有NaOD和D_2O溶液中溶解50天，结果得到结构信息十分丰富的谱图。HSEHS和DHS经碱水解后，许多小分子（如甲酸、甲醇、醋酸等）从大分子网络中释放出来，在~1H-NMR谱中出现许多离散尖峰，反映了它们前体物质的相似性。HS、EHS、和DHS都含有较多的高支链烷烃、碳水化合物和氨基酸结构及少量的芳烃和杂环化合物。另外，EHS和DHS中含有许多活性基团如腈基（可能是蛋白质、核本和卟啉的分解产物）、参键等，说明其仍处于腐植化过程中。结果表明，浮游植物分解产物和代谢产物是海水植质的重要来源。~1-NMR和IR谱表明，ES、EES和DES结构差别较大。ES和DES含有大量高支链烷烃（可能来源于藻类中的类脂化合物），而在EES中烷烃含量相对很少。ES、EES和DES具有不同类型的羰基（IR谱上的吸收峰分另为1720cm~(-1)、1750cm~(-1)、1680cm~(-1)）；另外，三者与氧、氮相连的α－碳上的质子类型也有很大不同。EES的低含量高支链烷烃（高支链烷结构不易被细菌降解）以及DES中含有复杂的降解产物组份表明它们潜在的不稳定性。海洋环境中广泛存在着松散的絮状聚合物－－海洋雪。海洋雪是光合作用过程和营养盐循环的重要场所，作为大洋中特殊微环境－－碎屑小生境具有和周围水体明显不同的生化性质，如有很高的新陈代谢活性，在海洋的物质、能量流动中起着重要作用。实验研究了碎小生境演分过程中特殊营养盐迁移过程和脱氢酶活性的变化，认为碎聚合物表面不仅有微生物群落的演替，而且存在非平衡过程的连续变化。当碎表面有机物氧化，O_2被消耗碳出现氧化还原电位梯度时，在时间分布上NO_3~-、SO_4~(2-)、CO_3~(2-) 可分别成为缺微区代谢过程的最终电子受体。而碎小生境氧化还原电位梯度的存在使一些要求不同氧化还原势的过程紧靠在一起进行，即在碎屑表面分布上存在不同的电子最终受体。具有特殊性质的碎屑小生境允许一些在周围水体中不能进行或受抑制的特殊营养盐迁移过程（如固氮、硝化、反硝化、氨化甚至发酵）在碎屑表面进行。对于碎屑小生境非平衡态过程的改变，作为一种适应，微生群落重新调节新陈代谢，在分叉点附近，脱氢酶活性增大。因此，碎屑小生境是一个时空有序的半封闭结构。论文还对碎屑小生境的涨落和稳定性机制作了探讨。