生物标志化合物与相关的全球变化

第２３卷第５期

２００３年９月第四纪研究ＳＣＩＥＮＣＥＳＶｏｌ２３，Ｎｏ．５ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹｓｅｐ”“ｂｅ。，２００３

生物标志化合物与相关的全球变化＋

Ｆ！鹦Ａ

谢树成①梁斌①郭建秋①易轶吲一

Ｂｒｉｓｔｏｌ，ｃ帅ｔｏｃｋ’￥‘Ｒ．Ｐ．Ｅｖｅｒｓｈｅｄ②Ｄ．Ｍａｄｄｖ③Ｆ．Ｍ．Ｃｈａｍｂｅｒｓ㈤（①中国地质大学地球科学学院，武汉４３００７４②ｓｃｈ００ｌ

ｃｌｏｓｅ，ＢｒｉｓｔｏｌＢＳ８

Ｔｙｎｅ．ＮＥｌｏｆｃｈｅＩｌｌｉ８ｔｒｙ，ＵｎｉｖｅｎｉｔｙｏｆＩＴＳ．ＵＫ；ｄ）ＤｅｐｍａｍｅｎｔｏｆｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙ，ＵｎｉｖｅＨｉｔｙｏｆＮｅｗｃ∞ｔｌｅｕｐｏｎＴｙｎｅ，Ｎｅｗｃ∞ｔｌｅｕｐｏｎＣｌｏｓｅ７ＲＵ，ＵＫ；＠Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ

ＨａｌｌＧｅｏｇｒａｐｈｙ¨ｄＧｅｏｌｏｇｙ，ＵｎｉｖｅＨｉｔｙｓｗｈｄｎｎＲｅａｄＣｈｅｌｔ…ｈａｍｏｆＧｌｏｕｃｅｓｔｅｒｓｈｉｒｅ・Ｆｒ¨ｅｉｓＧＬＬＳＯ４ＡＺ．Ｉ堆）

摘要在各种地质体中广泛分布的生物标志化合物在全球变化研究中有着广泛应用，特别

是在海洋和湖泊沉积物中，研究工作已涉及到古植被、古温度、古降水量、古大气Ｃ０２浓度和

古季风等的恢复。文章介绍利用气相色谱仪、气相色谱一质谱联用仪、气相色谱一热转换一

同位素比质谱仪分析了一个长４０ｃｍ泥炭岩芯（约２２２年）的生物标志化合物的分布及其单体

氢同位素。结果显示，不管是生物标志化合物的分布，还是其单体稳定同位紊特征都记载了气候（温度）的变化。正构脂肪酸的碳优势指数（ＣＰｌ值）、正构烷烃Ｃ㈣／Ｃ比值、正构烷烃Ｃ。

的占Ｄ值与温度有很好的对应关系。

主题词分子化石单体稳定同位素全球变化

１研究现状和进展

１．１研究对象

生物标志化合物（也叫分子化石，化学化石）是指地质体中那些来自生物有机体的分

子，它们在有机质演化过程中具有一定的稳定性，虽受成岩、成土等地质作用的影响，但基

本保存了原始生物生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质的相关信息，具有一定的生物

学意义。目前，生物标志化合物的研究已涵盖了主要的４种生物化学组分：蛋白质（包括

核酸）、碳水化合物（包括几丁质）、类脂物和木质素。在这４类生物标志化合物中，研究得

最为广泛的是类脂物、蛋白质（核酸）。相比较而言，类脂物在地质体中要稳定得多，可以

在许多环境中长期存在下来，但它所携带的生物学信息相对较少。相反，蛋白质（核酸）的

生物学信息相当丰富，但它们相对要不稳定得多。在全球变化中，研究最多的生物标志化

合物是类脂物分子，包括烷烃、芳烃、酸、醇、酮和酯等。研究主要涉及这些生物标志化合

物的种类、含量、分布特征以及单体碳、氢、氧和氮等稳定同位素组成特征。近年人们开始

第一作者简介：谢树成男３５岁教授古生物学与地层学专业Ｅ－ｍａｉｌ：∞ｘｉｅ＠ｐｕｂｌｉｃ

助ｗｈｈｂｃｎ＋国家自然科学基金项目（批准号：４０２７２０５３和４０２３２０２５）和湖北省青年杰出人才基金项目（批准号：２００２ＡＣ００９）资２｛Ｄ３—０４—０６收稿，２００３—０６—０５收修改稿

５２４第四纪研究２００３年

现，发现一些单体烃的８Ｄ与温度存在很好的相关关系““。

这方面的工作相对要薄弱得多，主要是利用沉积物中纤维素的氢（３）古降水量

同位素值来估算降水量“。。

（４）古大气ｃ０：浓度这一工作主要是利用生物标志化合物的单体碳同位素值。

海洋和湖泊沉积物中的许多生物标志化合物的单体碳同位素都清晰地记录了冰期一间冰

期大气ｃ０，浓度的相对变化。从某些泥炭组分的碳同位素恢复的古大气ｃ０２浓度曲线

甚至可以与极地冰芯记录相对比。２…。

（５）古季风变化从青藏高原希夏邦马峰达索普冰川海拔７０００ｍ（相当于对流层

的中上部）雪冰中检出系列生物标志化合物，其中正构烷烃ｃ．，，ｃ：，比值清晰地反映了夏季

风和冬季风的变化。夏季风盛行时，以代表海洋菌藻低等生物源的ｃ，，正构烷烃为主峰化

合物；冬季风盛行时，代表高等植物源的ｃ。正构烷烃为主峰化合物”…。

黄土高原黄土一古土壤序列生物标志化合物研究得到”’ａ－正构脂肪酮和正构脂肪醇

的碳优势指数ｃＨ值均与东亚夏季风指标——黄土的磁化率，有很好的线性相关关系。

进一步研究表明，叠加在由气溶胶携带的生物物质输入基础上（背景噪音）的古土壤层发

育的微生物分子（信号）是这种规律性变化的主要原因，而后者与夏季风带来的丰沛的降

水及其相伴的强烈成土作用有关联，从而导致了这些生物标志化合物指标与夏季风强度

指标（磁化率）存在很好的相关性，可以成为黄土地层中反映夏季风变化的指标。

（６）其他全球性事件利用裂解多环芳烃的分布特征可以恢复地球历史上所发生

的全球性火灾事件。裂解多环芳烃以没有取代基的多环芳烃占绝对优势为其主要的特

征，被认为是燃烧过程（特别是缺氧时燃烧）形成的产物，已在多种环境中检测出来，包括

现代沉积物、现代大气和水体、海底热泉喷口、白垩纪一古近纪界线等。现代沉积物中出

现的这些化合物，主要被认为与燃烧后的有机质（如树木、化石燃料等）有关。海底热泉喷

口发现的这些化合物则被认为是海底热液活动的结果…ｏ。很有意义的是，在白垩纪一古

近纪界线以及晚白垩世地层中检测出的这些化合物被认为是与全球性的火灾事件有

关‘…。

另外，利用生物标志化合物及其同位素组成特征可以探讨沉积环境的缺氧事件。烃

类生物标志化合物还有助于人们了解地质历史上所发生的赤潮事件。海相沉积物中一些

反映高等植物源的生物标志化合物如惹烯、卡达烯能记录全球的海平面变化情况ｕ…，海

洋沉积物中与甲烷菌有关的生物标志化合物则能记录海底天然气水合物的释放情况…３。

２研究实例——泥炭生物标志化合物的古气候意义

泥炭是古植被研究的重要载体，也是古气候研究的出色载体。下面报道的是一个英

格兰泥炭岩芯的生物标志化合物分布和单体氢同位素的资料以及它们与气候变化的关

系。前人对该区的大化石分析显示……，泥炭植物群落的变化与气候变湿和，或变冷或多

或少是同时发生的。这些详细的生物大化石研究结果为开展本区的生物标志化合物及其

古气候意义的研究创造了条件。

１）ｘｌｅｓｃ，ｃｈｅｎＦ．ｗ卸ｇｚｎ“ｕｐｉｄｄ１８晡ｂｕｈ佃ｓｉｎｋｅＢｓ・ｐｄ∞ｄ蛐ｑ雌鹪沁ｎｏ曲一ｔｃＫｎａ２００３

生物标志化合物与相关的全球变化

作者：

作者单位：谢树成， 梁斌， 郭建秋， 易轶， R.P.Evershed ， D.Maddy ， F.M.Chambers 谢树成,梁斌,郭建秋,易轶(中国地质大学地球科学学院,武汉,430074)，

R.P.Evershed(School of Chemistry, University of Bristol, Cantock's Close,

Bristol BS8 1TS, UK)， D.Maddy(Department of Geography, University of Newcastle

upon Tyne, Newcastle upon Tyne, NE1 7RU, UK)， F.M.Chambers(Department of

Geography and Geology, University of Gloucestershire, Francis Close Hall,

Swindon Road, Cheltenham, GL50 4AZ, UK)

第四纪研究

QUATERNARY SCIENCES

2003,23(5)

25次刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

参考文献(38条)

1. Huang Y;Street～Perrott F A;Metcalfe S E Climate change as the dominant control on

glacial～interglacial variations in C3 and C4 plant abundance[外文期刊] 2001(5535)

2. Kienast M;Steinke S;Stattegger K Synchronous tropical South China Sea SST change and Greenlandwarming during deglaciation[外文期刊] 2001

3. Ficken K J;Barber K E;Eglinton G Lipid biomarker,δ13C and plant macrofossil stratigraphy of aScottish montane peat bog over the last two millennia 1998

4. Bard E;Rostek F;Sonzogni C Interhemispheric synchrony of the last deglaciation inferred fromalkenone palaeothermometry[外文期刊] 1997

5. Freeman K H;Colarusso L A Molecular and isotopic records of C4 grassland expansion in the lateMiocene [外文期刊] 2001(9)

6. Meyers P A;Ishiwatari R Lacustrine organic geochemistry: An overview of indicators of organicmatter sources and diagenesis in lake sediments 1993

7. 谢树成;易轶;刘育燕 中国南方更新世网纹红土对全球气候变化的响应: 分子化石记录[期刊论文]-中国科学D辑2003(05)

8. 谢树成;王志远;王红梅 末次间冰期以来黄土高原的草原植被景观：来自分子化石的证据[期刊论文]-中国科学D辑 2002(01)

9. Schiegl W E;Vogel J C Deuterium content of organic matter[外文期刊] 1970

10. Epstein S;Yapp C J Climatic implications of the D/H ratio of hydrogen in C～H groups in treecellulose [外文期刊] 1976

11. Nott C J;Xie S C;Avsejs L A N-Alkane distributions in ombrotrophic mires as indicators ofvegetation change related to climatic variation[外文期刊] 2000

12. Sessions A L;Burgoyne T W;Schimmelmann A Fractionation of hydrogen isotopes in lipid biosynthesis 1999

13. Sternberg L da S L D/H ratios of environmental water recorded by D/H ratios of plant lipids[外文期刊] 1988

16. Parker D E;Legg T P;FollC K A new daily central England temperature series 1992

17. Libby L M;Pandolfi L J;Payton P H Isotopic tree thermometers 1976

18. Svensson G Fossil plant communities and regeneration patterns on a raised bog in South Sweden1988

19. Barber K E;Chambers F M;Maddy D A sensitive high-resolution record of late Holocene climaticchange from a raised bog in northern England 1994(04)

20. 谢树成;姚檀栋;康世昌 青藏高原希夏邦马峰地区雪冰有机质的气候与环境意义[期刊论文]-中国科学D辑1999(05)

21. Conte M H;Weber J C Plant biomarkers in aerosols record isotopic discrimination of terrestrialphotosynthesis [外文期刊] 2002

22. Hilkert A W;Douthitt C B;Schluter H J Isotope ratio monitoring gas chromatography/massspectrometry of D/H by high temperature conversion isotope ratio mass spectrometry[外文期刊]1999(13)

23. Hinrichs K;Hmelo L R;Sylva S P Molecular fossil record of elevated methane levels in latePleistocene coastal waters[外文期刊] 2003

24. Van Aarssen B G;Alexander R;Kagi R I Higher plant biomarkers reflect palaeovegetation changesduring Jurassic times[外文期刊] 2000

25. VENKATESAN M I;Dahl J Organic geochemical evidence for global fires at the Cretaceous/Tertiaryboundary 1989

26. Simoneit B R T Biomass burning:A review of organic tracers for smoke from incomplete combustion

[外文期刊] 2002(3)

27. White J W C;Ciais P;Figge R A A high resolution record of atmospheric CO2 content from carbonisotopes in peat 1994

28. Pendall E;Markgraf V;White J W C Multiproxy record of late Pleistocene-Holocene climate andvegetation changes from a peat bog in Patagonia[外文期刊] 2001

29. Xie S C;Nott C J;Avsejs L Palaeoclimate records in compound-specific δD values of a lipidbiomarker in ombrotrophic peat 2000

30. Huang Y;Street～Perrott F A;Perrott R A Glacial-interglacial environmental changes inferred frommolecular and compound～specific δ13C analyses of sediments from Sacred Lake[外文期刊] 1999(9)

31. Reddy C M;Eglinton T I;Palic R Even carbon number predominance of plant wax n～alkane:[外文期刊]2000(4)

32. Villanueva J;Grimalt J O;Cortijo E A biomarker approach to the organic matter deposited in theNorth Atlantic during the last climatic cycle 1997

33. Brincat D;Yamada K;Ishiwatari R Molecular～isotopic stratigraphy of long～chain n～alkanes inLake Baikal Holocene and glacial age sediments[外文期刊] 2000(4)

continental USA:Lignin phenol and stable carbon isotope compositions[外文期刊] 2000(20)

36. Xie S C;Lai X L;Yi Y Molecular fossils in a Pleistocene river terrace in southern China relatedto paleoclimate variation[外文期刊] 2003

37. Xie S C;Yao T;Kang S Geochemical analysis of a Himalayan snowpit profile: Implication foratmospheric pollution and climate[外文期刊] 2000(1)

38. Pearson A;McNichol A P;Benitez-Nelson B C Origins of lipid biomarkers in Santa Monica Basinsurface sediment:A case study using compound～specific Δ14C analysis[外文期刊] 2001(18)

引证文献(25条)

1. 杨明生. 张虎才. 李斌. 常凤琴. 雷国良. 蒲阳 柴达木盆地察尔汗古湖相地层正构烷烃与河蚬化石记录的古生态环境

[期刊论文]-地球学报 2011(1)

2. 杨明生. 张虎才. 李斌. 常凤琴. 雷国良. 蒲阳 柴达木盆地察尔汗古湖相地层正构烷烃与河蚬化石记录的古生态环境

[期刊论文]-地球学报 2011(1)

3. 蒲阳. 张虎才. 雷国良. 常凤琴. 杨明生 柴达木盆地察尔汗湖区古湖相沉积物中含氮类分子化石的检出[期刊论文]-地球学报 2010(2)

4. 蒲阳. 张虎才. 雷国良. 常凤琴. 杨明生 柴达木盆地察尔汗湖区古湖相沉积物中含氮类分子化石的检出[期刊论文]-地球学报 2010(2)

5. 李元茂. 王永莉. 何大祥. 杨辉. 张虹. 王有孝. 文启彬 时间梯度下油松松针中生物标志化合物分布特征研究[期刊论文]-质谱学报 2010(5)

6. 杨明生. 张虎才. 李斌 生物标志化合物在环境载体中的研究及进展[期刊论文]-南昌大学学报（工科版） 2010(3)

7. 蒲阳. 张虎才. 雷国良. 常凤琴. 杨明生. 庞有智 西北地区晚第四纪沉积地层一元正脂肪酸酰胺分布特征及古气候意义[期刊论文]-地球科学进展 2010(5)

8. 钟艳霞. 薛骞. 陈发虎 黄土高原西部地区现代植被及其表土正构烷烃分布模式研究[期刊论文]-第四纪研究2009(4)

9. 雷国良. 张虎才. 杨明生. 张文翔. 蒲阳. 常凤琴. 类延斌. 杨伦庆 干旱-半干旱区兰州兴隆山现代森林典型植被和土壤中类脂物分子特征及其意义[期刊论文]-第四纪研究 2009(1)

10. 张海生. 于培松. 倪建宇. 武光海. 孙维萍. 卢冰 赤道太平洋沉积有机质物性、源性的地球化学及其沉积环境对比研究[期刊论文]-海洋学报（中文版） 2008(6)

11. 李全莲. 王宁练. 武小波. 蒲健辰. 贺建桥. 蒋熹 祁连山七一冰川区表层沉积物中生物标志化合物的组成特征及来源研究[期刊论文]-地球化学 2008(6)

12. 刘卫国. 张普. 孙有斌. 黄永松. 郭正堂. 安芷生 黄土高原中部7～2Ma期间古植被变化的分子化石证据——以赵家川剖面为例[期刊论文]-第四纪研究 2008(5)

13. 周静. 张平中. 贾继红. 王宗礼. 王永莉. 张虹. 张德忠. 桑文翠. 吴秀平. 王江林 甘南郎木寺中全新世泥炭总有机碳和脂类分子化合物的组合特征[期刊论文]-第四纪研究 2008(4)

14. 张宏亮. 李世杰. 冯庆来. 张世涛 云南星云湖沉积物正构烷烃记录的近代环境变化[期刊论文]-第四纪研究2008(4)

15. 崔景伟. 黄俊华. 蒲阳. 黄咸雨. 谢树成 湖北清江和尚洞洞顶植物叶片和土壤的类脂物对比及其意义[期刊论文]-第四纪研究 2008(1)

16. ZHANG HuCai. CHANG FengQin. LI Bin. LEI GuoLiang. CHEN Yue. ZHANG WenXiang. NIU Jie. FAN HongFang. YANG MingSheng Branched aliphatic alkanes of shell bar section in Qarhan Lake, Qaidam Basin and theirpaleoclimate significance[期刊论文]-科学通报(英文版) 2007(9)

17. 张虎才. 常凤琴. 李斌. 雷国良. 陈玥. 张文翔. 牛洁. 樊红芳. 杨明生 柴达木察尔汗湖贝壳堤剖面长链支链烷烃及其古环境意义[期刊论文]-科学通报 2007(6)

18. 邹胜利. 朱俊英. 熊北生. 李仁成. 金芳. 谢树成 湖北麻城金罗家遗址古文化层的正构烷烃分布及其古植被意义[期刊论文]-海洋地质与第四纪地质 2007(3)

19. 郑艳红. 周卫健. 谢树成 若尔盖高原全新世气候序列的类脂分子化石记录[期刊论文]-第四纪研究 2007(1)

20. GUO Zhigang. LI Juyuan. FENG Jialiang. FANG Ming. YANG Zuosheng Compound-specific carbon isotopecompositions of individual long-chain n-alkanes in severe Asian dust episodes in the North Chinacoast in 2002[期刊论文]-科学通报（英文版） 2006(17)

21. 郭志刚. 李钜源. 冯加良. 方明. 杨作升 2002年华北沿海特大沙尘单体长链正构烷烃的碳同位素组成[期刊论文]-科学通报 2006(4)

22. 杨明生. 张虎才. 雷国良. 张文翔. 樊红芳. 常凤琴. 牛洁. 陈玥 洛川黄土剖面末次冰期间冰段弱古土壤(L1SS1)分子化石及其古植被与古环境[期刊论文]-第四纪研究 2006(6)

23. 郭志刚. 杨作升. 林田. 李钜源 东海泥质区单体正构烷烃的碳同位素组成及物源分析[期刊论文]-第四纪研究2006(3)

24. 林田. 郭志刚. 杨作升 类脂化合物单体碳稳定同位素在古气候环境研究中的意义[期刊论文]-地球科学进展2005(8)

25. 王敏 华南下寒武统黑色岩系铂多金属矿地质地球化学及其成因[学位论文]博士 2004

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dsjyj200305007.aspx