鹽藻熱模擬產(chǎn)物中長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴的檢出

第44卷第11期1999年6月鹽藻熱模擬產(chǎn)物中長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴的檢岀王睿勇①周文①戴俊彪吳慶余盛國英③傅家謨(①南京大學(xué)生物系南京210093灣清華大學(xué)生物系北京100084中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室廣州510640)摘要通過(guò)對自然條件下培養獲得的鹽藻樣品旳熱模擬成烴研究首次從藻類(lèi)生物的熱模擬產(chǎn)物中發(fā)現了含量豐富的長(cháng)鏈規則類(lèi)異戊二烯烴.特別是檢出了高含量26,10,14,18-五甲基二十烷表明高鹽環(huán)境中的規則i有可能來(lái)源于特殊的嗜鹽藻類(lèi)從而為沉積物中發(fā)現的長(cháng)鏈規則類(lèi)異戊二烯烴的母質(zhì)來(lái)源及古環(huán)境判識提供新的參考證據關(guān)鍵詞鹽藻熱模擬長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴261014,8-五甲基二十烷利用生物標志物判識古代油氣的生物母質(zhì)來(lái)源是石油成因理論研究和石油勘探開(kāi)發(fā)的重要方面1.在生物進(jìn)化過(guò)程中各類(lèi)不同生物的生物化學(xué)組成發(fā)生了明顯差異這些差異可以進(jìn)一步反映在烷烴、脂肪酸、醇、酮、甾類(lèi)、萜類(lèi)等分子級標志物差異上,但是對于大多數生物標志物沒(méi)有明確的和唯一的有機相的解釋.這主要因為很多生物標志物有多種生源而且這些生源也許來(lái)自不同的、可能生活在廣泛環(huán)境中的生物.通過(guò)對極端環(huán)境中的生物及其對應生物標志物的比較研究發(fā)現并確認具有指相意乂的生物標志物組合具有十分重要的理論和實(shí)際意義.近年來(lái)發(fā)現在沉積物和石油中普遍存在的高支鏈類(lèi)異戊二烯烴HBI)已被認為是來(lái)源于海相硅藻的特征生物標志物2叢粒藻烷是古代淡水/微咸水環(huán)境下叢粒藻來(lái)源的生物標志物具有明確的指相意義3鹽藻是一種單細胞浮游微藻在高鹽環(huán)境中普遍存在.據文獻報道4在西班牙鹽田和美國大鹽湖中鹽藻濃度可高達105個(gè)細胞/mL在澳大利亞Pink湖沉積有機質(zhì)的45%可來(lái)自鹽藻生物質(zhì)因此鹽藻產(chǎn)生旳生物標志物特征值得重視,在利用鹽藻進(jìn)行熱模擬產(chǎn)烴杋理硏究中首次發(fā)現在鹽藻熱解產(chǎn)物中存在豐富的長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴.本文報道這一研究結果并對其地球化學(xué)意義進(jìn)行初步探討1材料和方法(1)材料.實(shí)驗藻種 Dunaliella saling從野外鹽田分離得到2)細胞培養.鹽藻的培養采用 Johnson5收改良培養液在室外進(jìn)行淺層培養.培養溫度、光照采用自然條件培養液毎夭攪拌3次.對整個(gè)培養過(guò)程的鏡檢監控未發(fā)現有細菌存在.培養20d后將培養液靜置.待藻細胞沉淀后棄去上清液用含有0.1 mol/L hcl的10%NaCl溶液洗滌保持等滲以防止細胞破裂),去除培養液中的無(wú)機鹽后,在3000rmin下離心15min.取沉淀置于紅外快速干燥器中低溫干燥葓得鹽藻細胞干粉〔3)熱模擬降解實(shí)驗.按文獻6法進(jìn)行中國煤化工4)可溶有機質(zhì)族組分分離和烷烴組分的CNMHG3個(gè)樣品分別以氯仿為溶劑進(jìn)行索氏抽提獲得可溶有杋質(zhì)經(jīng)石油醚沉淀瀝青質(zhì)后用硅膠-氧化鋁柱色譜分離分別用重蒸石油醚、苯和無(wú)水乙醇相繼洗脫將可溶有機質(zhì)分離為烷烴、芳烴和非烴等3種組分烷烴組分的GC-MS分析是在美國 Finnigan mat4021C型色質(zhì)儀上完成的色譜柱為DB51190第44卷第11期1999年6月熔融硅毛細管柱30m×0.25πm.升溫程序為柱溫130~330℃℃以4℃/mi速率升溫至330℃后保持恒溫.質(zhì)譜條件為EI源離子源能量τ0eV離子化電流為250μA,離子源溫度為250℃載氣為He氣2結果未經(jīng)熱解的鹽藻細胞脂類(lèi)含量為3.7%主要為非烴和瀝青質(zhì)烷烴含量極低僅占細胞干重的0.03%.烷烴組成簡(jiǎn)單主要成分為正烷烴和正烯烴圖1)主要化合物C1正烯烴占烷烴總量的60%以上.樣品中正構烷烴的碳數分布為nCs~nC19主峰為nCn反映了典型的藻類(lèi)來(lái)源的正烷烴分布特征.此外樣品中還檢測到少量旳姥鮫烷和植烷但未檢岀C以上的長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴買(mǎi)時(shí)間/min圖1鹽藻原生烷烴組分總離子流圖熱解后樣品中可溶有杋質(zhì)含量大幅度提高在300℃熱解時(shí)達到20.41%烷烴含量占細胞干重的3.17%比熱解前提高了100多倍.300℃熱解產(chǎn)物GC-MS總離子流圖圖2)反映了與未熱解樣品相比熱解后樣品烷烴組成發(fā)生了重大變化.烯烴含量迅速降低原先占優(yōu)勢的G正烯烴主峰消失正構烷烴碳數分布為ηC~nC3呈眀顯的雙峰型分布主峰仍為nC最主要變化是類(lèi)異戊二烯烷烴含量大大增加成為含量最豐富的一組化合物.植烷成為T(mén)C圖上含量最高的化合物規則iCi6iC和P含量均很高遠高于相應碳數的正構烷烴洞時(shí)樣品中檢出一組C以上的長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烷烴中國煤化工C,含量極低.特別有意義的是,C3含量很高在TC圖上僅次于CNMHG7.已知在地質(zhì)樣品中主要存在2種iC異構體261⑩0,4,18-五甲基二十烷和2,6,10,15,19五甲基二十烷.兩者的主要差異表現在2,6,10,15,19五甲基二十烷由于a斷裂形成m/z211,239和267特征碎片離子但m/z253和225豐度很低而26,1014,l8-五甲基二十烷特征碎片離子主要1191第44卷第11期1999年6月有m/z211225239253和267,m/z239豐度遠低于m/z253和22781.在鹽藻300℃熱解產(chǎn)生的iC5的質(zhì)譜圖圖3)具有m/z113,183和253特征碎片反映了該化合物為規則iC23構型mn/z239豐度遠低于m/z225和253表明它不是26,10,5,9五甲基二十烷洞時(shí)在質(zhì)譜圖上缺乏豐度較高的m/z309表明它也不是2610,1419五甲基二十烷.該化合物的保留指數 kovats值為2237與文獻報道的26,10,l4,18-五甲基二十烷的保留指數完全致.根據iCαs的質(zhì)譜分析和保留指數確認鹽藻熱解產(chǎn)生的C類(lèi)異戊二烯烴為規則2601418-五甲基二十烷.對 i Col ic2iC的質(zhì)譜分析表明它們都屬于規則類(lèi)異戊二烯烴100iCoaWLAA時(shí)間/min圖2鹽藻300℃熱模擬烷烴組分總離子流圖中國煤化工323337352CNMHG圖3鹽藻300℃c熱模擬產(chǎn)生的iC5質(zhì)譜圖1192第44卷第11期1999年6月3討論自從60年代初在原油中發(fā)現姥姣烷和植烷以來(lái)對類(lèi)異戊二烯烴的研究已取得很大進(jìn)展.在原油和沉積物中發(fā)現了多種規則和不規則類(lèi)異戊二烯烴對它們的生物母質(zhì)來(lái)源引起了廣泛關(guān)注.Bπse等人指岀26,10,5,19五甲基二十烷和角鯊烷是沉積物中甲烷菌輸入的特征標志物 Risatti等人8在甲烷菌中檢出了26,1014,18五甲基二十烷和多種頭對頭類(lèi)異戊二烯烴 Holzer等人7研究分析了多種古細菌的中性類(lèi)脂物,發(fā)現它們的主要成分為iCs~iC類(lèi)異戊二烯烴尤其是一株嗜熱嗜酸菌 Sulfolobus中檢岀的全部為規則類(lèi)異戊二烯烴.但到目前為止尚未有在藻類(lèi)生物中發(fā)現長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴的報道.因此盡管 Freeman等人υ逑進(jìn)行的單體烴同位素硏究表明某些長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴完全有可能來(lái)源于藻類(lèi)生物但是在原油和沉積物中發(fā)現的長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴一直被認為是來(lái)源于古細菌的特征標志物而不是來(lái)源于藻類(lèi)生物.本研究首次在鹽藻熱解產(chǎn)物中發(fā)現C21~C2s長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴表明在鹽藻中確實(shí)存在長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴的前體物質(zhì)在熱力作用下可以形成長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烷烴為長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴來(lái)源于藻類(lèi)生物提供了直接的證據到目前為止已進(jìn)行的多種藻類(lèi)熱解成烴研究表明藻類(lèi)熱解產(chǎn)物中烷烴組分一般由正構烷烴和α以下類(lèi)異戊二烯烴為主尚沒(méi)有發(fā)現長(cháng)鏈規則類(lèi)異戊二烯烴.一般認為C2以下類(lèi)異戊二烯烴主要來(lái)自于藻類(lèi)生物中葉綠素植醇側鏈的降解.那么為什么在鹽藻熱解產(chǎn)物中可檢岀規則讠等長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴?推測這可能是因為鹽藻生活在高鹽極端環(huán)境由于長(cháng)期適應極端環(huán)境造成其生化組成與正常環(huán)境下生存的藻類(lèi)發(fā)生了很大差異產(chǎn)生了某些在高鹽環(huán)境下生存必需的生化組分其中可能就有規則長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴的前體物質(zhì).已有報道在一些生物中存在長(cháng)鏈規則類(lèi)異戊二烯醇認為它們在熱力作用下能夠脫去含氧基團而形成類(lèi)異戊二烯烴1.在鹽藻熱解產(chǎn)物中未檢出iC以上的長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴這可能說(shuō)明鹽藻主要以C類(lèi)異戊二烯醇作為iC2前體物質(zhì)并在熱力作用下進(jìn)一步裂解形成iC21~iC2類(lèi)異戊二烯烷烴.目前對極端環(huán)境下生物與生物標志物的研究仍很欠缺對髙鹽環(huán)境中其他藻類(lèi)生物的生化組成及其變化和成烴特征的比較研究將有助于進(jìn)一步認識規則iC5等長(cháng)鏈類(lèi)異戊二烯烴的生物母質(zhì)來(lái)源和演化規律Waples等人山在 rhein- Graben第三紀沉積物中發(fā)現了長(cháng)鏈規則類(lèi)異戊二烯烴,認為規則C可能是典型瀉湖型咸水環(huán)境的生物標志物,它們來(lái)自一種親鹽生物.以后不斷有在高鹽環(huán)境中發(fā)現規則iC2的報道但一般都認為這種規則iC23是高鹽環(huán)境下古細菌來(lái)源的生物標志物23.從生態(tài)學(xué)分析可知髙鹽環(huán)境下的生物主要是嗜鹽微生物而嗜熱嗜酸菌和甲烷菌等在高鹽環(huán)境下往往難以生存.到目前為止尚沒(méi)有在嗜鹽細菌中發(fā)現規則類(lèi)異戊二烯烴的報道.本文研究結果表明特殊的嗜鹽鹽藻很可能是高鹽環(huán)境中的規則iC2主要母質(zhì)來(lái)源之一,本硏究結果為沉積物中已發(fā)現的長(cháng)鏈規則類(lèi)異戊二烯烴的母質(zhì)來(lái)源及古環(huán)境判識提供了可參考的證據中國煤化工致謝本工作為國家杰出青年基金批準號9525205CNMHG室基金資助項目參考文獻I Peters K E, Moldowan J M. 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