氨基酸单体氮稳定同位素分析测试方法研究

该研究建立了一种精准测定不同样品中氨基酸含量及其氮同位素组成的方法。首先利用N-新戊酰基-O-异丙酯(NPP)对氨基酸进行衍生化,使其更适用于气相色谱分析。随后,采用气相色谱-质谱(GCMS)对大豆、土壤以及标准样品中的15种氨基酸单体进行定量分析,所有目标氨基酸均获得良好的分离效果,且在1.0~16.0μmol/L浓度范围内呈线性关系(r^(2)>0.98)。此外,利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(GC-C-IRMS)对上述样品中氨基酸的氮同位素组成(δ~(15)N)进行了测定。结果表明,当进样量超过20 ng N([N_(2)^(+)]m/z 28信号强度约为150 mV)时,该方法可以获得稳定可靠的δ^(15)N值,平均精度可达0.36‰。通过与元素分析-同位素比值质谱(EA-IRMS)的结果进行比较,两种方法的测定结果高度一致(r^(2)=0.9954),表明NPP衍生化过程未引入明显的氮同位素分馏。最终测得大豆和土壤样品中各氨基酸的δ~(15)N值分别分布在10.90‰~22.32‰和-1.92‰~12.82‰之间,标准偏差分别为0.23‰~0.88‰和0.08‰~0.79‰,符合样品分析的精度要求。

基于碳、氮稳定同位素特征的国产绿茶产地溯源研究

目的研究我国多省出产绿茶碳、氮稳定同位素比率特征。优化基于稳定同位素比率差异的绿茶产地溯源模型。方法运用同位素质谱检测我国多省出产的169份代表性绿茶样本。采用方差分析比较各产地样本是否具有显著性差异。按7:3划分训练集和测试集,使用训练集构建基于线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)、支持向量机(support vector machine,SVM)和K-最近邻算法(K-nearest neighbor algorithm,KNN)的产地溯源判别模型。采用K折交叉验证的方法进行模型内部验证,采用测试集进行模型外部验证。结果各地绿茶样品的碳、氮稳定同位素比率存在显著性差异。建立基于LDA、SVM、KNN的判别模型,对测试集预测的整体准确率分别为76.5%、86.3%和84.3%。非线性模型对此样本的总体判别效果优于线性模型。结论碳、氮稳定同位素比率特征结合非线性判别模型可以用于绿茶产地溯源。本研究为绿茶溯源及判别模型参数优化提供了一定的参考。

2023年春季南沙珊瑚岛礁主要鱼类碳氮稳定同位素研究

为了解南沙群岛珊瑚礁主要鱼类的营养结构特征,本研究于2023年春季在南沙永暑礁和美济礁珊瑚礁海域采集了23种鱼类,并应用碳、氮稳定同位素(δ^(13)C和δ^(15)N)技术,分析了珊瑚礁主要鱼类的营养结构特征和组成,构建了连续营养级谱。永暑礁鱼类的δ^(13)C介于-18.74‰~-14.33‰,均值为(-16.33±1.28)‰;δ^(15)N介于5.96‰~9.37‰,均值为(8.46±0.48)‰。美济礁鱼类的δ^(13)C介于-18.01‰~-12.70‰,均值为(-15.02±1.53)‰;δ^(15)N介于7.31‰~8.82‰,均值为(8.21±0.93)‰。永暑礁和美济礁鱼类的δ^(13)C值差异显著,美济礁鱼类食物来源更广;δ^(15)N值无显著性差异,两者的营养层次结构组成相似。通过鱼类的碳氮稳定同位素聚类分析结果,可将两个岛礁的鱼类均可划分为底栖性鱼类和底栖性、游泳性鱼类混合营养组群,其中美济礁的营养组群划分模糊,肉食性鱼类存在明显的摄食竞争情况。美济礁和永暑礁营养级范围分别为2.79~3.23和2.39~3.39,两个珊瑚岛礁均以中、低营养级的肉食性鱼类为主,大部分肉食性鱼类处于较窄的生态位范围内。与近岸热带亚热带海湾相比,南沙珊瑚岛礁的鱼类群落营养结构组成更复杂,食物来源更广泛,群落冗余度较低。本研究结果可为南沙珊瑚岛礁渔业资源的保护和可持续管理提供基础资料和科学依据。

克氏原螯虾碳、氮稳定同位素周转与分馏特征研究

为了解稳定同位素在克氏原螯虾(Procambarus clarkii)体内的周转与分馏特征,通过室内控制实验,研究了两种不同规格(虾种、成虾)克氏原螯虾在不同投饲条件下(饲料、鱼糜)的碳、氮稳定同位素周转半衰期和肌肉组织判别系数。结果表明,饲料组和鱼糜组虾种的生长系数分别为(0.0085±0.0007)d^(-1)、(0.0079±0.0012)d^(-1),成虾的生长系数分别为(0.0013±0.0001)d^(-1)、(0.0009±0.0004)d^(-1),不同投饲条件下克氏原螯虾生长系数差异不显著。虾种的相对增长率(1.60、1.57)大于成虾(1.08、1.05),不同投饲条件下克氏原螯虾相对增长率差异不大。相对于饲料组,鱼糜组虾种碳稳定同位素比值(δ^(13) C)在第7天出现显著差异,在28 d至56 d趋于稳定;成虾组δ^(13) C值在第14 d出现显著差异,在28 d至56 d趋于稳定;虾种和成虾氮稳定同位素比值(δ^(15) N)均在第14 d出现显著差异,在28 d至56 d趋于稳定。虾种碳稳定同位素周转速率(0.0208±0.0040)d^(-1)大于成虾(0.0184±0.0020)d^(-1)。虾种和成虾的碳同位素判别系数分别为0.89‰±0.15‰、1.06‰±0.16‰,氮同位素判别系数分别为3.42‰±0.08‰、3.63‰±0.13‰,虾种的碳同位素判别系数、氮同位素判别系数均小于成虾。研究结果可为应用碳、氮稳定同位素技术开展克氏原螯虾食性研究提供基础参数,提高食源分析的准确性。

基于碳氮稳定同位素特征差异的三七真伪判别

利用稳定同位素质谱技术,分析三七及其伪品(莪术、姜黄、菊叶三七、竹节参、水三七、景天三七)的碳、氮稳定同位素比值特征,探讨该技术用于三七真伪判别的可行性。建立元素分析-稳定同位素质谱法,测定三七、三七伪品中δ^(13)C值、δ^(15)N值,结果表明三七与伪品δ^(13)C值有显著差异(P<0.05)。通过测定三七、三七伪品中δ^(13)C值这一关键鉴别因子,结合δ^(15)N值,可将三七与这几类伪品分开;对随机购买的三七粉样品的真伪鉴别结果表明,稳定同位素质谱技术能有效鉴别三七真伪,可用于对市售三七类中药材的真伪鉴别,以期为三七类制品的质量安全提供技术支撑。

应用碳、氮稳定同位素研究北部湾带鱼(Trichiurus lepturus)食性及营养级

采用胃含物分析法及碳、氮稳定同位素法,对北部湾带鱼的饵料组成、营养级和摄食习性随肛长的变化进行研究。结果表明,北部湾带鱼的食物主要由中上层鱼类、头足类、底栖甲壳类以及浮游动物等43种饵料生物组成,以质量百分比为指标,优势饵料为蓝圆鲹、裘氏小沙丁鱼、少鳞犀鳕和尖吻小公鱼等鱼类以及中国枪乌贼(6.07%)等头足类。δ13C值随着生物栖息水层的深度而增加,饵料生物中的中上层鱼类蓝圆鲹和底栖鱼类粗纹分别具有最低和最高值。根据食物质量比例及δ15N计算的北部湾带鱼营养级平均值和周年平均值均为3.7。带鱼营养级在各月份之间周年变化及随肛长增加差异不显著。真空冷冻干燥与恒温烘干进行样品预处理δ13C差异不显著,而δ15N则差异极显著。

应用碳氮稳定同位素技术研究江豚(Neophocaena asiaeorientalisssp.sunameri)食性

稳定同位素技术已广泛地用于分析生态系统中食物网的食物来源和营养级关系,但在海洋哺乳动物食性方面应用较少。通过分析2012年4—6月在辽东湾沿岸海域搁浅而死亡的江豚样本和同时期(6月)取自辽东湾海域主要渔获物的碳氮稳定同位素比值,研究了江豚(Neophocaena asiaeorientalis ssp.sunameri)及其可能摄食饵料的碳氮稳定同位素组成。结果表明:江豚δ13C值为(-18.4±0.3)‰,δ15N值为(13.8±0.4)‰。28种可能生物饵料的δ13C值的范围为-19.5‰—-17.0‰,δ^(15)N值的范围为11.4‰—14.0‰。江豚的营养级为4.5,高于传统胃含物分析法的研究结果。28种测试生物的营养级位于3.8—4.6之间。江豚的食物来源主要以鱼类为主,对食物种类的喜食顺序为中上层鱼类>中下层鱼类>底层鱼类>头足类>虾类>蟹类,其平均贡献率分别为43.9%、18.2%、13.1%、10.0%、8.8%、6.0%。江豚碳氮稳定同位素比值与体长无明显的线性关系,碳营养源较为稳定,氮营养源复杂多变。

应用氮稳定同位素技术研究辽东湾海域主要渔业生物的营养级

应用氮稳定同位素技术分析了2010年6月和8月辽东湾海域主要渔业生物的氮稳定同位素比值,研究了28种鱼类和26种无脊椎动物的营养位置。结果表明,辽东湾海域主要渔业生物的营养级处于2.98～4.84,集中在3.70～4.56;相比6月δ15N值的分析结果,8月有50%的鱼类δ15N值增加,孔鳐(Raja porosa)增幅最大,增加了1.06‰;9种鱼类δ15N值减少,鯒(Platycephalus indicus)减幅最大,减少了1.84‰,可见鱼类样品的δ15N值随季节的变化因种类而各异;8月有87.5%的无脊椎动物δ15N值减少,其中,减少幅度大于1‰的有6种,占37.5%,可见无脊椎动物的δ15N值随季节的变化较明显。通过对不同采样点同种生物δ15N值的比较发现,辽东湾近岸海域的10种无脊椎动物的δ15N值均高于远岸海域,差值范围为0.05‰～1.49‰,差异极显著(P<0.01),说明人类活动引起的陆源污水排放使近岸海洋生物的δ15N值升高。

巢湖四条入湖河流硝态氮污染来源的氮稳定同位素解析

采用氮稳定同位素技术对巢湖四条主要污染输入河流(南淝河、十五里河、派河和双桥河)的氮污染状况和硝态氮来源进行研究.结果表明,巢湖四条入湖河流氮污染最严重的是十五里河,其次是南淝河和派河,双桥河的污染相对较轻.硝态氮的稳定同位素分析结果表明,巢湖四条入湖河流的硝态氮污染物在季节上受到不同因子的影响.十五里河和南淝河的硝态氮污染主要来源于城市生活污水和工业废水;派河的硝态氮污染在冬季主要来源于工业废水,春季来源于农业面源,而在夏季主要受到雨水的影响;双桥河的硝态氮污染冬、春季主要来源于农业面源,夏季主要受雨水的影响.此外本研究结果还表明巢湖四条主要入湖河流的氮污染源主要为铵态氮,因此今后要对铵态氮的来源进行同位素示踪.

采用碳氮稳定同位素技术对黄海中南部鳀鱼食性的研究

根据2005年4~5月在黄海和长江口海域进行的春季底拖网调查,应用稳定同位素方法研究了黄海中南部鳀鱼(Engraulis japonicus)及其可能摄食饵料的碳氮稳定同位素比值,结果表明:(1)黄海中南部鳀鱼的食物组成为不同粒径的浮游动物、太平洋磷虾(Euphausia pacifica)和仔稚鱼,其中以粒径为500~900μm的浮游动物为主,贡献比例占61%~84%;仔稚鱼贡献比例占16%~21%,较传统胃含物方法分析的结果小;(2)黄海中部海域鳀鱼的碳氮稳定同位素比值平均值较南部海域高,原因可能与各海域的能量来源不同或存在微食物环有关,也可能与不同海域鳀鱼的能量转换途径不一样,即与食物链长短不一有关.

汉江上游金水河悬浮物及水体碳氮稳定同位素组成特征

金水河位于南水北调中线工程水源地的汉江上游,研究其污染物来源及分布规律对水源地水资源保护尤为重要。研究了不同水文季节金水河中悬浮颗粒物C和N稳定同位素值、水体硝酸盐与铵盐含量及其N稳定同位素特征。结果表明:金水河流域可溶性氮素与悬浮颗粒物的来源具有明显的空间性和季节性差异,并且流域内叶绿素浓度、水体浊度、悬浮物浓度都会对河流碳氮素稳定同位素值造成影响,主要体现在环境因子的变化制约着水体中硝化和反硝化生物对氮素的可利用性。结果显示:1)水体中悬浮颗粒物的碳稳定同位素为-8.03‰-14.57‰,平均值为2.59‰;氮稳定同位素范围为-7.50‰-7.34‰,平均值为:4.33‰,表明悬浮颗粒物的来源主要为外源性土壤有机质与内源性水生植物残体的混合;2)河流水体中铵盐与硝酸盐N-稳定同位素范围分别为-5.86‰-17.20‰,平均值为5.02‰及-1.48‰-15.86‰,平均值为5.75‰;水体可溶性氮素主要来源为大气沉降、河流水生生物以及地表径流所带入的化肥农药等;3)悬浮颗粒物含量不仅随着河流径流量的季节性变化而变化,还随着人为干扰强度的加强而呈递增的趋势,水体悬浮颗粒物含量最高达到(9.883±3.45)mg/L。而NH_4^+及NO_3^-的浓度也呈现出相同的趋势,含量分别为0.07-0.45 mg/L,平均值为0.25 mg/L;0.08-0.44 mg/L,平均值为0.37 mg/L。稳定同位素测定为河流生态系统提供了一个整合时空氮素来源和转移循环过程的综合指标,揭示了环境因子对河流生态系统氮循环的影响过程与机制。

氮稳定同位素的印迹规律与有机食品鉴别

有机生产中禁止使用化肥,肥料是有机食品认证中监管的农业投入品之一。不同来源的氮肥中稳定同位素1δ5N的丰度不同,由此农产品中δ15N的丰度也存在差异;有机肥种植的农产品中1δ5N丰度最高,不施肥种植的次之,而化学氮肥种植的则最低。施肥方式、作物类别、生长阶段和部位对农产品中1δ5N丰度的影响不一样,一般对于生长期较短的蔬菜适合用δ15N丰度标记其氮肥来源,对于生长期较长或具有固氮作用的作物则不适合。采用氮稳定同位素1δ5N丰度检测来标记作物的氮肥来源,对有机食品的真伪鉴别,质量监督体系的完善和消费者的权益保护具有积极的法规理论探讨价值和实际应用价值。

三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较

为探究人为活动对水库鱼类食物来源和营养级关系的影响,选择人为影响程度较低的三峡水库和影响程度较高的长寿湖水库为研究对象,应用碳、氮稳定同位素技术对两个水库鱼类δ13C值、δ15N值和营养级进行比较分析.结果显示:长寿湖水库鱼类δ13C平均值(-22.66‰±1.94‰)与三峡水库(-22.59‰±1.87‰)较为接近,但长寿湖鱼类的δ15N值(13.95‰±3.02‰)显著高于三峡水库鱼类的δ15N值(11.98‰±2.25‰).根据δ15N值计算不同食性鱼类间的营养级,三峡水库营养级为肉食性鱼类>杂食性鱼类>浮游生物食性鱼类>草食性鱼类;而长寿湖中则表现为浮游生物食性鱼类>肉食性鱼类>杂食性鱼类>草食性鱼类,营养级出现了异常现象.这一结果表明,对于人为影响(如人工喂食鱼饲料等)较大的水体,采用δ15N值计算不同食性鱼类间的营养级存在不确定性.

大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系

生物量在营养级上的分布作为一种生态系统的指示指标,可以指示因人类干扰和环境变化导致的生态系统的改变,揭示生态系统功能的差异性。调查了冬季大亚湾不同区域各粒级浮游生物的生物量大小及其氮稳定同位素丰度比值(δ15N)与环境因子的关系,通过构建营养级谱比较了大亚湾不同区域浮游食物网结构的差异。研究结果显示,浮游生物的δ15N值基本随着粒径的增大而增加,但100—212μm粒级的δ15N值为5.08‰,略低于1.2—100μm粒级的5.58‰。>500μm粒级的δ15N值最大,平均为8.16‰。在湾口和敞水带的S1、S9站各粒级的δ15N都要小于其他站位,而各粒级δ15N的最大值一般都出现在湾底的S8站。在各粒级颗粒物中,1.2—100μm粒级的δ15N最适合用来指示水体的环境状况,受陆源输入影响较小的海域的δ15N值小。生物量与氮稳定同位素构建的营养级谱的斜率与总溶解氮的浓度和氮磷比呈显著负相关关系。处于湾口的站位的营养级谱的谱线要更陡峭一些,表明该处捕食者/被捕食者的比率更低。

不同氮磷比对海洋赤潮藻碳、氮稳定同位素组成的影响

为查明营养盐对不同赤潮藻不同生长阶段的影响,通过测定不同营养条件下培养的7种赤潮藻δ13 C和δ15 N值,比较不同生长阶段、不同藻种之间稳定同位素组成的差别。结果显示,7种赤潮藻δ13C和δ15 N值存在一定的差异,海洋原甲藻具有较高的δ13 C值;海洋球石藻δ13 C值相对较小;新月菱形藻、威氏海链藻和塔玛亚历山大藻具有相似的δ13 C值。强壮前沟藻、海洋原甲藻和塔玛亚历山大藻δ15 N值要高于其他赤潮藻,威氏海链藻、海洋球石藻、中肋骨条藻和新月菱形藻具有相似的δ15 N值。塔玛亚历山大藻在NP、3N、1/3P和3P组别指数期δ13 C值要低于稳定期,其他6种赤潮藻指数期δ13 C值要高于稳定期。几种赤潮藻δ13 C值与NO-3和PO3-4浓度普遍呈显著正相关;δ15 N值与NO-3浓度普遍呈显著负相关,与PO3-4浓度普遍呈显著正相关。

鲈鱼新陈代谢过程中的碳氮稳定同位素分馏作用

利用天然存在的碳氮稳定同位素作为示踪剂,研究了在受控条件下驯养的鲈鱼的新陈代谢过程中不同生态因子(水温、摄食水平、体重等)对鲈鱼体内不同组织的碳氮稳定同位素组成的影响。通过鲈鱼新陈代谢过程中的稳定同位素分馏作用,研究了在生态系统食物网中的物质与能量转换规律。

不同蛋白源对军曹鱼幼鱼碳、氮稳定同位素分馏的影响

为研究饲料中不同蛋白源对军曹鱼幼鱼碳、氮稳定同位素分馏的影响,配制3种等氮等能饲料。D1以鱼粉为蛋白源,D2和D3饲料中分别以啤酒酵母和玉米蛋白替代10%的鱼粉蛋白,投喂幼鱼24d。结果表明,啤酒酵母和玉米蛋白替代10%的鱼粉蛋白后,幼鱼的体质量增加率显著下降。随养殖时间的延长,所有处理组幼鱼的碳稳定同位素比率δ13C逐渐上升而氮稳定同位素比率δ15N逐渐下降;虽然全鱼和肌肉δ15N的变化速度存在差异,但各饲料组全鱼和肌肉的δ13C和δ15N都在24d后与饲料达到平衡。当饲料中10%的鱼粉蛋白被啤酒酵母和玉米蛋白替代之后,幼鱼肌肉和全鱼样品与饲料相比的碳同位素富集Δ13C值下降,而氮同位素富集Δ15N值则上升。其中全鱼Δ13C从4.19‰分别下降到3.94‰和3.63‰,肌肉Δ13C从4.46‰分别下降到3.98‰和3.67‰;全鱼Δ15N从0.18‰分别增加到0.88‰和0.94‰,肌肉Δ15N从0.18‰分别增加到0.74‰和0.87‰。军曹鱼在摄食3种不同蛋白源饲料时,其全鱼和肌肉的Δ13C和Δ15N的变化趋势相似,但全鱼δ15N的变化速度慢于肌肉。据此可推断,肌肉可在生态学营养级研究(长时间尺度)中代表军曹鱼的碳、氮同位素特征;但在代谢生理学研究中(短时间尺度),肌肉就无法准确反映军曹鱼全鱼的δ15N变化过程。

太湖不同湖湾中铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)的氮稳定同位素特征

进入湖泊中不同氮源氮稳定同位素值(δ15N)的差异和生物对氮稳定同位素的记忆作用,可以反映流域人类活动输入的污染物对生态系统的影响程度.本文调查了太湖4个湖湾(梅梁湾、贡湖湾、竺山湾和东太湖)中铜锈环棱螺(Bel-lamya aeruginosa)的δ15N值,结果表明环棱螺δ15N值的变幅为6.9‰～18.1‰,平均值为11.2‰,不同湖湾中环棱螺δ15N值差异极显著,从高到低依次为梅梁湾(17.7‰)、贡湖湾(13.2‰)、东太湖(10.2‰)和竺山湾(7.8‰).分析认为,梅梁湾和贡湖湾接纳较多的人类活动产生的污染物,其周边城市如无锡、常州等地的污水处理效率有待提高;竺山湾水体氮素主要来自于农业面源污染,需降低农田化肥的使用量.

南海北部不同粒级浮游动物氮稳定同位素研究

在2015年夏季和冬季开展了南海北部海域不同粒级浮游动物生物量和氮稳定同位素特征的研究。按照浮游动物粒径大小将其分成3个类群,即小型浮游动物(180~380μm)、中型浮游动物(380~500μm)和大型浮游动物(>500μm)。结果显示浮游动物生物量和氮稳定同位素空间分布差异明显,高值区多分布于珠江口、东沙群岛和台湾海峡南部海域。浮游动物氮稳定同位素δ^(15)N值出现显著的季节和粒径结构差异,其中夏季δ^(15)N平均值高于冬季,以小型浮游动物尤为明显(P<0.01)。各粒级浮游动物δ^(15)N值随粒径增大而增加。小型和中型浮游动物δ^(15)N值与浮游动物生物量有显著的相关性,而大型浮游动物与浮游动物生物量则关系不明显。

土地利用方式影响下的赣江硝态氮浓度和氮稳定同位素分布特征

赣江硝态氮（NO3--N）是鄱阳湖氮素输入的主要来源，查明赣江NO3--N来源对鄱阳湖的富营养化防治具有重要意义．基于2013年1月和6月对赣江干流和主要支流NO3-N浓度和δ15N-NO3-的测定，通过不同空间尺度和土地类型等级划分，分析土地利用方式影响下的赣江NO3--N浓度和δ15N-NO3-分布特征．结果表明，赣江枯水期和丰水期NO3--N浓度分别为0．52～4．58mg／L和0．81～2．60mg／L，均值没有显著性差异；枯水期和丰水期的δ15N-NO3-范围分别为一1．31‰～8．60‰和2．49％0～8．51‰，枯水期均值显著小于丰水期．较大空间尺度的土地利用类型与NO3--N浓度和δ15N-NO3-有更显著的相关性．赣江NO3--N浓度、δ15N-NO3-与水田、居民建设用地和水域呈显著正相关，与林地、草地呈显著负相关，这种相关性在丰水期减弱．与一级土地利用分类相比，二级土地利用分类能更好地体现土地利用类型与NO3--N浓度的相关性，但对土地利用类型与δ15N-NO3-的相关性没有显著提高．农业用地，特别是丘陵水田和平原旱地，是赣江NO3--N主要的污染来源；与长江流域其它地区相比，赣江流域NO3--N的生活污水来源比例较小．