海洋中β-二甲基巯基丙酸内盐降解过程的研究进展.pdf

第33卷第1期
海洋科学进展
]5年1月
ADVANCES IN MARINE SCIENCE
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海洋中β二甲基巯基丙酸内盐
降解过程的研究进展
刘月·2,杨桂朋2,刘春颖2“,高彩霞'·2,刘欢欢1
L.中海洋大学化学化工学院,山东青岛26100;2.海洋化学埋途与工程技术教育部重点实验室。山东青岛26100)
摘要:二甲基(DMS)是海水中一种最重要的、合量最丰富的迳原态发姓生源有机化,前体B二甲茎巯基
丙内(DMSP)的降解过程受各狛素影响。其中主要包抵温度、DMSP约浓度、氧气、盐度、酸度、颖粒粒度、藻
类生长期、季节交化、氧化压力、押制剂等。它们均与DMSP降解速率?一定的函数关系,并对IMSP的降解产物
产生影响。藻类是DMSP旷主要来源,因兑着重讨论了温度、盐度、酸度等对不信浮游植细胞内⊥DMSP与MS
生物生产和转化过程的影响。结合海洋寃循环的研究现状邪海洋化学发辰的差势,探究了用颗粒怒DMSI与Chl
a的比率来量化碳和硫通量的方法及DMSP解海活性的检验技术。大气中C)2压力持缮増加导致的海洋酸化
对藻类中DMSP降解过程的影响也是进一步研究的重点
关鍵词:3二-甲基巯本丙酸内盐(LMSl);二甲基硫(DMS);降解过程
中图分类号:P734
文献标识码:A
文章编号:1671647(2015)01-0118
在海洋环境中?β二甲基巯基丙酸内盐( dimethylsulfoniopropionate,DMSP)是一种重要的有机硫化物,
它是海洋屮最重要的还原态挥发性二基硫( dimethylsulfide,DMS)的前体。藻类是DMSP的主要来
源,尤其是甲辣纲和普林藻纲类。浮游植物通过浮游动物摄食或藻类释放溶解态DMSP( DMSPD),将还
原态硫以DMSP的形式传送流经食物链,再被其他浮游植物和异斧细菌再利用。通过摄食,部分藻类DM-
SP-S(以DMSP的形式存在的还原态硫)被浮游动物同化纳人生物质或是以颗粒态DMSP存留下来·。浮
游动物汇要通过摄食破坏藻细胞,促进 DMSPD和DMS释放到海水リア。大部分的 DMSPD最终被异养
细菌和不生产DMSP的浮游植物同化的,以此来提供大分子硫并缓解硫酸盐还原反应所造成的能量消
耗。在亚热帯、温带和极地水域,海洋表层DMS浓度有很强的季节性特征心,每年夏季期间的浓度最
高。最近对于西北地中海的研究表明、DMSP循环动力学也具イ季性特征"。特別是,DMSP被徴牛
物同化的速率在夏季明显偏高,DMSP和叶绿素的比率(DMSP:Chla)也较高。
浮游植物细胞内的DMSP可分解产生DMS。徴藻也可通过分泌和死亡释放未转换的DMSP,这些
DMSPD可以被细胞外的酶及细蘭晦部分地转换成DMS。DMS通过光化学反应被氧化6,被异养
菌代谢,最终只有部分DMS释放到大气中2。DMS是海洋表层主要的挥发性含硫化合物,也是海
洋对流层中气硫的主要生物源。1980年, Charlson等提出了CLAW假说:假设在远离大陆的海洋
边界层( marine boundary layer,MBI.)及人为颗粒物来源中22.,公凝结核( cloud condensation nuclei
CCN)中的大多数是DMS派生的SO。CL.AW假说进一步提出,山海洋释放的DMS增加将会导致CCN、
云滴浓度、云反射率的增加,銖而到达地球表面的太阳辐射量减少、太阳辐射的减少可能导致物种形成的变
化,及产生DMSP的浮游植物的丰度变化,因此可以在云反射率和海洋表层DMS浓度之间建立一个气候反
收稿日期
资助项目:国家自然科学金一一海洋中丙师酸的产4、分布和迁移化(41176062;国家自然科学重点基金中国东海稱黄海中生
源硫的生产、分布、迁移转化与环境效应(41030858
作者简介:刘月(1990-)、女;山东济南人,硕士研究生,主要从卦海洋界面化学方向研究. E mail:15864718683(0163.corm
通讯作者,刘春额(1972-)、女,上海人,博?确よ生导师,主要从事海洋界面化学方向研究. E mail: rasely(ouc.edu.crn
(高峻编韓)
万方数据
1期
刘月,等:海洋中β二甲基巯基内酸內盐降解过程的研究进展
馈回路。但是近年来有研究人员证实2:非DMS是MBL中CCN的重要来源;DMS控制海洋生物气候反
馈的证据并不充分;DMS对CLAW假说反馈回路中每一步的变化具有较弱的灵敏度
DMSP也是海洋微生物食物链中硫和碳通量的重要组成部分。对于海洋异养细南”、海洋原生动
物…24及不生产DMSP的浮游植物门,DMSP是其硫和碳的重要来源。在藻细胞内,它可以作为一种渗透
压调节剂22、低温防护剂『26和抗氧化剂2,也可以在代谢反应中作为甲基供体,在生长不平衡的情况下
具有很强的还原能力。DMSP不稳定,作为重要的碳源和硫源很快被海水中的微生物利用,对生物的新陈
代谢系统产生重要影响。海洋中30%~90%的DMSP被细菌代谢,使DMSP脱甲基生成甲硫醇或使DM
SP裂解生成DMS18?。因而DMSP在海洋生态系统和生物地球化学过程中具有重要的作用
DMSP的降解主要有2种方式:1)在DMSP裂解酶或脂肪酰辅[2的作用下裂解为DMS、丙烯酸盐
产生质子:DMSPー→DMS+丙烯酸盐十H+。2)另一种代谢途径为脱甲基作用,这可能是海洋中DMSP降
解的主要途径。DMSP与化合物如甜萊碱的结构具有相似性,因此可以推测DMSP的脱甲基过程为DMSP
脱-个甲基后生成3- methiolpropionate(MMPA),这种化合物可以被重新甲基化为DMSP,或进一步脱甲基
成为3- mercaptopropionate(3-MPA),或者裂解为甲硫醇(MeSH)3]主要用于合成硫氨基酸和蛋自质?
Kiene等认为-0-,如果有足够可用的 DMSPD,细菌的硫需求饱和,会引起DMSP从脱甲基作用途径向裂解
反应途径转化,细菌的DMS产量增加。海洋中DMSP的消耗是一个极其复杂的生物学和生态学过程,DM
SP的降解是海洋硫循环的关键一环。我们对影响DMSP降解过程的研究进展进行了综合分析,以便深入
认识海洋中DMSP的生物地球化学循环及硫循环过程
1影响DMSP降解过程的各种因素研究
温度的影响
Kiene和 Service的研究证实:低温将大大减缓海水中DMSP及DMS的消耗。海水中 DMSPD的分解
速率是温度的函数,温度为4℃时速率很低,在16,23和30℃时速率逐渐增加,49℃时 DMSPD的新陈代
谢速率大大降低。而当样品保存在4℃的黑暗条件下时,DMS的浓度相对稳定。DMSP裂解酶可以
使DMSP裂解为DMS,因此裂解酶活性对DMSP的降解速率影响很大。对英吉利海峽的赫氏颗石藻
( Emiliania huxlevi)进行温度培养实验-,发现5~38℃,裂解酶活性稳定增加,之后随着温度升高酶活性
急剧下降。大多数温带和极地地区的生物酶的最适温度要高于微生物的最佳温度范围?。对比体内和体
外的DMSP裂解酶活性发现,体内活性低于体外活性,这与之前 Steinke等得到的结论一致,主要原因也
是体内比体外温度低的缘故。选择赫氏颗石藻作为研究对象的原因是,它在海洋浮游植物大量繁殖时偶尔
会占主导地位,并且其可以产生大量的DMSP。在低温情况下DMSP是一种高效的兼容溶质,并且大
型藻类会在其组织内积累 DMSPLL+is。微藻也有类似的反成:赫氏颗石藻和亚心形扁