全 文 ：研究报告　REPORTS
海洋科学/2009年/第 33卷/第 5 期
小球藻和三角褐指藻中脂肪酸和长链烷烃组成的比较研究
吕冬伟1 , 2 , 3 , 宋　茜1 , 王旭晨1
(1.中国科学院 海洋研究所 ,山东 青岛 266071;2 .中国科学院 研究生院 ,北京 100039;3.中国农业大学
烟台研究院 , 264670)
摘要:以小球藻(Chlorela sp.)和三角褐指藻(Phaeodacty lum tricornutum)为研究对象 , 比较了其合成有机物
中长链烷烃和脂肪酸的组成和丰度。结果表明 ,小球藻中的脂肪酸以 14:0、16:1 、16:0、20:5 为主 ,其中 16:0
饱和脂肪酸的质量分数为 43%,具绝对优势。三角褐指藻中的脂肪酸组成显示 16:1 、16:0、20:5 占优势。其
中 16:1 和 16:0 两种脂肪酸含量相当。长链烷烃在两种藻中均以低碳链分布 ,优势组分集中在 C16～ C21 碳
链之间 。小球藻中 C17 具有明显丰度 ,而三角褐指藻中长链烷烃含量差别不大。两种微藻中的长链烷烃组
成都没有奇偶优势碳链分布的特征 ,这与陆源植物中长链烷烃明显的奇偶优势分布特征相比 , 具有显著的差
异。这些结果对判断不同微藻在食物链中的营养级别 ,以及对以长链烷烃和脂肪酸为生物标志物研究我国
近岸海沉积物中有机物的来源均具有实际意义。
关键词:海洋微藻;脂肪酸;长链烷烃
中图分类号:Q547 , Q542　　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000-3096(2009)05-0028-05
　　海洋浮游植物作为海洋有机物的生产者 ,是支
持海洋整个生物链的最主要环节 。海洋自生有机物
主要由蛋白质 、糖类及脂类化合物构成 。在浮游植
物中 ,脂类化合物占其有机体的 5%～ 20%[ 1] 。是能
量贮存的重要部分。长链烷烃和脂肪酸作为脂类化
合物中的重要组成部分 ,得到广泛的研究 。由于这
二组化合物具有特定的生物来源结构 ,因此被广泛
用于生物标志物研究海洋沉积物中有机物的来源及
相应的生物地球化学过程[ 2 ～ 3] 。从应用方面 ,近年来
对海洋微藻类作为生物柴油的可行性研究亦成为一
热门的研究方向 。
小球藻和三角褐指藻是中国近海常见的微藻种
群。小球藻属绿藻门色球藻目 ,具有很强的盐度适
应性 ,可以在河口 、港湾及半咸水中生长繁殖 ,特别
是在高营养化的水中生长繁茂 。三角褐指藻属硅藻
门 ,对盐度和温度都具有极强的适应性 。本研究以
上述两种藻为对象 ,比较其在生长过程中脂肪酸和
长链烷烃的组成和结构 ,具有一定的代表性和实际
意义 。
1　材料与方法
1.1　藻种的培养和收集
两种海洋微藻小球藻(Chlorela sp.)和三角褐
指藻(Phaeodacty lum tricornutum)由中国科学院海
洋研究所藻种室提供 ,微藻培养在实验室内进行 。
培养条件为:室温 ,盐度 30左右 ,24 h 日光灯照射 ,
光照度 5 000 lx 。以 f/2培养液培养小球藻和三角
褐指藻 ,培养容器为 5 L 透明三角瓶 。根据微藻的
生长指数周期 ,按照藻液:海水体积比 1∶3扩种培
养 。培养用的海水经过滤后和器皿一起煮沸消毒 ,
培养过程中每天定时摇动数次。藻类于 1周左右生
长成熟期收集。4 000 r/min 离心收集 , -20℃密封
保存。
1.2　测定方法
1.2.1　脂肪酸及长链烷烃的萃取
脂肪酸萃取参照 Sun等[ 4] 进行。称取定量冻干
的藻种于玻璃管中 ,加入 19:0 脂肪酸甲酯作为内
标 。以 0.5 mol/ L KOH-甲醇(MeOH)/H 2O 溶液
皂化 ,100℃水浴加热 2 h 。待样品冷却后 ,加入 5%
NaCl溶液 ,以正己烷萃取中性物质 ,弃去。滴加 HCl
收稿日期:2008-01-10;修回日期:2008-04-12
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40476038)
作者简介:吕冬伟(1980-),女 ,山东烟台人 , 博士研究生 ,主要从事海
洋化学和环境科学研究 , 电话:0532-82898920 , E-mai l:lvdw 716@
163.com
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Marine Sciences/ Vol.33 , No.5/ 2009
酸化样品 ,正己烷萃取脂肪酸并转入新玻璃管中 ,N 2
吹干 。以 BF 3-MeOH 溶液转甲酯化 ,于 100℃水浴
中加热 2 h 。样品冷却后 ,正己烷萃取脂肪酸甲酯 ,
定容 ,用气质联用仪(GC-MS)测定。
长链烷烃萃取参照 Wang 等[ 5] 进行 。称取定量
冻干的藻种于玻璃管中 ,分别以 MeOH 和二氯甲烷
(DCM)按照 DCM ∶MeOH(2∶1)混合液超声萃取
微藻样品 。4 000 r/min离心 10 min ,萃取液转入梨
形瓶中 ,45℃旋转蒸干。以约 2 mL 正己烷转移样品
过硅胶柱 ,正己烷流洗 ,得长链烷烃。旋转蒸干 ,定
容 ,用 GC-MS 测定 。长链烷烃含量采用外标法
确定 。
1.2.2　脂肪酸和长链烷烃化合物的测定
脂肪酸和长链烷烃用 Finnigan T race DSQ 气
质联用仪(GC-MS)测定 。进样装置采用 AS3000
自动进样器 ,色谱柱为 J&W DB-5 毛细管柱(30 m×
0.25 mm)。脂肪酸和长链烷烃分别测定 ,升温程序
为:脂肪酸 55℃保持 1 min ,以30℃/min的速度升到
175℃, 后以 2℃/min 的速度升到 240℃, 再以
6℃/min的速度升到 300℃,保持 10 min。长链烷烃
50℃保持 1 min ,以 6℃/min 的速度升到 300℃,在
300℃保持 10 min。离子源为电子轰击源(EI ,
70 eV),载气(高纯氦气)流速为 1 mL/min ,进样口
温度为 270℃,扫描质量范围:50 ～ 600 u 。化合物根
据标准物检出时间和其质谱图定性 ,浓度分别根据
内标法和外标法标准曲线计算所得 。
2　结果与讨论
2.1　样品回收率、平行性和仪器稳定性的检测
按照 1.2.2节中 GC-MS测定条件 ,对长链烷烃
混标溶液连续进样 8 次 ,测得各组分长链烷烃峰面
积相对标准偏差平均值为±2.9%,仪器性能稳定 。
采用外标法定含量 ,还需确定实验流程的重现性和
回收率 。本研究对 4份长链烷烃混标溶液按照相同
的实验流程测定 ,得到长链烷烃各组分的平均回收
率为 55.6%～ 71.1%。各组分峰面积相对标准偏差
范围为±4.1%～ 19.1%,均小于 20%,平行性较好 。
不同化合物根据其检出时间与标准物对照定性 。样
品测定结果根据标准回收率进行校正 。
2.2　脂肪酸组成
图 1是小球藻和三角褐指藻的脂肪酸气相色谱
图 ,两种微藻的脂肪酸含量列于表 1 ,相对百分含量
见图 2。小球藻中主要的脂肪酸组成为14:0 、16:1 、
16:0 、20:5。其中 16:0占总脂肪酸的 43%,占有绝
对优势 。除此之外 ,小球藻中有相当含量的 18:1 和
20:4 ,两种组分共占总脂肪酸的 11%。
三角褐指藻中脂肪酸的组成与小球藻具有明显
差异 ,以16:1 、16:0 、20:5为主。不同的是 ,16:1和 16:0
在三角褐指藻中的含量相当 , 16:1 稍高于16:0。这
两种脂肪酸的含量分别占总脂肪酸的 30%和 29%。
此外 ,三角褐指藻中也含有相当量的14:0 、16:2 、18:
1和 24:0 ,该 4种组分共占总脂肪酸的 17%。
图 1　脂肪酸甲酯气相色谱图
F ig.1　Gas chromato gr aphy spectra o f fatty acids methy l ester s
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表1　两种微藻中脂肪酸和长链烷烃的质量比(μg/ g , 干质量)
Tab.1　The contents of fatty acids and n-alkanes of two algae
(μg/ g , dry w eight)
脂肪酸 小球藻 三角褐指藻 长链烷烃 小球藻三角褐指藻
12:0 60.1 6.9 C14 2.0 2.8
13:0 11.1 nd C15 1.6 1.8
14:1 9.8 nd C16 3.6 3.0
14:0 2 823.8 1 037.4 C17 18.0 4.8
15:0 429.8 78.5 C18 6.5 3.9
16:3 nd 179.9 C19 8.7 3.0
16:2 65.0 1 060.1 C20 5.3 4.1
16:1 5 260.1 6 273.8 C21 4.3 3.1
16:0 15 004.4 5 997.4 C22 4.8 1.2
17:0 295.1 62.0 C23 3.6 2.6
18:3 34.3 32.1 C24 2.6 1.4
18:2 805.6 309.2 C25 2.5 1.8
18:1 2 047.0 732.7 C26 2.4 2.4
18:0 1 015.6 462.0 C27 2.6 2.2
20:4 1 804.9 147.8 C28 2.0 2.3
20:5 4 510.3 2 873.6 C29 2.5 1.6
20:3 24.9 124.7 C30 2.7 2.1
20:1 37.1 22.1 C31 1.2 2.6
20:0 45.8 48.7 总量 77.0 46.4
22:6 nd 140.3
22:1 202.8 130.4
22:0 16.5 269.6
24:0 7.6 646.5
MUFA 7 556.7 7 159.0
PUMA 7 245.0 4 867.8
总量 34 511.5 20 635.7
M UFA.单不饱和脂肪酸;PUFA.多不饱和脂肪酸;nd.小于仪
器检测限 ,未检出
图 2　两种微藻中脂肪酸主要组分占脂肪酸总量的比例
Fig.2　The abundance of individual fat ty acid(% of to tal)in
the two alg ae
　　脂类化合物不仅是构成藻类细胞膜的重要部分[ 6] ,
同时也是能量贮存及代谢过程的主要部分。由于合成
过程中特定的生物化学过程 ,小球藻和三角褐指藻中的
脂肪酸以饱和脂肪酸(单键)居多。与不饱和脂肪酸(以
双键为主)相比 ,这种脂肪酸通常化学性质稳定。
藻类脂肪酸作为生物标志物 ,经常用于研究海洋
沉积物中有机物的来源。这取决于藻类脂肪酸的组
成和化学稳定性 。研究表明 ,16:0在许多藻类中的分
布占优势[ 7] ,而在陆源高等植物中多以长碳链脂肪酸
为主要组分[ 8] 。由于这些脂肪酸的相对稳定性 ,其在
海洋沉积物中的含量及保存常被用于区分海洋自生
有机物与陆源有机物来源的重要指标。作者的研究
发现 ,小球藻中脂肪酸在沉积物-海水界面的降解速度
因其分子结构的不同具有很大的差异。不饱和脂肪
酸比饱和脂肪酸的降解速度高2 ～ 3倍 ,且随不饱和程
度的增高而加快。三角褐指藻中脂肪酸的降解情况
跟小球藻相似(未发表数据)。这与其他研究成果相一
致[ 9 ～ 10] 。除其化学结构外 ,Sun等[ 11] 研究发现环境因
素 ,如氧化还原环境 ,对脂肪酸的降解过程也有很大的
控制作用。总之 ,作者的结果显示 ,利用 C14 ～ C20饱
和的和单一不饱和的脂肪酸作为海洋自生有机物的
生物标志物 ,应具有较好的代表性。
微藻作为海洋浮游动物的主要捕食对象 ,其脂肪酸
的含量特征是影响其在食物链中营养级别的因素之
一[ 12] 。通常情况下 ,微藻中长链多不饱和脂肪酸的含
量越高 ,脂肪酸的营养价值越高。例如 ,二十碳五烯脂
肪酸(20:5n3 , EPA)和二十二碳六烯脂肪酸(22:6n3 ,
DHA)在水产养殖的育苗期 ,常被用作营养添加剂[ 13] 。小
球藻和三角褐指藻都含有相当量的 EPA ,从它们不饱和
脂肪酸的含量来看 ,可以成为浮游动物较好的捕食对象。
2.3　长链烷烃组成
相对于脂肪酸 ,长链烷烃在两种藻内的含量较
低(表 1 ,图 3)。在所检测到的长链烷烃 C14 ～ C31
中 ,主要以 C14 ～ C22碳链烷烃为主 。小球藻中长链
烷烃具有较明显的低碳链单峰分布特征(图 4)。优
势组分集中在 C17 ～ C20 ,其含量占长链烷烃总量的
50%,其中 ,主峰碳 C17的含量占总量的 23%。
三角褐指藻中长链烷烃也呈现低碳链单峰分
布 ,优势组分集中在 C16 ～ C21 ,占长链烷烃总量的
47%,主峰碳不突出。但长链烷烃 C23 ～ C31的含量
比小球藻相对要高。
碳优势指数 CPI值是衡量长链烷烃分布特征及
来源的常用参数 。Bray 等[ 14] 提出的原公式为:
CPI=
1
2
∑奇数长链烷烃浓度 C25～ C33
∑偶数长链烷烃浓度 C24～ C32+
∑奇数长链烷烃浓度C25～ C33
∑偶数长链烷烃浓度C26～ C34
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Marine Sciences/ Vol.33 , No.5/ 2009
图 3　长链烷烃气相色谱图
Fig.3　Gas chroma tog raphy spectr a of n-a lkanes
　　陆源高等植物中一般存在着特定的奇碳数长链
烷烃超过偶碳数长链烷烃的特征 ,如草类 、玉米 、大麦 、
甘蔗 、燕麦 、树叶等 ,在 C23 ～ C33范围内有明显的奇
偶优势 ,通常以 C27 ,C29 , C31为主导 ,其 CPI 值分别
达4.2 、5.1 、7.2 、7.3 、9.2和 11[ 15] 。作者计算得到小
球藻和三角褐指藻的 CPI值都为 1.0 ,没有奇偶优势。
与陆源高等植物相比 ,海洋浮游植物中的长链烷烃含
量较低 ,且多为 C14 ～ C21为主要组分 。这是利用长
链烷烃作为陆源及海洋自生有机物来源的主要依据。
这在对长江口及东海陆架区沉积物中长链烷烃的研
究中得到很好的应用[ 16～ 17] 。虽然小球藻中长链烷烃
存在一定的奇偶分布 ,但其主峰与陆源植物完全不同。
Clark
[ 18] 早年分析了 12种海底藻 ,长链烷烃质量比为
10～ 120μg/g ,所有藻都表现出在C15或 C17处有最
大值 ,且分布主要集中在 C20 以前 。本研究所测小
球藻和三角褐指藻中长链烷烃以低碳数组分为主 ,
与陆生植物中长链烷烃组分以高碳数组分为主相区
别。其质量比分别为 77.0 和46.4 μg/g , 且 C17处
有最大值 ,都表现出与海洋微藻相同的分布特征。
图 4　两种微藻中长链烷烃各组分占长链烷烃总量的比例
Fig.4　The abundance of indiv idual n-alkane(%o f to tal)in
the tw o alg ae
3　结语
通过对中国沿海二种常见微藻小球藻和三角褐
指藻脂肪酸及长链烷烃的测定对比 ,揭示了其组成
和分布特征 。这些化合物的组分特征对研究不同藻
类的种群特征和生态过程具有一定的意义。研究结
果亦显示利用脂肪酸和长链烷烃作为生物标志物用
于区分海洋沉积物中有机物的来源具有代表性 。
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Comparative study of fatty acid and n-alkane compositions in
two phytoplankton species
LU
··
Dong-wei1 , 2 , 3 , Song Qian1 , WANG Xu-chen1
(1.Insti tute of Oceanolog y , Chinese Academy of Sciences , Qingdao 266071 , China;2.T he G radua te School
of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100039 , China;3.Yantai Research Inst itute , China Ag riculture
University , Yantai 264670 , China)
Received:Jan., 10 , 2008
Key words:marine micro alg ae;fat ty acids;n-alkanes
Abstract:The composi tions and abundances o f fat ty acids and n-alkanes were measured for tw o marine
phy toplanktons Ch lorel la sp.and Phaeodacty lum tricornutum .Our resul ts indicate that the shor t chain
satura ted and mono saturated fat ty acids , 14:0 , 16:0 , 16:1 comprised major f raction of the detected fatty
acids in the tw o algae species.In addi tion , 18:0 , 18:1 and 20:5 also showed relat ively high abundances in
Ch lorel la sp.and 20:5 in P.t ricornutum.Compared wi th fat ty acids , the abundance of n-alkanes w as much
low er in the tw o alg ae species and w as predominated by the shor t chain C16 ～ C23 compounds.T he compo-
sitio n and dist ribution characteristics of fat ty acid and n-alkanes in Chlorel la sp.and P.tricornutum could
play certain roles in their ecological signif icance.Our re sul ts also confirm the ef ficiency of using fat ty acids
and n-alkanes as biomarkers to distinguish org anic mat ter source s in marine sediments.
(本文编辑:张培新)
32