全 文 ：1987 , 61(4):1 007～ 1 018
6　Hirokaw a N.Cross_linker system betw een neu rofilaments, microtubules , and membranous organells in frog axons revealed by
the Quick_freeze , deep_etching method.J Cell Biol , 1982 , 94:129～ 142
(1997-03-30收稿 , 1997-08-12收修改稿)
水解和细菌降解作用对小球藻热模拟烷烃
及生物标志物的影响
吴庆余①　章 冰①　宋一涛②　盛国英③　傅家谟③
(①清华大学生物科学与技术系 ,北京 100084;②胜利石油管理局地质科学研究院 ,东营 257015;
③中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室 ,广州 510640)
摘要　研究了水解和细菌降解作用对小球藻热模拟烷烃生物标志物的影响.小球藻热模拟生成的烷烃组分
中以正烷烃和类异戊二烯烷烃占绝对优势.水解和细菌降解作用增加了这一优势 , 但同时降低了正烷烃的奇
偶优势.水解作用明显除去了部分高碳数正烷烃 ,使 C23-/ C24+值提高了5.13 倍.细菌降解作用使正烷烃碳
数分布范围缩小 ,低碳数正烷烃增加.未经水解和细菌降解作用的小球藻 P r/ nC17<1 ,细菌降解作用使 Pr/
n C17值提高至 1.18 ,与原油和生油岩中藻类来源有机质的该参数特征更相符合.
关键词　小球藻　水解作用　细菌降解作用　烷烃生物标志物　热模拟
地质历史中古代生物向石油和天然气等有机质的演化过程往往包括原始母质的生物化学
降解和热降解两个基本阶段 ,除了热演化的成熟度外 ,生物母质热演化前的生物化学降解(包
括细菌降解 、水解和异养转化等)是影响沉积有机质特征的重要因素[ 1 ～ 3] .近年来国内外开
展了一系列藻类热模拟产烃的研究[ 4 , 5] ,但是大部分实验以新鲜的藻体为实验材料 ,藻类在死
亡沉积过程中发生的水解作用和细菌降解作用往往被忽略.
1　材料与方法
　　(ⅰ)材料.　实验材料 Chlorel la protothecoides(原始小球藻)由美国得克萨斯大学藻种中
心提供.按Grant和 Hommersand方法进行小球藻的自养培养[ 6] ,获浓藻液.将其在 2 000 r/
min下离心 10 min ,经洗涤并同样离心两次后 ,沉淀部分取 1/3置于红外线快速干燥器中低温
干燥 ,得小球藻细胞干粉.其余 2/3保存于-20℃冰箱中留作水解和细菌侵染降解实验用.
　　(ⅱ)藻类的水解.　将藻细胞悬浮于蒸馏水中 ,加入玻璃珠 ,用德国 853002/0 KAISER
细胞破碎仪破碎 3次 ,每次 30 s.破碎的藻细胞用水洗 , 2 000 r/min离心去除玻璃珠.上清
液10 000 r/min离心.取沉淀物并用水洗多次 ,每次洗涤后离心所得上清液用日本 KON-
TRON UVIKON 860紫外分光光度计测 200 ～ 400 nm 吸收光谱曲线 ,直至 260 nm , 280 nm
处无吸收峰 ,表明水溶性蛋白和核酸已被去除.将沉淀置于红外线干燥器中低温干燥 ,得经水
解作用的水球藻细胞干粉.
　　(ⅲ)藻类的细菌侵染降解.　按前文方法进行[ 7] .
　　(ⅳ)热模拟降解实验.　将未经处理的小球藻细胞干粉 ,经水解作用的小球藻细胞干粉
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研究简报
和经细菌降解作用的小球藻细胞干粉各 1.5 g ,分别装入安瓿中 ,用高纯氮气多次连续吹洗和
抽气 ,除去空气 ,然后抽真空封口.将分装样品的安瓿置于马弗炉中 ,以 300℃恒温持续热解
100 h ,得对应的热解样品.
　　(ⅴ)可溶有机质的分离和烷烃生物标志物特征分析.　按前文方法进行[ 4] .
2　结果与讨论
2.1　氯仿沥青“A”及其族组成
藻细胞经水解作用后 ,其热转化产出的氯仿沥青“A”明显降低 ,但烷烃的产出量却显著提
高(表 1),说明水解作用除去了细胞中大量蛋白质是氯仿沥青“A”量降低和烷烃量增加的主要
原因;也说明 ,细胞中的蛋白和核酸等生化成分不是烷烃化合物的分子来源.另外 ,细菌降解
作用虽然未明显改变藻细胞热转化产出的氯仿沥青“A”含量 ,但烷烃的产出量也显著得到提
高.由于细菌降解作用不能除去细胞中的蛋白质 ,但首先可导致藻细胞蛋白质的降解 ,由此推
测 ,藻细胞沉积过程中或热转化前蛋白质的保存与降解程度对进一步热转化形成有机质的数
量和质量等特征有重要的控制作用.
表 1　热解有机质含量与组成
样品 氯仿沥青“A”/%
烷烃
　藻　
/ %
族组分相对含量/ %
饱和烃 芳烃 非烃+沥青质
未经处理的藻细胞 31.00 0.33 0.96 3.86 95.18
水解作用的藻细胞 19.40 0.60 3.09 4.12 92.79
细菌降解的藻细胞 34.58 0.50 1.58 4.73 93.69
2.2　正烷烃和烯烃
总离子流图(图 1)、m/ z 85的质量色谱图(图 2)及正烷烃分布特征参数反映 ,水解作用和
细菌降解作用并未改变其主峰碳位置 ,但是 ,水解作用明显去除高碳数正烷烃 ,使 C23_/C24+值
提高了 5.13倍.细菌降解作用使正烷烃碳数分布范围缩小至 C17 ～ C25之间 ,C23_/C24+值也有
所提高.生物细胞的水解对烷烃类有机质的热演化具有一定的促进作用.
未经处理的小球藻热模拟烷烃组分中在植烷峰前后检测出 4个 C20烯烃同分异构体(图 1
(a)),且含量较高.这组 C20烯烃是小球藻烷烃生物标志物的一个特征.另外还检测出 C17烯
烃.经水解作用和细菌降解作用的小球藻热模拟烷烃组分中 C20烯烃含量明显降低 ,且均未
检测到 C17烯烃.以往在生物热模拟样品中常常检出烯烃化合物 ,而地质样品中较少检出烯
烃化合物.上述的实验结果对有时地质样品中较少检出烯烃化合物的原因提供了可能的解
释.
2.3　类异戊二烯烷烃
类异戊二烯烷烃在三种样品热模拟生成的烷烃中均为重要组成部分.从总离子流图谱
(图 1)看 ,三种样品均以植烷含量最高为特征.m/ z183质量色谱图(图 2)反映 ,样品中类异戊
二烯烷烃组成均较为简单.三种样品中类异戊二烯烷烃的有关参数见表 2.值得注意的是 ,
经细菌降解作用后 , Pr/ nC17 , Ph/ nC18值均有显著提高.一般地质样品分析认为 , Pr/ nC17值
>1指示藻类输入.从上述的结果看来 ,未经处理的小球藻热解后 Pr/ nC17值<1 ,而细菌降解
作用使 Pr/ nC17值提高到 1以上 ,它更接近沉积岩和原油中来源于藻类有机质的该参数特征.
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扫描数
图 1　热模拟烷烃组分总离子流(RIC)图
(a)未经处理的小球藻;(b)水解作用的小球藻;(c)细菌降解作用的小球藻
峰号:1———C17烯烃;2———C17环己烷;3 , 4———C20烯烃;5———C28甾烷
表 2　不同样品热模拟类异戊二烯烷烃有关参数
样品 Pr/ nC 17 Ph/ nC 18 Pr/ Ph
未经处理的小球藻 0.71 5.78 0.28
水解作用的小球藻 0.91 3.16 0.52
细菌降解的小球藻 1.18 14.22 0.10
2.4　其他生物标志化合物
三种样品热模拟烷烃组分中均检测到二环烷烃系列化合物(图 3),也检测到 C17环己烷.
细菌降解作用可明显提高 C17环己烷的含量(图 1),可能说明 C17环己烷成因与细菌转化有关.
三种样品热模拟生成的甾烷均以 C28甾烷为主(图 1).未经处理的小球藻热模拟样品中还检
测到少量 C27甾烷 ,经水解作用的小球藻热模拟样品中检测到少量 C29甾烷.
上述研究结果明确表明 ,细菌降解和水解等生物化学降解因素引入藻类生物热模拟成烃
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图 2　不同样品烷组分 m/ z85 和 m/ z183质量色谱图
(a)未经处理的小球藻;(b)水解作用的小球藻;(c)细菌降解作用的小球藻
实验后 ,实验结果更接近地质环境中生物成烃的实际过程 ,可为认识沉积有机质和原油中烷烃
生物标志化合物的来源与演化提供有效的参考.
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扫描数
图 3　不同样品热模拟烷烃组分 m/ z 123质量色谱图
(a)未经处理的小球藻;(b)经水解作用的小球藻;(c)经细菌降解作用的小球藻
致谢　本工作为国家杰出青年基金(批准号:49525205)、胜利石油管理局科技基金和有机地球化学国家重点
实验室基金资助项目.
参　考　文　献
1　Fukushima K , Morinaga S , Uzaki M , et al.Hydrocarbons generated by pyrolysis of insoluble kerogen_like materials isolated
f rom microbially degraded plant residues.Chem Geo , 1989 , 76(3):131～ 141
2　Alexander R , Kagi R I , Woodhouse G W , et al.The geochemistry of some biodegraded Australian oils.APEAJ , 1983 , 23
(1):53～ 63
3　Gillan F T , Nichols P D , Johns R B , et al.Phytol degradation by marine bacteria.Appl Eviron Microbiol , 1983 , 45:1 423
～ 1 428
4　吴庆余 ,殷 实 ,盛国英 ,等.异养黄化藻类产烃研究新发现.中国科学 , B辑 , 1993 , 23(4):423～ 429
5　Ben Z G.Liquid fuel(oil)f rom hapophilc algae:a renew able source of energy.Renew able Energy , 1993 , 3:249～ 252
6　Gran t N G , Hommersand M H.The respiratory chain of Chlorella protothecoides I.Inhibi tor responses and cytochrome com-
ponents.Plant Physiol , 1974 , 54:50～ 56
7　章 冰 ,吴庆余 ,盛国英 ,等.细菌降解作用对异养黄化藻热解产气的影响.科学通报, 1994 , 39(11):1 042～ 1 045
(1997-02-27收稿 , 1997-05-07收修改稿)
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