准确刻画古海洋食物网关系，重建过去千年尺度的海洋生物的营养级水平一直是研究海洋生物地球化学循环和生态过程的重大挑战。然而，基于传统的总体氮稳定同位素比值分析（Bulk analysis）的食物网营养级关系计算存在着诸多弊端。比如需要采集初级生产者，初级生产者的氮同位素背景受到物种、环境氮水平的影响较大，再者氮稳定同位素比值的营养级分馏效应变异大（经验值3-4‰并不准确）。因此，传统方法无法对古海洋的生物食物网关系和营养级水平进行准确地、高精度地评估。

近日，福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站固定研究人员、厦门大学环境与生态学院副教授吴浩团队与德国美因茨大学地质系BerndSchöne教授团队联合开发了基于长生命周期的贝类贝壳中微量有机物氨基酸氮稳定同位素分析的新技术，该成果发表在了Chemical Geology期刊上。该研究系统构建了碳酸盐螯合的有机物中痕量氨基酸氮稳定同位素比值的分析技术，采用高效离子交换去盐、NAIP衍生化以及四步校正的方法，攻克了贝壳中高碳酸盐、低有机物的难题。成功对来自北大西洋海域的冰岛鸟蛤（20岁）贝壳中的氨基酸氮稳定同位素比值进行分析，高分辨刻画了双壳贝类氮同位素背景和基于氨基酸氮同位素的营养级变化趋势。在极低样品（低至30mg，约10-20ng蛋白）情况下仍然能取得很好的分析精度（平均精度小于0.9‰）。

图1 贝壳的生长线和纵切面显微结构

本研究所开发的基于单体氨基酸稳定同位素技术（CSIA-AA）通过关注蛋白质的单个氨基酸的氮同位素，特别是源氨基酸（source AA）和营养性氨基酸（trophic AA），构建了双壳贝类贝壳中痕量氨基酸稳定同位素计算营养级和食物网结构的新方法。源氨基酸主要来自初级生产者，并被消费者吸收，同位素分化最小。因此，源氨基酸的δ¹⁵N随营养级变化是相对稳定的，可以代表初级生产者的氮稳定同位素比值。相反，营养性氨基酸由消费者合成，由于脱氨和转氨过程导致¹⁵N富集，因此记录了氮的同位素随营养级变化的特征。根据从生物体的蛋白质组中提取的营养性氨基酸（如谷氨酸）和源氨基酸（如苯丙氨酸）的δ¹⁵N值之间的差异，可以确定其营养级（TP），而不需要知道初级生产者的δ¹⁵N值。此外，TP的估计可以比传统方法更准确。

图2 总体同位素方法（a）和氨基酸单体稳定同位素方法（b）对食物网关系和营养指示效果的区别

其次，源氨基酸的氮同位素由于其分馏效应小，代表了水体背景的氮稳定同位素水平，可对湿地和海洋氮来源和污染背景提供监测能力。而且贝类具有低运动能力，长生命周期（long-lived）的特点，可以记录海洋环境中元素以及污染物的变化动态，是优良的环境信息记录生物。如对百年龄的冰岛鸟蛤（Arctica islandica）的贝壳根据其年生长线进行高分辨的采样，可以对海洋氮水平的年际变化进行高精度的重建，揭示百年甚至千年尺度的海洋氮背景变化过程。通过将海洋氮背景变化与气候，人类活动等全球变化过程进行关联，可以很好的揭示全球变化对海洋环境、生物的氮循环过程的影响。

图3 双壳贝类生长过程中的氨基酸氮稳定同位素（左）和营养级的变化（右）趋势

因此，本研究开发的方法可对滨海湿地食物网关系提供高精度的解析能力，对海洋氮循环过程提供新的示踪证据，是非常有用的氮循环和群落生态学研究技术。

文 、图| 吴浩

责任编辑|吴浩

排版 | 薛锦华