高寒草甸植物正構(gòu)烷烴特征分析

段中華，全小龍，喬有明*，裴海昆，何桂芳

(1.青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海 西寧 810016；2.三江源生態(tài)和高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016；3.青海大學(xué)分析測(cè)試中心，青海 西寧 810016)

?

高寒草甸植物正構(gòu)烷烴特征分析

段中華1,2,3，全小龍1，喬有明1*，裴海昆3，何桂芳1

(1.青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海 西寧 810016；2.三江源生態(tài)和高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016；3.青海大學(xué)分析測(cè)試中心，青海 西寧 810016)

為研究高寒草甸植物正構(gòu)烷烴分布特征，對(duì)采自黃河源區(qū)高寒草甸的58種植物進(jìn)行了測(cè)定和分析。結(jié)果表明，單種植物中正構(gòu)烷烴的碳數(shù)在C8和C40之間，含量分布范圍為0.81～22.88 mg/kg，其中碳數(shù)為C27、C29、C31、C33正構(gòu)烷烴的含量均較高；總正構(gòu)烷烴(Ctotal)含量變化范圍為35.00～78.64 mg/kg，長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C25-36)含量范圍為16.11～58.68 mg/kg，條葉垂頭菊中總正構(gòu)烷烴和長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量最小，而阿爾泰狗娃花含量最大。58種植物中含量最高的正構(gòu)烷烴(Cmax)分布特征為：C19有1種，C22有2種，C27有2種，C29有23種，C31有27種，C32有1種，C33有2種。植物中正構(gòu)烷烴總正構(gòu)烷烴碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPItotal)范圍為1.07～4.32，CPI25-36范圍為1.12～8.20，總的正構(gòu)烷烴平均碳鏈長(zhǎng)度(ACLtotal)范圍為23.52～27.22，ACL27-33范圍為28.03～31.07，蠟質(zhì)指數(shù)(Pwax)變化范圍為0.60～0.92。植物中長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴豐富，奇數(shù)碳含量分布優(yōu)勢(shì)明顯。

高寒草甸；植物；正構(gòu)烷烴；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)；黃河源區(qū)

高等植物的表皮覆蓋著一層由長(zhǎng)鏈有機(jī)化合物組成的蠟質(zhì)。蠟質(zhì)具有多種功能，它可以為植物提供物理化學(xué)保護(hù)屏障、減少非氣孔水分的損失、控制溫度、提供光保護(hù)、增強(qiáng)抗霜凍能力以及對(duì)有害物(包括害蟲、真菌和細(xì)菌)攻擊的抵抗力。植物蠟質(zhì)是一種復(fù)雜的混合物，其成分是長(zhǎng)鏈的脂肪族和環(huán)狀化合物，包括碳水化合物、初級(jí)和次級(jí)醇、醛、酮、酯、脂肪酸以及三萜系化合物等[1]。植物蠟質(zhì)不僅取決于生長(zhǎng)階段、組織類型等內(nèi)源因素，也取決于光照、溫度、水分等外源因素[2]。作為植物蠟質(zhì)重要組成部分之一的正構(gòu)烷烴在自然界植物的葉、莖、花以及果實(shí)等器官和組織的表面廣泛存在[3]，在海洋、湖泊、泥炭、石筍、土壤中均有分布[4-7]，由于其性質(zhì)穩(wěn)定、難降解，且正構(gòu)烷烴與對(duì)應(yīng)的生物源前身有一定的結(jié)構(gòu)聯(lián)系或相關(guān)性[8]，從而常用作分子標(biāo)志物來(lái)指示生態(tài)環(huán)境特征與物源關(guān)系[9]。作為分子化石的正構(gòu)烷烴，記錄很多古植被及環(huán)境變化的信息，廣泛應(yīng)用于氣候與環(huán)境變化領(lǐng)域、有機(jī)物質(zhì)來(lái)源鑒定，為古植被恢復(fù)和重建提供信息支持[10-11]。目前植物正構(gòu)烷烴也廣泛應(yīng)用于植物個(gè)體差異性、種群多樣性和古環(huán)境演變等生態(tài)學(xué)研究[12]。不同環(huán)境中植物的正構(gòu)烷烴分布有所差異，海洋植物中藻類優(yōu)勢(shì)正構(gòu)烷烴表現(xiàn)出以短鏈為主，主要集中在C15、C17和C19，而陸地植物中的正構(gòu)烷烴以長(zhǎng)鏈烷烴占優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)正構(gòu)烷烴為C23、C25、C27和C31[13]。此外，植物中正構(gòu)烷烴分布還受到植物種類、組織器官、緯度和海拔等因素的影響[14]。而據(jù)報(bào)道的一些黃土和南方紅土研究，對(duì)其中的正構(gòu)烷烴進(jìn)行抽提、分離后，試圖通過(guò)分析其正構(gòu)烷烴分子分布特征，來(lái)反演地質(zhì)歷史時(shí)期的植被類型或者其演化過(guò)程[15]。由于高寒草甸土壤中的正構(gòu)烷烴記載了不同時(shí)期植被信息，通過(guò)對(duì)高寒草甸植物中正構(gòu)烷烴的研究，比對(duì)土壤和植物中正構(gòu)烷烴的分布特征，有利于揭示土壤正構(gòu)烷烴與植物的物源關(guān)系，為高寒草甸植被演替提供證據(jù)，為植被恢復(fù)與重建提供物源信息。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

采樣地位于黃河源區(qū)的青海省果洛州達(dá)日縣和瑪沁縣(33°34′-34°28′ N，99°53′-100°29′ E)，海拔3700～4100 m，年均溫度為-0.5℃，年均降水量595 mm，年均蒸發(fā)量1205.9 mm，年日照時(shí)數(shù)2260 h，晝夜溫差大，屬較典型的高原大陸性氣候。采樣區(qū)內(nèi)健康高寒草甸典型植被以小嵩草(Kobresiapygmaea)、矮嵩草(Kobresiahumilis)、西藏嵩草(Kobresiaschoenoides)、垂穗披堿草(Elymusnutans)和冷地早熟禾(Poacrymophila)等為優(yōu)勢(shì)種，退化高寒草甸典型植被以鵝絨委陵菜(Potentillaanserina)、矮火絨草(Leontopodiumnanum)、甘肅馬先蒿(Pediculariskansuensis)、甘肅棘豆(Oxytropiskansuensis)、細(xì)葉亞菊(Ajaniatenuifolia)、西伯利亞蓼(Polygonumsibiricum)、密花香薷(Elsholtziadensa)、黃帚橐吾(Ligulariavirgaurea)以及鐵棒錘(Aconitumpendulum)等為優(yōu)勢(shì)種。

1.2樣品采集與制備

單種植物采集過(guò)程中，同一采樣點(diǎn)每種植物采集5～8株，混合到一起，裝入紙袋。采集后植物樣品經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過(guò)0.15 mm篩后，裝入自封袋密封保存，供分析使用。

1.3提取方法

準(zhǔn)確稱取0.4000 g植物粉末樣品置于40 mL棕色帶塞的玻璃瓶中，加入5 mL二氯甲烷和甲醇的混合液(3∶1，V/V)，蓋好瓶塞搖勻，再將瓶置于超聲波洗滌器中，超聲浸提15 min，連續(xù)浸提3次，將3次提取液收集在一起，然后將提取液全部轉(zhuǎn)移至填充了0.15 mm硅膠(5 g)層析柱(1 cm×10 cm)中，過(guò)夜直至提取液全部通過(guò)層析柱，然后連續(xù)2次加入10 mL正己烷進(jìn)行洗脫，收集兩次洗脫液，混勻，過(guò)0.45 μm濾膜后，將洗脫液氮吹濃縮至1 mL，直接上機(jī)分析(2015年4月)，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。

1.4儀器參數(shù)

GC-MS分析采用美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司DSQII型氣質(zhì)聯(lián)用儀(NIST 2008版譜庫(kù))。色譜條件：DB-5MS石英毛細(xì)管柱(60.00 m×0.25 mm×0.25 μm)；程序升溫，柱溫60℃，保持1 min，4℃/min升到180℃，2℃/min升到280℃，保持20 min，20℃/min 升到300℃，持續(xù)2 min；進(jìn)樣量1 μL，不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣口溫度280℃；載氣為高純氦(99.999%)，流速1.0 mL/min。質(zhì)譜條件：電離方式為電子轟擊離子源模式(EI)，電子能量70 eV，離子源溫度250℃，GC與MS傳送桿溫度280℃，掃描方式為Full Scan 模式，質(zhì)量掃描范圍為40～700 amu，溶劑延遲7 min。

2　結(jié)果與分析

2.1植物中短鏈正構(gòu)烷烴分布特征分析

由表1可以看出，58種高寒草甸常見(jiàn)植物中短鏈正構(gòu)烷烴(C8～C20)的含量分布范圍為0.81～7.46 mg/kg，白苞筋骨草(Ajugalupulina)的C12含量最低，而臭蒿(Artemisiahedinii)的C19含量最高。其中黃帚橐吾、矮火絨草、獨(dú)一味(Lamiophlomisrotata)、山生柳(Salixoritrepha)、金露梅(Potentillafruticosa)5種植物中未檢測(cè)到C8正構(gòu)烷烴，鐵棒錘、馬尿泡(Przewalskiatangutica)中未檢測(cè)到C19正構(gòu)烷烴。對(duì)58種植物中正構(gòu)烷烴經(jīng)過(guò)GC-MS分離測(cè)定后共得到短鏈正構(gòu)烷烴有效數(shù)據(jù)749個(gè)，其中正構(gòu)烷烴含量小于或等于1 mg/kg占28.70%，含量介于1～2 mg/kg占70.37%，含量大于或等于2 mg/kg為0.93%。在58種植物中，47種植物的C10、56種植物的C12、57種植物的C16、55種植物的C18正構(gòu)烷烴含量小于1 mg/kg，所有檢測(cè)植物其他的短鏈正構(gòu)烷烴含量均大于1 mg/kg。

2.2不同科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴分布特征

2.2.1毛茛科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量從圖1可知，4種毛茛科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：密花翠雀(Delphiniumdensiflorum)為0.96～6.40 mg/kg，鐵棒錘為0.86～2.89 mg/kg，露蕊烏頭(Aconitumgymnandrum)為0.92～3.87 mg/kg，瓣蕊唐松草(Thalictrumpetaloideum)為0.96～7.22 mg/kg。4種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C22～C40)除C22、C34外含量差別不大，鐵棒錘的 C22、C34含量要顯著高于其他3種植物；奇數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C35)中，密花翠雀和鐵棒錘C21、C23和C25含量相近，而露蕊烏頭和瓣蕊唐松草C21、C23和C25含量相近，但前者要高于后者。C27的含量大小為露蕊烏頭>密花翠雀>瓣蕊唐松草>鐵棒錘；C29、C31、C33在4種植物中有較高的含量，且C29、C31、C33的含量大小關(guān)系均為瓣蕊唐松草>密花翠雀>露蕊烏頭>鐵棒錘。

2.2.2唇形科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由圖2可得，唇形科4種植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：白苞筋骨草為0.95～18.65 mg/kg，黃花粘毛鼠尾草(Salviaroborowskii)為0.96～3.42 mg/kg(其中未檢測(cè)到C34)，密花香薷為0.95～4.60 mg/kg，獨(dú)一味為0.86～3.95 mg/kg。4種植物中偶數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C22～C40)含量基本相同，奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C23～C27含量基本一致，黃花粘毛鼠尾草C21要明顯高于其他3種植物。4種植物中C29、C31、C33的含量較高，密花香薷的C29含量高，而白苞筋骨草的C31、C33和C35含量要高于黃花粘毛鼠尾草、密花香薷、獨(dú)一味，且白苞筋骨草的C31正構(gòu)烷烴在這4種植物中含量最高。

2.2.3薔薇科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量從圖3可以看出，薔薇科4種植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：金露梅為0.96～9.01 mg/kg，鵝絨委陵菜為0.96～5.36 mg/kg，高山繡線菊(Spiraeaalpina)為0.97～11.74 mg/kg，二裂委陵菜(Potentillabifurca)為0.97～11.55 mg/kg。4種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴除C26、C28和C34外含量一致，鵝絨委陵菜的 C26、C28和C34含量比其他3種植物高；奇數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C21、C23和C35含量基本相同，鵝絨委陵菜和高山繡線菊的C25含量一致，金露梅和二裂委陵菜的C25含量相同，但前者要高于后者。C27的含量大小為高山繡線菊>金露梅>二裂委陵菜>鵝絨委陵菜，4種植物中C29、C31和C33的含量較高，高山繡線菊的C29含量較其他植物高，C31、C35正構(gòu)烷烴的含量大小為二裂委陵菜>金露梅>鵝絨委陵菜>高山繡線菊。

2.2.4玄參科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由圖4可知，玄參科2種植物中長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：肉果草(Lanceatibetica)為0.88～2.58 mg/kg，甘肅馬先蒿為0.92～5.71 mg/kg。2種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C22～C40)除C32外含量一致，肉果草的C32含量要高于甘肅馬先蒿，奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C21和C35含量基本相同，2種植物中C25～C33的含量較高，且甘肅馬先蒿C25～C33的含量高于肉果草。

表1　植物中短鏈正構(gòu)烷烴含量Table 1　The content of short chain n-alkanes in plants　mg/kg

續(xù)表1　Continued

注：“-”為未檢測(cè)到。

Note: “-” not detected.

圖1　毛茛科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.1　The content of long chain n-alkanes in Ranunculaceae plants

圖2　唇形科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.2　The content of long chain n-alkanes in Labiatae plants

圖3　薔薇科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.3　The content of long chain n-alkanes in Rosaceae plants

圖4　玄參科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.4　The content of long chain n-alkanes in Scrophulariaceae plants

2.2.5豆科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由圖5可得，豆科2種植物中長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：甘肅棘豆為0.86～3.08 mg/kg，黃花棘豆(Oxytropisochrocephala)為0.96～5.09 mg/kg。2種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C22～C40)含量基本相同，其中甘肅棘豆C22的含量高于黃花棘豆，黃花棘豆C26的含量高于甘肅棘豆；奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C21、C23和C35含量基本相同，2種植物中C25～C33的含量較高，且黃花棘豆C25～C33的含量高于甘肅棘豆。

圖5　豆科植物中長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.5　The content of long chain n-alkanes in Leguminous plants

2.2.6龍膽科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量從圖6看出，龍膽科4種植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：達(dá)烏里秦艽(Gentianadahurica)為0.96～3.12 mg/kg，線葉龍膽(Gentianafarreri)為0.96～4.99 mg/kg，濕生扁蕾(Gentianopsispaludosa)為0.96～10.74 mg/kg，麻花艽(Gentianastraminea)為0.86～4.51 mg/kg。4種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C22～C40)除C28外含量基本一致，達(dá)烏里秦艽、麻花艽、線葉龍膽的C28含量高于其他偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈烷烴；奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C21、C23和C35含量基本相同，4種植物中C25～C33的含量較高，其中濕生扁蕾中C27的含量最高。

圖6　龍膽科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.6　The content of long chain n-alkanes in Gentianaceae plants

2.2.7菊科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由表2可知，13種菊科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量范圍為：0.86～22.88 mg/kg，其中夏河紫菀(Asteryunnanensis)中C26含量最低，阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)中C31含量最高，大籽蒿(Artemisiasieversiana)未檢測(cè)到C34。13種菊科植物中共檢測(cè)到18種長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴有效數(shù)據(jù)233個(gè)，其中正構(gòu)烷烴含量小于2 mg/kg占81.12%，而含量大于或等于2 mg/kg為18.88%。臭蒿(Artemisiahedinii)中含量大于2 mg/kg正構(gòu)烷烴有8種，分別為C23、C30、C28、C25、C31、C26、C27和C29(含量依次增大)。黃帚橐吾(Ligulariavirgaurea)中含量大于2 mg/kg正構(gòu)烷烴有6種，分別為C31、C33、C23、C29、C27和C22(含量依次增大)。

表2　菊科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴的含量Table 2　The content of long chain n-alkanes in Compositae plants　mg/kg

注：“-”為未檢測(cè)到。

Note: “-” not detected.

2.2.8禾本科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由圖7可得，禾本科6種植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：紫花針茅(Stipapurpurea)為0.95～11.87 mg/kg，中華羊茅(Festucasinensis) 為0.96～6.60 mg/kg，垂穗披堿草(Elymusnutans)為0.95～6.01 mg/kg，冷地早熟禾(Poacrymophila)為0.96～5.28 mg/kg，梭羅草(Kengyiliathoroldiana)為0.97～5.41 mg/kg，麥賓草(Elymustangutorum)為0.95～5.71 mg/kg。6種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C22～C40)除C28、C30外含量基本一致，梭羅草中C28、C30含量要高于其他5種植物；奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C21～C25和C35含量基本相同，6種植物中C27～C33的含量較高，其中紫花針茅C31的含量最高。

2.2.9莎草科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由圖8可知，莎草科6種植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量分布范圍：黑褐苔草(Carexastrofusca)為0.96～2.73 mg/kg，青藏苔草(Carexmoorcroftii)為0.97～3.36 mg/kg，西藏嵩草(Kobresiaschoenoides)為0.96～4.72 mg/kg，矮嵩草(Kobresiahumulis)為0.96～3.40 mg/kg，雙柱頭藨草(Scirpusdistigmaticus)為0.95～11.20 mg/kg，小嵩草(Kobresiapygmaea)為0.97～9.22 mg/kg。6種植物中偶數(shù)碳長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C22～C40)除C34外含量基本一致，小嵩草中C34含量要高于其他5種植物；奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴(C21～C35)中C21～C25和C35含量基本相同，6種植物中C27～C33的含量較高，其中雙柱頭藨草C29的含量最高，正構(gòu)烷烴C29的含量大小關(guān)系為雙柱頭藨草>小嵩草>矮嵩草>西藏嵩草>黑褐苔草>青藏苔草，正構(gòu)烷烴C31的含量大小關(guān)系為小嵩草>雙柱頭藨草>西藏嵩草>青藏苔草>矮嵩草>黑褐苔草。

圖8　莎草科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量Fig.8　The content of long chain n-alkanes in Cyperaceae plants

2.2.10其他科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量由表3可以得出，13科13種植物中長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C21～C40)含量變化范圍為0.86～11.54 mg/kg，海乳草(Glauxmaritime)、拉拉藤(Galiumaparine)、甘青大戟(Euphorbiamicractina)、圓萼刺參(Morinachinensis)中C26含量最低，羌活(Notopterygiumincisum)中C27含量最高，其中馬尿泡(Przewalskiatangutica)、羌活中未檢測(cè)到C38。13科13種植物中共檢測(cè)到18種長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴有效數(shù)據(jù)232個(gè)，其中長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量小于2 mg/kg占86.21%，而含量大于2 mg/kg為13.79%。甘青大戟中大于2 mg/kg的正構(gòu)烷烴有6種，分別為C35、C27、C33、C34、C29和C31(含量依次增大)。

2.3單種植物中正構(gòu)烷烴的Cmax、CPI、ACL和Pwax分布特征

從表4可知，單種植物中總正構(gòu)烷烴(Ctotal)含量變化范圍為35.00～78.64 mg/kg，長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴(C25-36)含量范圍為16.11～58.68 mg/kg，條葉垂頭菊中總正構(gòu)烷烴和長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量最小，阿爾泰狗娃花中總正構(gòu)烷烴和長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量最大。58種植物中含量最高的正構(gòu)烷烴(Cmax)及植物種類分布特征為：C19正構(gòu)烷烴有1種，C22正構(gòu)烷烴有2種，C27正構(gòu)烷烴有2種，C29正構(gòu)烷烴有23種，C31正構(gòu)烷烴有27種，C32正構(gòu)烷烴有1種，C33正構(gòu)烷烴有2種?？傉龢?gòu)烷烴碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPItotal)范圍為1.07～4.32，長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(CPI25-36)范圍為1.12～8.20，植物中的正構(gòu)烷烴奇數(shù)碳含量分布優(yōu)勢(shì)明顯。植物中總的正構(gòu)烷烴平均碳鏈長(zhǎng)度(ACLtotal)范圍為23.52～27.22，長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴平均碳鏈長(zhǎng)度(ACL27-33)范圍為28.03～31.07。植物中蠟質(zhì)指數(shù)(Pwax)變化范圍為0.60～0.92，Pwax值最大的植物為阿爾泰狗娃花，Pwax值最小的植物為鐵棒錘。

表3　其他科植物長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴的含量Table 3　The content of long chain n-alkanes in other family plants　mg/kg

注：“-”為未檢測(cè)到。

Note: “-” not detected.

表4　單種植物中正構(gòu)烷烴的Cmax、CPI、ACL、Pwax分布特征Table 4　The distribution characteristics of Cmax, CPI, ACL and Pwax of n-alkanes in individual plant

續(xù)表4　Continued

Ctotal=∑[C8-40]；C25-36=∑[C25-36]；CPItotal=odd∑[C9-35]/even∑[C10-36]；CPI25-36=odd∑[C25-35]/even∑[C26-36]；ACLtotal=∑[n×Cn]/∑[Cn]，n=8-40；ACL27-33=(27×C27+29×C29+31×C31+33×C33)/(C27+C29+C31+C33)；Pwax=(C27+C29+C31)/(C23+C25+C27+C29+C31).

3　討論

植物中正構(gòu)烷烴的生成需要經(jīng)過(guò)很復(fù)雜的過(guò)程，受諸多因素的影響，生長(zhǎng)在同一地區(qū)同科植物中各長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴含量有著明顯差異。58種植物中各種正構(gòu)烷烴奇偶優(yōu)勢(shì)明顯，且C27、C29、C31含量較高，這和段毅等[14]、孫豐瑞等[16]研究結(jié)果一致。正烷烴的分布與植物類型有關(guān)，木本植物中C27和C29占優(yōu)勢(shì),而草本植物C31更占優(yōu)勢(shì)[17]，因此土壤中C27或者C29為主峰的長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴可以用來(lái)指示來(lái)源植被為森林植被，以C31為主峰的長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴指示來(lái)源植被為草原植被[15]。但是在高寒草甸植物中，不管是草本還是木本植物中的正構(gòu)烷烴，大部分是C31占優(yōu)勢(shì)，這可能和這些植物生長(zhǎng)的環(huán)境有關(guān)。Schefuβ等[18]提出，植物的烷烴組成在植物適應(yīng)環(huán)境的過(guò)程中起了重要的作用，較高的烷烴含量可能有助于植物體抵抗寒冷。不同季節(jié)采集的樣品中正構(gòu)烷烴含量有明顯差異，在5和8月正構(gòu)烷烴較低，且沒(méi)有明顯的變化，而到11月份卻有明顯增大的趨勢(shì)[1]，這是不同研究者對(duì)同一地區(qū)同一種植物中正構(gòu)烷烴含量不一致的根本原因。植物中正構(gòu)烷烴的CPI隨著植物不同而不同，這與崔景偉等[1]研究結(jié)果相似。植物中正構(gòu)烷烴的平均碳鏈長(zhǎng)度ACL值與植物的類型及其生長(zhǎng)地區(qū)環(huán)境有關(guān)[14]，因此通過(guò)分析土壤中正構(gòu)烷烴ACL值來(lái)推測(cè)土壤形成時(shí)植被類型以及環(huán)境要素的變化趨勢(shì)。植物中正構(gòu)烷烴的Pwax值能反映植物生長(zhǎng)環(huán)境中濕潤(rùn)程度[4]，通過(guò)對(duì)植物中Pwax值分析，Pwax值小的植物適宜在濕潤(rùn)環(huán)境中生長(zhǎng)，反之Pwax值大的植物適宜于干旱環(huán)境。地質(zhì)基質(zhì)土壤、沉積物中正構(gòu)烷烴的Pwax值能反映土壤、沉積物形成過(guò)程古氣候水分豐沛程度變遷規(guī)律。

4　結(jié)論

1)單種植物中正構(gòu)烷烴含量分布范圍為0.81～22.88 mg/kg，其中C27、C29、C31、C33的含量均較高。58種植物中Cmax分布特征為：C19正構(gòu)烷烴有1種，C22正構(gòu)烷烴有2種，C27正構(gòu)烷烴有2種，C29正構(gòu)烷烴有23種，C31正構(gòu)烷烴有27種，C32正構(gòu)烷烴有1種，C33正構(gòu)烷烴有2種。

2)植物中正構(gòu)烷烴CPItotal范圍為1.07～4.32，CPI25-36范圍為1.12～8.20，植物中的正構(gòu)烷烴奇數(shù)碳含量分布優(yōu)勢(shì)明顯。ACLtotal范圍為23.52～27.22，ACL27-33范圍為28.03～31.07。Pwax值變化范圍為0.60～0.92，Pwax值最大的植物為阿爾泰狗娃花，Pwax值最小的植物為鐵棒錘。

References：

[1]Cui J W, Huang J H, Xie S C.Seasonal variation ofn-alkanes and olefins in modern plant leaves of Qingjiang in Hubei. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(11): 1318-1323.

[2]Li J J, Huang J H, Xie S C. Plant wax and its response to environmental conditions: an overview. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(2): 0565-0574.

[3]Zhong Y X, He J, Xue Q.Distribution ofn-alkane in modern ligneous plants from the western loess plateau. Journal of Lanzhou University (Natural Sciences), 2011, 47(2): 32-36.

[4]Pu Y, Zhang H C, Wang Y L,etal. Climatic and environmental implications fromn-alkanes in glacially eroded lake sediments in Tibetan Plateau: An example from Ximen Co. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(14): 1503-1510.

[5]Martina G, Yakov K, Guido L B W.Differentiation of plant derived organic matter in soil, loess and rhizoliths based onn-alkane molecular proxies. Biogeochemistry, 2013, 112: 23-40.

[6]Manuel S A, Riaz A, Marta C A,etal. Changes in the chemical composition of soil organic matter over time in the presence and absence of living roots: a pyrolysis GC/MS study. Plant and Soil, 2015, 391: 161-177.

[7]Fatma A, Monem K, Mohamed D,etal. Even-numberedn-alkanes/n-alkenes predominance in surface sediments of Gabes Gulf in Tunisia. Environment Earth Science, 2010, 61: 1-10.

[8]Chang C, Wang S H, Zhu C,etal. Biomarker geochemistry of marine organic matter in the Hushan and Chaohu areas, Lower Yangtze region. Chinese Journal of Geochemistry, 2011, 30: 145-152.

[9]Bai Y, Fang X M, Wang Y L,etal. Branched alkanes with quaternary carbon atoms in Chinese soils: Potential environmental implications.Chinese Science Bulletin, 2006, 51(9): 1115-1122.

[10]Kristen I, Wilkes H, Vieth A,etal. Biomarker and stable carbon isotope analyses of sedimentary organic matter from Lake Tswaing: evidence for deglacial wetness and early Holocene drought from South Africa. Journal of Paleolimnology, 2010, 44: 143-160.

[11]Gerd L, Ralf W.n-Alkanes as indicators of natural and anthropogenic organic matter sources in the Siak River and its estuary, E Sumatra, Indonesia. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2009, 83: 403-409.

[12]He Y J, Guo N, Gao J H,etal.The response of waxn-alkanes inFicustikoualeaf to growing environments. Acta Agrestia Sinica, 2015, 23(1): 114-119.

[13]Punyu V R, Harji R R, Bhosle N B,etal.n-Alkanes in surficial sediments of Visakhapatnam harbour, east coast of India. Journal of Earth System Science, 2013, 122(2): 467-477.

[14]Duan Y, Wu B X, Xu L,etal. The compositions ofn-alkanes and their isotopic in different latitudes plants. Acta Geologica Sinica, 2011, 85(2): 262-271.

[15]Rao Z G, Wu Y, Zhu Z Y,etal. Is the maximum carbon number of long-chainn-alkanes an indicator of grassland or forest: Evidence from surface soils and modern plants. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(10): 774-780.

[16]Sun F R, Li Y M, Chen J F,etal. Odd-even preference ofn-alkanes in plateau plants and its environmental indication significance. Global Geology, 2011, 30(3): 469-473.

[17]Long L Q, Fang X M, Miao Y F,etal. Northern Tibetan Plateau cooling and aridification linked to Cenozoic global cooling: Evidence fromn-alkane distributions of Paleogene sedimentary sequences in the Xining Basin. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(15): 1569-1578.

[18]Schefuβ E, Ratmeyer V, Stuut J W,etal. Carbon isotope analyses ofn-alkanes in dust from the lower atmosphere over the central eastern Atlantic. Journal of The Geochemical Society and The Meteoritical Society, 2003, 67(10): 1757-1767.

[1]崔景偉, 黃俊華, 謝樹成.湖北清江現(xiàn)代植物葉片正構(gòu)烷烴和烯烴的季節(jié)性變化.科學(xué)通報(bào), 2008, 53(11): 1318-1323.

[2]李婧婧, 黃俊華, 謝樹成.植物蠟質(zhì)及其與環(huán)境的關(guān)系.生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(2): 0565-0574.

[3]鐘艷霞, 賀婧, 薛騫. 黃土高原西部地區(qū)現(xiàn)代木本植被葉片正構(gòu)烷烴分布模式. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 47(2): 32-36.

[12]和玉吉, 郭娜, 高建花, 等.生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)地瓜藤葉表皮烷烴含量及組成的影響.草地學(xué)報(bào), 2015, 23(1): 114-119.

[14]段毅, 吳保祥, 徐麗, 等.不同緯度地區(qū)植物中正構(gòu)烷烴及其同位素組成.地質(zhì)學(xué)報(bào), 2011, 85(2): 262-271.

[15]饒志國(guó), 吳翼, 朱照宇, 等.長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴主峰碳數(shù)作為判別草本和木本植物指標(biāo)的討論: 來(lái)自表土和現(xiàn)代植物的證據(jù).科學(xué)通報(bào), 2011, 56(10): 774-780.

[16]孫豐瑞, 李玉梅, 陳?ài)`發(fā), 等.高原植物正構(gòu)烷烴的奇偶優(yōu)勢(shì)及其環(huán)境指示意義.世界地質(zhì), 2011, 30(3): 469-473.

*Characterization of plantn-alkanes in alpine meadow

DUAN Zhong-Hua1,2,3, QUAN Xiao-Long1, QIAO You-Ming1*, PEI Hai-Kun3, HE Gui-Fang1

1.College of Eco-Environmental Engineering, Qinghai University, Xining 810016, China; 2.Stake Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture, Qinghai University, Xining 810016, China; 3.Instrumental Analysis Center of Qinghai University, Xining 810016, China

Alpine meadow plants were collected and analysed to characterize then-alkanes present. The results showed that the carbon number ofn-alkanes of individual plants varied from C8to C40andn-alkanes content ranged from 0.8 to 22.9 mg/kg. The C27, C29, C31and C33n-alkanes contents were greater than that of remainingn-alkanes; totaln-alkane (Ctotal) ranged from 35.0 to 78.6 mg/kg, while the long chainn-alkane (C25-36) content ranged from 16.1 to 58.7 mg/kg. The totaln-alkane and long chainn-alkane content was highest inHeteropappusaltaicusand least inCremanthodiumlineare. Analysis of then-alkane distribution of the Cmax among 58 plants sampled revealed one species with a Cmaxof C19, two species with C22, two species with C27, 23 species with C29, 27 species with C31, one species with C32and two species with C33. The CPItotalranged from 1.1 to 4.3, and the CPI25-36from 1.1 to 8.2. The ACLtotalranged from 23.5 to 27.2, and the ACL27-33from 28.0 to 31.1. The Pmaxranged from 0.6 to 0.9. The sampled plants contained abundant long-chainn-alkanes with a significant odd carbon number preference.

alpine meadow; plants;n-alkanes; gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS); headwater region of the Yellow River

10.11686/cyxb2016036

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-01-21；改回日期：2016-03-08

國(guó)家自然基金項(xiàng)目(31260573)，青海省科技廳國(guó)際合作項(xiàng)目(2012-H-806)，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(IRT13074)和教育部美大項(xiàng)目(2014)資助。

段中華(1980-)，男，湖南邵陽(yáng)人，副教授，在讀博士。E-mail：zhonghuaduan@126.com

Corresponding author. E-mail：ymqiao@aliyun.com

段s中華，全小龍，喬有明，裴海昆，何桂芳. 高寒草甸植物正構(gòu)烷烴特征分析. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(6): 136-147.

DUAN Zhong-Hua, QUAN Xiao-Long, QIAO You-Ming, PEI Hai-Kun, HE Gui-Fang. Characterization of plantn-alkanes in alpine meadow. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 136-147.