在； 有机组分是不同来源、不同年龄、不同反应 历史生源物质的集成产物。
如何鉴别、定量出每一种有机组分？
第2节 海洋有机物的组成
一、海洋有机组分的分析
1. 采用简单的分子式：
C106(H2O)106(NH3)16PO4 表征有机物的平 均分子组成 2. 有机组分的浓度通常是操作性定义： 微孔过滤、超滤技术
三类混合物的化学组成相似，主要差别在于分子 量的分布，且一般随着分子量的增加，溶解度降 低。
海水的DOM中，40~80%以腐殖质存在，其
中富里酸含量一般大于腐殖酸。 腐殖质浓度与分布很大程度上受海洋初级生 产过程与陆源物质输送的影响。
6、有机组分的元素组成
不同的生化功能团通常会有不同的元素 比值（如H/C、O/C、N/C原子比等）：
2、碳水化合物
通用分子式为Cn(H2O)m，仅由C、H、O元素构
成，且H、O原子的摩尔数比与水分子相同。 重要性
所有活体细胞生化反应的能量来源
占海洋生物干重的比例可高达60~70% 海洋颗粒有机物的重要组成部分 分类：单糖（仅一个碳链）、双糖和多糖。
单糖（monosaccharides）
海洋溶解态碳水化 合物的含量与分布
溶解态碳水化合物 占海水碳水化合物 总量90%~95%， 含量一般为几毫克 每升； 开阔大洋溶解态碳 水化合物的垂直分 布未观察到存在明 显的规律。

3、类脂
类脂包括一系列的有机组分：
（1）烃类 （2）脂肪酸与脂肪 （3）甾醇 （4）链烯烃
（1）烃类
烃类的化学式为CnHm，其在海水中占DOC的份额 不足1%，浓度范围为1~50 mg/m3，平均浓度为 10mg/m3。 烃类可分为饱和、不饱和和芳香族三类。
POM转化路径
三、POM垂向输送通量
1、颗粒有机碳输出 通量存在海域变化
（1）沉降颗粒有机 碳在不同海域的 输出通量存在变 化，与海域初级 生产力存在关系。
秘鲁上升流
加利福尼亚沿岸流
大西洋E 站
北太平洋环流区P站
不同海域颗粒有机碳输出通量
（2）不同海域沉降 颗粒有机碳输出通 量与初级生产力之 间的协变关系不一 致 原因：

醛糖（如葡萄糖） 在其中一端具有醛 功能团。

酮糖（如果糖）具有一 个酮基，一般在第2个C 原子上。
典型多糖
纤维素 淀粉 果胶 褐藻酸 甲壳素
海洋颗粒物中碳水化 合物的含量与分布
海洋颗粒物中碳水
化合物表层含量一 般低于几百微克每 升。 颗粒态碳水化合物 含量整体随深度增 加而降低。
（4）链烯烃
含有37个碳与2~4个双键的直链链烯烃：
仅由少数几种海洋黏着性浮游藻类（如Emiliania
huxleyi、Gephyrocapsa oceanica）合成产生； 所合成链烯烃的双键丰度与藻类生长的水温有关。
4、色素
色素拥有碳、氮双
键的共轭系统；可 选择性地吸收可见 光（400-700 nm） 一般难溶于水，没 有挥发性，对热敏 感。 叶绿素由植物和 细菌合成。

蛋白质的氨基酸组成千差万别，但绝大多数
活体生物中的氨基酸组成非常类似
浮游生物蛋白质中最丰富的氨基酸
自由氨基酸可存在于活体细胞，也可以由细
菌对多肽和蛋白质的酶水解在海水中产生。 结合态氨基酸存在于溶解态、胶体态和颗粒 物中。 海水中氨基酸的浓度介于20~250 μg/L之间， 占DOC的2~3%。 蛋白质的氮组成几乎是恒定的(16%) 。 海洋浮游生物蛋白质的氮约占浮游植物总氮 的60~70%。
（1）所有有机组分输出 通量均随深度增加而 降低； （2）不同组分垂向上降 解速率的差异，导致 不同水层所采集颗粒 物的组成不同。
深 度
POC通量
氨基酸通量
脂肪酸通量
POC、氨基酸、脂肪酸输出 通量随深度的变化
北太平洋环流区沉降颗粒物中 生源组分百分含量的垂直变化
东北太平洋沉降颗粒物C、N、P比的垂直变化
加，碎屑有机物的贡献逐渐增加。 (4)由于富氮有机组分的降解速率比贫氮组分快， 导致碎屑颗粒有机物中C/N比值随深度增加而增 加，蛋白质相对丰度随深度 0-200m悬浮颗粒 200-5000m悬浮颗粒 沉积物
核酸 类脂 碳水化合物 残渣相碳水化合物 残渣相非碳水化合物 海洋浮游生物、悬浮颗粒物、沉积物中有机组分百分含量的变化
总初级生产力（gross production）：单位时间光
合作用生物所固定碳的总量。 净初级生产力（net production）：单位时间光 合作用生物所固定的总碳量减去其代谢过程所消 耗的碳量。
新生产力（new production）：由光合作用区域
以外所提供营养盐支持的净初级生产力份额，称 为新生产力， 再生生产力（recycledproduction）：由光合作用 区域内再循环营养盐所支持的净初级生产力份额， 称为再生生产力。 输出生产力（export production）：从光合作用 区域迁出的净初级生产力份额，称为输出生产力。 在稳态条件下，输出生产力等于新生产力。
浮游动物 细菌
溶解态
胶体态
碎屑
浮游植物
三、有机组分的类别
1、氨基酸和蛋白质
氨基酸是一种有机酸，其 -COOH功能团中的alpha 碳与 -NH2功能团相结合， 其通用分子式为 RCHNH2COOH。 蛋白质由一系列氨基酸通 过肽键结合而成，一般将 分子量大于10000的多肽 聚合物称为蛋白质。
动物及它们的卵和幼体； 各种生物的碎屑与他们的粪便； 生物骨架结构、陆源或大气沉降组分的有机物； 由海水溶液沉淀、吸附至颗粒物的有机物。
二、POM的含量、分布与组成变化
1、POC的含量与
变化
开阔大洋表层海水
POC浓度低于河水、 湖水等陆地天然水。 受陆源输送有机物 的影响，河口与近 岸海域海水POC浓 度比开阔大洋水来 得高。
第4节 溶解有机物
一、DOM的来源
（1）大陆径流输入； （2）大气沉降输入； （3）有机物的内部来源。
（1）大陆径流输入
河水DOC浓度高于开阔大 洋，河流是海洋DOC来源 之一； 通过河流输送进入海洋的 总有机碳（TOC）为 33×1012 molC/a，其中 POC、DOC约各占一半； 陆源有机物进入河口区后， 由于絮凝作用及沉淀作用 等，部分有机物沉淀在近 岸海域。
真光层POC、氨基酸、脂肪酸输 出通量与初级生产力的关系
2、颗粒有机碳输出 通量存在时间变化
（1）浮游植物水华与 下覆水体颗粒输出通 量的极大值之间往往 存在滞后的对应关系， 证明生源物质垂向上 的快速输送。
上层水体 色素通量
3200m有 机物通量
马尾藻海3200m深度POC与上层 水体光合色素的时间变化 滞后约1个月
2、海洋有机物生物地球化学循环的重 要性
① 探索地球生命的起源
② 构成生物组织、主要食物来源。
③ 联系中介：信息素、毒素、解毒剂等
④ 影响痕量元素地球化学行为与生物活性 ④ 生源要素埋藏的主要载体 ⑤ 影响海洋沉积物的性质 ⑥ 反演海洋演化历史
海洋有机地球化学的最大挑战：
有机组分通常以痕量、复杂的混合物形式存
生物食物网差别的影
初 级 生 产 力
响 季节性变化的影响
颗粒有机物输出通量与初级生产力的关系
（3）沉降颗粒有机碳 中不同有机组分输出 通量与初级生产力之 间也存在协变关系， 但关系更为复杂多变 原因：
浮游生物种类差异导致
初 级 生 产 力
POC通量
氨基酸通量
的 有机物生化组成的差 别 微生物降解作用的差别 脂肪酸通量

海水中最常见的烃类是烷烃和烯烃，芳香族烃类至少含
一个苯环，一般认为它们主要由非生物过程产生。

受来源影响，烃类组分会拥有不同的碳环、双键和 支链结构。 因此某些烃类可用于鉴别其生物来源：
（1）不饱和烃类主要来自浮游生物； （2）海洋藻类一般合成相对短链（<C24）的烃类，陆地
高等植物则合成较长链的烃类； （3）动物体内的烃类主要来自其摄食的食物。
（2）脂肪酸和脂肪
脂肪酸、脂肪至少含有一个羧基功能团（-
COOH），属于羧酸的一类。 来自植物的脂肪酸主要以单数的碳原子链为 主。 与烃类类似，陆地高等植物产生的脂肪酸碳 链长度一般大于海洋浮游植物产生的脂肪酸。
（3）甾醇
甾醇是去甲基三萜醇的一类有机组分，存在
于各种活体生物中，起到激素与稳定类脂双 分子层等作用。 植物所合成的甾醇与植物种类有关，具备作 为植物标志物的潜力。 麦角甾醇指征真菌 黑海甾醇指征鞭毛虫 β-固甾醇指征高等植物
典型腐殖酸的假设结构
腐殖质具有如下性质：
黄色或棕色、无定形、疏水性、非均相、高度络
合等，往往拥有一系列芳香组分与脂肪组分的功 能团。
在海洋学上通常根据溶解性质将腐殖质分为
三类：
富里酸（fulvic acid）：溶于酸和碱 腐殖酸（humic acid）：不溶于酸，但溶于碱 胡敏素（humins）：不溶于酸和碱。
叶绿素a/b
叶绿素c
菌绿素a/b
叶绿素a普遍存在于各种海洋浮游植物中； 叶绿素b主要存在于绿藻和高等植物； 叶绿素c主要存在于硅藻和鞭毛虫； 菌绿素存在于紫色、绿色和棕色硫光合细菌 中。

5、腐殖质
海洋腐殖质是海洋生物的代谢产物、死亡
后残留物的简单成分或分解作用的中间产 物（如糖类、氨基酸、酚类、类脂物等） 在微生物和其它自然条件作用下，经过化 学和生物化学的合成作用，而形成的一类 性质稳定、不易分解、分子量较高、结构 复杂的有机物。 腐殖质的形成过程也叫做“腐殖化作用” （Humification）.
典型海域的（净）初级生产力