生物对环境微量元素和稳定同位素的选择性及研究实例

生物对其生活环境中的不同元素和同位素存在不同程度的选择性吸收、利用和富集。其影响因子分为内因和外因两大类。具体选择机制可以从生物的形态构造直至分子水平上加以解释。当环境中元素、同位素含量发生变化时,生物因其对各元素生态幅和耐受限度的差异而并不完全对环境中化学因子的变化产生一致性的响应。生物对其耐受限度较小的元素保持较高的属内有效性和特异性选择;而对于生态幅较宽的元素,生物属内的特异性选择弱化,生态幅可能与它属生物发生部分重叠。部分生物壳体"第二层"与其围岩碳、氧同位素比值及其变化趋势保持着较好的一致性。上述认识不同程度地在Rhynchospirifer属和Stringocephalus属为代表的腕足动物及其围岩的研究中得到验证。     

广西横县六景吉维特期腕足类Rhynchospirifer和Stringocephalus的环境元素和稳定同位素生物效应

利用现代生物学研究模式,对比了吉维特期不同层位中原地埋藏的Rhynchospirifer属壳体次生层（纤维层）与其围岩之间元素和碳、氧稳定同位素变化,探讨了不同时期同属腕足类的古环境元素和稳定同位素生物效应及其变化趋势;通过对比同层位Rhynchospirifer属和Stringocephalus属化石壳体次生层及其围岩之间的元素变化,探讨了同时期、同生境不同属腕足类的古环境元素生物效应。当环境元素含量发生变化时,Rhynchospirifer因其对各元素生态幅和耐受限度的差异而并不完全对环境中各化学因子的变化产生一致性的响应,而当跨越牙形石Lower varcus和Middle varcus亚带后,其属内适应性变异造成属内特异性选择发生一定程度的变化。Stringocephalus和Rhynchospirifer对其耐受限度较小的Al,K,Sc,Co等元素保持较高的属内有效性和特异性选择;对其耐受限度和生理有效性中等、可被其他元素替代的Mn,P,Ni,Cu等元素,其特异性选择有限,并可能与有效性原则和丰度作用相叠加;对于生态幅较宽的V,Cr,Sr,Pb等元素,属内的特异性选择弱化。当与同时期生态龛比邻属种对比时,彼此的生态幅发生部分重叠,部分元素如Mg,Na,As,Pb等的含量甚至较不同时期同属生物更加接近。Rhynchospirifer壳体次生层与其围岩碳、氧同位素比值分别保持着较好的同步性和一致性,即不存在碳、氧同位素生物效应。     

腕足类生物壳体在沉积,成岩过程中同位素平衡问题研究

综合分析了现代腕足类生物壳体方解石中的Ｃ、Ｏ同位素特征,以及有关古生代腕足类生物壳体方解石构造和地球化学研究成果,分析结果证明：只有那些无发光性特点、无胶结和溶蚀构造特点、有较好纤维构造特点、含高Ｓｒ、Ｎａ和低Ｍｎ、Ｆｅ（Ｍｇ）的第二层腕足类生物壳体方解石的δ＾１８Ｏ值不受成岩作用影响;而原始层和壳体中的特殊部位和铰合铀、腕骨、茎孔、交互面、肌痕等在沉积、成岩过程中与海水处于非同位素平衡状态。     

DGT结合相—水溶性高分子与Cu~(2+)和Cd~(2+)的条件稳定常数

<正>某一重金属在环境中的总量并不能真实评价其环境行为和生态效应,而重金属在环境中的形态含量及其比例才是决定其对环境及周围生态系统造成影响的关键因素。因此环境中重金属生物有效态含量的准确测量对评价重金属的生态效应、保障农作物的食品安全以及保护环境都具有重要意义。目前的形态分析技术力求与生物效应取得一致,使化学形态的测定能提供生物毒性和生物有效性信息。为了进一步详细研究重金属各种形态在水环境中的化学行为及其与生物效应的相关性,研究简便、可靠的重金属生物有效态的     

渤海湾西北岸全新世牡蛎礁研究概述

环太平洋西岸,特别是渤海湾西北岸沿海平原全新世地层中广泛分布着由Crassostrea gigas牡蛎形成的礁体.总结了渤海湾西北岸30余年来众多研究者的主要成果.论述了C.gigas的定名沿革、生态习性、礁体特征、礁体与海面的关系.测定了C.gigas壳体的18O和13C同位素组成,发现了壳体生物碳酸钙的年际变化规律,结合可靠的14C数据,建立了正常建礁与个体分泌壳体之间的线性函数关系(约1 cm/a)、水平夹层的平均历时(约200a/层)等定量参数,进而提出"礁体历时假说",并将该地区时间跨度约7750～950 calBP的化石牡蛎礁划分为8道礁群,论证了礁体内部水平夹层和礁体之上泥质"转换层"可能记录的百年尺度的"缓变型"环境变化.     

某化工厂周边不同介质中铬含量及形态特征

为了解某化工厂附近土壤铬污染状况及其生物有效性,研究了该化工厂周边的土壤、粉尘、排污底泥、工业废渣和水等不同介质中重金属含量及Cr的化学形态特征。结果显示,该区域土壤出现以化工厂为中心的大面积Cr异常;废渣和部分底泥中Cr的含量是土壤背景值的近100倍乃至上万倍;表层土壤和粉尘中Cr元素含量与化工厂距离变化曲线的一致性,表明化工厂粉尘是引起大面积Cr异常的主要污染源;不同介质中Cr元素主要以残渣态(生物不可利用态)存在,但底泥中Cr的潜在可利用态、废渣中Cr的可利用态存在一定的比例,会对当地的动植物和人体产生负面的生态效应,应重视其可能引起的生态后果。     

淡水双壳类壳体碳同位素研究:以河蚬(corbicula fluminea,Müller 1774)为例

双壳类壳体碳酸盐(文石)稳定同位素组成已被广泛地用于古气候和古环境重建研究中,但是双壳类壳体碳同位素组成所指示的气候和环境意义一直是争议的问题.对双壳类河蚬(corbicula fluminea)进行了室内养殖,并选取两个壳体样品(壳高,A=13 mm,B=9mm),测定其生长部分壳体和生长期间水体碳同位素,研究表明,随着水体碳同位素的升高(δ13CDIC由-5.24‰升至1.41‰),两壳体碳同位素也随之升高,表明水体对壳体碳同位素的影响;δ13CA分布范围为-4.76‰～2.09‰,δ13CB为-8.49‰～2.89,壳体A和B碳同位素均比预测平衡值偏负,表明壳体在形成过程中利用了新陈代谢产生的富集12C的CO2.根据计算壳体A在实验中沉淀部分壳体利用新陈代谢碳的比例(M值)为24%～43%,平均值为33%;壳体B为33%～75%,平均值为58%.M值随生物的生长呈下降变化,这说明在实验中河蚬主要是通过增加对DIC的吸收和利用来满足壳体生长对物质量增加的需求.     

河蚬壳体不同断面碳、氧同位素研究

生物壳体碳酸盐的稳定氧、碳同位素已经被广泛地应用在古气候、古环境研究中,在生物壳体就位分析中,壳体不同断面上同位素的差异将影响对壳体同位素所指示的环境意义的判断,从而对利用其提取气候环境信息造成不利影响。本文对河蚬壳体不同断面碳氧同位素进行了研究,结果表明:河蚬壳体碳同位素变化序列在不同断面上不存在显著差异,因此在做碳同位素时间序列研究时可以不考虑不同断面差异的问题,在取样过程中可以通过延长取样的长度来获得足够量的样品进行碳同位素的测定;而氧同位素变化序列在不同断面上存在差异,因此在进行壳体就位分析研究时,选取不同断面上氧同位素变化序列对研究结果影响较大,存在壳体断面选择的问题,而在取样过程中取样的长度应控制在一定范围内,避免同一生长环上距离较远位置粉末的混合。文中最后根据壳体不同断面同位素差异确定了在壳体就位分析中如何选取研究断面。     

牡蛎壳体的同位素贝壳年轮研究

贝壳年轮学通过研究水生生物骨骼的周期性增长,来解译其生命历史及记录的环境信息。介绍了贝壳年轮研究的对象和方法、回顾了贝壳年轮的发展历程,并以渤海湾地区的现生和埋藏牡蛎壳体为例进行了贝壳年轮与壳体同位素剖面分析研究,首次同时关注牡蛎壳体剖面内的生长层和壳体韧带槽表面的特征层,二者共同指示了准确的生长年轮。结果显示,对应于壳体韧带槽表面凹沟的壳体剖面内灰色半透明生长层,具有一个年生长周期内最重的氧同位素比值,是晚秋至早春季节水温较低、食物来源匮乏时期形成的缓慢致密生长层;对应于壳体韧带槽表面外凸层中部的壳体剖面内灰色半透明生长层,具有较轻的氧同位素比值,是春季牡蛎产卵而形成的缓慢致密生长层;二者均具有良好的季节性指示意义,可以根据这些特征生长层对壳体的生长年龄进行准确的判断。     

植硅体化学组成研究进展

现代植物植硅体化学组成研究有利于揭示植硅体的化学组成与细胞形态、植物种类及植物生长环境之间的关系,认识植硅体形成机制、植物分类及生态意义。植硅体化学组成测试方法多种多样,主要涉及植硅体化学元素组成及Si、O和C元素同位素组成测定,研究表明植硅体主要含二氧化硅和水,封闭有少量的有机成分及多种矿质元素。在植硅体封闭有机成分存在形式,部分元素的形成、迁移等循环机理,稳定碳同位素组成、分布及其生态指示意义以及^14C测年研究等方面取得一定认识。植物种类、组织部位、细胞微环境以及植物生长的环境因子能够影响植硅体的化学组成。植硅体化学组成研究对植硅体形成机制及碳、硅等元素循环具有重要意义,植硅体部分化学元素、植硅体稳定同位素组成及^14C测年具有较好的古环境及考古研究潜力。现代植物植硅体化学组成及其与环境因子的关系,以及植硅体电子探针微区研究有待于进一步深入开展。     

蒸发岩非传统稳定同位素研究综述

蒸发岩是海水/卤水蒸发浓缩的产物,不同的水化学环境下析出的蒸发岩类型不同,其在不同的地质历史时期都有分布,是重要的古海水和古环境记录载体。蒸发岩研究的主要问题包括:蒸发岩的物质来源、形成时代、蒸发盆地和卤水的演化历史、蒸发岩矿物所记录的环境变化。一些矿物、元素及同位素指标可用于解决这些问题,其中稳定同位素对于示踪蒸发岩的物质来源与形成过程具有不可替代的作用。近20年来,非传统稳定同位素地球化学获得快速发展,并在蒸发岩研究中获得成功应用,这些同位素体系包括阴离子元素B、Cl和Br,以及阳离子元素Mg、K和Ca。本文综述了多个非传统稳定同位素在蒸发岩领域的研究,主要包括:蒸发岩矿物与溶液之间的同位素分馏系数、蒸发岩的同位素信息重建古海水同位素组成及示踪蒸发岩成因和时代等。     

PROBLEMS IN STUDIES ON CARBON AND OXYGEN STABLE ISOTOPES IN CARBONATES

Carbon and Oxygen stable isotopes in carbonates have long been the important geochemical tracers. Studies on the isotopic compositions can provide insights into the paleoclimatic processes, the paleoceanic environmental processes and the geological processes as well. Researches of more than four decades in the field, especially from the early 1980s on, during which the analysis of the isotopes in fossil brachiopods and early diagenetic cements has contributed much to the knowledge, achieved appreciable progress. However, problems still remained with how to explain the data that already existed on the isotopic compositions of carbonates, on which there is a dichotomy between those who advocate that the data represent the original characteristics of the isotopes and those who argue that the data have been altered diagenetically; with how to select the samples of carbonate for analysis of the isotopic ratios, which has a set of criteria, namely, the microstructure, the Cathodoluminescence and trace elements, for tests of the sample preservations; with whether the fossil brachiopods′shells have vital effects on the isotopic compositions, on which there is a tendency toward the existence in recent years; with to what extent the living environment variations of the fossil affect their carbon and oxygen isotopic ratios and with the utilization of early diagenetic cement as analyzing samples. Along with the problem raising, this paper reviewed the
methods on, and new developing trends toward, the problem-solvings, as well as the up-to-date advances of studies on each problem.     

分散元素(Ge,Cd, Tl)稳定同位素研究

近年来,非传统稳定同位素地球化学得到了飞跃性的发展,其主要研究对象为海洋体系的演化。特别是氧化还原敏感元素(Se,Mo,Fe等)稳定同位素已经在古海洋环境的示踪研究中发挥重要的作用。相比分散元素(Ge,Cd,Tl)稳定同位素研究比较薄弱,但这些元素在海洋体系中有特殊的循环模式,这使得它们的同位素研究将可能存在很大地质潜力。海洋体系中它们的源汇简单,而且有机无机吸附过程都可能导致同位素分馏。Ge,Cd,Tl均属于挥发性元素,原始星云的形成过程可能存在较大的同位素分馏。我国南方大面积的低温成矿域,将为Ge,Cd,Tl稳定同位素的发展提供天然的平台。另外,Cd,Tl是环境污染的主要潜在元素,因此采用稳定同位素示踪还可能示踪表生环境中的污染来源。     

金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环SCIEI北大核心CSCD

俯冲带挥发分的循环不仅深刻影响着地球各圈层之间的相互作用,而且在成矿金属元素迁移-富集以及全球气候变化等重要地质和环境过程中扮演着重要的角色。近年来,金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环受到了广泛关注,取得了众多进展,但大多针对单个挥发性元素开展某个特定金属同位素的示踪研究。本文根据不同金属元素的地球化学性质差异及其与多种挥发分之间的结合形式,系统归纳了金属稳定同位素在示踪俯冲带不同挥发分循环方面的特点。整体上讲,镁和锌同位素体系示踪俯冲带碳循环最为有效;锂、镁、钾、钡、钼等金属同位素体系在示踪俯冲带水(流体)循环方面则具有各自的特点;锌同位素在示踪俯冲带硫循环方面有巨大潜力;铬同位素示踪俯冲带氯循环有独特优势;铁、铬、铜等变价金属同位素体系对挥发分的氧化还原状态较为敏感,有望示踪俯冲带氧循环。这些同位素体系对理解俯冲带挥发分循环提供了全新的视角,有望成为未来地球系统科学的重要研究方向。     

Fe-Cu-Zn-Mo同位素示踪氧化还原过程

非传统稳定同位素（Fe-Cu-Zn-Mo）理论与数据相结合提高了科研工作者对地质体系氧化还原过程的理解。本文对这一相对较新的领域进行了综述,包括与氧化还原过程相关的同位素分馏理论和实验约束、时空尺度下的氧逸度以及同位素示踪氧化还原过程。稳定同位素理论预测,Fe-Cu-Zn-Mo同位素应该对氧化还原状态的变化能够做出响应。结果表明,Fe同位素作为岩浆过程、表生过程、俯冲带流体性质"氧逸度计"应用前景广阔;Cu同位素在岩浆、热液、陆地系统可以很好地示踪氧化还原过程;Zn同位素由于络合过程分馏已经被用在许多不同环境中作为含硫/碳流体迁移的敏感示踪剂;Mo同位素作为古氧逸度计可有效重建古海洋-大气氧化还原状态。     

激光探针稳定同位素分析技术的现状及发展前景

微区分析是同位素测试发展的重要方向。激光探针微区稳定同位素分析方法是同位素微区分析的重要手段。激光探针微区稳定同位素研究始于 2 0世纪 80年代 ,开始时主要集中于轻元素的稳定同位素研究。目前它已广泛用于碳酸盐碳、氧同位素 ,硫化物硫同位素 ,硅酸盐氧、硅同位素和氮同位素研究。近年来 ,多接收等离子质谱分析技术在重金属元素 (如铁、铜、锌、钼等 )的同位素分析方面取得迅速发展。因而 ,重金属元素的微区稳定同位素研究又成为当前的热点。文中对轻元素和重元素的激光探针微区稳定同位素分析的制样装置与设备 ,各种相关分析技术 ,以及在矿物、岩石与矿石研究中的应用现状进行了介绍。对激光探针微区稳定同位素分析技术的发展前景做了讨论。     

Late Cretaceous-Cenozoic history of the Lake Baikal depression and formation of its unique biodiversity

Independent methods of geological and molecular-biological chronologies have made it possible to define generally corresponding stages in the geological and biological evolution of the environments and communities of Lake Baikal since the Late Cretaceous, i.e., during the last 70 myr. All the abiotic elements drastically changed during geological evolution, with destruction of existing and formation of new natural complexes. Nevertheless, some specific zones retained relicts of former settings. The resulting present-day natural complex includes elements of different ages and geneses. Similar to different natural zones of the present-day Earth, which are populated by different biocoenoses, stages in the development of abiotic elements are also characterized by different faunal and floral assemblages. Some taxa were replaced by others, and the resulting aqueous biota of Lake Baikal includes different-age and ecologically different elements. The oldest groups of Baikal organisms appeared approximately 70 Ma ago, although the largest proportion of the lake biota started forming 4–3 Ma ago in response to the most drastic changes in the abiotic elements of the environment. The youngest taxa appeared 1.8 to 0.15 Ma ago, i.e., during the period when superdeep lake environments and mountainous glaciations were developing. The chronological coincidence of main stages in development of abiotic and biotic elements of the nature indicates their relationships. Particular transformations of abiotic elements and the probable mechanism of their influence on the evolution of living communities are also considered.     

Living conditions and social determinants of healthcare inequities affecting female migrants in Ghana

This paper is concerned with the living situation of female migrants in Ghana. We draw on the available research literature to examine the living conditions of female migrants paying special attention to the underlying interrelated factors impacting on their accessibility and utilization of orthodox healthcare. While a plethora of interconnected economic, social, cultural and institutional elements are key factors influencing the living conditions particularly, healthcare access and utilization, policy efforts undertaken to address the situation seem to focus only on the economic dimension. Three broad initiatives requiring active participation of multi-sectoral actors are outlined in efforts towards improving the situation.