鱼耳石元素研究热点及常用测试分析方法综述

鱼耳石是鱼类内耳中的钙质沉积体,组成和结构非常稳定,它的生长轮受其生理控制和环境条件影响有规律地昼夜生长。耳石可作为鱼类的生物学记录者并为重建其生活特征和环境参数提供依据。文中就近20年来国内外关于鱼耳石微量元素和同位素方面的研究热点、鱼耳石元素研究中常用的测试分析方法以及其在环境监测中的应用前景和存在的问题作一整理和综述,望能为广大耳石研究者提供一些思路和揭示其在环境科学中的广阔应用前景。     

鱼群识别的氧、碳稳定同位素方法

鱼群识别是渔业科学和管理上的重要课题之一。本文以海鱼和逥遊鱼的具体研究为例,扼要地阐明鱼耳石的氧、碳稳定同位素成分研究,特别是δ18O和δ13C的关联分析,在鱼群识别方面的效果和应用。鱼耳石是一种存在于真骨鱼类内耳中层状的,矿物成分以文石为主的钙碳酸盐岩结构体。与基因分析方法相比,鱼耳石的氧、碳稳定同位素方法具有两个显著的优点,一是耳石的微结构能提供鱼类不同生长阶段的时间序列和细节;二是耳石的形成机制能提供鱼类生活的周围环境和历史信息。因此,鱼耳石中δ18O和δ13C的关联分析在鱼群识别中发挥着独特的作用。     

鱼耳石中锶和钡富集的影响因素及其环境响应

鱼耳石中元素锶和钡主要来源于鱼类生存的水体,这两种元素通过腮或肠进入内耳淋巴液,继而以类质同象的方式沉淀在耳石晶格内部空位和晶格间隙中。耳石结晶沉淀的整个过程不仅受生物的调控作用,而且还受到外界环境,如水体元素浓度、盐度、温度等因素的影响,因此耳石中某种元素的浓度与其在水体中的浓度之比(元素富集系数)与鱼类所生存的环境之间具有一定的响应关系。在以上各种因素中,水体元素浓度对耳石元素富集系数的影响最为显著。一般来说,耳石中某种元素的含量与水体中相应的元素浓度呈正相关关系,而水体中元素之间就耳石中的富集过程也存在一定的相互促进或抑制作用,如Sr对Ba为协同作用,Ca对Sr、Zn为拮抗作用。另外,水体盐度或温度与元素富集系数之间不存在简单的线性相关关系,而是因鱼种、水体综合环境及元素种类不同而有所差异。研究结果表明:鱼种一定的情况下,耳石中元素富集系数与水体盐度和温度存在良好相关关系。基于以上相关性分析,可以认为耳石中元素富集系数与环境因子(水体元素浓度、盐度、温度)之间存在响应关系。因此,可以选用那些受环境影响大但对自身调控影响小的元素(如:Sr、Zn、Pb、Mn、Ba、Fe、Li、Ni、Cd)来建立耳石与水体环境之间元素富集系数的定量化模型,并利用这种响应关系及定量化模型进行生态环境监测和渔业管理。     

不同水域鲤鱼耳石CaCO3晶体结构特征与环境响应初探

鲤鱼耳石共有三对:矢耳石、微耳石、星耳石;分别存在于球状囊、椭圆囊、平状囊(听壶)中,具有重要的感应平衡、运动、重力和声音的作用.     

不同水域鲤鱼耳石CaCO3晶体结构特征与环境响应初探

鱼耳石主要成分是CaCO3,主要以文石(或霰石)形式存在,在过去四、五十年来在晶体结构研究方面取得了较多的成果.然而,不同水域鲤鱼耳石CaCO3晶体结构信息特征与环境响应研究却未见报道.本文对密云水库和白洋淀水域鲤鱼耳石X-粉晶衍射结果进行了研究,并分析了两地晶胞参数a0、b0、c0和单位晶胞体积的差异.结果显示,两地耳石样品均由霰石组成,分属三种不同结构:两种六方晶系P63/mmc(no.194)结构和一种斜方晶系Pbnm(Pnma no.62)结构.属于六方晶系的耳石样品中,密云水库鲤鱼耳石样品晶胞参     

鲤鱼耳石Micro-CT特征与水域中重金属元素响应关系研究

将激光剥蚀等离子质谱技术(LA-ICP-MS)及显微X射线断层扫描技术(Micro-CT)运用到鲤鱼耳石对水环境中重金属元素的响应关系研究中. LA-ICP-MS结果表明白洋淀水域鲤鱼耳石中的Cu和Pb含量大于密云水库相应元素的含量;Micro-CT数据统计表明白洋淀水域鲤鱼耳石的Micro-CT值高于密云水库鲤鱼耳石的Micro-CT值.原子序数大的重金属元素Cu和Pb的富集程度是导致两研究区水域Micro-CT值差异的主要原因.耳石中的元素与水体元素具有相似的分布趋势,且对水体中的相应元素有明显富集作用.因此,鲤鱼耳石Micro-CT特征与水环境中重金属元素存在一定的耦合关系,可作为标型特征指示水体中重金属元素信息.     

野生鲤鱼耳石中蛋白质的提取与表征

通过对北京密云水库的野生鲤鱼的微耳石和星耳石中的蛋白质进行提取,分别得到了3种基质蛋白,根据其在提取过程中溶解性的不同,分为水可溶蛋白(WSP)、酸可溶蛋白(ASP)和酸不可溶蛋白(AIP).通过高效液相色谱、X射线衍射、红外光谱分析和氨基酸成分分析等方法分别对3种基质蛋白进行了表征,发现微耳石和星耳石中3种基质蛋白特征存在差异,并初步推断蛋白质特征的差别与碳酸钙晶体在微耳石和星耳石中的不同晶型有关.     

鱼耳石微化学特征在湖库水质评价中的标型意义——以河北白洋淀和北京密云水库野生鲤鱼为例

对河北白洋淀和北京密云水库的野生鲤鱼耳石和水体中的微量元素进行了定量分析。白洋淀鱼耳石中诸微量元素含量均高于密云水库的鱼耳石,反映了白洋淀各水体较密云水库水体的环境复杂,污染程度高。统计分析结果表明,在鱼耳石中大致存在两类生物地球化学习性不同的元素,水体中第一类元素的变化不会引起耳石中相应元素的响应,如Au、K和Na;第二类元素的变化会引起耳石中相应元素的强烈响应,如As、Ba、Co、Cr、Fe、Sr和Zn。诸微量元素在耳石中富集的强弱顺序为,Zn>Sr>Se>Fe>As>Ba>K>Co>Au>Na>Cr。通过相关性分析发现,白洋淀和密云水库的鱼耳石和水体中对应微量元素平均含量的自然对数值之间均存在良好的线性关系。     

不同水域鲤鱼耳石微化学特征及其环境指示意义

利用中子活化分析对密云水库与白洋淀水域两个不同水域（无污染水域和重污染水域）中鲤鱼耳石的微量元素进行分析，发现白洋淀鲤鱼耳石中Sr、Zn、As、Au、Ba、K、Na的含量明显比密云水库鲤鱼耳石的相应元素含量高。采用线性判别方法对两地耳石中Sr、Zn、As、Ba4种元素进行分析，表明存在明显的分组差异，而且两地的差别主要在于Sr含量不同，其次是Zn、As和Ba；白洋淀鲤鱼耳石中As、Ba、Sr、Na等元素含量变化幅度比密云水库鲤鱼耳石中相应元素含量的变化幅度大，与白洋淀水域废水排放时间上的周期性和短暂性导致元素在耳石部分日轮上沉淀等因素相吻合。两地鲤鱼耳石微量元素特征存在截然的区别，与两地水域水体中微量元素差异相一致，表明鲤鱼耳石微化学特征具有水化学环境指示意义，为进一步研究利用鲤鱼耳石进行水化学环境监测或恢复鲤鱼生长期水环境特征奠定了基础。     

X射线断层扫描技术在鲤鱼耳石对环境响应研究中的应用初探

作为生命矿物文石和球文石的载体,鱼耳石(fish otoliths)记载了鱼体生长过程中大量的环境信息。近30年来,其研究取得了很多成果,但利用医学技术的研究尚未见报道。文中尝试应用医学X射线断层扫描技术(CT)对取自河北白洋淀和北京密云水库的野生鲤鱼耳石进行分析研究。结果表明:白洋淀鲤鱼的星耳石和微耳石CT值均大于密云水库鲤鱼耳石相应的CT值,与白洋淀水体中的重金属元素含量明显高于密云水库水体中的重金属含量存在较好的相关性;同一水域星耳石与微耳石的CT值也存在明显差异,分析认为这种差异可能与元素的亲和性及占位方式有关。     

白洋淀和密云水库野生鲤鱼耳石热释光特征研究

鱼耳石的主体由生命矿物文石组成，其研究在过去二三十年中已取得了不少成果，但是将热释光技术用于鱼耳石的研究未见报道。本文对生长在河北白洋淀和北京密云水库的野生鲤鱼耳石的热释光曲线特征进行了研究，分析了两水域野生鲤鱼耳石中陷阱深度（E）值的差别。热释光测试结果显示，白洋淀10颗鲤鱼耳石样品热释光曲线的峰点温度（T）、发光强度（J）、积分强度（S）和半高宽（w）的均值大于密云水库，而且前者热释光曲线各参数值和E值的稳定程度均不如后者。分析还表明白洋淀鱼耳石在不同温度下的电子和空穴的逃逸几率（α）均大于密云水库。据调查，白洋淀各水体较密云水库水体的环境复杂，污染程度高。研究结果表明，鱼耳石的热释光曲线特征对鱼所生长的水体水质和水环境相当敏感，通过更深入研究，可能成为水质和水环境的重要标型。     

鱼耳石的成因矿物学属性:环境标型及其研究新方法

鱼耳石是鱼类头骨两侧的组织器官,是典型生命矿物文石的载体,发育明显的环带结构.其环带数和韵律层厚度反映鱼龄和鱼体生长速率;其δ18O值能指示水体温度.利用环带的几何学特征、颜色、常量和微量元素特征与氧同位素和碳同位素组成结合,可有效地鉴别鱼的种群结构,追索鱼的源区、迁移习性、营养水平,记录水体环境的变迁,预测未来水体环境变化趋势,指导渔业生产战略布局.本文首次开发的鱼耳石之文石纳米形貌和热发光参数,可有效地指示相应水体的环境特征,用于进行不同来源区的判别和鱼类资源管理.     

基于耳石核心氧同位素SHRIMP分析研究青海湖裸鲤繁殖特征

青海湖裸鲤是中国重要的内陆珍稀鱼种，在青海湖湖泊生态系统中起着核心作用。繁殖环境是鱼类种群延续的关键因素，能获取青海湖裸鲤的繁殖环境参数和明确最佳产卵场，对于保护和扩大其渔业资源量也非常重要。本文尝试利用耳石的微区原位氧同位素组成分析青海湖裸鲤的繁殖特征，利用SHRIMPⅡ离子探针测定5尾青海湖裸鲤耳石微区原位δ18O组成，沿着最长生长轴到边缘打点，束斑直径大约25μm，束斑深度约2～3μm。分析结果表明，裸鲤耳石的δ18O值变动范围分别是-4.88‰～3.46‰、-0.28‰～3.91‰、-1.43‰～2.94‰、-1.81‰～3.35‰，并且耳石间歇带的δ18O值高于成长带。耳石间歇带是裸鲤在湖水中形成，而成长带是在河水中形成，上述结果与青海湖湖水的δ18O值显著高于河水的δ18O值一致，因此记录了裸鲤的洄游行为。核心区域差异性的δ18O值则反映了裸鲤的产卵地和水温状况，表明有的裸鲤在水温较低的河口产卵孵化，有的在水温较高的河流上游产卵孵化。与其他样品不同的是，其中1尾裸鲤耳石的δ18O变动范围是-9.36‰～-5.21‰，表明该裸鲤固定在河流里生长繁殖，不发生洄游行为。这一发现为...     

鱼耳石的成因矿物学属性:环境标型及其研究新方法

鱼耳石是鱼类头骨两侧的组织器官，是典型生命矿物文石的载体，发育明显的环带结构。其环带数和韵律层厚度反映鱼龄和鱼体生长速率；其δ^8O值能指示水体温度。利用环带的几何学特征、颜色、常量和微量元素特征与氧同位素和碳同位素组成结合，可有效地鉴别鱼的种群结构，追索鱼的源区、迁移习性、营养水平，记录水体环境的变迁，预测未来水体环境变化趋势，指导渔业生产战略布局。本文首次开发的鱼耳石之文石纳米形貌和热发光参数，可有效地指示相应水体的环境特征，用于进行不同来源区的判别和鱼类资源管理。     

生物矿物学研究进展

“生物矿物学”一词是1973年马克·康尼尔提出的,它研究各种生物作用参与下产生的、具有一定组份的固结生成物,如骨骼、牙齿、软体动物中的耳石和外骨骼、珍珠、尿结石、胆结石、唾液结石等。它的研究对象很多方面与传统矿物学不同,首先是在其结构中总有有机物质存在,这些有机物与矿物部份是完全有规律的。它们的构造主要有放射状、同心环状、柱层状、枝叉状、交错层状等,     

湘赣中、上奥陶统烟溪组、对耳石组硅质岩成因

华南地区中-上奥陶统浅海半深海环境中广泛发育了一套高硅岩石,主要分布于湖南烟溪组和江西对耳石组。该套硅质岩呈东西条带状发育于扬子板块与华夏板块之间,地层厚度从东南到西北逐渐减薄,岩层多呈薄层状,含放射虫Protoentactinia sp.,部分岩样放射虫含量超过50%。分析结果表明,生物Si和陆源Si为本区硅质岩Si的重要来源,生物化学成因特征明显。硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)比值＞0.45,K2O/Na2O比值范围为1.55~42.11,由微量元素Ni、V、B、Cr与Al2O3关系图来看,二者关系表现为部分线性、部分离散,U/Th比值为0.72。湘赣中部地区硅质岩中稀土元素含量偏高,东南部Ce元素略呈负异常,研究区∑LREE≈∑HREE,表明衡阳到赣州一带受一定火山、热水活动的影响。     

成因矿物学在中国的传播与发展

成因矿物学是现代矿物学的重要组成部分。它研究矿物与矿物组合的时空分布、矿物各内外属性间的关联、矿物形成与变化的条件和过程、矿物与其介质间的相互作用及相应的宏微观标志、和矿物成因分类及矿物成因信息的应用等方面的内容。矿物发生史、矿物标型学、矿物温压计、矿物共生分析和矿物成因分类共同构成本学科的理论体系。其中,矿物标型学是该体系的核心。以陈光远先生为代表的中国矿物学家,在20世纪下半叶,创新性地开展了成因矿物族的研究,建立了完善的成因矿物学理论体系,提出矿物标型六性和矿物学填图的四化法则,提出变质岩、花岗岩、铅锌铁金辰砂萤石等矿床的矿物成因标型和找矿标志,有力地指导了中国的地质研究和找矿实践。进入21世纪以来,矿物学填图参数和方法被进一步发掘和完善,矿物磁学和近红外谱学等便捷填图手段得到广泛应用;大纵深蚀变矿化和矿物标型分带规律得以揭示;矿物标型的地球动力学、构造动力学和矿物系统的演化意义得到深度阐释;成因矿物学作为环境与生命过程研究的指导思想,逐步形成了环境与生命矿物学新分支,将矿物个体发生及矿物标型的思想用于对鱼耳石和有孔虫等生物矿物环境响应的研究,将矿物生物交互作用思想用于土壤能量系统修复研究,将矿物环境耦合思想用于生物有机质对矿物自组装结构和过程的调控研究以及海洋矿物对海洋及大气环境的指示研究等,极大地丰富了矿物发生学和矿物标型学的理论。今后应注意有关成果的系统整合,加强矿物个体发生史的实验研究,保障原创性成果的产出;要注重国际交流,使我国成因矿物学的成果真正成为人类的共同精神财富。     

渤海湾西南岸古黄河三角洲全新世地层层序和演化过程

对渤海湾西南岸6个钻透全新统的钻孔进行了详细的沉积学研究和年代测定,利用160个粒度和94个微体古生物样品共同确定沉积相,并利用22个泥炭的常规14C年代,依据层序地层学原理划分了全新世地层层序,恢复了演化过程.渤海湾西南岸全新世黄河三角洲地层主要包括海侵层序、高海面层序和加积层序,海侵层序包括滨海沼泽、滨海砂坝和下切河谷,时代为8.5ka B.P.至全新世底界;高海面层序下段西部为滨海湖沼和积水洼地等滨海相,东部为潮成沙脊、前三角洲和潮下带等海相,时代为7.6～8.5kaB.P.;高海面层序上段西部为河间洼地、沼泽和分支河道等泛滥平原相,东部为河口砂坝、潮间带和潮成沙脊,时代为3.0～7.1ka B.P.;加积层序主要为分支河道、决口扇和河间洼地等沉积相,时代为3.0ka B.P.至今.渤海湾西南岸在9.0ka B.P.开始受海水影响,形成滨海湖沼;7.1～7.6ka B.P.达到最大海侵,位于旧城和盐山之间;海岸线于5.6ka B.P.时位于黄骅苗庄贝壳堤一带,于3.0ka B.P.时位于YS4和NP3孔之间,于2.0ka B.P.时形成现今岸线.古黄河于8.5～9.0ka B.P.时经YS3孔和NP1孔入海;于7.6～8.5ka B.P.时经YS4和NP3孔入海,于1.9～2.6kaB.P.时经YS7和NP1孔入海.5.6～7.1ka B.P.时期,研究区为当时古黄河三角洲的侧翼,形成河口砂坝,废弃之后形成潮成沙脊和苗庄贝壳堤.1.9ka B.P.至今,黄河在研究区外侧入海.     

内蒙古巴彦查干湖白云石的成因及其环境意义

对内蒙古南部巴彦查干湖12400cal.aB.P.以来的沉积物进行了X-衍射、扫描电镜、碳酸盐含量和自生碳酸盐氧同位素组成的研究.结果显示,沉积物中碳酸盐含量较高,6000cal. aB.P.以前为方解石,之后白云石开始出现,4800cal.aB.P.以来代替方解石成为主要的碳酸盐矿物.方解石的形态为细长的结晶棱柱体和薄片状,白云石颗粒的形态均为小球粒状,这些形态特征表明方解石和白云石是快速沉淀形成的.白云石的形态和大小与澳大利亚Coorong等地区微生物成因的白云石非常相似,表明巴彦查干湖白云石的形成可能与微生物活动有关.白云石在6000cal.aB.P.的出现是湖水咸化的直接证据,表明气候变干,这一结果与碳酸盐氧同位素和孢粉记录一致.     

腾格里沙漠南缘末次冰消期气候不稳定性记录

通过对红水河剖面元素地球化学和孢粉以及地层岩性的分析,在讨论了沉积地层连续性和记录完整性的基础上,重建了腾格里沙漠南缘末次冰消期的气候环境演变序列。结果表明,沉积物中Ca,Fe,Mg,K,Na和Mn等元素含量的变化以及结合其不同的孢粉组合,不仅与沉积环境紧密相关,而且可以很好地揭示该地区晚冰期以来气候环境变化的基本特征和历史,显示研究区在13.6～9.7cal.kaB.P.期间主要经历了以下几个阶段: 13.60～13.08cal.kaB.P.,12.75～12.20cal.kaB.P.和 11.60～10.45cal.kaB.P.期间气候较温暖湿润;  13.08～12.75cal.kaB.P.和10.45～9.70cal.kaB.P.期间气候相对冷干;  而在12.2～11.6cal.kaB.P.期间,则表现相对冷湿。自11.6cal.kaB.P.之后,研究区进入全新世暖期,元素Ca,Fe,Mg,K,Na及Mn的含量和孢粉A/C比值变化曲线均表明在全新世初期气候波动频繁,并在11.3cal.kaB.P.和10.5cal.kaB.P.左右出现较强的冷波动。通过与其他研究区地质记录对比,指出研究区腾格里沙漠南缘末次冰消期气候环境变化尽管存在一定的区域特点,但基本格局与全球气候变化一致。