川西平原还田秸秆腐解释放DOM的光谱特征

为掌握川西平原保护性耕作模式下还田秸秆腐解过程的光谱学特性,追溯还田秸秆对川西地区生态系统结构的影响过程,采集了该地区主要种植作物油菜、水稻的秸秆样本,利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)三种光谱学表征手段,阐明秸秆各腐解阶段溶解性有机质(DOM)的光谱学特征,对比不同农作物秸秆快速淋溶阶段DOM(0~0.5 d)与腐解过程(0.5~90 d)的光谱学特征差异性,解析其变化机理。结果表明： 还田秸秆腐解过程中DOM的光谱学特性差异明显,伴随着芳香性物质的溶出、降解以及新生腐殖类物质的形成;由秸秆快速淋溶阶段释放DOM的E₂/E₃值最大而SUVA₂₅₄值最小可知该阶段溶出的物质芳香性和分子量相对较小;其芳香性组分的溶出主要集中在腐解前期(≤10 d),表现于该阶段E₂/E₃值逐渐减小且SUVA₂₅₄值逐渐增大,DOM中多糖峰、芳香C和酰胺峰变弱;难分解的纤维素、半纤维素和大分子蛋白质主要在腐解后期被降解;DOM中酚类、羰基类和羧酸类物质数量增加,使得DOM与有机污染物、金属离子的相互作用增强,进而调节农田土壤中污染物的迁移转化过程。本研究为川西平原秸秆还田的环境意义提供了基础数据和新证据,为该地区农业废弃物处理与资源化提供了依据。     

转基因棉花残体土壤降解特征的红外光谱研究

采用重铬酸钾容量法和红外光谱(FTIR)法分析了转基因抗虫棉花残体降解后的土壤腐殖质组分富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)的含量和结构特征.结果表明,棉花残体的降解使土壤各腐殖质组分含量增加,胡敏素的相对含量增加最大,胡敏酸次之,富里酸最小.与相应非转基因对照相比,转Bt基因棉花残体处理土壤各腐殖质组分含量...     

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC₂O₄)和氢氧化钙[Ca(OH)₂]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明：(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸...     

长期石油污染土壤中胡敏酸结构特征的研究

选择一口开采约20a的废弃油井,在距离井口0.5, 1.5, 3.5, 5.5和7.5 m处进行多点采样,应用元素分析、傅里叶变换红外光谱和固态13C核磁共振方法,研究了长期不同程度石油污染土壤中胡敏酸的结构特征。结果表明：随与油井口距离的减小,胡敏酸的C/H, O/C和(N+O)/C原子比值分别由0.74, 0.41和0.45增加到0.80, 0.83和0.88;红外光谱分析显示,胡敏酸的2 921, 2 851, 1 454 cm-1吸收峰相对强度下降,2 921/1 600比值由0.22减少到0.11;固态13C核磁共振分析显示,胡敏酸中烷基C的相对含量由49.9%下降到30.9%,而烷氧C、芳香C和羧基C的相对含量分别由20.1%, 13.1%和14.3%增加到28.0% 18.8%和19.3%。上述结果说明,随石油含量增加,胡敏酸的脂族性和疏水性降低,而芳香性和极性增强,其分子结构变得老化。为了促进受石油污染土壤的修复,有必要采取适当措施使其中老化的胡敏酸得以更新和活化。     

土壤和沉积物中不同形式有机质的表征

从北京通州地区3个河流沉积物和天津渤海湾地区4个土壤样品中提取胡敏酸(HA)和非水解碳(NHC),并进行了元素分析、X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和固态13 C核磁共振(13 C NMR)等一系列定性定量的研究。结果显示:同一来源的NHC中H/C和O/C比值低于HA的H/C和O/C比值;NHC和HA表面含氧官能团的含量分别为7.6%～10.7%,40.9%～46.7%;13 C NMR和FTIR显示NHC主要由脂肪碳和芳香碳组成;从土壤中比从沉积物中提取的NHC的芳香度高。研究结果表明,与HA相比,NHC的热成熟度高,疏水性强。     

棕壤与褐土刺槐林下土壤腐殖质组分的傅里叶变换红外光谱分析

森林土壤富含不同组分和功能的有机碳。该研究以棕壤和褐土45年林龄的刺槐林下表层及底层土壤为对象,研究其林下土壤腐殖酸组分在不同土壤类型和不同土层间的差异和变换。褐土和棕壤表层及底层土壤分别定义为CO和CA,BO和BA。应用傅里叶变换红外光谱对土壤腐殖质组分的富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)进行了分析。结果表明富里酸主要吸收峰为3 400 cm-1处的碳水化合物中—OH形成的氢键伸缩振动,1 655 cm-1处的芳香环CC伸缩振动,1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动。与富里酸相比,胡敏酸所含官能团与其相似,差异在于其吸收峰强度较弱。胡敏素在1 110 cm-1处的脂族C—OH伸缩振动和1 030 cm-1处多糖或类多糖物质的C—O伸缩振动较胡敏酸此处的峰吸收强度强。根据分析,表层土壤腐殖质官能团结构较底层土壤多且吸收强度强。另外,富里酸不同物质官能团数量及强度受土壤类型和土壤深度的影响较胡敏酸和胡敏素小。根据不同吸收峰对比分析发现,富里酸组分的芳化程度较强,而胡敏酸和胡敏素的芳化作用仅表层土壤程度较强。不同土壤类型胡敏酸组分分析表明,棕壤表层土壤芳族和脂肪族物质吸收强度明显高于褐土。综上,土壤类型和土层显著影响45年林龄的刺槐林下土壤腐殖质组分,尤其是胡敏酸和胡敏素组分。     

同步荧光结合主成分与二维相关研究盐碱性土溶解性有机质组成与结构特征

为解决同步荧光光谱(SFS)荧光峰重叠而产生的应用局限性,应用同步荧光技术结合二维相关与主成分等方法,对重叠峰进行解析,研究土壤溶解性有机质(SDOM)组成与结构特征。选取河套灌区典型常见的芦苇、白杨、玉米、籽瓜等四种植被覆盖的土壤为研究对象,采集四个样点的土样,每个样点按0~20,20~40,40~60和60~80 cm等四层采集植被下土壤,共计16个土样,提取溶解性有机质,检测SFS。结果表明瓜地和玉米地SDOM荧光强度大于林地和芦苇地SDOM的荧光强度,瓜地SDOM荧光强度随着土层深度的增大而增大,而其他三种植被SDOM的荧光强度随着土壤深度的增大而减小,表明瓜地水浇过程中土层以淋溶作用为主,而其他土层以渗滤作用为主。应用主成分分析方法(PCA),识别出酪氨酸、色氨酸、微生物代谢产物、富里酸和胡敏酸等5种荧光组分,酪氨酸荧光峰出现了红移现象,表明瓜地土壤中的酪氨酸荧光强度明显高于其他三种植被土壤。基于二维相关光谱分析,芦苇土壤中的色氨酸与微生物代谢产物呈正相关变化趋势,光谱波段先后变化顺序为370 nm→337 nm→290 nm,表明组分变化顺序为富里酸→微生物代谢产物→色氨酸;玉米土壤中富里酸与胡敏酸呈正相关,波段变化顺序为318 nm→350 nm→420 nm→274 nm,表明组分变化顺序为微生物代谢产物→富里酸→胡敏酸→酪氨酸;林地土壤中酪氨酸、富里酸和胡敏酸呈正相关,波段变化顺序为270 nm→392 nm→426 nm→305 nm→337 nm,表明组分变化顺序为酪氨酸→富里酸→胡敏酸→色氨酸→微生物代谢产物;瓜地土壤中富里酸与胡敏酸呈正相关,而与酪氨酸呈负相关,波段变化顺序为410 nm→355 nm→334 nm→309 nm→275 nm,表明组分变化顺序为胡敏酸→富里酸→微生物代谢产物→色氨酸→酪氨酸。因此,运用SFS结合PCA与二维相关光谱分析SDOM的荧光光谱特征,识别荧光组分,揭示荧光组分的空间变化规律具有十分显著的效果。     

棕壤与褐土刺槐林下土壤腐殖质组分的傅里叶变换红外光谱分析（英文）

森林土壤富含不同组分和功能的有机碳。该研究以棕壤和褐土45年林龄的刺槐林下表层及底层土壤为对象,研究其林下土壤腐殖酸组分在不同土壤类型和不同土层间的差异和变换。褐土和棕壤表层及底层土壤分别定义为CO和CA,BO和BA。应用傅里叶变换红外光谱对土壤腐殖质组分的富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)进行了分析。结果表明富里酸主要吸收峰为3 400cm~(-1)处的碳水化合物中—OH形成的氢键伸缩振动,1 655cm~(-1)处的芳香环CC伸缩振动,1 110cm~(-1)处的脂族C—OH伸缩振动。与富里酸相比,胡敏酸所含官能团与其相似,差异在于其吸收峰强度较弱。胡敏素在1 110cm~(-1)处的脂族C—OH伸缩振动和1 030cm~(-1)处多糖或类多糖物质的C—O伸缩振动较胡敏酸此处的峰吸收强度强。根据分析,表层土壤腐殖质官能团结构较底层土壤多且吸收强度强。另外,富里酸不同物质官能团数量及强度受土壤类型和土壤深度的影响较胡敏酸和胡敏素小。根据不同吸收峰对比分析发现,富里酸组分的芳化程度较强,而胡敏酸和胡敏素的芳化作用仅表层土壤程度较强。不同土壤类型胡敏酸组分分析表明,棕壤表层土壤芳族和脂肪族物质吸收强度明显高于褐土。综上,土壤类型和土层显著影响45年林龄的刺槐林下土壤腐殖质组分,尤其是胡敏酸和胡敏素组分。     

微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征影响的红外光谱研究

应用红外光谱研究微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征变化的影响。结果表明：(1)土壤水溶性物质(WSS)的结构和官能团数量受微生物影响较大。细菌有利于提高WSS中脂肪族烷烃类物质含量,其他处理结果相反。(2)放线菌在减少土壤富里酸(FA)羟基含量的能力最强,而真菌对FA的“净生成”能力最强,其有利于提高土壤FA中羧基和碳水化合物的含量。除混合菌外,其他处理均有利于土壤FA中多糖的降解,且速率大于脂类分解。(3)除混合菌外,其他处理均有利于降低土壤胡敏酸(HA)中脂肪族烷烃类物质的数量。真菌可有效提高土壤HA的羧基含量,而细菌作用相反。微生物可消耗和利用HA中的多糖类物质,促使植物残体类腐殖质向土壤成熟腐殖质转化。     

红外光谱结合二维相关分析研究堆肥过程腐殖酸演化规律

堆肥材料中腐殖酸的组成和结构直接影响堆肥产品品质和腐熟度。为研究堆肥腐殖酸的组成和形成过程,进行了生活垃圾堆肥并提取了不同堆肥阶段样品中的胡敏酸和富里酸,采用红外光谱和二维相关分析,探讨了堆肥过程胡敏酸、富里酸的组成、结构及随时间演化规律。红外光谱结果显示,堆肥胡敏酸组成复杂,在2 917～2 924,2 844～2 852,2 549,1 662,1 566,1 454,1 398,1 351,990～1 063,839,711 cm-1均出现了吸收峰;相对于胡敏酸,堆肥富里酸结构简单,仅在1 725,1 637,990 cm-1出现了吸收峰。上述吸收峰的出现表明堆肥胡敏酸和富里酸均含有木质素来源的苯环和糖类结构,但胡敏酸还含有丰富的脂族和蛋白类结构,这些在富里酸中含量较低;堆肥过程糖类、脂类、蛋白类及木质素结构均发生了降解,但是在胡敏酸和富里酸中它们的降解优先顺序不同。二维相关光谱分析结果表明,胡敏酸中降解先后顺序为脂肪类—蛋白类—多糖类和木质素,而富里酸中为蛋白质—多糖和脂肪类,降解过程均生成了羧酸、酮类和酯类结构,其中羧酸类物质一部分在堆肥中形成了碳酸盐。研究结果表明,红外光谱结合二维相关分析不仅可以获得堆肥腐殖酸官能团组成,还可以揭示堆肥过程这些官能团降解顺序,确定堆肥腐殖酸合成机制和动力学过程。     

化学处理水稻秸秆水溶性有机物的光谱特征研究

采用紫外(UV)、傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振(1H和13C NMR)分析技术对13C标记水稻秸秆化学处理过程中的水溶性有机物进行了研究。由光谱变化的分析可见,随着化学处理的进行,水稻秸秆DOM中甲基、亚甲基含量逐渐降低,脂肪性降低;含芳环的化合物逐渐分解,芳香性降低;碳水化合物分解一部分形成碳酸盐类物质,另一部分形成CO₂和H₂O;羧酸和羧酸脂类化合物形成羧酸盐类物质;有机成分中的无机元素硅释放出来,形成硅酸盐类的无机硅氧化合物;DOM中的氮素以铵盐的形式存在并逐渐积累。     

不同施肥处理对潮土胡敏酸结构特性的影响

研究了饼肥,绿肥,秸秆肥三种处理在等氮等磷条件下对胡敏酸结构特性的影响,采用元素分析,显微红外,固态13C-NMR三种分析方法进行结构解析,结果表明：不同施肥处理的胡敏酸在化学组成和结构上类似,但还有很多明显的差别。(1)饼肥处理的胡敏酸H和N含量最高,绿肥处理的胡敏酸含O量最大,秸秆肥处理的胡敏酸含C量最高 (2)红外分析显示,三种处理的胡敏酸均含有蛋白质及碳水化合物,饼肥处理的胡敏酸含氨基化合物最多,绿肥处理的胡敏酸含羟基,脂肪烃含量最大,秸秆肥处理的胡敏酸含醇,酚含量最高;(3)固态 13C-NMR数据表明饼肥处理的胡敏酸含有最多的羧基碳,绿肥处理的胡敏酸含有烷基碳,羰基碳最多。秸秆肥处理的胡敏酸烷氧基碳,芳香碳含量最大。     

糖与氨基酸反应产物结构的EPR和~(13)C NMR研究(英文)

应用EPR和~(13)C NMR技术系统地研究了糖与氨基酸反应的产物。EPR波谱分析表明,反应产物的结构主要取决于氨基酸的结构。~(13)C NMR波谱的化学位移表明、反应产物的结构应该是2,5-哌嗪二酮,糖是作为1,4位取代的配位基。本文还提出了一种可能的反应机制。     

核磁共振波谱在肿瘤诊疗中的应用研究进展

在介绍肿瘤样品代谢物的核磁共振波谱技术的研究方法的基础上,从离体组织和活体组织两个方面综述核磁共振波谱(NMR)在诊断肿瘤方面的应用进展,分析了它在肿瘤诊疗中的应用前景。在离体组织方面,人们通过1H和31P-NMR谱观测病人的体液样品、培养的细胞、切除的组织等来研究脂质、磷脂等代谢物的分布,观测肿瘤与对照组织之间的差别。其中利用组织提取物的方法能够得到分辨率较高的图谱,非常适合应用于肿瘤诊断和治疗方法的研究。高分辨魔角旋转(HR-MAS)的方法在肿瘤诊断研究方面展现出新的生命力,利用高分辨魔角旋转技术可以直接得到组织细胞中很多分子水平的代谢物结构和组成信息,因此它在癌症的早期诊断中具有很好的前景。在活体核磁共振波谱诊断肿瘤方面,主要应用1H和31P核磁共振波谱,结合MRI为非侵入性肿瘤分析提供了一种临床可用的方法。MRI与MRS技术的结合将使核磁共振波谱在医学领域有更大的应用空间。     

Elemental quantitation of natural organic matter by CPMAS 13C NMR spectroscopy

Cross-polarized magic-angle-spinning NMR (CPMAS-NMR) techniques are assumed to be only semi-quantitative in the assessment of carbon distribution in humic substances or natural organic matter, due to a number of interferences such as spinning side bands (SSB) in spectra, paramagnetic species in samples, and low or remote protonation of aromatic carbons. Fast rotor spin rates or direct polarization NMR techniques are normally applied to improve quantitative signal detectability. Variable contact time pulse sequences were used here to obtain CPMAS-NMR spectra of organic compounds of known structure and different humic substances. Integration of spectral areas, previously subtracted of SSB, and relative stoichiometric factors were used for mathematical elaboration to calculate the elemental content in samples. These values did not significantly differ from those obtained by direct determination of elemental content with quantitative elemental analysis. Our results showed that the carbon observed CPMAS-NMR provides a quantitative representation of the whole carbon content in humic substances.     

13C selective polarization and spin diffusion in a lipid bilayer-bound polypeptide by solid-state NMR.

While (15)N solid-state NMR has proven to be very advantageous for the development of structural biological methods, (13)C spectroscopy has increased sensitivity and spectral dispersion. However, large natural abundance signals and homonuclear dipolar interactions pose significant problems. Here we have used a pair of (13)C-labeled sites in a lipid-solubilized polypeptide to show the selective polarization can be used in combination with spin diffusion to achieve simplified spectra. Both unoriented and oriented samples have been used, with the latter providing a well-resolved homonuclear dipolar splitting.     

用新近发展的1H NMR技术研究腐殖酸

将一些新近发展起来的¹H NMR技术用于溶在不同溶剂(D₂O,NaOH/D₂O及DMSO-d₆)中的腐殖酸样品的研究,这包括全相关谱方法(TOCSY),扩散谱方法和最大量子谱方法(MAXY).DMSO溶液的TOCSY谱中4与8之间的相关峰表明在腐殖酸中可能包含有不溶于水的多肽,扩散谱指出在碱性条件下,一些小分子脱离了腐殖酸聚合体,而MAXY谱编辑方法则使得一些细致的归属成为可能.     

Determination of multiple ***φ***-torsion angles in proteins by selective and extensive (13)C labeling and two-dimensional solid-state NMR.

We describe an approach to efficiently determine the backbone conformation of solid proteins that utilizes selective and extensive (13)C labeling in conjunction with two-dimensional magic-angle-spinning NMR. The selective (13)C labeling approach aims to reduce line broadening and other multispin complications encountered in solid-state NMR of uniformly labeled proteins while still enhancing the sensitivity of NMR spectra. It is achieved by using specifically labeled glucose or glycerol as the sole carbon source in the protein expression medium. For amino acids synthesized in the linear part of the biosynthetic pathways, [1-(13)C]glucose preferentially labels the ends of the side chains, while [2-(13)C]glycerol labels the C(alpha) of these residues. Amino acids produced from the citric-acid cycle are labeled in a more complex manner. Information on the secondary structure of such a labeled protein was obtained by measuring multiple backbone torsion angles phi; simultaneously, using an isotropic-anisotropic 2D correlation technique, the HNCH experiment. Initial experiments for resonance assignment of a selectively (13)C labeled protein were performed using (15)N-(13)C 2D correlation spectroscopy. From the time dependence of the (15)N-(13)C dipolar coherence transfer, both intraresidue and interresidue connectivities can be observed, thus yielding partial sequential assignment. We demonstrate the selective (13)C labeling and these 2D NMR experiments on a 8.5-kDa model protein, ubiquitin. This isotope-edited NMR approach is expected to facilitate the structure determination of proteins in the solid state.     

Near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) of model compounds for the humic acid/actinide ion interaction

To understand spectral features of humic acid (HA) C 1s-near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) with and without metal ion complexation, a set of model compounds is investigated. Halogenated benzoic acids and anthranilic acid are examined to demonstrate the effect of electron withdrawing groups on the C 1s-NEXAFS spectra of complex organic acids, including HA. The peak positions for aromatic and carboxylic groups in these spectra are in agreement with common assignments. The spectral position of the peak for substituted aromatic carbon shifts with increasing electronegativity of the substituent to higher photon energies. Polyacrylic acid (PAA) and different PAA metal ion complexes are investigated as model substances for metal cation complexation by HA. Tb(III)-, Zr(IV)- and U(VI)–PAA exhibit general spectral signatures previously observed for the PAA/Eu(III)–PAA system. For these different metal cations, similar spectral changes and distinct variations in peak intensities are observed going from the uncomplexed to the metal-loaded macromolecules. These spectral changes are comparable to those for U(VI)- and Th(IV)–HA systems.