一、氨基糖碳同位素（氨基糖δ¹³C）简介

氨基糖（amino sugar，AS）是微生物细胞壁的稳定组分，是一类糖的羟基被氨基所取代的有机化合物，广泛存在于土壤和海洋有机质中。目前已在微生物体中识别出高达26种氨基糖，但其中仅有氨基葡萄糖（glucosamine，GlcN）、氨基半乳糖（galactosamine，GalN）、氨基甘露糖（man nosamine，ManN）和胞壁酸（muramic acid，MurA）4种可被定量。氨基葡萄糖真菌残体碳的“指纹”，是土壤中含量最高的氨基糖（占总量47-68%），其丰度直接反映真菌生物量及其对SOM的贡献，高GlcN含量指示真菌主导的有机质积累（如森林、草原表层土），与土壤碳库稳定性正相关。胞壁酸细菌残体碳的“专属标签”，在农田土壤中，MurA含量受施肥（如化肥抑制细菌生物量）和耕作方式显著影响，用于评估人为干扰对微生物碳泵的效应。氨基半乳糖（GalN）是细菌与真菌的“混合信号”，贡献率17-42%，但其来源非特异性，需结合GlcN/MurA比值解读，高GalN+高GlcN：可能指示真菌与细菌协同降解复杂有机质（如木质纤维素），高GalN+高MurA：可能反映细菌主导的EPS积累（如生物膜形成）。氨基甘露糖（ManN）是微生物胞外聚合物（EPS）的“隐秘信号”，其含量最低（贡献率约4%），但对EPS高度敏感，可指示微生物分泌EPS的活性（如生物膜形成或土壤团聚体稳定）。氨基糖也常用来作为微生物对土壤和海洋沉积物中有机碳、氮贡献的指标。此外，不同氨基糖组分的比值也可用来指示微生物群落组成。氨基糖δ¹³C可追溯微生物对土壤有机碳（SOC）的贡献。

二、氨基糖碳同位素（氨基糖δ¹³C）的应用场景

1.区分碳来源：通过测定氨基糖δ¹³C值，区分土壤有机碳（SOC）中微生物来源碳与植物来源碳的比例。通过添加¹³C标记的葡萄糖，追踪其转化为微生物残体（如氨基糖）的过程。

2.评估微生物碳积累效率（CAE）：利用氨基糖的δ13C值计算微生物将外源葡萄糖碳转化为稳定微生物残体碳的效率，即CAE。

式中：fglucose表示来源于¹³C标记葡萄糖的氨基糖的百分比，δ¹³Cglucose、δ¹³C_C和δ¹³C_SOC分别表示加入葡萄糖、样品中的氨基葡萄糖或氨基半乳糖以及SOC的δ¹³C值。

式中：Aminosugar-C_glucose表示培养试验结束后来源于葡萄糖的氨基糖浓度，CO₂-C_glucose表示来源于葡萄糖的呼吸释放的碳量。

3.土壤有机质（SOM）动态研究：氨基糖作为微生物残体的生物标志物，用于量化微生物残体对土壤有机碳库的贡献。通过δ¹³C分析，区分微生物来源（如真菌与细菌）的碳输入，并追踪其在土壤中的转化与稳定化过程。

三、氨基糖碳同位素（氨基糖δ¹³C）的检测方法

样品经前处理后，首先需水解，土壤样本需用盐酸（HCl）水解，将氨基糖从大分子中释放，随后通过离心和冻干去除盐分及酸性成分，使用衍生化试剂进行衍生化反应，提高挥发性便于气相色谱-同位素比值质谱联用（GC-IRMS）分析，衍生化后的氨基糖通过气相色谱分离，燃烧生成CO₂，再由同位素质谱测定δ¹³C值。

一、木质素酚碳同位素（木质素酚δ¹³C）简介

木质素酚是植物木质素降解产物，木质素（lignin）是维管植物细胞壁的主要组成成分，约占植物生物量干质量的15%-30%，是土壤有机碳的重要来源，其降解过程产生多种酚类化合物，主要包括四大类：①香草基酚类（V类，包括香草酸、香草酮和香草醛）；②紫丁香基酚类（S类，包括丁香酸、丁香酮和丁香醛）；③肉桂基酚类（C类，包括阿魏酸和对香豆酸）；④对羟基酚类（P类，包括对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯乙酮）。作为植物源碳的生物标志物，木质素酚δ¹³C可追踪植物残体输入及转化过程。

二、木质素酚δ¹³C检测的应用场景

土壤有机质动态研究：通过测量土壤中木质素酚类的δ¹³C值，分析气候因素（如温度、降水）对土壤有机质分解和转化的影响。

三、木质素酚碳同位素的检测方法

样品前处理后需氧化裂解，土壤样本在碱性条件下与氧化铜（CuO）、硫酸亚铁铵反应，将木质素裂解为小分子酚类化合物。酸化后用乙酸乙酯萃取酚类化合物。吡啶溶解后，加入双（三甲基硅基）三氟乙酰胺（BSTFA）衍生化。使用GC-IRMS通过色谱分离后燃烧生成CO₂测定木质素酚δ¹³C。

一、磷脂脂肪酸碳同位素（磷脂脂肪酸δ¹³C）简介

磷脂脂肪酸（Phospholipid Fatty Acids，PLFAs）是微生物细胞膜的主要成分，具有结构多样性和生物特异性等特点。PLFA在微生物细胞膜中起着重要作用，并会随着细胞的死亡快速分解，因此通过测定PLFA可以了解微生物的种类及群落结构，而PLFA δ¹³C可指示活体微生物的碳源利用及代谢途径。

二、磷脂脂肪酸δ¹³C检测的应用场景

1.区分自养与异养代谢：通过比较PLFA的δ¹³C值与总有机碳（TOC）的δ¹³C值，推断微生物的碳固定方式。例如，Δδ¹³C值在2‰–4‰范围内表明异养代谢主导，而更大的偏移则可能反映自养代谢。

2.验证碳循环假设：δ¹³C数据支持了微生物可能通过异养代谢循环利用古老有机碳（如TOC）的假说。例如，PLFA δ¹³C值与TOC接近，表明其碳源可能来自系统内部分解的有机质，而非大气CO₂。

3.辅助群落组成解析：结合PLFA分子组成（如单不饱和脂肪酸MUFA和多不饱和脂肪酸PUFA的分布）和δ¹³C特征，区分不同微生物功能群。

三、PLFA碳同位素的检测方法

样品经前处理后冷冻干燥或风干，加入氯仿-甲醇-磷酸盐缓冲液萃取，分离磷脂组分。通过硅胶柱层析纯化，去除中性脂和糖脂，随后通过皂化、萃取，溶解上机。使用GC-IRMS将通过色谱分离后的PLFA燃烧生成CO₂测定δ¹³C，可追溯微生物碳源。