生物蝶呤(Biopterin)是两个氮环组成的蝶啶衍生物,是三磷酸鸟苷代谢的产物。从微生物到高等动植物中,生物蝶呤均有分布,是叶酸、维生素B2、硝酸盐还原酶、一氧化氮合成酶、亚硫酸氧化酶等许多大分子物质的前体底物。自蝶呤类化合物发现以来,其研究主要集中于医学上,侧重于特殊疾病(癌症、病毒感染、肾病等)的诊断与治疗。关于生物蝶呤的检测方法,在人体尿液、血浆等介质中己较为成熟,但对于自然水体中微生物胞内的生物蝶呤,可能由于其含量极低,相关研究尚未见前人报道。因此,本论文重点研究了生物蝶呤在自然水体微生物细胞内的测定方法,并通过对九龙江流域及河口与厦门湾的调查,初步探索了自然水体中生物蝶呤的时空分布特征和来源,结合室内培养实验,试图探索微生物-金属元素-生物蝶呤的相互关系,以期待深入了解自然水体中小分子物质合成代谢与金属元素等环境因素的联系。本论文主要研究内容包括三个方面:一、建立自然水体微生物细胞内低浓度生物蝶呤测定方法,并应用到自然水体生物蝶吟的测定上;二、以九龙江河口、厦门湾及九龙江流域(西溪、北溪)为主要研究区域,研究水体中微生物胞内生物蝶呤的存在及时空分布,并进一步探讨其成因;三、进行聚球藻室内培养实验,通过添加不同有机物质(葡萄糖、维生素C、生物蝶呤)、及不同浓度外源生物蝶呤和改变氮浓度等,来观测聚球藻的生长情况和胞内生物蝶呤及金属元素的响应,研究生物蝶呤产生机制与影响因素。野外调查结果显示:生物蝶呤广泛存在于自然水体中,在九龙江流域、河口及厦门湾存在明显的时空分布差异。在时间上,呈现夏季>春、秋季>冬季,在夏季高值可达到61.77ng/L(ng/L表示单位水体中,含有的颗粒态生物蝶呤质量),而冬季的高值为7.76 ng/L;在空间上,流域河水中生物蝶呤的含量要高于河口区,一年四季中,除冬季整个区域相差较小外,春、夏、秋三个季节均呈现河口上游河水中生物蝶呤的浓度远高于河口下游及厦门湾区域。初步研究发现,生物蝶呤的来源贡献者主要是水体中的微生物,不同种群的微生物体内生长所需的生物蝶呤也是大为不同的。通过对比叶绿素、AOU、盐度、温度等理化性质推测,自然水体中的生物蝶呤的含量可能受蓝藻类等微生物丰度影响。金属元素V、Cu、Mn、Fe在自然水体中的分布规律类似,在上游河海水混合区域浓度略有增加,随后降低,在厦门湾附近有轻微释放。金属元素在九龙江流域河口区的分布主要受到了颗粒物吸附解吸等过程的影响,不同金属的吸附解吸系数随水体环境的变化程度不尽相同,再加之停留时间的差异等各方面,导致水体中金属元素的浓度存在差异。室内聚球藻培养实验显示:随着聚球藻的生长,胞内生物蝶呤呈现出动态的变化过程。培养初期,尽管聚球藻数量增加缓慢,但其胞内生物蝶呤明显增加,在聚球藻指数增长期,蝶呤含量达到高值,随后生物蝶呤在聚球藻的生长平台期出现了平稳下降;在聚球藻生长后期,生物蝶呤出现再次缓慢增长的过程,但此时,聚球藻数量却没有增加。由实验结果推测为:在培养初期出现的蝶呤高值可能与细胞自身快速生长有关,随后大分子物质的合成过程消耗了生物蝶呤,造成生物蝶呤的降低。而在培养平台后期出现的再次蝶呤升高现象,可能与细胞内活性的还原态生物蝶呤被转化为氧化态的结果。不同有机物质添加实验结果为,胞内生物蝶呤含量为:生物蝶呤添加组>葡萄糖添加组>维生素C添加组>对照组,推测可能原因是,细胞主动吸收了外源添加物,导致了生物蝶呤的增加。在外源生物蝶呤与氮浓度梯度培养实验中发现,聚球藻的生长均出现促进现象。在培养实验中,金属元素Mg、V、Mo呈现在培养初期,胞内含量为最大值,随着培养实验的进行,胞内金属元素含量不断下降,在平台期时,胞内金属元素趋于稳定。但外源生物蝶呤的添加会促进细胞对金属的吸收。综上所述,本论文建立了水体中生物蝶呤的测定方法,并首次应用于自然水体。通过对九龙江流域、河口及厦门湾的调查,发现了生物蝶呤的存在,且生物蝶呤具有明显的时空分布差异。结合环境参数,生物蝶呤主要来源可能为人为污染物质输入增加、微生物生长增加所致。通过室内培养实验,进一步证实了外源有机物或无机物的添加明显促进微生物胞内蝶呤的积累。本论文对自然水体微生物胞内生物蝶呤的测定与研究,可能为深入研究海洋生态过程与生物地球化学过程提供新思路。