張俊杰 ，邢 磊 ，侯 笛

1.中國海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100

2.中國海洋大學(xué) 海洋有機(jī)地球化學(xué)研究所，青島 266100

藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteria）是一類可以進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用的古老原核自養(yǎng)型微生物，分布廣泛，數(shù)量龐大，具有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，在海洋湖泊（Bergman，2001；Farrimond et al，2004；Talbot and Farrimond，2007）、極地凍土（H?fle et al，2015）甚至熱液溫泉（Zhang et al，2007）中都有發(fā)現(xiàn)。其起源可以追溯到27億年前，早在元古代時(shí)期，藍(lán)細(xì)菌就作為海洋中主要的初級(jí)生產(chǎn)者在碳循環(huán)過程中發(fā)揮重要作用（Summons et al，1999；Tomitani et al，2006）。現(xiàn)代研究顯示：僅微微型藍(lán)細(xì)菌，例如聚球藻屬（Synechococcus）和原綠球藻屬（Prochlorococcus），就貢獻(xiàn)了全球海洋一半的生產(chǎn)力（Bergman，2001）。此外，部分藍(lán)細(xì)菌還具有固氮能力（Capone et al，1997；Neveux et al，1999；Bergman，2001），并且在全球海洋固氮貢獻(xiàn)中占有巨大比例。例如：全球海洋每年的總固氮量大概為 240 Tg · a-1（以氮計(jì)）（1 Tg = 1012g），而藍(lán)細(xì)菌束毛藻屬（Trichodesmium）的固氮量就達(dá)到 87.4 Tg · a-1，約占海洋總固氮量的36%（Gallon，2001）。因此研究地質(zhì)時(shí)期海洋藍(lán)細(xì)菌的分布與含量變化對了解海洋碳、氮循環(huán)及重建古環(huán)境具有重要意義。

由于藍(lán)細(xì)菌大多個(gè)體微小，生存周期極短，想要了解其在地質(zhì)時(shí)期的演變和生物地球化學(xué)作用，需要借助沉積物中的微生物分子化石——生物標(biāo)志物（Ricci et al，2014）作為研究媒介。通常講，生物標(biāo)志物是指一種由特定生物產(chǎn)生的性質(zhì)相對穩(wěn)定的有機(jī)化合物，能記錄特定的母源信息，并且基本結(jié)構(gòu)能在顆粒物沉降和成巖過程中較好地保存（Schubert et al，1998）。對于藍(lán)細(xì)菌而言，目前所研究的生物標(biāo)志物涵蓋了一些支鏈烷烴（K?ster et al，1999；Kenig，2000；Jahnke et al，2004）、異形胞糖脂（heterocystous glycolipids，HGs）（Schouten et al，2013；Bale et al，2015；Rush and Sinninghe Damsté，2017）和 2-甲基藿烷（多醇）（2-Methylhopanoids）（Summons et al，1999；Talbot et al，2003a；Bechtel et al，2007；Talbot and Farrimond，2007）等。支鏈烷烴主要是某些含有1 — 3個(gè)甲基的短鏈支鏈烷烴（C17— C20），這些烷烴在大量的藍(lán)細(xì)菌和微生物席中都有發(fā)現(xiàn)（Shiea et al，1990；K?ster et al，1999）。 因 為結(jié)構(gòu)上存在碳數(shù)和甲基位置的變化，所以支鏈烷烴變化較多，僅在眉藻（Calothrix scopulorum）中就檢出了21種不同的支鏈烷烴（K?ster et al，1999）。而且不同藍(lán)細(xì)菌屬種中檢出的主要支鏈烷烴也不盡相同。比如：藍(lán)細(xì)菌泥褐席藻（Phormidium luridum）中檢測到的主要是7,11-二甲基十七烷（Summons et al，1996），而眉藻中主要是4,13-、5,13-和4,5-二甲基十七烷（K?ster et al，1999）。此外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)部分藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)生支鏈烷烴的含量也可能會(huì)受到環(huán)境因素（二氧化碳濃度）和培養(yǎng)時(shí)間的影響（Summons et al，1996）。異形胞糖脂是很多固氮藍(lán)細(xì)菌異形胞壁包被層的主要成分，可以很好地保存在古沉積物和微生物席中，所以被用作固氮藍(lán)細(xì)菌獨(dú)有的生物標(biāo)志物（Bale et al，2015；Rush and Sinninghe Damsté，2017）。異形胞糖脂結(jié)構(gòu)上主要表現(xiàn)為六碳糖（也有的是五碳糖）連接長鏈（C26— C32）二醇（diols）、三醇（triols）或相應(yīng)的酮醇（keto-ols）和酮二醇（keto-diols）（Gambacorta et al，1998），不同固氮異形藍(lán)細(xì)菌中主要的異形胞糖脂不同，因此這種生物標(biāo)志物還具有明顯的分類指示的特點(diǎn)（Bauersachs et al，2013）。例如：偽枝藻科（Scytonemataceae）中主要含有C30HG triols 和 keto-diols（Gambacorta et al，1998）；膠須藻科（Rivulariaceae）中主要是C28HG triols和 keto-ol（Bauersachs et al，2009）； 五 碳 糖 結(jié)構(gòu)的異形胞糖脂主要來自海洋環(huán)境中與硅藻共生的異形藍(lán)細(xì)菌（Schouten et al，2013；Bale et al，2015）等。因此異形胞糖脂僅能作為固氮異形藍(lán)細(xì)菌特有的生物標(biāo)志物（Bauersachs et al，2013；Bale et al，2015）。2-甲基藿烷類化合物是藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞膜的主要成分，相對于支鏈烷烴和異形胞糖脂具有更全面的指示意義，加上該類化合物廣泛地存在于古老地層、沉積物、土壤和微生物席中，在估測藍(lán)細(xì)菌的生物量和群落結(jié)構(gòu)，了解地質(zhì)時(shí)期碳、氮循環(huán)過程及重建古環(huán)境等方面都起到了重要作用（Summons et al，1999；Talbot et al，2003a；Bechtel et al，2007；Talbot and Farrimond，2007；李志陽等，2013；Garby et al，2013；Saito et al，2016）。本文主要針對具有多年研究歷史和廣泛應(yīng)用的二甲基藿烷類化合物的研究進(jìn)展和應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，指出目前研究中存在的問題，并展望了未來此類化合物作為藍(lán)細(xì)菌生物標(biāo)志物的研究方向。

1 2-甲基藿烷類化合物

作為被研究最多的藍(lán)細(xì)菌生物標(biāo)志物，2-甲基藿烷類化合物主要分為兩類：2-甲基藿烷和它的前體物質(zhì)——2-甲基藿多醇（2-Methylbacteriohopanepolyols, 簡稱 2-MeBHPs）。2-甲基藿多醇被大量發(fā)現(xiàn)于沉積物和現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的藍(lán)細(xì)菌中，因此被認(rèn)為有潛力作為研究藍(lán)細(xì)菌及其光合作用進(jìn)程的生物標(biāo)志物（Summons et al，1999）。

2-甲基藿多醇是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的細(xì)菌藿多醇，表現(xiàn)為在細(xì)菌藿多醇A環(huán)的2號(hào)碳上發(fā)生甲基化。細(xì)菌藿多醇（Bacteriohopanepolyols，簡稱BHPs）是原核生物的細(xì)胞膜脂，作用類似于真核細(xì)胞中的固醇類化合物，可以增強(qiáng)細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。但是與固醇類化合物不同的是，這類物質(zhì)主要由細(xì)菌產(chǎn)生，并且不需要氧氣參與合成過程（Ourisson et al，1987；Rashby et al，2007）。 細(xì)菌藿多醇廣泛存在于包括藍(lán)細(xì)菌在內(nèi)的多種原核生物內(nèi)（Talbot and Farrimond，2007），屬于五環(huán)三萜化合物 (Rohmer et al，1984），結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，自然環(huán)境下難以降解，易于保存在干酪根中（Summons et al，1999）。常見的細(xì)菌藿多醇支鏈上具有四個(gè)官能團(tuán)，在C-32，C-33，C-34上分別連有羥基，在C-35上可以連接多種基團(tuán)，如羥基、氨基、氨基酸或是更復(fù)雜的氨基糖等（Talbot and Farrimond，2007）。最早發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌藿多醇就是從醋桿菌（Acetobacter xylinum）中分離得到的細(xì)菌藿四醇（Bacteriohopane-32,33,34,35-tetrol，圖1a，簡稱為 BHT）（Forster et al，1973）。也有一些藿多醇支鏈上具有4個(gè)以上的官能團(tuán)，表現(xiàn)為C-31或C-30上多加一個(gè)羥基，這類的藿多醇往往具有特定的生物來源。比如：C-35上連接氨基的藿多醇被認(rèn)為是來自嗜甲烷細(xì)菌（methanotrophic）（圖 1b）（Neunlist and Rohmer，1985；Talbot et al，2001）；側(cè)鏈上一共有五個(gè)羥基和一個(gè)氨基（C-35）的被認(rèn)為僅來自于Ⅰ型甲烷氧化菌（Type I methane-oxidising bacteria，圖 1c）（Rohmer，1985；Talbot et al，2001）；C-35上接有氨基糖的則被認(rèn)為是來自于醋酸菌（圖1d）（Simonin et al，1994）和藍(lán)細(xì)菌（Talbot et al，2003b）；至于細(xì)菌藿四醇（圖1a），雖然廣泛存在于沉積物和土壤中，但生物來源復(fù)雜，并不能用于指示某種特定的細(xì)菌（Talbot and Farrimond，2007）。

圖1 四種結(jié)構(gòu)不同細(xì)菌藿多醇（修改自Talbot and Farrimond（2007））Fig.1 Structures of bacteriohopanepolyols (modif i ed from Talbot and Farrimond (2007))

不同于支鏈上具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變化，細(xì)菌藿多醇環(huán)上結(jié)構(gòu)變化較少。主要表現(xiàn)是在A環(huán)3號(hào)碳和2號(hào)碳上發(fā)生甲基化，分別形成3-甲基藿多醇（3-Methylbacteriohopanepolyols，簡稱3-MeBHPs）和2-甲基藿多醇（2-Methylbacteriohopanepolyols,簡稱2-MeBHPs）。前者多來自于甲烷氧化菌（Farrimond et al，2004），而后者則多來自于藍(lán)細(xì)菌（Summons et al，1999；Talbot et al，2003a；Talbot and Farrimond，2007），也被視為藍(lán)細(xì)菌的生物標(biāo)志物。不過，在古老地層或沉積巖中，經(jīng)成巖作用后2-甲基藿多醇的支鏈會(huì)全部或部分丟失（Ricci et al，2014），從而轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的2-甲基藿烷（2-Methylhopane，簡稱2-MeH）（圖2），因此2-甲基藿多醇被認(rèn)為是2-甲基藿烷的前體物質(zhì)。研究者可以通過測定2-甲基藿烷相對含量——2-甲基藿烷指數(shù)（2-Methylhopanoid index，簡稱2-MeHI）來估測藍(lán)細(xì)菌的生物量和藍(lán)細(xì)菌對環(huán)境變化的響應(yīng)程度（黃咸雨等，2007；謝樹成等，2009；Gibson et al，2008；Saito et al，2016）。

2-MeHI的表達(dá)公式為： 2-MeHI=2-甲基藿烷 /(2-甲基藿烷 + 藿烷 )×100%（Dumitrescu and Brassell，2005）。

除了典型的2-甲基藿多醇作為藍(lán)細(xì)菌的生物標(biāo)志物，一些支鏈上具有特殊結(jié)構(gòu)的細(xì)菌藿多醇也可以指示藍(lán)細(xì)菌的個(gè)別屬種（Talbot et al，2008）。比如：2-甲基環(huán)醇醚（2-Methyl cyclitol ether）目前被證實(shí)僅來自于藍(lán)細(xì)菌Anacystis Montana（Herrmann et al，1996）；細(xì)菌藿五醇僅來自于藍(lán)細(xì)菌的念珠藻屬（Nostoc muscorumand and Nostoc sp.）（Talbot et al，2008）； 一 些 側(cè)鏈有不規(guī)則五醇、糖苷四醇等結(jié)構(gòu)的也都被證實(shí)來自于藍(lán)細(xì)菌（Talbot et al，2008）。對于這些已知來源的細(xì)菌藿多醇可以用來重建細(xì)菌的生物量和群落結(jié)構(gòu)（Talbot and Farrimond，2007；Blumenberg et al，2013；Talbot et al，2016）?？梢杂脴悠分屑?xì)菌藿多醇的總量代表產(chǎn)生此類化合物的細(xì)菌總量。樣品中具有特定結(jié)構(gòu)的藿多醇的存在或缺失可以說明與之對應(yīng)的細(xì)菌的存在或缺失。具有特定結(jié)構(gòu)的藿多醇的總量和相對比例可以代表對應(yīng)細(xì)菌的數(shù)量和相對比例（Cooke et al，2008a）。

圖2 2-甲基藿多醇（2-MeBHP）經(jīng)成巖作用轉(zhuǎn)變?yōu)?-甲基藿烷（2-MeH）（修改自Farrimond et al（2004））Fig.2 Structures of 2-methylbacteriohopanepolyol(2-MeBHP) and 2-methylhopane (2-MeH) (modif i ed from Farrimond et al (2004))

2 2-甲基藿烷類化合物作為藍(lán)細(xì)菌生物標(biāo)志物的應(yīng)用

2.1 估測生物量與群落結(jié)構(gòu)

近年來，在土壤、沉積巖、陸相湖泊和海洋沉積物中都檢測出大量的2-甲基藿烷類化合物，通過測定樣品中2-甲基藿烷類化合物的含量可以有效地估測藍(lán)細(xì)菌生物量及對沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)，并根據(jù)與其它藿烷類化合物的比值重建細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)（Talbot et al，2003a；Farrimond et al，2004；Talbot and Farrimond，2007；Cooke et al，2008a；Coolen et al，2008）。Gibson et al（2008）首次報(bào)道了地?zé)峁柰翢Y(jié)礦中的2-甲基藿多醇，認(rèn)為這些化合物可用于估測燒結(jié)礦中藍(lán)細(xì)菌的生物總量。有人使用土壤中2-甲基藿多醇占全部藿多醇的比值指示藍(lán)細(xì)菌在細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中的比例，發(fā)現(xiàn)隨著土壤深度的增加，藍(lán)細(xì)菌的比例不斷減小，說明具有光合作用的藍(lán)細(xì)菌主要集中在表層土壤（Cooke et al，2008a）。在西班牙Grande湖和南極Druzhby湖沉積物中發(fā)現(xiàn)2-甲基藿多醇含量較高，表明藍(lán)細(xì)菌對沉積物中有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)較大，對比其它藿多醇含量也表明藍(lán)細(xì)菌在群落結(jié)構(gòu)中占有較大比例（Farrimond et al，2004；Talbot and Farrimond，2007）。在Druzhby湖中高含量的2-甲基藿多醇與此處富含藍(lán)細(xì)菌的微生物席有關(guān)（Laybourn and Bayliss，1996；Talbot et al，2003a）。而在Grande湖中雖然沒有明顯的藍(lán)細(xì)菌席，但是Grande湖的自然分層環(huán)境有利于藍(lán)細(xì)菌顫藻目（Oscillatoria）的生長（Farrimond et al，2004），從而使Grande湖表層沉積物具有高含量的2-甲基藿多醇。相對于現(xiàn)代湖泊沉積物，海洋沉積物（采自北冰洋、墨西哥灣和秘魯沿岸）樣品中2-甲基藿多醇的絕對含量和相對含量都略少，表明在某些海洋區(qū)域藍(lán)細(xì)菌對沉積物有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)不及陸相湖泊（Farrimond et al，2004）。

因?yàn)?-甲基藿多醇在成巖過程中會(huì)轉(zhuǎn)化為2-甲基藿烷，所以對于長時(shí)間尺度樣品就要以2-甲基藿烷來指示藍(lán)細(xì)菌（Summons et al，1999；Farrimond et al，2004；Ricci et al，2014）。 分 析波蘭沿海的Sarbsko湖中的柱狀樣，發(fā)現(xiàn)距表層3.6 m處（距今約4200 a） 有高含量的2-甲基藿烷，說明該時(shí)期藍(lán)細(xì)菌數(shù)量較多，水體中微生物活動(dòng)比較活躍（Bechtel et al，2007）。對澳大利亞西部的新太古代時(shí)期沉積巖樣品分析表明2-甲基藿烷指數(shù)在淺水沉積物中的值要高于深水沉積物，說明藍(lán)細(xì)菌在海洋透光區(qū)具有較高的生產(chǎn)力（Eigenbrode et al，2008）。太平洋沙茨基隆起的樣品中2-甲基藿烷高的相對含量證明在阿普第階海洋缺氧事件的早期，藍(lán)細(xì)菌是海洋有機(jī)質(zhì)和生產(chǎn)力的重要貢獻(xiàn)者（Dumitrescu and Brassell，2005）。二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的巖石樣品中發(fā)現(xiàn)了2-甲基藿烷指數(shù)出現(xiàn)多次波動(dòng)，說明藍(lán)細(xì)菌數(shù)量在此期間經(jīng)歷了多次大幅度變化，這可能與生物大滅絕引起的營養(yǎng)輸入改變有關(guān)（黃咸雨等，2007）。

2.2 重建藍(lán)細(xì)菌固氮貢獻(xiàn)

湖泊中所發(fā)現(xiàn)的固氮細(xì)菌僅限于藍(lán)細(xì)菌的某些種類，如念珠藻、水華束絲藻（Aphanizomenonflos-aquae）等（Torrey and Lee，1976）。同樣，在海洋中具有固氮能力的藍(lán)細(xì)菌也只占有小部分（藍(lán)細(xì)菌種類有1000多種，具有固氮能力的不過20余種），但是這些藍(lán)細(xì)菌對于海洋氮循環(huán)仍起到重要作用（Karl et al，2002；侯建軍和黃邦欽，2005；Zehr，2011）。如前文所述僅藍(lán)細(xì)菌束毛藻屬的固氮量就大約占到了海洋總固氮量的36%，另有一些與海洋硅藻共生的藍(lán)細(xì)菌，其固氮貢獻(xiàn)與也束毛藻屬大致相當(dāng)（Gallon，2001）。2-甲基藿烷指數(shù)除了可以用來代表藍(lán)細(xì)菌向海洋有機(jī)質(zhì)輸入的貢獻(xiàn)值（Summons et al，1999），還可以指示藍(lán)細(xì)菌的固氮貢獻(xiàn)及對海洋氮循環(huán)的影響程度。2-甲基藿烷指數(shù)的上升可以表明藍(lán)細(xì)菌固氮貢獻(xiàn)加強(qiáng)（Cao et al，2009；Owens et al，2016）。此外，因?yàn)樗{(lán)細(xì)菌在進(jìn)行固氮作用過程中氮的同位素分餾很弱，產(chǎn)生的氮鹽δ15N接近于0，明顯小于海洋平均值（5‰），所以還可以將2-甲基藿烷指數(shù)和δ15N值結(jié)合起來共同說明藍(lán)細(xì)菌的固氮貢獻(xiàn)（李志陽等，2013）。南海南部的一根柱狀樣的分析顯示在MIS 5期沉積物中有機(jī)氮同位素值較低，而2-甲基藿烷指數(shù)有升高的特點(diǎn)，這表明了此期間藍(lán)細(xì)菌固氮貢獻(xiàn)的加強(qiáng)（李志陽等，2013）。在白堊紀(jì)中期的大洋缺氧事件中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。相對于南海的分析結(jié)果，這一事件中所測得的2-甲基藿烷指數(shù)升高幅度更大，同時(shí)有機(jī)氮同位素值更低，表明此時(shí)期藍(lán)細(xì)菌具有更強(qiáng)的固氮貢獻(xiàn)。其原因可能是海洋中的反硝化和厭氧氨氧化作用有效地切斷了深層水中的氮鹽向真光層輸送，使真光層處于低氮鹽的環(huán)境，固氮藍(lán)細(xì)菌更具有競爭優(yōu)勢并大量繁殖，導(dǎo)致其固氮貢獻(xiàn)大幅增加（Kuypers et al，2004）。

2.3 重建古環(huán)境

研究表明，藍(lán)細(xì)菌可能更適宜偏堿性的水體，而偏酸性的湖沼相環(huán)境不利于藍(lán)細(xì)菌生長（包建平等，2012），所以2-甲基藿烷指數(shù)也可以為重建古水體的酸堿性變化提供參考。在二疊紀(jì)—三疊紀(jì)之交的生物大滅絕時(shí)期，2-甲基藿烷指數(shù)發(fā)生劇烈變化，也被認(rèn)為是該時(shí)期的水體生態(tài)系統(tǒng)和營養(yǎng)環(huán)境極不穩(wěn)定的體現(xiàn)（黃咸雨等，2007）。另外，在位于中國南部的青巖和巢湖地層截面中發(fā)現(xiàn)，在三疊紀(jì)早期2-甲基藿烷指數(shù)較高，認(rèn)為此時(shí)期細(xì)菌（包括藍(lán)細(xì)菌）面臨著較大的生存環(huán)境壓力（例如溫度、pH等）（Saito et al，2016）。因?yàn)?-甲基藿烷類化合物可以增強(qiáng)細(xì)胞膜強(qiáng)度，當(dāng)生存環(huán)境壓力變大時(shí)，這類細(xì)菌往往具有競爭優(yōu)勢，就會(huì)表現(xiàn)出地層中2-甲基藿烷含量增加，2-甲基藿烷指數(shù)升高（Wu et al，2015）。而到三疊紀(jì)早中期，2-甲基藿烷指數(shù)變小，意味著此時(shí)環(huán)境壓力減小，這一結(jié)果也與生物物種的多樣性爆發(fā)相一致。但是，通過這種方式僅可以定性推斷環(huán)境壓力的改變，并不能具體指出是哪一方面的變化（Saito et al，2016）。

2.4 指示產(chǎn)氧光合作用的起源

藍(lán)細(xì)菌的產(chǎn)氧光合作用使地球由早期的無氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的富氧環(huán)境（Tomitani et al，2006）。根據(jù)沉積巖中2-甲基藿烷的出現(xiàn)時(shí)間，推測最早的產(chǎn)氧光合作用起源于25億年前（Summons et al，1999）。Brocks（1999）則根據(jù)同樣的方法將最早的產(chǎn)氧光合作用時(shí)間確定為27億年前。但是近年來的研究顯示2-甲基藿烷作為研究產(chǎn)氧光合作用的標(biāo)志物是有待商榷的。比如：藍(lán)細(xì)菌念珠藻屬的2-甲基藿烷主要來自于原垣孢子，而原垣孢子是一種靜息細(xì)胞，并不會(huì)進(jìn)行光合作用，所以不能用2-甲基藿烷來指示念珠藻的產(chǎn)氧光合作用（Doughty et al，2009）。而且，其它的某些細(xì)菌雖然沒有原垣孢子的形式并且可以進(jìn)行光合作用，但不一定產(chǎn)生氧氣，例如沼澤紅假單胞菌（Rhodopseudomonas palustris）就可以在不產(chǎn)氧的光合作用下產(chǎn)生2-甲基藿多醇（Rashby et al，2007）。此外，在很多不具備產(chǎn)氧光合作用功能的細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了可以合成2-甲基藿多醇的基因（Welander et al，2010）。因此，用2-甲基藿烷指示藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)氧光合作用，還需要更多的證據(jù)支持。

3 2-甲基藿烷類化合物作為藍(lán)細(xì)菌生物標(biāo)志物應(yīng)用的影響因素

2-甲基藿多醇和2-甲基藿烷雖然被廣泛用作藍(lán)細(xì)菌的生物標(biāo)志物，但是在應(yīng)用上依然存在很多問題。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是2-甲基藿烷類化合物的生物來源問題。2-甲基藿多醇并非所有藍(lán)細(xì)菌都可以產(chǎn)生，也并非只有藍(lán)細(xì)菌可以產(chǎn)生。最近的研究顯示在多種細(xì)菌中都發(fā)現(xiàn)了參與合成2-甲基藿多醇的基因。二是在邊緣海沉積物中的2-甲基藿烷可能會(huì)受到陸源輸入的影響。因?yàn)殛懮{(lán)細(xì)菌所產(chǎn)生的2-甲基藿多醇會(huì)隨河流進(jìn)入邊緣海，為邊緣海沉積物中2-甲基藿烷指標(biāo)帶來偏差。

很多研究都已表明并不是所有藍(lán)細(xì)菌都可以產(chǎn)生2-甲基藿多醇。雖然細(xì)菌藿多醇這類化合物在藍(lán)細(xì)菌的5個(gè)目（Chroococcales，Pluerocapsales，Oscillatoriales，Nostocales和Stigonematales）中都有發(fā)現(xiàn)，然而并不是所有種都會(huì)產(chǎn)生。在所研究的58種藍(lán)細(xì)菌中有49種可以產(chǎn)生細(xì)菌藿多醇，但能產(chǎn)生2-甲基藿多醇的僅有21種（Talbot et al，2008）。此外，藍(lán)細(xì)菌并非是唯一能產(chǎn)生大量2-甲基藿多醇的菌種（Rashby et al，2007）。像其它的一些細(xì)菌，如甲基營養(yǎng)菌（methylotrophs）、某些固氮細(xì)菌、厭氧型紫色非硫細(xì)菌（purple non-sulfur bacteria）和土壤細(xì)菌（例如根瘤菌（rhizobium）和放線菌（actinomycetes））等也都可以產(chǎn)生（Rashby et al，2007；Talbot and Farrimond，2007；Talbot et al，2008；Welander et al，2010），所以地質(zhì)記錄中的2-甲基藿烷也不能排除其它細(xì)菌的貢獻(xiàn)（Eigenbrode et al，2008）。

現(xiàn)代分子生物學(xué)表明：2-甲基藿多醇的合成與 hpnP 基因有關(guān)，這種基因主要負(fù)責(zé)編碼能在細(xì)菌藿多醇A環(huán)2號(hào)碳上進(jìn)行甲基化的蛋白質(zhì)。經(jīng)檢測只有少部分的藍(lán)細(xì)菌具有這種基因，僅占到被測序藍(lán)細(xì)菌菌種的13% （Ricci et al，2014）。同時(shí)在其它的細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn) hpnP 基因，如酸桿菌門和一系列甲型變形菌綱的根瘤菌（Talbot et al，2007；Welander et al，2010）。但是，對澳大利亞西部鯊魚灣的微生物席（微生物席中主要含有藍(lán)細(xì)菌和甲型變形菌) 分析，結(jié)果顯示甲型變形菌中并未檢測到 hpnP 基因，而是在藍(lán)細(xì)菌中檢測到，所以藍(lán)細(xì)菌被認(rèn)為是該區(qū)域2-甲基藿烷類化合物的主要來源（Garby et al，2013）。此外，還有人指出當(dāng)土壤中氧氮含量較低、滲透性較高時(shí)，與植物共生的細(xì)菌都普遍具有 hpnP 基因。因此，2-甲基藿多醇是植物和細(xì)菌相互作用的結(jié)果，難以指示藍(lán)細(xì)菌或其它某一菌種，而是指示這種特殊的生態(tài)位（Ricci et al，2014）。這些研究表明2-甲基藿烷生物來源復(fù)雜，其作為藍(lán)細(xì)菌生物標(biāo)志物的可靠性還需要進(jìn)一步的研究。

陸地土壤中的2-甲基藿烷類化合物會(huì)對邊緣海沉積物中海洋藍(lán)細(xì)菌數(shù)量的估測帶來偏差。陸地土壤、湖泊河流中都存在大量的藿烷類化合物（Talbot and Farrimond，2007；Cooke et al，2008b），這些化合物會(huì)被河流輸送到海洋中成為邊緣海有機(jī)質(zhì)的重要來源（Cooke et al，2008b；Handley et al，2010；Saenz et al，2011）。 分 析巴拿馬運(yùn)河河內(nèi) —?河口 —?近海區(qū)域6個(gè)站位的表層懸浮顆粒物顯示，河內(nèi)細(xì)菌藿多醇含量約為近海的十倍。河內(nèi)的2-甲基藿多醇含量高于河口，而在近海樣品中未能檢測到，說明即便河流輸入少量的陸源2-甲基藿多醇也會(huì)對海洋沉積物中2-甲基藿多醇的含量產(chǎn)生重要影響（Saenz et al，2011）。

4 結(jié)論與展望

藍(lán)細(xì)菌是地球上最早具有產(chǎn)氧光合作用的生物，它的誕生和發(fā)展對地球生態(tài)環(huán)境變化起著重要的作用。2-甲基藿烷類化合物作為具有多年研究歷史的藍(lán)細(xì)菌生物標(biāo)志物，在指示藍(lán)細(xì)菌生物量和古環(huán)境變化方面都有了廣泛的應(yīng)用，但是近年來的研究也逐步指出2-甲基藿烷類化合物的不足，而且還有很多問題亟待解決。主要的問題有：（1）2-甲基藿烷類化合物的生物來源問題。（2）在受陸源影響的邊緣海區(qū)域，如何校正陸源2-甲基藿烷類化合物的影響。解決這些問題還需要通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)并結(jié)合分子生物學(xué)等手段深入研究。