海洋氮循环能够影响海洋生产力、调节温室气体，进而影响全球气候。其中，硝酸盐还原过程如反硝化作用等，能够影响海洋氮收支平衡，减少水体和沉积物中氮的含量，从而改善由氮含量相对过量引起的水体富营养化和环境污染等问题，是全球氮循环过程研究的焦点之一。但目前对于硝酸盐还原速率的测定和研究手段以实验室模拟为主，很难进行原位测定。如果能够鉴定出反映硝酸盐还原作用的特征指示物，将可以解决测定原位硝酸盐还原速率等问题。磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid, PLFA）是几乎所有微生物细胞膜磷脂双分子层的重要构成，其组成也会随着细胞膜流动性的改变而发生一定的变化。由于微生物细胞膜流动性同时受离子物质如硝酸盐的影响，因此，硝酸盐还原细菌丰度以及硝酸盐含量的改变都会导致PLFA组成及含量发生明显变化，这就使得利用PLFA变化特征来指示硝酸盐还原作用成为可能。本研究通过分析海洋沉积物与培养实验中PLFA组成特征来探索PLFA与硝酸盐还原作用之间的关系。重点研究了热带西太平洋柱状沉积物中硝酸盐还原作用发生时PLFA组成的响应特征；揭示了长江口表层沉积物与柱状沉积物中PLFA组成和相关特征物质与硝酸盐含量的关系；结合室内培养实验结果，初步探索硝酸盐发生过程中PLFA组成及其它相关特征物质的变化特征。主要获得如下研究成果和结论：
1．通过研究热带西太平洋柱状沉积物中PLFA的组成特征，发现14:0，i14:0，i15:0和i19:0及其组合可以在一定程度上指示硝酸盐还原过程。
基于好氧菌特异性PLFA、硫酸盐还原菌特异性PLFA和间隙水NO3-N含量，判断在沉积物0-3 cm发生有氧呼吸过程，3-10 cm发生硝酸盐还原过程，10-20 cm发生硫酸盐还原过程，而pH值、δ13C等参数的变化印证了这些矿化过程的发生。结合不同沉积深度发生的矿化过程，对各种PLFA的变化特征作PCA分析，发现除16:0之外，14:0，i14:0，i15:0和i19:0在沉积物中有着相似的变化趋势，且其含量之和显著下降的区域正好与有氧呼吸作用减弱、硝酸盐还原过程开始发生的沉积深度相吻合，因此在热带西太平洋沉积物中，14:0，i14:0，i15:0和i19:0含量之和的减少能从侧面反映出硝酸盐还原过程的发生。此外，8:0，10:0，17:0，20:0和22:0变化趋势较为相似，且其含量之和显著上升的区域与硫酸盐还原开始发生的沉积深度较为吻合，因此通过8:0，10:0，17:0，20:0和22:0含量之和的上升可表明硫酸盐还原作用的发生。
2．通过研究长江口表层及柱状沉积物中PLFA组成以及相关环境参数的空间分布特征，发现8:0、20:1、cy19:0及特征物质C16H34和C23H48可用于指征表层沉积物中的硝酸盐还原过程，14:0、14:1、16:1、i16:0、18:1ω5及特征物质C14H28O2、C15H30O2、C15H30O可指示柱状沉积物的硝酸盐还原过程。
将PLFA与相关环境参数作RDA分析，发现TOC和TON含量是影响PLFA组成最重要的影响因素，真菌PLFA/细菌PLFA（F/B）与NO3-N有显著正相关关系，真菌可通过一定的方式影响细菌所参与的矿化作用。8:0、20:1以及cy19:0与NO3-N含量呈显著负相关，表明8:0、20:1和cy19:0可用于指征表层沉积物硝酸盐还原过程。柱状沉积物中，NH4-N和TOC/TON比值是PLFA组成最主要的环境影响因素，其中，14:0、14:1、16:1、i16:0与18:1ω5与NO3-N有显著正相关关系，较高硝酸盐含量的环境条件能够刺激反硝化菌群的生长，因此14:0、14:1、16:1、i16:0与18:1ω5可能会随着反硝化菌的生长而有所增加。在除PLFA之外的特殊物质中，C16H34和C23H48可能是指示表层沉积物硝酸盐还原过程的潜在特征物质，分子式为C14H28O2、C15H30O2、C15H30O的物质可以指征柱状沉积物的硝酸盐还原过程。
3．通过硝酸盐还原菌的实验室培养，研究了硝酸盐还原过程中的PLFA组成及特征物质的变化，发现18:1ω5是好氧和厌氧硝酸盐还原过程存在的特殊PLFA种类，10Me17:0是好氧硝酸盐还原中存在的PLFA种类。C20H42、C25H52和C23H48等含C-H结构的特殊物质对好氧硝酸盐还原有一定的指示作用，而C14H28O2、C15H30O2和C22H38O2等含C-O或者H-O结构的特殊物质对厌氧硝酸盐还原有潜在的指示作用。
对比密闭培养体系和通气培养体系中NO2-N含量以及N2O气体产生量随时间的变化发现，密闭厌氧条件下，除烃海杆菌的硝酸盐还原作用更为强烈。密闭体系中i14:0、18:1ω5和i15:0是PLFA的重要组成部分，18:1ω5随着硝酸盐还原作用的发生有所积累。在通气有氧培养体系中，18:1ω5和10Me17:0是含量相对较多的PLFA种类，i14:0、i15:0、18:1ω5和10Me17:0含量随着除烃海杆菌的生长而有所富集。综合长江口表层沉积物和柱状沉积物中的研究结果发现，部分环丙基脂肪酸如cy17:0和cy19:0是厌氧微生物在硝酸盐还原中细胞膜合成较多的PLFA种类，氧气较充足条件下的硝酸盐还原过程可能与10Me17:0有关，而18:1ω5是好氧和厌氧硝酸盐还原过程都会存在的特殊PLFA种类。综合培养实验和外海调查测定结果，C20H42、C25H52和C23H48等含C-H结构的特殊物质对好氧硝酸盐还原有一定的指示作用，而C14H28O2、C15H30O2和C22H38O2等含C-O或者H-O结构的特殊物质对厌氧硝酸盐还原有潜在的指示作用。