今生颗石藻生物矿化过程及机理研究

今生颗石藻是指广泛分布在现今海洋水体中的一类重要活体钙化藻。从生物学与矿物学交叉角度理解其微观生物矿化作用过程，是准确阐明颗石藻生物矿化作用机理和环境响应机制的关键。本课题选取今生颗石藻典型模式物种作为生物矿化作用的研究对象，应用同步辐射X射线三维成像技术等前沿成像技术结合矿物学X射线衍射和固体核磁共振技术等结构表征方法，对颗石在生物矿化过程的三维排列方式、结构特征，颗石层形成与解离过程，颗石层与颗石藻细胞的矿物无机与生物有机界面相互作用等生物矿化作用过程的问题进行研究。本课题的开展，可为阐明生物矿化机理获取新的科学证据，探讨单细胞亚微观层次的生物矿化机理，提出新模型。对今生颗石藻生物矿化过程及机理的研究，能够促进对生物矿化作用等科学问题的认识水平，为推测颗石藻应对海洋酸化、气候变迁等未来环境变化的微观响应、反馈机制和反演地质历史时期的地球化学过程提供科学指导。

颗石藻是一类广泛分布的活体钙化微藻，在其细胞外层形成方解石结构的有机-碳酸钙质颗石层，在海洋碳循环中起着重要作用。本项目以颗石的矿物标型特征，从单细胞亚微观层次，揭示了颗石藻矿化作用的亚微观机制。本项目针对锶钙类质同象替代的问题，以颗石藻中分布最广泛的赫氏艾密里藻(Emiliania huxleyi)为模式生物，采用半连续培养的方法，探讨了颗石藻锶钙生物类质同象替代的环境响应特征。利用同步辐射化学成分及精细结构的空间分布、显微形态、主微量元素成分、结构、谱学等矿物学方法和生理生化表征技术，通过锶对颗石藻生物矿化过程的影响、锶钙生物类质同象矿物体的研究，获取了颗石藻矿化作用和锶钙类质同象替代的精细矿物标型特征，揭示了现代颗石藻对锶生物固定并形成稳定矿物体的生物矿化作用机制。本项目为促进对地球碳循环和生命演化等科学问题的认识，为反演地质历史时期的生物地球化学过程提供了一定参考依据。