碳酸钙中的碳能被微藻利用吗

碳酸钙中的碳能否被微藻利用这一问题一直处于争论中。本文在开放与隔离空气CO2环境下用含有碳酸钙粉末和不同浓度乙酰唑胺的培养液培养衣藻和小球藻。通过双向同位素示踪技术,定量描述出不同条件下微藻对碳酸钙碳源的利用份额。在隔离空气CO2的环境下,微藻对碳酸钙碳源的利用份额明显大于开放环境下。在开放环境下,随着培养液中乙酰唑胺浓度增加,生物量减少,微藻对固有无机碳源的利用份额减少,对碳酸钙碳源的利用份额增加。在隔离空气CO2的环境下,随着培养液中乙酰唑胺浓度增加,微藻生物量增加,衣藻对固有无机碳源的利用份额增加,对碳酸钙碳源的利用份额减少,而小球藻反之。微藻主要是通过利用碳酸钙溶蚀的可溶性无机碳(DIC)这种间接方式来利用碳酸钙碳源。而外界大气CO2浓度和胞外碳酸酐酶是影响碳酸钙溶解的重要因素,因此其也明显的影响着微藻对碳酸钙碳源的利用。

微藻利用不同无机碳途径的定量方法

以莱茵衣藻和蛋白核小球藻为实验材料,通过向培养液中添加两种标记δ13 C的碳酸氢钠来培养微藻。根据获得的微藻藻体的稳定碳同位素组成,运用双同位素示踪模型,成功计算出了微藻利用不同碳源的份额。并通过添加胞外碳酸酐酶特异性抑制剂(AZ),进一步获得了微藻利用不同无机碳途径的份额。本研究建立的双同位素示踪模型是一种快速定量碳源利用途径的实用方法。

微藻CO_2同化过程的稳定碳同位素分馏值

研究微藻CO_2同化过程中的碳同位素分馏值,对研究微藻在碳效应过程中的作用具有重要意义。目前还没有获取微藻CO_2同化过程的稳定碳同位素分馏值的在体实验方法。文章以莱茵衣藻、蛋白核小球藻、及野外红枫湖混合藻三种岩溶湖泊微藻为例,利用双向标记建立了能在体获得此分馏值的方法,并通过此分馏值定量了微藻的各种无机碳利用途径份额。获得各自CO_2同化过程中的碳同位素分馏值分别为15.3‰、14.8‰、21.7‰。三种藻分馏值差异主要与藻的种类及其细胞体积大小有关。利用此分馏值计算出衣藻、小球藻、混合藻自然培养下的碳酸氢根离子途径利用份额分别为100%、81.1%、97.8%,表明了生长在岩溶湖泊的微藻利用无机碳的途径主要为碳酸氢根离子。

双向标记培养植物测定大气二氧化碳稳定碳同位素组成

基于植物能够利用体内的碳酸酐酶来催化碳酸氢根离子生成二氧化碳和水作为底物进行光合作用的特性,采用两种δ13CPDB值差值大于10‰的碳酸氢钠分别作为外源碳酸氢根离子的碳同位素标记物,通过室内双向水培诸葛菜和芥菜型油菜实验,分别向水培处理液里添加已知δ13CPDB值的碳酸氢钠并培养24 h,利用同位素比值质谱(IRMS)技术,测定并计算了两个时间、两种环境下的大气二氧化碳稳定碳同位素日平均组成。结果表明:在环境1(不同浓度的Na HCO3处理液)下所得到的δCa值与添加到处理液中的碳酸氢根离子的浓度有关;在环境2(不同浓度的PEG处理液)下所得到的δCa值与添加到处理液中的PEG的浓度无关;两种环境下所测得的大气二氧化碳稳定碳同位素日平均组成δCa值与实验中培养的植物种类无关,而与添加到培养液中碳酸氢根离子的浓度及植物的生长速率有关。数据重现性好,结果准确可靠,可以高精度的测定不同待测环境下大气二氧化碳稳定碳同位素比值,其可为以后监测不同时间、不同地点的大气二氧化碳碳同位素组成及来源提供非常有效的方法和信息。

微藻无机碳利用在岩石风化及碳循环过程中的作用

岩溶碳汇呈现两种不同观点:(1)岩溶碳汇巨大,其机理在于岩溶区藻类及光合细菌利用碳酸氢根离子(HCO^(−)_(3))实现光合作用,从动力学上加速了岩溶风化过程,促进大气CO_(2)的溶解。(2)岩溶区碳酸盐岩的风化作用,产生HCO^(−)_(3),随后产生等量的阳离子在海洋中进行碳酸盐岩的沉积作用,这仅仅体现的是碳酸盐岩的搬运作用,不能体现碳汇,在长期尺度上仅仅有硅酸盐岩风化产生净碳汇。文章抓住岩石风化产生HCO^(−)_(3)与微藻光合作用利用HCO^(−)_(3)的耦合点,分析了典型代表性水生生物——微藻在无机碳利用上对岩石风化及碳汇的影响。从微藻光合无机碳利用机制以及光合作用关键性酶-碳酸酐酶(CA)作用两方面,论证了微藻生长对岩石风化及其碳汇的的促进作用;同时论述高pH、高HCO^(−)_(3)的风化环境对微藻生长影响。获得以下新认识:(1)微藻通过胞外碳酸酐酶(CAex)利用了大量HCO^(−)_(3),加速岩石风化,并促使风化朝着形成HCO^(−)_(3)的方向进行;(2)微藻加速钙镁硅酸盐岩风化,风化溶出的Ca^(2+)、Mg^(2+)会促使碳酸盐岩的沉积,因此微藻加速硅酸盐岩风化形成净碳汇;(3)长时间尺度下,单纯的碳酸盐岩化学风化并不能直接产生净碳汇,但微藻对HCO^(−)_(3)利用使得碳酸盐岩风化朝着HCO^(−)_(3)转化方向进行,微藻参与碳酸钙沉积作用的同时转化无机碳为惰性有机碳,产生碳汇。故微藻通过CAex的作用,催化加速HCO^(−)_(3)与CO_(2)之间的转化,形成水体HCO^(−)_(3)消耗的动力基础,微藻无机碳利用对岩石风化具有促进作用,从而调节大气CO_(2)、浓度变化。基于当前研究,提出三点展望:(1)开展岩溶区区域水体系统的岩石风化、水生生物碳汇评估成为解决当前区域碳收支不平衡问题的关键;(2)查明岩石风化作用中生物作用碳转化机理及转化量,解决单纯的水化学径流法计算岩石风化碳汇精度不够问题;(3)构建光合生物参与下的新的评估方法,评估当前岩石风化在水生生物、水循环作用下的碳汇的时间尺度问题,厘清岩石风化碳汇在碳收支中的贡献。