高浓度CO2引起的海水酸化对小珊瑚藻光合作用和钙化作用的影响

为了探讨CO2海底封存潜在的渗漏危险对于海洋生物的可能影响,以大型钙化藻类小珊瑚藻(Corallina pilulifera)为研究对象,在室内控光控温条件下,通过向培养海水充入CO2气体得到3种不同酸化程度的培养条件(pH 8.1、6.8和5.5),24h后比较藻体光合作用和钙化作用情况。结果显示:相对于自然海水培养条件(pH 8.1),在pH 6.8条件下培养的小珊瑚藻光合固碳速率得到了增强,而在pH 5.5条件下光合固碳速率则降低;随着酸化程度的增强,藻体的钙化固碳速率越来越低,在pH 5.5条件下甚至表现为负值[(-2.53±0.57)mg C g-1干重h-1];藻体颗粒无机碳(PIC)和颗粒有机碳(POC)含量的比值随着酸化程度的加强而降低,这反映了酸化对光合和钙化作用的综合效应。快速光反应曲线的测定结果显示:随着酸化程度的增强,强光引起的光抑制程度越来越强;在酸化条件下,藻体的光饱和点显著降低,但pH 6.8和5.5之间没有显著差异;低光下的电子传递速率在pH 8.1和6.8之间没有显著差异,pH 5.5培养条件下显著降低;最大电子传递速率在pH 6.8时最大,在pH 5.5时最低。以上结果说明,高浓度CO2引起的海水酸化显著地影响着小珊瑚藻的光合和钙化过程,不同的酸化程度下,藻体的光合、钙化反应不同,在较强的酸化程度下(pH 5.5),藻体的光合和钙化过程都将受到强烈的抑制,这些结果为认识CO2海底封存渗漏危险对海洋钙化藻类的可能影响提供了理论参考。

海洋酸化没有显著影响成体鹿角杯形珊瑚的钙化作用和光合能力

工业革命以来,人类活动释放的大量CO2进入大气层,不仅产生严重的温室效应,也使得全球海洋出现酸化的现象。造礁珊瑚被认为是受海水酸化影响最大的类群。本研究以鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）为研究对象,通过气体交换法模拟未来的酸化环境（2100年）研究鹿角杯形珊瑚的钙化率和光合能力（Fv/Fm）对酸化的响应。实验设置两个pH组（分别为7.8和8.1）,自然光下进行4周的实验,水温控制在（27.5±1）℃。由于珊瑚等生物的代谢过程（主要是呼吸作用）,实验系统的pH昼夜变化显著,酸化处理组和对照组的pH分别介于7.69~7.91和7.99~8.29。鹿角杯形珊瑚的生长率介于1.15%~2.09%/周,酸化对鹿角杯形珊瑚的钙化率和光合效率没有显著的影响,鹿角杯形珊瑚对酸化的敏感度低。对比历史研究数据,本研究的结果进一步表明酸化对造礁珊瑚的影响存在种的特异性。推测鹿角杯形珊瑚对酸化的抗性可能与该珊瑚在有光的条件下能够利用HCO-3以及能够上调钙化位点的pH有关。这种特异性的pH缓冲能力使得珊瑚能维持钙化位点钙质基质高的文石饱和度（Ωarag）,因此能以小的额外能耗提高造礁珊瑚的钙化率。

海水酸化对珊瑚藻生长和钙化作用的影响

【目的】比较分析壳状和枝状珊瑚藻在海水酸化作用下的生长与生理能力变化。【方法】通过颗粒有机碳含量分析等技术,测定壳状珊瑚藻拟中叶藻(Mesophyllum simulans)和枝状叉节藻(Amphiroa ephedraea)的钙化固碳速率(Cn)和光合固碳速率(Pn),进而分析珊瑚藻钙化和光合能力变化。【结果】海水酸化提升了珊瑚藻的光合固碳速率,叉节藻的光合固碳速率在pH 7.4海水处理下较对照升高了26.52%,拟中叶藻较对照升高了31.11%。酸化海水降低珊瑚藻的碳酸酐酶(CA)活力,导致光合色素叶绿素(Chl a)和藻红蛋白(PE)含量下降,类胡萝卜素(Car)含量有所上升。海水CO2浓度升高处理明显降低珊瑚藻钙化固碳速率,经90 d的海水pH值7.4酸性环境处理,叉节藻钙化表现为负值[(-0.52±0.07)mg·g^(-1)·h^(-1)],钙化量与有机物之比PIC/POC也随之下降,进而影响生长。【结论】海水酸化对于壳状及枝状珊瑚藻的生长、光合色素积累、碳酸酐酶活性以及钙化固碳能力的影响存在差异。壳状珊瑚藻在海水酸化下的钙化生理指标和生长数值变化幅度不明显,但相对差异更为显著。鉴于壳状珊瑚藻在生物礁营造过程中的重要作用,海水酸化因影响壳状珊瑚藻钙化生理,从而对生物礁系统产生深刻的影响。

蓝细菌钙化作用

蓝细菌钙化作用,是一种主要通过光合作用吸收CO_2和HCO_3^-并产生鞘内的pH值变化来实现诱导碳酸盐矿物沉淀的重要机制。蓝细菌钙化产物是那些谜一样的化石,如葛万菌、附枝菌、肾形菌。钙化蓝细菌化石的地史分布表明,蓝细菌钙化作用与海水化学条件及大气圈CO_2和O_2含量的长时间变化存在着成因联系,从而成为重要的生物沉积现象。多年的研究表明,当p(CO_2)分压下降到10PAL(present atomosphere level)以下及p(O_2)分压上升时,诱导了蓝细菌鞘内二氧化碳浓缩机制(CCMs)的形成。CCMs促进的活体内鞘的钙化作用,与大气圈的CO_2浓度有着直接的生态生理学联系。在1.2Ga最早的活体内钙化蓝细菌鞘可能反映了CCMs相对早期的起源。追逐蓝细菌钙化作用,不但拓宽了沉积学的研究范畴,也为了解那些谜一样的钙化化石的生物亲和性提供一些新的理念和思考途径。

颗石藻光合作用与钙化作用的研究现状

对颗石藻的生物学种类、形态特征、分布特点做了简单概括,探讨了影响颗石藻光合作用与钙化作用的多种因素,包括光照、温度、营养盐与海水酸化,揭示了光合作用与钙化作用之间的偶联机制,对颗石藻的利用价值做出了展望。

CO_2加富对颗石藻Emiliania huxleyi生长及钙化作用的影响

在3个不同的CO2气体浓度(380×10-6、2 000×10-6和10 000×10-6)条件下培养颗石藻Emiliania huxleyi,观察并测定了培养体系的碳酸盐系统参数以及藻细胞的生长与钙化的各参数,比较研究了不同浓度的CO2加富对颗石藻培养的影响。结果表明,380×10-6组(参照组)的pH稳定在8.2左右,而2 000×10-6组降至7.7,10 000×10-6组则低至7.1。与参照组相比,2 000×10-6组的DIC浓度无明显升高,大致为1 900μmol/L,而10 000×10-6组则明显高于前两组,CO2加富对TA浓度变化的影响不显著。380×10-6、2 000×10-6和10 000×10-6三组的平均比生长速率分别为0.27 d-1、0.31 d-1和0.13 d-1,2 000×10-6组的细胞生长最快,而10 000×10-6组最慢,基本处于停滞状态。380×10-6组细胞表面有少数颗石粒,2 000×10-6组的藻细胞生物量和钙化作用显著提高,细胞表面的颗石粒数量较多,而10 000×10-6组的钙化则受到抑制,没有颗石粒。三组的细胞无机与有机成分比分别为0.39∶1、0.84∶1、0.2∶1。

胞外聚合物在蓝细菌钙化过程中的作用及其地质意义

化石记录长达35亿年的蓝细菌在地球历史的生态演化方面发挥了极其重要的作用。与蓝细菌有关的"前寒武纪之谜"等系统性科学问题一直困扰着研究学者。胞外聚合物在蓝细菌钙化起到了至关重要的作用。在分析国内外大量文献基础上,通过系统介绍蓝细菌及胞外聚合物的主要特征,回顾和总结前人在蓝细菌光合作用有关和降解过程中的钙化过程的研究成果,重点剖析蓝细菌胞外聚合物在其钙化过程中的作用,总结了主要的地质意义并提出下一步的研究展望,以期为探索与蓝细菌和微生物席钙化方面相关的系统科学问题提供借鉴和启示。

钙化作用对养殖长牡蛎及其附着生物呼吸熵的影响

呼吸熵(RQ)是动物生理及能量代谢的常用指标之一.在计算呼吸熵时,释放CO2的量通常被直接应用.在具有钙化作用的海洋生物中,钙化会影响试验水体溶解无机碳(DIC)含量,如果被忽略可能会产生方法上的误差.本文通过呼吸瓶法对养殖长牡蛎及其3种附着生物(紫贻贝、玻璃海鞘和柄海鞘)呼吸熵与氧氮比(O/N)的测定,探讨水产动物呼吸熵测定中钙化作用的影响.结果表明:长牡蛎与紫贻贝的钙化率分别为(56.37±14.85)和(17.95±7.21)μmol·g-1·h-1,并因此减少水体DIC(3.72±0.80)和(1.48±0.14)mg·L-1,分别占到呼吸增加DIC的(60.9±7.6)%和(39.9±5.7)%.4种试验生物的呼吸熵分别为:长牡蛎1.38±0.19、紫贻贝1.18±0.11、玻璃海鞘1.11±0.05、柄海鞘1.32±0.19.除玻璃海鞘外,均与O/N的结果相符.而其中具有钙化作用的长牡蛎和紫贻贝校正前的呼吸熵仅为0.56±0.19和0.70±0.04,不符合O/N的测定值.表明生物钙化对水体中的DIC有明显地吸收固定作用,在呼吸熵的测定中应被准确计算在内.

移植再细胞化的猪股动脉在犬体内的抗钙化作用

血管移植术是解决动脉严重狭窄等病变的主要方法之一，组织工程血管能克服现有人工血管的不足，但是否如此尚待验证，为此我们进行组织工程血管的体内研究。

蛋白多糖在脱细胞猪肺动脉带瓣管道中抗钙化的作用

目的:证实去除细胞外基质蛋白多糖对提高脱细胞猪肺动脉带瓣管道抗钙化性能的作用,为研制组织工程化肺动脉带瓣管道做准备。方法:实验分为3组,即A组:为新鲜猪肺动脉带瓣管道组织,B组:用胰蛋白酶+Triton X-100处理的脱细胞猪肺动脉带瓣管道组织和C组:在B组处理的基础上再经透明质酸酶消化,去除细胞外蛋白多糖基质成分的猪肺动脉带瓣管道组织,每组4份(n=4)。方法:实验室:将3组样本分别进行HE染色后,用光镜和扫描电镜观察肺动脉管壁及瓣膜组织的变化。采用盐酸胍抽提结合阿利新蓝染色法测定蛋白多糖的含量。同时将3组样本包埋于大鼠皮下,于6周后取出标本进行Van Kosaa银染色法(钙盐染色)和原子吸收分光光度计法分别定性、定量分析组织的钙化程度。结果:光镜和电镜检查结果显示,猪肺动脉管壁和瓣膜组织的细胞可以较完整的去除,纤维网架结构可以完整保持。蛋白多糖含量的测定显示,与A、B组相比,C组细胞外基质蛋白多糖的含量显著下降(P<0.05)。大鼠皮下包埋实验显示,与A、B两组相比,C组的钙化反应更少,管壁组织钙的含量显著下降(P<0.05)。结论:采用胰蛋白酶+Triton X-100脱细胞方法可以达到去除细胞的目的。通过大鼠皮下包埋实验证明,采用透明质酸酶消化减少细胞外基质蛋白多糖的含量可以进一步减少脱细胞组织的钙化反应,为组织工程肺动脉带瓣管道的构建提供较为理想的脱细胞基质材料。

南海ODP1143站晚中新世以来颗石形态变化及其钙化作用

对南海ODP1143站约9 Ma以来颗石形态变化进行了测量分析,并借此讨论了颗石藻的钙化作用及其环境控制因素。结果显示,无论是颗石形态和钙化作用均存在4个明显的变化阶段:8.9-6 Ma,4-3 Ma,2-1 Ma和1-0 Ma。其中在8.9-6 Ma期间,颗石形态学参数包括长度、厚度和重量所指示的钙化作用较强,6 Ma时颗石的长度达到最高,但厚度和重量均较低。随后颗石的三个形态学参数均逐渐升高,但在4 Ma时降至最低。三个形态学参数在2 Ma时存在波动,1Ma以来钙化作用加强。晚中新世以来颗石藻钙化作用的变化主要受大气CO2浓度的影响,同时,颗石藻属种演化也可能是影响钙化作用的因素。

碱性磷酸酶在体外钙化中的作用

报道了用碱性磷酸酶（ＡＫＰ）抑制剂左旋咪唑和缓钙化剂偕二磷酸钠（Ｎａ２ＥＨＤＰ），通过体外钙化实验，跟踪测试ＡＫＰ比活力及４５Ｃａ在佝偻病大鼠的骺骨生长板中的掺入．结果表明，钙化在酶失活、缺乏Ｃａ２＋或Ｐｉ的条件下不会发生，ＡＰＫ活力对钙化的发生是必需的，ＡＫＰ活力越高，钙化速度越快，同时，钙化会加速ＡＫＰ失活，钙化速度越快。

用牛颈静脉制备抗栓 抗钙化性右心流出道修复材料的实验研究

目的论证用牛颈静脉制备抗栓、抗钙化右心流出道修复材料的可行性。方法用EX-313交联牛颈静脉带瓣胶原管道并用肝素处理其内壁,裁成带单瓣的补片,用其扩大7条犬的肺动脉,同时建立用戊二醛制成的补片扩大肺动脉对照模型。在6个月内观察补片的抗栓、抗钙化、内皮化及组织重构的情况。结果在抗栓、抗钙化、内皮化及组织重构方面EX-313及肝素处理的牛颈静脉明显优于戊二醛处理者。结论经亲水性交联剂EX-313及肝素处理内壁的牛颈静脉有可能成为制作重建右心流出道的基本材料,在进一步研究的基础上它也可能成为组织工程带瓣管道的支架材料。

人工生物心脏瓣膜钙化机制与抗钙化的实验研究

人工生物心脏瓣膜的钙化机制与抗钙化研究一直是心脏瓣膜外科迫切需要解决的一大难题.本项研究从生物瓣组织分子结构与钙盐沉积的关系入手,对生物瓣钙化发生的机制以及抗钙化改性方法进行了深入的、多层次、系统研究. (一)生物瓣钙化机制的研究 1.生物瓣组织中的蛋白聚糖(PG)与其钙化始动有关我们采用Triton X-100等三类共四种表面活性剂,分别处理经戊二醛(GA)法改性的牛心包瓣片,并以钌红特异染色显示PG,作超微形态观察。

光合微生物膜钙化建造的底栖鲕粒——以辽西葫芦岛三道沟剖面张夏组鲕粒滩为例

辽宁省葫芦岛三道沟剖面张夏组顶部发育保存极好的巨型鲕粒。基于野外描述和镜下显微组构资料,分析研究区巨型鲕粒的结构特征。结果表明:三道沟剖面张夏组鲕粒表现为放射状和放射—同心状结构,由亮晶方解石、暗色泥晶和白云石晶体组成;鲕粒核心、皮层及外部的泥晶套内发育直径较大且相互缠绕的葛万菌;鲕粒内部暗色泥晶纹层中存在高密度的黄铁矿晶体残余物、白云石和放射纤维状方解石结壳。研究区鲕粒在形成过程中与光合微生物膜的钙化作用、早期石化作用、微生物诱导引发的碳酸盐矿物原地沉淀作用关系密切,鲕粒是与微生物生命活动密不可分的产物。该结果可为鲕粒的光合作用生物膜建造模式研究提供参考。

海洋酸化与磷限制对颗石藻(Emiliania huxleyi)生理特征的耦合效应

颗石藻既通过光合作用合成颗粒有机碳(POC),又通过钙化作用产生颗粒无机碳(PIC),对海洋碳循环有重要贡献。虽然已有一些研究报道海洋酸化通常可增加颗石藻细胞POC含量,减少细胞PIC含量,但是这些实验结果大部分是在营养盐浓度充足条件下获得,且较少研究关注营养盐浓度限制和海洋酸化对颗石藻的耦合作用。本文研究了在无机磷浓度限制条件下,赫氏颗石藻(Emilianiahuxleyi)的主要生理指标对海洋酸化的响应特征。结果显示,海洋酸化和无机磷浓度限制协同降低了颗石藻的生长速率、相对电子传递速率和光能利用效率。无机磷浓度限制主导增加颗石藻的光合固碳量,并抵消了海洋酸化对细胞PIC含量及PIC/POC比率的负面效应。研究结果表明,无机磷浓度限制改变了颗石藻的两种固碳作用对海洋酸化的响应趋势,暗示在无机磷浓度不同的海域,颗石藻对海洋碳循环的贡献不同。

颗石藻Emiliania huxleyi对升温和温度波动响应的株间效应

在全球气候变化的背景下,极端天气频发,海洋生物也将受到环境异质性的影响,即环境条件基于平均水平的震荡变化。为研究温度波动变化对海洋碳循环中的重要种群颗石藻的影响,采用半连续培养的方式对海洋颗石藻优势种赫氏颗石藻(Emiliania huxleyi)的非钙化株系与钙化株系分别进行模拟培养实验,探究颗石藻在低(20°C)和高(25°C)平均温度下对升温及温度波动变化的响应。结果表明,升温与温度波动对两株E. huxleyi的生长均起到了抑制作用,而升温和温度波动变化对两株E. huxleyi的生长速率以及胞内碳水化合物含量、非钙化株系的颗粒有机碳含量及钙化株系的蛋白质和颗粒物无机碳含量、碳氮比及沉降速率产生了显著的交互效应,温度的波动变化在一定程度上增强了颗石藻应对升温的适应性。通过对两株系的生理响应结果进行对比分析,发现非钙化株系各生理参数对升温和温度波动变化更为敏感,表明颗石藻的钙化作用可能对其应对环境波动下的极端环境条件起缓冲保护作用。升温和温度波动变化显著削弱了颗石藻的沉降速率,可能会对颗石藻相关的海洋碳沉降与输出产生显著的削弱效应。因此,为了更准确地预测海洋颗石藻对气候变化的响应,未来相关研究需要考虑叠加在升温基础上的温度波动变化对颗石藻的生理生态学效应。