希瓦氏菌诱导合成球霰石的机理研究及地质学意义

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• 作者：李涵姚奇志王风平周根陶
• 会议时间：2014-10-01
• 关键词：碳酸钙 ; 球霰石 ; 合成工艺 ; 希瓦氏菌
• 作者单位：李涵,周根陶(中国科学院壳幔物质与环境重点实验室,中国科学技术大学地球和空间科学学院,合肥230026)姚奇志(中国科学技术大学化学与材料科学学院,合肥230026)王风平(上海交通大学生命科学技术学院,上海200240)
• 母体文献：2014年全国矿物科学与工程学术会议论文集
• 会议名称：2014年全国矿物科学与工程学术会议
• 会议地点：南京
• 主办单位：中国矿物岩石地球化学学会
• 语种：chi
• 分类号：TB3;TS2

摘要

微生物参与的碳酸钙矿化作为地球微生物学研究的一个重要内容,近年来得到了越来越多的关注.一方面,微生物对碳酸钙形成的影响广泛存在于地质历史时期的各种沉积环境中,对全球气候变化、元素循环和环境变迁产生了重要影响.微生物成因的碳酸钙作为沉积岩中的重要矿物,保留了许多环境信息,有助于加深对地球生命演化的理解.另一方面,微生物诱导和调控的碳酸钙矿化有着广泛的应用前景,主要包括二氧化碳固定、无机污染物的矿物封存、受损石质文物的修复以及地外生命探索等.本文构建细菌原位矿化体系和仿生矿化体系,系统研究了希瓦氏菌及其代谢产物对碳酸钙变体尤其是球霰石形成的影响。本实验所用菌株耐压希瓦氏菌WP3分离自西太平洋深海沉积物,是一株革兰氏阴性菌,生理生化特性包括兼性厌氧,嗜冷耐压,中度嗜盐,在海洋中分布广泛。实验中,原位矿化接近于自然环境矿化过程,是将钙源直接加入希瓦氏菌培养体系,利用细菌代谢作用提高溶液碱度从而有利于碳酸钙的形成。仿生矿化则是将可能对矿化产生影响的细菌各组分分离出来,在一个相对简单的氨气扩散体系中分别研究其作用。具体是将希瓦氏菌接种培养至稳定期后,通过高速离心、过滤、超滤和树脂分离等手段,分别得到只含菌体的菌悬液,不含菌体的上清液,紧密结合胞外聚合物(EPS),游离和松散结合EPS,不含EPS的菌体,以及不含EPS的上清液。实验结果显示,原位矿化体系产物为球状球霰石和菱面体方解石,而在没有希瓦氏菌存在的对照组只产生菱面体方解石。这表明,希瓦氏菌能够诱导球霰石的形成。仿生矿化体系中,空白组产物为菱面体方解石;原菌液组产物为表面有孔洞的球状球霰石和少量方解石;上清液组产物为表面规整的球霰石和少量梭形文石;菌悬液组产物为表面多孔的方解石。四组结果对比分析表明,希瓦氏菌确实能够诱导形成球霰石,并且是通过上清液中的代谢产物发挥此作用;同时,菌体虽不能影响碳酸钙的矿物相,却能够改造方解石表面微形貌,表现为多孔方解石,本文系统研究了希瓦氏菌各组分对碳酸钙矿物相和表面形貌的影响,揭示了各组分在其中分别发挥重要作用,这对于深入理解微生物碳酸钙矿化尤其是碳酸钙变体问题具有重要意义。同时发现,希瓦氏菌能够诱导合成球霰石,而调控的关键在于甘氨酸和组氨酸。希瓦氏菌作为一种环境适应性强且分布广泛的异养细菌,具有将水体中有机质大量转化为碳酸钙沉淀的潜力,并且在合适的环境条件下诱导形成球霰石,因此本研究为自然环境中分布的球霰石提供了一种可能的成因解释。