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鹽田藻類生物碳匯研究取得新進(jìn)展
作者：廖洋 王敏 來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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近日，《先進(jìn)研究雜志》刊登了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所藻類生理過程與精準(zhǔn)分子育種團(tuán)隊(duì)鹽田藻類碳沉積相關(guān)研究成果。該研究聚焦嗜鹽藻類與嗜鹽菌協(xié)同促進(jìn)高鹽生態(tài)環(huán)境中碳酸鹽的沉積現(xiàn)象，揭示了其背后的碳匯生物學(xué)過程和機(jī)制，為發(fā)展近海鹽田、內(nèi)陸鹽湖等水生環(huán)境中的碳匯提供了新的理論認(rèn)知。 
藻類通過光合作用貢獻(xiàn)了海洋中接近95%的初級(jí)生產(chǎn)力，同時(shí)固定了全球約50%的碳，是全球碳循環(huán)的重要組成部分。據(jù)估算，除海洋外，全球的含鹽水體占據(jù)內(nèi)陸總水量的44%，這其中包括大量高鹽堿湖泊和沿海鹽池。然而，由于含鹽較高（從海水鹽度至飽和鹽度），導(dǎo)致這種環(huán)境中生物組成相對(duì)簡(jiǎn)單，它們的固碳能力和潛能也因此極少被關(guān)注，甚至被忽略。 
該研究以杜氏鹽藻為例，通過對(duì)富含鹽藻及嗜鹽菌的天然鹽池環(huán)境進(jìn)行沉積物采集，發(fā)現(xiàn)其中存在大量碳酸鹽形式的沉積物。對(duì)這些沉積物進(jìn)行宏基因組分析，發(fā)現(xiàn)這些碳酸鹽沉積物上富集了光合作用與尿素降解相關(guān)的基因，且這些基因的富集與分布表現(xiàn)出層化現(xiàn)象，與碳酸鹽沉積程度密切相關(guān)。 
研究團(tuán)隊(duì)分離了鹽生環(huán)境中最具有代表性的光合自養(yǎng)微藻——杜氏鹽藻的共生菌涅斯捷連科氏菌，分別探索了鹽藻和涅斯捷連科氏菌在碳固定和移除上的作用與效果。結(jié)果表明，鹽藻與嗜鹽菌混合培養(yǎng)時(shí)嗜鹽菌可顯著促進(jìn)鹽藻的生長(zhǎng)，并且這種共培養(yǎng)可促進(jìn)碳酸酐酶與脲酶等碳酸鹽沉積過程相關(guān)基因的表達(dá)。此外，碳酸鹽的沉積和溶解與藻類光合作用過程直接相關(guān)。 
分析發(fā)現(xiàn)，共培養(yǎng)過程對(duì)外部二氧化碳的吸收率提高了49.63%，并通過藻類光合作用等過程促進(jìn)了沉積物中的碳同位素分餾，使碳酸鈣沉淀量增加了54.54%。
進(jìn)一步研究結(jié)果表明，在高鹽液體環(huán)境中對(duì)菌藻進(jìn)行共培養(yǎng)，共生菌吸附在藻細(xì)胞表面，且引起培養(yǎng)微環(huán)境pH上升。原位離子微型探針定量分析表明，菌藻共存的條件下表現(xiàn)出了反向流動(dòng)。此外，創(chuàng)新的菌藻隔離培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，均為解釋碳酸鹽沉積背后的生物學(xué)機(jī)制提供了新的數(shù)據(jù)支撐。 
通過野外和實(shí)驗(yàn)室模擬數(shù)據(jù)，該研究表明，高鹽條件下菌藻協(xié)同的生物學(xué)作用對(duì)大氣二氧化碳去除起到重要作用。該研究首次詳細(xì)記錄并表征了鹽藻以可封存碳形式促進(jìn)碳匯，為高鹽水生環(huán)境開展生物碳匯提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。研究所獲得的數(shù)據(jù)及其生物學(xué)機(jī)制的解釋，對(duì)區(qū)域乃至全球范圍內(nèi)高鹽生態(tài)環(huán)境的碳匯具有一定的啟示作用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.08.004
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