《痕量金屬鎘在海洋浮游植物中的生物功能》是依託廈門大學，由史大林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：痕量金屬鎘在海洋浮游植物中的生物功能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：史大林
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
痕量金屬鎘在海水中呈經典的營養元素分布特徵，鎘碳酸酐酶（CDCA）是已知唯一的含鎘金屬酶，將鎘和碳的海洋生物地球化學循環聯繫起來。在有限的培養實驗和局限於近海的觀測中，CDCA迄今僅在硅藻中被發現，其是否存在於其他浮游植物類群及寡營養海區尚未被系統揭示。此外，初步研究顯示藻細胞的鎘含量與其粒徑呈正相關，但其是否與CDCA協助獲取CO2相關、海洋酸化將對其產生怎樣的影響，均有待闡明。再者，另有不含CDCA的浮游植物亦受益於鎘，表明鎘有未知的生物功能。因此，本申請項目擬將嚴格受控的室內培養和系統的現場實驗相結合，採用多學科交叉的研究思路和手段，探明CDCA在南海、東海及台灣海峽營養鹽條件不同海域中的生態多樣性，闡明鎘和CDCA在不同粒徑的藻類獲取CO2以及對海洋酸化回響中的作用及機制，探尋鎘在浮游植物中未知的生物功能，為深入理解鎘在海洋初級生產力以及其對全球變化回響中所扮演的角色提供科學依據。
結題摘要
以鎘（Cd）作為活性中心的鎘碳酸酐酶（CDCA）是唯一已知的鎘的生物功能，其發現建立起了鎘和碳在海洋生物地球化學循環之間的聯繫。然而，迄今為止，Cd在海洋中的垂直分布為何呈現典型的營養鹽分布特徵，除了CDCA外其在初級生產力中還扮演哪些角色，仍有待系統深入的研究予以揭示。本資助項目通過實驗室受控培養實驗和海上現場實驗，採用痕量金屬潔淨技術、生理生化以及蛋白質組學等多學科交叉的研究思路和手段，闡明了CDCA在海洋浮游植物中的多樣性以及在不同營養鹽環境海區的潛在分布，揭示了細胞粒徑大小與細胞內Cd含量之間的關係及其機理，區分了pCO2與pH的單獨效應對硅藻生理的影響，並探究了Cd在赫氏藻中的未知的生物功能。我們的研究發現，基於胺基酸序列的系統發育樹分析，CDCA可分為CDCA_TW、CDCA_DB和CDCA_MP三類，其分別廣泛存在於硅藻以及許多先前未知的其它浮游植物中(如青綠藻和甲藻)，並且不同類型的CDCA在不同營養鹽海區的分布不同。其次，我們的實驗表明，大粒徑硅藻比小粒徑硅藻更容易受到Zn和Cd的限制；在一定Zn限制程度內，大粒徑硅藻可吸收更多的Cd以緩解Zn限制，且吸收的Cd被用於增加CDCA的表達以幫助細胞獲取CO2用於光合作用。我們的研究還發現，CO2濃度上升引起的碳濃縮機制（CCMs）下調並不一定是硅藻回響海洋酸化的主要原因，海水pH下降在酸化效應中同樣可起重要作用。此外，我們的實驗結果初步暗示，除了作為CDCA的輔酶因子，Cd在赫氏藻中極有可能替代了甲醛脫氫酶中Zn的生物學功能。本資助項目的研究成果為進一步闡明海洋中鎘的生物地球化學循環及其在海洋初級生產力中所扮演的角色提供了新的科學依據。
