《藍綠菌誘導碳酸鹽礦物形成機制研究》是依託山東科技大學，由閆華曉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：藍綠菌誘導碳酸鹽礦物形成機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：閆華曉
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前國內外微生物岩研究主要集中在微生物組成及其構造類型上，對微生物誘導的碳酸鹽礦物形成機制和沉積過程有待深入分析。本項目以藍綠菌集胞藻Synechocystis sp. PCC6803細胞為實驗材料研究其誘導碳酸鈣沉積機制。LCSM觀察不同Ca2+濃度培養的集胞藻細胞壁Ca2+濃度變化情況，分析外界鈣離子對集胞藻鈣化的影響；HRTEM、HAADF及EDS觀察不同Ca2+濃度不同pH下活體和死體細胞鈣化的發生部位及胞內納米晶體的存在情況，分析胞內胞外碳酸鈣的顆粒大小和晶態的不同；AFM觀察集胞藻環境中碳酸鈣的生長過程，分析集胞藻生物因素對碳酸鈣沉積物的影響；SEM觀察碳酸鈣表面形貌，FTIR、EPMA、XRD、TGA和DSC確定礦物元素組成和晶態特徵，分析集胞藻誘導的碳酸鈣與對照（未接種集胞藻）碳酸鈣的差異及其成因。通過以上研究以期探討微生物誘導碳酸鈣沉積的機制。
結題摘要
微生物碳酸鹽岩的特徵及形成機制是當今國際上地質學研究的熱點之一，許多地質學家對微生物碳酸鹽岩的沉積機制進行了大量研究。國內外對微生物岩形成機制的研究中可以確定需氧性生物藍綠菌具有重要的研究意義，因此本項目以藍綠菌集胞藻Synechocystis sp. PCC6803細胞為實驗材料在實驗室內研究其誘導碳酸鈣的沉積機制。 採用LCSM分析集胞藻表面鈣離子的分布情況與TEM分析不同Mg/Ca比下集胞藻細胞內部和外部變化及生成礦物情況；通過SEM及EDS、FTIR和XRD來分析藍綠菌集胞藻對方解石表面形貌及結構組分的影響；通過方解石礦物顆粒的TG-DTG和DSC分析以及不同鈣離子濃度下集胞藻細胞的熱解實驗來探討藍綠菌集胞藻對方解石熱穩定性的影響及藍綠菌自身熱失重規律；擬合碳酸鈣沉積的數學模型，探討有利於生物礦化的最佳條件；採用FTIR、NMR、TEM、TG、螢光顯微鏡及紫外-可見分光光度計對藍綠菌集胞藻的胞外聚合物進行分析。 結果證實在鈣離子溶液中，生成產物為具有擇優取向的六稜柱狀的方解石，而且隨著鈣離子濃度的增大，方解石的熱穩定性增加，並建立了鈣離子沉積動力學模型；在低Mg/Ca比下，Mg的存在使方解石形成了粗糙的表面和更多夾角尖銳的階梯狀的紋理，隨著Mg2+含量的升高，方解石主要衍射峰的強度都明顯減小了，生成礦物的結晶度降低，不同晶面發生擇優取向，礦物的晶軸參數a不斷減小，晶胞體積也在不斷縮小，隨著Mg/Ca比的提高，細胞內部趨向於產生更多黑色的不具有晶體結構的礦物顆粒，而且礦物數量增多，說明這種細胞內生物礦化作用越來越強烈；在高Mg/Ca比下，150小時後由於Mg離子的存在，集胞藻的生長受到抑制作用，隨鎂離子濃度的增大，晶簇數量增加，而且每個晶簇中含有的晶體數量更多，礦物形態更加豐富，Mg/Ca比為0的梯度相較於其他梯度礦物形態少一些，以球形為主。集胞藻具有明顯的碳酸酐酶活性，而且胞外聚合物成分主要為糖類、蛋白質和核酸等成分，這些都為胞外成核提供了條件。 研究結果對於探索地質歷史時期碳酸鹽礦物的形成機理具有一定的意義。
