海洋所盐田藻类生物碳汇研究取得进展

发布时间：2023-12-22 15:19 原文链接：海洋所盐田藻类生物碳汇研究取得进展

近日，Journal of Advanced Research发表了中国科学院海洋研究所藻类生理过程与精准分子育种团队完成的关于盐田藻类碳沉积的成果。该研究聚焦嗜盐藻类与嗜盐菌协同促进高盐生态环境中碳酸盐的沉积现象，揭示了其背后的碳汇生物学过程和机制，为发展近海盐田、内陆盐湖等水生环境中的碳汇提供了新的理论认知。

藻类通过光合作用贡献了海洋中接近95%的初级生产力，同时固定了全球约50%的碳，是全球碳循环的重要组成部分。据估算，除海洋外，全球的含盐水体占据内陆总水量的44%，包括大量高盐碱湖泊和沿海盐池。然而，由于含盐较高（从海水盐度至饱和盐度），导致这种环境中生物组成相对简单。因此，它们的固碳能力和潜能极少被关注甚至被忽略。

该研究以杜氏盐藻（Dunaliella salina）为例，通过对富含盐藻及嗜盐菌的天然盐池环境进行沉积物采集，发现其中存在大量碳酸盐形式的沉积物。研究对这些沉积物进行宏基因组分析发现，这些碳酸盐沉积物富集了光合作用与尿素降解相关的基因，且这些基因的富集与分布表现出层化现象，与碳酸盐沉积程度相关。

为解析盐田光合藻类与细菌对碳酸盐沉积的作用机制，该研究分离了盐生环境中最具有代表性的光合自养微藻——杜氏盐藻的共生菌涅斯捷连科氏菌（Nesterenkonia sp. HG001），并以二者作为研究对象，分别探索了盐藻和涅斯捷连科氏菌在碳固定和移除上的作用与效果。结果表明，盐藻与嗜盐菌混合培养时嗜盐菌可促进盐藻的生长，且这种共培养可促进碳酸酐酶与脲酶等碳酸盐沉积过程相关基因的表达。此外，碳酸盐的沉积和溶解与藻类光合作用过程直接相关。

同位素定量示踪分析表明，共培养过程对外部CO2的吸收率提高了49.63%，并通过藻类光合作用等过程促进了沉积物中的碳同位素分馏，使CaCO3沉淀量增加了54.54%。为从生物学机制上解释这些现象，本研究从藻类细胞生理、电化学、细胞生理等层次对实验室模拟条件下的菌藻共培养体系开展了研究。

结果表明，在高盐液体环境中对菌藻进行共培养，共生菌吸附在藻细胞表面，且引起培养微环境pH上升。原位离子微型探针定量分析表明，Ca2+与H+在菌藻共存的条件下表现出反向流动。此外，该研究通过创新的菌藻隔离培养实验，监测到菌、藻之间在高盐环境中可形成微环境pH差值并引起电势差，均为解释碳酸盐沉积背后的生物学机制提供了新的数据支撑。

该研究通过野外和实验室模拟数据发现，高盐条件下菌藻协同的生物学作用对大气CO2去除起到重要作用。据评估，我国近海盐田和盐湖环境每年可提供约1.36万吨碳酸盐形式的碳汇量，约占世界盐水环境碳汇量的2.3%。该研究首次记录并表征了盐藻以可封存碳形式促进碳汇，为高盐水生环境开展生物碳汇提供技术和数据支撑。研究所获得的数据及其生物学机制的解释，对区域乃至全球范围内高盐生态环境的碳汇具有一定的启示作用。该团队将立足盐田生物资源及产业化开发，深入开展相关研究，为进一步发掘盐田生态系统碳汇潜能提供科技支撑。

海洋所为论文的第一完成单位。研究工作得到藻类产业技术体系、国家重点研发计划、中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目等的支持。