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我校生科院连宾教授课题组在硅酸盐矿物生物风化研究领域取得重要进展

近日,我校生命科学学院连宾教授课题组在硅酸盐矿物微生物风化研究领域取得重要进展,相关研究成果以“The different roles of Aspergillus nidulans carbonic anhydrases in wollastonite weathering accompanied by carbonation”为题发表在国际著名学术期刊《地球化学和宇宙化学》(Geochimica et Cosmochimica Acta)。该期刊是国际地球化学领域最权威的期刊之一,也是全球82个Nature Index期刊之一。

 

硅酸盐矿物(如长石、云母和辉石)是构成地壳和地幔的主要矿物,也是土壤矿物的重要组成部分。地表硅酸盐矿物的风化在促进土壤形成和演化以及调控大气CO2浓度等方面有重要作用。然而,硅酸盐矿物的自然风化极为缓慢,如何有效利用微生物的驱动作用提高矿物的风化速率以服务人类社会是极为重要的科知识题。无孔不入且数量巨大的微生物能适应各种地表环境,它们与硅酸盐矿物的相互作用是元素生物地球化学循环的重要组成部分,并与碳素的迁移和转化有密切关联。本课题组在2012年首次报导一株烟曲霉真菌风化硅酸盐矿物涉及到碳酸酐酶(CA)的上调表达,并提出其参与对钾长石的风化作用途径 (见Xiao B, et al. Chemical Geology, 2012),此后研究了不同CO2浓度下微生物CA参与的硅酸盐矿物转化过程,发现在当今较低CO2浓度(与远古时代比较)下微生物CA对岩石的风化作用更为显著(见Xiao LL,et al. Scientific Reports, 2015),但微生物CA参与的硅酸盐矿物风化、次生矿物形成以及相关的分子作用机制仍需要进一步的证据和解析。由于大多微生物都含有多条CA,它们是否都能参与对硅酸盐矿物的风化并偶联合成碳酸盐矿物?目前尚有许多疑问。对该问题的探索有助于深入理解地质演化历史中微生物对碳素迁移转化的驱动机制。本文以模式真菌构巢曲霉所拥有的两条CA基因canA和canB为研究对象,采用地质微生物学和分子生物学等研究手段,探讨这两条CA基因参与硅酸盐矿物风化和适应不同CO2浓度的环境等功能上的差异,研究发现canA基因主要参与在较低CO2浓度(如当前CO2浓度)下的硅酸盐矿物风化及碳酸盐形成,此外还可能参与对高CO2浓度(如3%的浓度)下的细胞解毒作用,而canB基因与真菌适应较低CO2浓度(如当前CO2浓度)环境以及细胞呼吸和生物合成等代谢功能相关,与此相关的是这两条CA基因表达产物的分子结构及其在细胞中的定位也不相同,显然这是生物体响应地表CO2浓度变化的长期进化结果。本研究加深了大家对地球演化过程中有关硅酸盐矿物生物风化与碳酸盐合成及其相关的生物与环境协同进化关系的理解,为进一步开展利用微生物风化硅酸盐矿物并偶联合成碳酸盐以及利用微生物法捕获大气CO2提供了新的思路。

 

该研究工作得到国家自然科学基金面上项目的资助。本文第一编辑是生命科学学院2015级生态学专业博士生孙启彪。孙启彪同学2013年考入南师大生科院攻读硕士学位,2015年起转为硕博连读,主要从事植物根际环境下的矿物微生物风化与陆地碳循环方面的研究。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718306082

生科院 供稿

发布时间:2018/10/29
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