细菌胞外碳酸酐酶催化碳酸盐矿物的形成

发布时间：2020-06-18 02:50

【摘要】：生物矿化是地球表生环境中重要的地球化学过程。微生物作用下碳酸盐矿化机理的研究可以为全球碳循环、土壤形成和演化等科学问题提供重要线索。关于微生物作用下形成碳酸盐矿物的报道已有很多,其中,一些研究者认为细菌胞外碳酸酐酶(CA)可以促进碳酸盐矿物的形成,但是CA促进碳酸盐矿化的过程及其机理还不是很清楚。本文以两种细菌(节杆菌MF-2菌株和赖氨酸芽孢杆菌GW-2菌株)分泌的胞外CA作为活性物质,开展了多个系列的矿化实验,主要利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和电感耦合等离子体发射光谱仪等先进仪器研究了胞外CA催化碳酸盐矿物沉淀的过程,初步探讨了其机理。本文的研究结果可以归纳为以下几点:(1)在MF-2菌株CA作用下,第120 h时在100 ml溶液中形成了 61.3 mg的沉淀物,在GW-2菌株CA作用下,第192 h时在100 ml溶液中形成了 46.3 mg的沉淀物。用30%的双氧水处理上述沉淀物后发现,其主体为碳酸盐矿物,分别占沉淀物总量的84.5%和86.6%。不加CA的对照实验中形成的沉淀物明显少于CA实验,并且其主要成分为可以被双氧水氧化的有机物质。(2)在MF-2菌株胞外CA高活性(1.39 U/L)条件下形成了方解石+球霰石,在低活性(0.06～0.50 U/L)条件下仅形成方解石。在GW-2菌株胞外CA低活性(11.52×10-2U/L)条件下也仅形成方解石。这意味着CA活性可能对碳酸盐矿物的种类有影响。(3)无论是MF-2菌株还是GW-2菌株胞外的CA,也无论CA活性高低,形成的矿物形态均比较单一,以菱面体、半球形和球形为主。这说明矿物形态可能与CA活性和来源无关。(4)MF-2菌株胞外CA促进碳酸盐矿化的主要机制是其加速CO2的水化反应,参与反应的CO2可能主要源于空气。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3
【图文】：

技术路线图,碳酸盐矿物,细菌

图１技术路线图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｒｏｕｔｅ邋ｏｆ邋ｔｈｉｓ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ逡逑４逡逑

模式图,无机碳,模式,郭敏

而在光合微生物中ＣＡ主要起着浓缩Ｃ０２的作用（Ｃ０２邋Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，邋ＣＣＭ）邋（Ａｉｚａｗａ逡逑ａｎｄＭｉｙａｃｈｉ，邋１９８６；Ｐｒｅｍｋｕｍａｒｅｔａｌ．，２００３）。目前，研究者关于藻类浓缩无机碳作用提出了两种模逡逑式，一■是叶绿体内的ＣＡ负责无机碳的浓缩（图１－１），这种模式多发现在莱茵衣藻逡逑ＡｔＷｒａｒａＷ）、杜氏藻（Ｄｗ？ａ／／ｅ／／ａ／ｅｚＶ／ｏ／ｅｃ／ａ）等类型中；二是以蓝藻（办《ｅｃ／ｒａｃｏｃｒｗｓｓｐ．）为代表逡逑的藻类，其细胞膜主动吸收ＨＣＯ；，即直接在细胞膜上进行ＣＣＶ浓缩过程（郭敏亮和高煜珠，１９８９）。逡逑ｆ逦介？逡逑｜逦逦逡逑细跑＊逦｜逡逑！逦Ｈｉ邋ｍ邋ｉ逡逑｜逦ＨＣＯｉ－＜Ｖ－ＨＣ0ｉ邋ＨＣ０，－＝＝＾ｈＣ０ｊ－逡逑｜逦｜ｃ｜邋ＣＡ邋ＪＩｃａ邋！逡逑ｉ逦—ＣＯｌ邋４＾邋ＣＯ，逡逑Ｌ逦—逦，N」逡逑图１－１逦Ｃ．／＾／＞７／７0ｒ（ｉｚ７无机碳吸收模式逡逑0表示主动吸收；箭头表示无机碳的流动方向。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｍｏｄｅ邋ｏｆ邋ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｃａｒｂｏｎ邋ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｂｙ邋Ｃ．ｒｅｉｎｈａｒｄｉｉ逡逑0－邋ａｃｔｉｖｅ邋ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｔｈｅ邋ａｒｒｏｗ邋ｉｎｄｉｃａｔｅｓ邋ｔｈｅ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｌｏｗ邋ｏｆ邋ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｃａｒｂｏｎ逡逑（据郭敏亮和高煜珠，１９８９）逡逑１．３．１碳酸酐酶的化学结构及其催化机理逡逑ＣＡ的活性中心由组氨酸残基、水分子和锌原子配位构成（Ｌｉｎｄｓｋｏｇ，邋１９９７）。大多数高等植逡逑物和部分藻类的ＣＡ均由六个亚单位组成的寡聚体

【相似文献】