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生物矿化是生物体在有机物质的调控下选择性的吸附环境中的阳离子并将其转换为固相矿物的过程,是自然界中常见的一种现象。碳酸钙是主要的生物矿物之一,主要以方解石、文石、球霰石和无定形碳酸钙四种方式存在。锶与钙的半径大小相近,化学性质相似,可通过类质替换进入碳酸盐晶体晶格,表现出特定的地球化学指标作用。而在其中生物活动对钙锶生物矿化及其类质替换作用产生何种影响,即生命效应,未被广泛重视。 本研究以钙、锶为研究对象,选取小球藻和颗石藻,通过在培养条件下藻对钙锶生物矿化的影响探讨生命效应对生物矿化过程的影响程度及其机理。结果如下: (1)在钙锶矿化体系中,在不添加小球藻的体系中所得样品较细,松散,容易产生球霰石结构;随着掺锶量的增加,加入S r2+后晶体的方解石特征峰(104)面峰强明显减弱,晶体逐渐向文石转换; (2)在小球藻体系中,小球藻的细胞壁与钙离子发生配位作用,造成CO32-反对称伸缩峰 V3特征峰出现分峰现象,矿化所得晶体晶型多为方解石,结晶度高;随着掺锶量的增加,由于S r2+易吸附在方解石表面,取代Ca2+加入到晶格中,妨碍CaCO3的正常生长,使得方解石易向文石转化; (3)当屏蔽小球藻的酯基后,在同等条件下,生成的方解石量减少;缓解 Ca2+和Sr2+浓度变化对方解石和文石的相互转换能力的影响,减弱 Ca2+和S r2+对晶型的调控能力。由此可见酯基对晶体的成核取向上有着较大影响; (4)在钙锶矿化体系中,共沉淀体系容易获得球霰石结构。加入颗石藻后,会抑制球霰石的生成,形成亚稳定的文石结构,主要是由于颗石藻吸附环境中的部分C a2+用于自身的生物矿化,造成体系中C a2+浓度的减少,加入一定量的S r2+后,溶液的粘度增加,-O H基团对C a2+的吸附将受到代谢产物多糖位族的影响,导致对C a2+的吸附作用减弱,因此不易生成球霰石结构;随着掺锶量的增加,形成的晶体颗粒逐渐变细,方解石减少,对方解石的形成具有明显的抑制作用;晶体在生长过程中,晶体形貌逐渐变化,方解石(104)面特征峰呈现先向小角度再到大角度的移动,由此可见,晶体的形成是一个溶解后重结晶的过程; (5)通过光照和暗处理来分析藻诱导钙锶生物矿化中的生命效应。在光照条件下,小球藻会进行光合作用,小球藻细胞和有机代谢产物增加,造成对C a2+的吸附能力增强,更易诱导方解石的生成;而颗石藻在光合作用时,其自身代谢需要消耗体系中的一部分C a2+,导致C a2+的减少,抑制方解石的生成,加入S r2+后会减弱对于C a2+的吸附量,促进方解石的生成,对于文石而言,光照条件下促进形成,暗反应下抑制其形成。 综合以上研究可以发现小球藻与颗石藻对于钙锶的生物矿化均有一定的调控能力。不同藻种对于同一体系下的生物矿化影响不同,同一藻种对于不同掺锶量下的生物矿化影响不同。这与小球藻和颗石藻细胞,代谢产物及其掺锶量密切相关,为分析和调控生物矿化作用的新方法和新技术提供一定的理论依据。