● 摘要
二氧化碳作为一种典型的温室气体，其浓度升高所带来的气候变化已经得到了全世界的广泛关注。而近几年，二氧化碳浓度升高对全球碳循环、水体酸化及生态系统等的影响也引起了越来越多科研工作者的重视。其中，广泛存在于多种生态系统中的蓝藻在全球碳循环中起到非常重要的作用。其不仅可以通过光合作用将二氧化碳固定为有机物，还可以通过生物钙化过程以碳酸钙的形式固定无机碳。同时，蓝藻的生物钙化过程还被认为是一种具有固定二氧化碳潜能的途径。因此，研究大气二氧化碳浓度升高及其引起的水体酸化对蓝藻的生长及其生物钙化过程的影响即具有非常重要的意义。而另一方面，蓝藻生物钙化作用的机理尚不明确，特别是该过程中无机碳的转化过程。而胞外碳酸酐酶将HCO3−与CO2之间彼此转化的过程可能与蓝藻钙化过程有关。因此，以蓝藻集胞藻属FACHB 898为研究对象，本研究考察了不同无机碳种类（CO2及HCO3−）及其不同浓度对蓝藻生物钙化过程的影响。通过分析藻生物量及溶液参数的变化研究了不同无机碳源条件下蓝藻钙化过程的变化情况，并对两种不同无机碳形式之间的转化过程对钙化过程的影响机制进行了探讨。主要研究结果如下：
1. 在CO2浓度接近大气浓度的条件下，蓝藻的生长状态最佳、钙化效率最高。在小于750 ppm范围内，CO2浓度的升高对蓝藻的生长没有显著影响，而钙化程度略微降低。但当二氧化碳浓度达到10000 ppm甚至更高时，蓝藻的生长状况明显较差，且钙化程度显著降低。二氧化碳浓度升高条件下，与碳酸钙的生成相关性最大的参数是溶液的HCO3−浓度变化量和溶液的pH。而藻细胞生长状态较好时，藻细胞生长量与钙化过程间的相关性较大。二氧化碳浓度的升高可能通过降低溶液的pH和影响藻细胞的生长从而影响生物钙化过程。
2. 以碳酸氢根做为主要无机碳源的条件下，蓝藻的生长状态较好且生物钙化程度较大。碳酸氢根浓度的变化对蓝藻的生长和钙化过程的影响不大。与二氧化碳作为碳源的条件相比，碳酸氢根作为无机碳源时，碳酸钙的生成与藻细胞生长量和溶液中HCO3−的消耗量相关性最大，与溶液的pH不相关。说明在蓝藻的生物钙化过程中，HCO3−可能是参与碳酸钙沉淀的主要无机碳酸盐种类。
3. 当胞外碳酸酐酶受抑制时，蓝藻的生长状况下降、钙化程度明显降低；同时，溶液的pH下降、HCO3−的利用程度也明显受到抑制。由此推测，胞外碳酸酐酶可能在将HCO3−转化为CO2的过程中需要吸收质子，而该过程可能促进了溶液中的Ca2+与HCO3−生成碳酸钙的过程。尽管如此，胞外碳酸酐酶的抑制并未使蓝藻钙化过程受到完全抑制，因此，蓝藻的其他代谢过程或组分，如细胞胞外聚合物，也可能对蓝藻的生物钙化过程存在影响。