海洋所鹽田藻類生物碳匯研究取得進展

近日，Journal of Advanced Research發表了中國科學院海洋研究所藻類生理過程與精準分子育種團隊完成的關于鹽田藻類碳沉積的成果。該研究聚焦嗜鹽藻類與嗜鹽菌協同促進高鹽生態環境中碳酸鹽的沉積現象，揭示了其背后的碳匯生物學過程和機制，為發展近海鹽田、內陸鹽湖等水生環境中的碳匯提供了新的理論認知。???

藻類通過光合作用貢獻了海洋中接近95%的初級生產力，同時固定了全球約50%的碳，是全球碳循環的重要組成部分。據估算，除海洋外，全球的含鹽水體占據內陸總水量的44%，包括大量高鹽堿湖泊和沿海鹽池。然而，由于含鹽較高（從海水鹽度至飽和鹽度），導致這種環境中生物組成相對簡單。因此，它們的固碳能力和潛能極少被關注甚至被忽略。 ?????

該研究以杜氏鹽藻（Dunaliella salina）為例，通過對富含鹽藻及嗜鹽菌的天然鹽池環境進行沉積物采集，發現其中存在大量碳酸鹽形式的沉積物。研究對這些沉積物進行宏基因組分析發現，這些碳酸鹽沉積物富集了光合作用與尿素降解相關的基因，且這些基因的富集與分布表現出層化現象，與碳酸鹽沉積程度相關。????

為解析鹽田光合藻類與細菌對碳酸鹽沉積的作用機制，該研究分離了鹽生環境中最具有代表性的光合自養微藻——杜氏鹽藻的共生菌涅斯捷連科氏菌（Nesterenkonia?sp. HG001），并以二者作為研究對象，分別探索了鹽藻和涅斯捷連科氏菌在碳固定和移除上的作用與效果。結果表明，鹽藻與嗜鹽菌混合培養時嗜鹽菌可促進鹽藻的生長，且這種共培養可促進碳酸酐酶與脲酶等碳酸鹽沉積過程相關基因的表達。此外，碳酸鹽的沉積和溶解與藻類光合作用過程直接相關。

同位素定量示蹤分析表明，共培養過程對外部CO2的吸收率提高了49.63%，并通過藻類光合作用等過程促進了沉積物中的碳同位素分餾，使CaCO3沉淀量增加了54.54%。為從生物學機制上解釋這些現象，本研究從藻類細胞生理、電化學、細胞生理等層次對實驗室模擬條件下的菌藻共培養體系開展了研究。

結果表明，在高鹽液體環境中對菌藻進行共培養，共生菌吸附在藻細胞表面，且引起培養微環境pH上升。原位離子微型探針定量分析表明，Ca2+與H+在菌藻共存的條件下表現出反向流動。此外，該研究通過創新的菌藻隔離培養實驗，監測到菌、藻之間在高鹽環境中可形成微環境pH差值并引起電勢差，均為解釋碳酸鹽沉積背后的生物學機制提供了新的數據支撐。 ?

該研究通過野外和實驗室模擬數據發現，高鹽條件下菌藻協同的生物學作用對大氣CO2去除起到重要作用。據評估，我國近海鹽田和鹽湖環境每年可提供約1.36萬噸碳酸鹽形式的碳匯量，約占世界鹽水環境碳匯量的2.3%。該研究首次記錄并表征了鹽藻以可封存碳形式促進碳匯，為高鹽水生環境開展生物碳匯提供技術和數據支撐。研究所獲得的數據及其生物學機制的解釋，對區域乃至全球范圍內高鹽生態環境的碳匯具有一定的啟示作用。該團隊將立足鹽田生物資源及產業化開發，深入開展相關研究，為進一步發掘鹽田生態系統碳匯潛能提供科技支撐。

海洋所為論文的第一完成單位。研究工作得到藻類產業技術體系、國家重點研發計劃、中國科學院海洋大科學研究中心重點部署項目等的支持。?

在富含鹽藻及嗜鹽菌的鹽田生態環境中進行人工鹽藻養殖和沉積物采集

從鹽田沉積物環境中采集的碳酸鹽沉淀及其環境基因組分析表明，表層碳酸鹽沉積與光合作用和尿素降解相關的基因關系密切

共生菌促進鹽藻生長，同時鹽藻的光合作用可促進碳酸鹽沉積

菌-藻共培養體系促進鹽酸鹽沉積并通過生物作用引起碳同位素分餾

菌-藻隔離培養實驗表明二者之間存在電勢差促進Ca2+的移動

鹽藻與共生菌促進碳沉積的生物學機制