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近日，我院連賓教授課題組在硅酸鹽礦物微生物風(fēng)化研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“The different roles of Aspergillus nidulans carbonic anhydrases in wollastonite weathering accompanied by carbonation”為題發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《地球化學(xué)和宇宙化學(xué)》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。該期刊是國(guó)際地球化學(xué)領(lǐng)域最權(quán)威的期刊之一，也是全球82個(gè)Nature Index期刊之一。

硅酸鹽礦物（如長(zhǎng)石、云母和輝石）是構(gòu)成地殼和地幔的主要礦物，也是土壤礦物的重要組成部分。地表硅酸鹽礦物的風(fēng)化在促進(jìn)土壤形成和演化以及調(diào)控大氣CO2濃度等方面有重要作用。然而，硅酸鹽礦物的自然風(fēng)化極為緩慢，如何有效利用微生物的驅(qū)動(dòng)作用提高礦物的風(fēng)化速率以服務(wù)人類社會(huì)是極為重要的科學(xué)問(wèn)題。無(wú)孔不入且數(shù)量巨大的微生物能適應(yīng)各種地表環(huán)境，它們與硅酸鹽礦物的相互作用是元素生物地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分，并與碳素的遷移和轉(zhuǎn)化有密切關(guān)聯(lián)。本課題組在2012年首次報(bào)導(dǎo)一株煙曲霉真菌風(fēng)化硅酸鹽礦物涉及到碳酸酐酶（CA）的上調(diào)表達(dá)，并提出其參與對(duì)鉀長(zhǎng)石的風(fēng)化作用途徑 (見(jiàn)Xiao B, et al. Chemical Geology, 2012)，此后研究了不同CO2濃度下微生物CA參與的硅酸鹽礦物轉(zhuǎn)化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)今較低CO2濃度（與遠(yuǎn)古時(shí)代比較）下微生物CA對(duì)巖石的風(fēng)化作用更為顯著（見(jiàn)Xiao LL，et al. Scientific Reports, 2015），但微生物CA參與的硅酸鹽礦物風(fēng)化、次生礦物形成以及相關(guān)的分子作用機(jī)制仍需要進(jìn)一步的證據(jù)和解析。由于大多微生物都含有多條CA，它們是否都能參與對(duì)硅酸鹽礦物的風(fēng)化并偶聯(lián)合成碳酸鹽礦物？目前尚有許多疑問(wèn)。對(duì)該問(wèn)題的探索有助于深入理解地質(zhì)演化歷史中微生物對(duì)碳素遷移轉(zhuǎn)化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。本文以模式真菌構(gòu)巢曲霉所擁有的兩條CA基因canA和canB為研究對(duì)象，采用地質(zhì)微生物學(xué)和分子生物學(xué)等研究手段，探討這兩條CA基因參與硅酸鹽礦物風(fēng)化和適應(yīng)不同CO2濃度的環(huán)境等功能上的差異，研究發(fā)現(xiàn)canA基因主要參與在較低CO2濃度（如當(dāng)前CO2濃度）下的硅酸鹽礦物風(fēng)化及碳酸鹽形成，此外還可能參與對(duì)高CO2濃度（如3%的濃度）下的細(xì)胞解毒作用，而canB基因與真菌適應(yīng)較低CO2濃度（如當(dāng)前CO2濃度）環(huán)境以及細(xì)胞呼吸和生物合成等代謝功能相關(guān)，與此相關(guān)的是這兩條CA基因表達(dá)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)及其在細(xì)胞中的定位也不相同，顯然這是生物體響應(yīng)地表CO2濃度變化的長(zhǎng)期進(jìn)化結(jié)果。本研究加深了我們對(duì)地球演化過(guò)程中有關(guān)硅酸鹽礦物生物風(fēng)化與碳酸鹽合成及其相關(guān)的生物與環(huán)境協(xié)同進(jìn)化關(guān)系的理解，為進(jìn)一步開(kāi)展利用微生物風(fēng)化硅酸鹽礦物并偶聯(lián)合成碳酸鹽以及利用微生物法捕獲大氣CO2提供了新的思路。

該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。本文第一作者是生命科學(xué)學(xué)院2015級(jí)生態(tài)學(xué)專業(yè)博士生孫啟彪。孫啟彪同學(xué)2013年考入南師大生科院攻讀碩士學(xué)位，2015年起轉(zhuǎn)為碩博連讀，主要從事植物根際環(huán)境下的礦物微生物風(fēng)化與陸地碳循環(huán)方面的研究。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718306082
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