[發明專利]一種預測微藻重碳酸鹽利用能力的方法

有效

• 申請號: 202011265613.X
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112501237B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 吳沿友;李海濤;吳沿勝;張承;蘇躍;童成英;孫濤;方蕾;周英;劉叢強;王世杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院地球化學研究所
• 主分類號: C12Q1/02
• 分類號: C12Q1/02;C12R1/89
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 劉艷

本發明公開了一種預測微藻重碳酸鹽利用能力的方法，屬于應對氣候變化和海洋生物工程領域。分別添加不同濃度的兩種δ¹³C值差異懸殊的碳酸氫鈉同時培養待測微藻，測定藻體δ¹³C值和藻體蛋白質增殖倍數，利用兩端元的同位素混合模型獲取不同濃度的重碳酸鹽培養的微藻利用重碳酸鹽的份額；以高斯方程分別擬合微藻蛋白質增加倍數與重碳酸鹽濃度、微藻利用重碳酸鹽的份額與重碳酸鹽濃度的方程，獲得方程中的各參數值，進一步獲取重碳酸鹽利用能力與重碳酸鹽濃度的關系方程。將待測的培養液重碳酸鹽濃度帶入上述重碳酸鹽利用能力與重碳酸鹽濃度的關系方程中，即可計算出微藻在待測重碳酸鹽濃度下的碳酸鹽利用能力。

技術領域

本發明公開了一種預測微藻重碳酸鹽利用能力的方法，屬于應對氣候變化和海洋生物工程領域。不僅能夠預測任意重碳酸鹽濃度下微藻的重碳酸鹽利用能力，而且還能夠尋找微藻生長的最適重碳酸鹽濃度。測定結果可以量化，具有可比性，為巖溶湖泊微藻碳匯的精確估算提供了科技支撐。

背景技術

微藻(microalgae)包括所有生活在水中營浮游生活方式的微小植物，通常就指浮游藻類。微藻結構簡單，其生理過程也相對簡單，有些種類是科學研究的模式植物，如：萊茵衣藻、小球藻，很多種類還可以人工培養，這為我們的研究提供了便利。微藻對水體無機碳的利用有兩種方式，(1)利用大氣中的二氧化碳。CO₂作為線性非極性分子，呈電中性，它可以自由擴散進入細胞雙層脂膜，進入細胞中的CO₂為微藻細胞的光合作用所利用；(2)利用溶液中碳酸氫根離子。碳酸氫根離子既可以直接轉運也可間接轉運到細胞中為微藻細胞所利用。碳酸氫根離子的直接轉運指的是經過細胞質膜表面載體蛋白或陰離子交換蛋白，直接把碳酸氫根離子轉運到細胞內，在胞內經碳酸酐酶轉化為CO₂或直接以碳酸氫根離子的形式由葉綠體膜蛋白主動運輸到葉綠體內，經碳酸酐酶轉化成CO₂供核酮糖-1,5二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)固定；碳酸氫根離子的間接轉運是指依賴于胞外碳酸酐酶的碳酸氫根離子的間接轉運。

水體中存在4種無機碳形式，它們分別是CO₂,HCO₃^-,H₂CO₃和CO₃^2-，這四種形式存在著如下平衡：

因此，無論微藻利用二氧化碳還是利用碳酸氫根離子，它們都可能有兩個來源，一個是來源于空氣中的無機碳，另一個來源于溶液中固有的碳酸氫根離子。無論藻類采用二氧化碳利用途徑還是采用碳酸氫根離子利用途徑，只要來源空氣的無機碳被同化，我們稱為藻類直接碳匯，而無論藻類采用二氧化碳利用途徑還是采用碳酸氫根離子利用途徑，來源水體固有的無機碳被同化稱為間接碳匯。直接碳匯直接移去大氣中的二氧化碳，而間接碳匯通過移去水體固有的無機碳改變水體無機碳的平衡，間接移去大氣中的二氧化碳。以前人們測定或估算的微藻碳匯都為直接碳匯，而間接碳匯為人們所忽視，更談不上定量了。

自然界中碳元素有兩種穩定同位素：¹²C和¹³C，它們的天然平均豐度分別為98.89％和1.11％。穩定碳同位素組成通常用δ¹³C(‰)表示，自然界中δ¹³C的變化為-90‰～+20‰。穩定碳同位素的強烈分餾特征是識別微藻無機碳來源的基礎。質量平衡原理以及同位素混合模型和化學計量學方法，是定量識別微藻無機碳來源的基礎。