近日，《先进研究杂志》刊登了中国科学院海洋研究所藻类生理过程与精准分子育种团队盐田藻类碳沉积相关研究成果。该研究聚焦嗜盐藻类与嗜盐菌协同促进高盐生态环境中碳酸盐的沉积现象，揭示了其背后的碳汇生物学过程和机制，为发展近海盐田、内陆盐湖等水生环境中的碳汇提供了新的理论认知。
藻类通过光合作用贡献了海洋中接近95%的初级生产力，同时固定了全球约50%的碳，是全球碳循环的重要组成部分。据估算，除海洋外，全球的含盐水体占据内陆总水量的44%，这其中包括大量高盐碱湖泊和沿海盐池。然而，由于含盐较高（从海水盐度至饱和盐度），导致这种环境中生物组成相对简单，它们的固碳能力和潜能也因此极少被关注，甚至被忽略。
该研究以杜氏盐藻为例，通过对富含盐藻及嗜盐菌的天然盐池环境进行沉积物采集，发现其中存在大量碳酸盐形式的沉积物。对这些沉积物进行宏基因组分析，发现这些碳酸盐沉积物上富集了光合作用与尿素降解相关的基因，且这些基因的富集与分布表现出层化现象，与碳酸盐沉积程度密切相关。
研究团队分离了盐生环境中最具有代表性的光合自养微藻——杜氏盐藻的共生菌涅斯捷连科氏菌，分别探索了盐藻和涅斯捷连科氏菌在碳固定和移除上的作用与效果。结果表明，盐藻与嗜盐菌混合培养时嗜盐菌可显著促进盐藻的生长，并且这种共培养可促进碳酸酐酶与脲酶等碳酸盐沉积过程相关基因的表达。此外，碳酸盐的沉积和溶解与藻类光合作用过程直接相关。
共生菌促进了盐藻生长，同时盐藻的光合作用可促进碳酸盐沉积。课题组供图
分析发现，共培养过程对外部二氧化碳的吸收率提高了49.63%，并通过藻类光合作用等过程促进了沉积物中的碳同位素分馏，使碳酸钙沉淀量增加了54.54%。
进一步研究结果表明，在高盐液体环境中对菌藻进行共培养，共生菌吸附在藻细胞表面，且引起培养微环境pH上升。原位离子微型探针定量分析表明，菌藻共存的条件下表现出了反向流动。此外，创新的菌藻隔离培养实验，均为解释碳酸盐沉积背后的生物学机制提供了新的数据支撑。
通过野外和实验室模拟数据，该研究表明，高盐条件下菌藻协同的生物学作用对大气二氧化碳去除起到重要作用。该研究首次详细记录并表征了盐藻以可封存碳形式促进碳汇，为高盐水生环境开展生物碳汇提供技术和数据支撑。研究所获得的数据及其生物学机制的解释，对区域乃至全球范围内高盐生态环境的碳汇具有一定的启示作用。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.jare.2023.08.004
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