【摘 要】
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黄龙是以规模宏大、结构奇巧、色彩艳丽的地表钙华景观闻名的世界自然遗产。钙华,又称石灰华,是一种大孔隙次生碳酸盐岩,在钙华的形成过程中,生物因素对调控钙华微观形貌、沉积速率等方面有重要作用。因此,大多数研究者的关注点都集中在生物因素对钙华的影响上,然而钙华沉积环境同样影响着生存在其中的生物,这方面的研究却十分少见。为了探究钙华沉积环境对钙华生物的影响,因此,本实验选取钙华沉积区常见藻类硅藻为研究对象
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黄龙是以规模宏大、结构奇巧、色彩艳丽的地表钙华景观闻名的世界自然遗产。钙华,又称石灰华,是一种大孔隙次生碳酸盐岩,在钙华的形成过程中,生物因素对调控钙华微观形貌、沉积速率等方面有重要作用。因此,大多数研究者的关注点都集中在生物因素对钙华的影响上,然而钙华沉积环境同样影响着生存在其中的生物,这方面的研究却十分少见。为了探究钙华沉积环境对钙华生物的影响,因此,本实验选取钙华沉积区常见藻类硅藻为研究对象,通过对黄龙钙华沉积区环境进行分析,探明钙华沉积环境中生物、矿物、水环境的主要特征;建立黄龙土著硅藻分离纯化体系,分析其生长特性;通过模拟黄龙主要水环境因子变化特征,探讨硅藻对钙华沉积环境的响应;通过设置藻-矿共存体系,研究硅藻及其EPS对碳酸钙表面形貌的影响;通过模拟碳酸钙沉积,探明碳酸钙沉积过程中硅藻对碳酸钙的调控机制。主要结果如下:（1）黄龙钙华沉积区地处高海拔地区,其典型环境特征主要表现为:黄龙水体常年处于低温、高光强度的状态,与涪江水相比,黄龙水体中含有高浓度的Ca2+含量,而水体中的Si4+则显著低于涪江水体。黄龙水体中还含有丰富的CO32-、HCO3-,并沿水流方向呈下降的趋势。黄龙地区的矿物特征主要为碳酸盐岩,所采集的矿石样品中除KS-4号样品外,Ca元素含量皆达到了95%以上。（2）黄龙钙华沉积区真核生物主要以硅藻门为优势门。通过对钙华彩池壁上的样本进行高通量测序,结果表明黄龙钙华壁上存在的真核生物主要是硅藻门（Diatomea）、轮虫门（Rotifera）和链型植物门（Streptophyta）,其中硅藻门的丰度最高。世界钙华沉积区中分布的藻类主要为硅藻门、蓝藻门和绿藻门,并且这3类藻类的温度适应范围较广,6℃～40℃皆有分布。黄龙硅藻主要为舟形藻,大小约为50μm,还发现存在少量的中心纲硅藻。黄龙土著硅藻的分离方法中,稀释涂布法和微细管法皆无法成功分离。低温直接培养则表现出较好的效果,黄龙硅藻表现出贴壁性强、生长周期长、细胞密度低、嗜冷等特点。水生硅1培养基是舟形藻Navicula sp.的最适培养基,最适氮源为硝酸钠。25℃培养时,舟形藻Navicula sp.在20～25天达到稳定生长期。（3）温度和高钙低硅的环境都能显著改变硅藻的生理生化特征。低温能够抑制舟形藻Navicula sp.的生长速率,不会改变稳定期的藻细胞密度。藻细胞代谢产物中的蛋白质含量随温度的升高而升高,而EPS中蛋白质的含量则无明显的变化情况;代谢产物中的多糖含量随温度的升高而呈现缓慢升高,EPS中多糖含量随温度的升高则表现为降低的趋势;藻细胞内的总脂含量随温度的升高而升高,并且各个梯度之间具有一定的差异显著性（P＜0.05）。高钙环境能够显著抑制舟形藻Navicula sp.的生长,培养基中钙离子浓度越高,稳定期时的藻细胞密度也相应的降低。与对照组相比,钙离子浓度的升高能显著提高代谢产物和EPS中蛋白质的含量,并且蛋白质含量随钙离子浓度增加呈现升高的趋势;藻细胞EPS中的多糖含量随钙离浓度的升高而降低,与对照组相比,钙离子浓度的升高能够显著提高藻细胞EPS中的多糖含量,而代谢产物种的多糖含量未见明显变化;藻细胞内的总脂含量在钙离子浓度为40 mg/L时,含量最高。在低硅高钙的环境中,舟形藻Navicula sp.硅质壳的元素组成未发生明显变化,未发现硅藻将钙离子内化到硅质壳的形成中。（4）舟形藻Navicula sp.及其EPS在一定程度上抑制了碳酸钙的溶解,并且将大量有机基团附着在碳酸钙表变,赋予了碳酸钙新的特性,EPS及完整细胞的加入并未改变碳酸钙的表面形貌。（5）碳酸钙模拟沉积的实验结果表明,舟形藻Navicula sp.的加入能够明显促进碳酸钙的沉积速率,所产生的碳酸钙晶型皆为方解石型碳酸钙,并且碳酸钙在不同时间段表现出不同的形态特征。综上所述,在黄龙环境中,低温和高钙的环境条件能够显著影响着舟形藻Navicula sp.的生长代谢,但是高钙低硅的特征并未改变舟形藻硅质壳的元素组成;硅藻在钙华的形成过程中起重要的保护作用和促进作用,并且其能进一步调控钙华的微观形貌。这些结果阐明了钙华沉积环境中硅藻与钙华之间的相互关系,硅藻通过改变自身生长代谢以适应环境,而这种改变是有利于钙华的沉积和稳定的。
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