微生物碳酸酐酶在方解石沉积中的作用

【摘要】： 方解石(CaCO_3)沉积在许多地质过程中起着非常重要的作用。碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase, CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以催化CO2和HCO_3-之间的相互转化。目前有关微生物CA在CaCO_3沉积中的作用研究尚未见报道。本文采用自西南岩溶地区土壤中分离筛选的产胞外CA的菌株研究了微生物CA在方解石沉积中的作用,获得了如下结果: (1)在微生物存在体系和微生物不存在体系中,CA未受抑制组的Ca~(2+)沉积速率都大于CA受抑制组,并且大于水和培养基对照组。XRD和FESEM分析结果显示两个实验体系中方解石都是主要的矿物相。这些结果说明微生物CA可作为催化剂,对方解石沉积起促进作用。此外,微生物存在体系的Ca~(2+)沉积速率明显快于微生物不存在体系,FESEM分析结果显示微生物存在体系的两个实验组沉积的方解石晶体表面都存在若干约为1μm的印痕。这些结果证明微生物可为方解石沉积提供成核位点。 (2)研究比较了从微生物培养液中提取的蛋白质、多糖和微生物CA对方解石沉积的影响,结果表明微生物CA作用下的Ca~(2+)沉积速率要高于多糖和蛋白质,并高于水对照组,而且微生物CA诱导形成的晶体主要为方解石,说明微生物培养液中由微生物产生分泌的CA是方解石沉积的主要促进剂。 (3)研究比较了微生物CA与几种生物因素对方解石沉积的影响,结果表明,微生物CA作用下的Ca~(2+)沉积速率分别高于1%牛血清蛋白、1%羧甲基壳聚糖和1%谷氨酸作用下的Ca~(2+)沉积速率,且高于水对照组,而后三种生物因素的Ca~(2+)沉积速率分别低于水对照组。XRD和FESEM分析结果显示微生物CA及其它几种生物因素诱导产生的晶体主要是方解石,但不同生物因素诱导产生的方解石晶体的形貌差别较大。 综合上述结果认为,微生物CA在方解石沉积中具有显著促进作用。本文结果为丰富岩溶动力学理论提供了一定的科学依据,并为微生物CA在方解石沉积中的应用提供了科学依据,为CaCO_3生物矿化材料的制备提供了新思路。