[发明专利]一种微藻间接碳汇能力的定量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微藻间接碳汇能力的定量方法，属于应对气候变化和海洋生物工程领域。

背景技术

联合国气候变化框架公约将温室气体“源”定义为任何向大气中释放产生温室气体二氧化碳和甲烷等，气溶胶或其前体的过程、活动或机制。温室气体“汇”为从大气中移走温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动或机制。全球碳循环的源与汇是以大气圈为参照系，以从大气中输出或向大气中输入碳为标准来确定。由大气中二氧化碳的浓度增加为主导的全球变化，给全世界不仅带来生态和经济问题，也带来了政治问题。在工业革命前，空气中二氧化碳的浓度仅为280 ppmv，而现在空气中的二氧化碳的浓度达到391 ppmv，已增加了40%。

生物无机碳的同化作用是极其重要的碳汇过程。海洋覆盖了地球表面的70%，它贡献约50%的地球上的净初级生产力。因此, 海洋生态系统是最重要的碳汇和碳源。

微藻（microalgae）包括所有生活在水中营浮游生活方式的微小植物，通常就指浮游藻类。微藻结构简单，其生理过程也相对简单，有些种类是科学研究的模式植物，如：莱茵衣藻、小球藻，很多种类还可以人工培养，这为我们的研究提供了便利。微藻对水体无机碳的利用有两种方式，（1）利用大气中的二氧化碳。CO₂作为线性非极性分子，呈电中性，它可以自由扩散进入细胞双层脂膜，进入细胞中的CO₂为微藻细胞的光合作用所利用；（2）利用溶液中碳酸氢根离子。碳酸氢根离子既可以直接转运也可间接转运到细胞中为微藻细胞所利用。碳酸氢根离子的直接转运指的是经过细胞质膜表面载体蛋白或阴离子交换蛋白，直接把碳酸氢根离子转运到细胞内，在胞内经碳酸酐酶转化为CO₂或直接以碳酸氢根离子的形式由叶绿体膜蛋白主动运输到叶绿体内，经碳酸酐酶转化成CO₂供核酮糖-1,5二磷酸羧化/加氧酶（Rubisco）固定；碳酸氢根离子的间接转运是指依赖于胞外碳酸酐酶的碳酸氢根离子的间接转运。

水体中存在4种无机碳形式，它们分别是CO₂, HCO₃ ^-, H₂CO₃ 和CO₃^2 -，这四种形式存在着如下平衡：

             (式一)

因此，无论微藻利用二氧化碳还是利用碳酸氢根离子，它们都可能有两个来源，一个是来源于空气中的无机碳，另一个来源于溶液中固有的碳酸氢根离子。无论藻类采用二氧化碳利用途径还是采用碳酸氢根离子利用途径，只要来源空气的无机碳被同化，我们称为藻类直接碳汇，而无论藻类采用二氧化碳利用途径还是采用碳酸氢根离子利用途径，来源水体固有的无机碳被同化称为间接碳汇。直接碳汇直接移去大气中的二氧化碳，而间接碳汇通过移去水体固有的无机碳改变水体无机碳的平衡，间接移去大气中的二氧化碳。以前人们测定或估算的微藻碳汇都为直接碳汇，而间接碳汇为人们所忽视，更谈不上定量了。

自然界中碳元素有两种稳定同位素：¹²C和¹³C，它们的天然平均丰度分别为98.89%和1.11%。稳定碳同位素组成通常用δ¹³C（‰）表示，自然界中δ¹³C的变化为-90‰~+20‰。稳定碳同位素的强烈分馏特征是识别微藻无机碳来源的基础。质量平衡原理以及同位素混合模型和化学计量学方法，是定量识别微藻无机碳来源的基础。

目前海洋碳汇的估算利用的数据为大气中的二氧化碳的通量，忽视了海洋生态系统中水生生物的重碳酸盐的利用，这严重影响碳汇估算的精度，导致一些应对气候变化的政策和措施的有效性降低。定量微藻间接碳汇能力将有助于科学估算碳汇，切实有效地制定应对气候变化的政策和措施，同时，也为微藻生物技术的发展和水华赤潮的治理提供科学依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种微藻间接碳汇能力的定量方法，填补了碳汇能力估算中的空白。

本发明采取以下技术方案：它包括以下步骤：第一，选择两种δ¹³C值差值大于8 ‰的碳酸氢钠作为同位素标记1和同位素标记2分别添加到培养液中来培养待测微藻；同位素标记1的碳酸氢钠的δ¹³C值为δ_C1，同位素标记2的碳酸氢钠的δ¹³C值为δ_C2；