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合浦珠母贝贝壳基质大分子对含镁方解石镁含量的调控

作　者: 朱方捷
导　师: 谢莉萍
学　校: 清华大学
专　业: 海洋生物学
关键词: 合浦珠母贝生物矿化含镁方解石晶体杂质含量
分类号: S917.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

方解石是分布最广、目前为止研究最多的一种生物矿物。由于海水中含有大量的Mg²⁺,海洋生物矿化形成的方解石均为含Mg方解石。Mg是方解石中最主要的杂质元素,方解石晶格内整合的Mg原子对其稳定性有显著影响。研究表明,生物来源方解石中的Mg含量受到严格的生理调控。关于该调控的来源,一般观点认为,生物体通过直接改变结晶溶液的组成成分实现该调控。基于本工作的实验结果,我们提出了另一种可能存在的调控机制,即采用结晶溶液中的生物大分子调控方解石的Mg含量。合浦珠母贝（Pinctada fucata）贝壳棱柱层由含Mg方解石组成。贝壳矿化过程的调控很大程度上来源于结晶溶液中的生物大分子,即贝壳基质,因此,本工作以珠母贝贝壳EDTA可溶性基质（ESM）大分子为研究对象,检验了其对体外结晶系统中形成的方解石含Mg量的影响。X射线能谱（EDS）与X射线衍射（XRD）实验结果表明,溶液中存在棱柱层ESM时,形成的方解石体相Mg含量显著降低,存在珍珠层ESM时,方解石体相Mg含量仅发生轻微变化。X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明,溶液中的棱柱层ESM能显著降低方解石表面的Mg含量,珍珠层ESM能显著增加方解石表面的Mg含量。此外,棱柱层ESM降低方解石Mg含量的效应与观察到的棱柱层方解石的低Mg特征相吻合。以上结果证明溶液中的天然生物大分子可对晶体的杂质元素含量进行直接调控。在生物矿化过程中,该机制可能被有机体用于实现对生物矿物各方面属性的精确调节。初步的机制研究表明,贝壳棱柱层ESM与珍珠层ESM对方解石结晶过程的抑制作用相似,但对方解石镁含量的影响却显著不同。此外,实验浓度下ESM对溶液中Mg/Ca比没有显著影响。因此,ESM改变方解石Mg含量的作用并非通过影响结晶速度或调节溶液中Mg、Ca离子的相对活度实现。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-26
  1.1 生物矿化中的有机调控  9-11
    1.1.1 生物矿物与生物矿化  9-10
    1.1.2 有机分子指导下的矿化  10-11
  1.2 生物来源的方解石中镁含量的调控  11-21
    1.2.1 晶体中的杂质元素：镁与方解石  11-12
    1.2.2 生物来源方解石的Mg 含量受到生理调控  12-15
    1.2.3 矿化产物Mg 含量的调控机制  15-21
  1.3 合浦珠母贝贝壳可溶性基质  21-24
    1.3.1 合浦珠母贝贝壳的结构  21-23
    1.3.2 棱柱层与珍珠层的可溶性基质  23-24
  1.4 课题研究意义  24
  1.5 论文各部分的主要内容  24-26
第2章贝壳可溶性有机基质对方解石Mg 含量的调控作用及其机制  26-44
  2.1 实验材料与方法  26-30
    2.1.1 实验材料与试剂  26
    2.1.2 贝壳棱柱层与珍珠层EDTA 可溶性基质（ESM）的提取  26-27
    2.1.3 BCA 法测定基质蛋白浓度  27
    2.1.4 体外结晶实验  27-28
    2.1.5 显微拉曼光谱分析  28
    2.1.6 扫描电镜（SEM）下方解石的形态观察及体相Mg 元素含量分析  28
    2.1.7 用X 射线衍射（XRD）进行方解石体相Mg 元素含量分析  28-29
    2.1.8 X 射线光电子能谱（XPS）分析  29
    2.1.9 贝壳棱柱层方解石Mg 含量测定  29
    2.1.10 碳酸钙结晶抑制实验  29
    2.1.11 ESM 大分子Ca2+/Mg2+结合实验  29-30
    2.1.12 检验棱柱层ESM 对方解石的稳定作用  30
  2.2 结果与讨论  30-43
    2.2.1 碳酸钙晶体的形态与晶型  30-31
    2.2.2 溶质ESM 对方解石体相Mg 含量的影响  31-36
    2.2.3 溶质ESM 对方解石表面Mg 含量的影响  36-37
    2.2.4 合浦珠母贝贝壳棱柱层的Mg 含量  37
    2.2.5 棱柱层 ESM 对方解石的稳定作用  37-38
    2.2.6 ESM 的作用机制  38-41
    2.2.7 生物矿物的杂质元素含量调控  41-42
    2.2.8 晶体杂质元素含量调控可能具有的生理意义  42-43
  2.3 未来工作展望  43
  2.4 本章小结  43-44
第3章结论  44-45
参考文献  45-52
致谢  52-53
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  53

合浦珠母贝贝壳基质大分子对含镁方解石镁含量的调控

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