第七届青年地学论坛

    近年来，镉（Cd）同位素受到广泛关注。已有研究表明，Cd同位素生物分馏在指示古海洋初级生产力与古环境演化（王丹妮等，2013；刘特，2018；Zhang et al.，2018；Sweere et al.，2020）、约束矿床成因及成矿物质来源（Zhu et al.，2018；Li et al.，2019；李海涛，2019）、指示高等植物运输及储存Cd机制等方面具有巨大潜力（Wei et al.，2019；李海涛等，2021）。海洋体系中，Cd作为微量营养元素被海洋生物吸收利用，该过程中浮游植物优先吸收轻Cd同位素（Lacan et al.，2006；Cox et al.，2014；李津，2017；徐邵霖，2019），导致表层海水Cd同位素分馏。相关研究表明，海水Cd同位素组成受海水Cd浓度及Cd赋存形态（Xie et al.，2017）、源区水Cd同位素组成（Xue et al.，2013；Xie et al.，2017）、温度（Abouchami et al.，2011；Xue et al.，2013；Yang et al.，2018）、微量元素浓度（Xue et al.，2013；Xie et al.，2019）及浮游植物群落组成（Abouchami et al.，2011；Yang et al.，2014、2015）等因素影响。因此，Cd同位素可用于现代海洋水团混合、微量营养元素生物地球化学循环及初级生产力研究，但不同环境因素对Cd同位素分馏影响程度及机制尚不明确。
    本研究以蓝藻钝顶螺旋藻为实验对象，采用MC-ICP-MS测定不同培养环境下（培养液Cd浓度、细胞密度、盐度、pH及培养温度）钝顶螺旋藻Cd同位素组成，以评估浮游植物利用Cd过程中不同环境因素对同位素组成的影响。结果表明，与初始培养液Cd同位素相比，钝顶螺旋藻细胞内优先富集轻Cd同位素，α吸收-初始培养液=0.99978±0.00033，但吸附过程基本不发生分馏，α吸附-初始培养液=1.00000±0.00020。不同环境因素对藻细胞吸收Cd过程中同位素分馏程度均有影响，细胞内轻Cd同位素富集程度随盐度及温度增加而增大。培养液Cd浓度较低或藻细胞密度较高时，细胞优先吸收轻Cd同位素；培养液Cd浓度过高或低细胞密度条件下Cd对藻细胞表现为胁迫作用，抗胁迫机制驱使吸收过程细胞内富集重Cd同位素。本研究详细研究了细胞表面吸附、细胞体吸收Cd过程中同位素分馏行为，并制约不同环境条件（Cd浓度、细胞密度、盐度、pH及温度）对Cd同位素生物分馏的影响，为建立Cd同位素生物分馏模型、揭示不同地质过程微生物的参与对Cd同位素分馏机制制约提供重要实验支撑。