The structure-function relationship of MSI7, a matrix protein from pearl oyster Pinctada fucata

We previously identified a matrix protein, MSI7, from pearl oyster Pinctada fucata. According to the structural analysis, the DGD site in the N-terminal of MSI7 is crucial for its role in the shell formation. In this study, we expressed a series of recombinant MSI7 proteins, including the wild-type and several mutants directed at the DGD site, using an Escherichia coli expression system to reveal the structure-function relationship of MSI7. Furthermore, in vitro crystallization, crystallization speed assay, and circular dichroism spectrometry were carried out. Results indicated that wild-type MSI7 could induce the nucleation of aragonite and inhibit the crystallization of calcite. However, none of the mutants could induce the nucleation of aragonite, but all of them could inhibit the crystallization of calcite to some extent. And all the proteins accelerated the crystallization process. Taken together, the results indicated that MSI7 could contribute to aragonite crystallization by inducing the nucleation of aragonite and inhibiting the crystallization of calcite, which agrees with our prediction about its role in the nacreous layer formation of the shell. The DGD site was critical for the induction of the nucleation of aragonite.     

梭菌MH18 菌株诱导碳酸盐矿物的形成

【目的】研究细菌作用下碳酸盐矿物的形成过程有助于了解微生物成矿的机理。【方法】在LagoaVermelha培养基中(Mg/Ca为6:1)对一株分离自土壤样品的梭菌MH18菌株进行了为期35天的碳酸盐矿物培养实验,同时还完成了一组无菌对照实验。利用X-射线衍射技术对沉淀物的矿物成分进行了测定,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对沉淀物的形态进行了系统的观察。【结果】MH18菌株在Lagoa Vermelha培养基中诱导形成了以高镁方解石为主的碳酸盐矿物;这些矿物起初具有哑铃状的外形,后来发展为球状;无菌对照实验中出现少量沉淀物,但X-射线衍射技术图谱显示它们是非晶态物质。【结论】MH18菌株具有促进碳酸盐矿物结晶的功能;碳酸盐矿物的特殊形态(哑铃状和球状)可能与细菌形态存在着某种成因上的联系。     

低Mg/Ca条件下丛毛单胞菌HJ-1菌株诱导文石的形成

【目的】为了探讨细菌对碳酸盐矿物种类和形态的影响。【方法】本文利用丛毛单胞菌HJ-1菌株进行了持续50 d的培养实验。在实验过程中,对细菌数量、沉淀物重量、培养液中Ca2+和Mg2+浓度等进行了动态监测。利用扫描电子显微镜对矿物形态进行了观察,并利用X-射线衍射仪对矿物成分进行测定。【结果】丛毛单胞菌HJ-1菌株具有显著的诱导碳酸盐矿物沉淀的能力,碳酸盐矿物的重量随着培养时间的延长而逐渐增加。X-射线衍射结果表明,形成的碳酸盐沉淀主要由文石和高镁方解石组成,其中文石的最高含量达86%。上述矿物在形态上复杂多样,主要有杆状、柱状、哑铃形、球状和板状以及不规则状和鳞片状集合体。【结论】通常,在Mg/Ca≤2并且有微生物参与的条件下极少形成文石。本文在Mg/Ca为2,不含碳酸根离子的培养基中培养HJ-1菌株的过程中发现了文石。作者认为,低Mg/Ca条件下文石的形成主要与HJ-1菌株分泌较多的胞外多糖有关。     

几种生物CaCO3霰石结晶的取向性

CaCO3结晶广泛分布于生物界,其主要结晶形式为方解石、霰石及球霰石。用X－射线衍射法对三角帆蚌及合浦珍珠母贝的珍珠层、墨鱼骨和大黄鱼耳石的CaCO3结晶进行测定,发现各样品均有一定取向性,以三角帆蚌和合浦珍珠母贝珍珠层的取向性为最强,墨鱼骨的取向性次之,大黄鱼耳石的取向性最小,以上材料粉末样的衍射分析表明,各样品对应d值间差异极小,均为X射线衍射卡（5－0453）所表征的CaCO3霰石结构。     

赖氨酸芽孢杆菌GW-2菌株作用下碳钙镁石的形成

摘要:【目的】微生物诱导碳酸盐矿物沉淀机理的研究有可能为CO2的矿物捕获提供科学依据。【方法】本研究在Mg/Ca 为2的B4培养基中对赖氨酸芽孢杆菌GW-2菌株进行了为期50天的培养实验,同时完成了一组无菌对照实验。在实验过程中,对沉淀物重量、培养液的pH值、电导率及其中细菌数量、Ca2+ 和Mg2+浓度等进行了动态监测。利用扫描电子显微镜对矿物形态进行了跟踪观察,利用X-射线衍射仪对矿物成分进行了测定。【结果】(1)在对GW-2菌株进行培养的过程中发现,沉淀物的质量随着培养时间的延长而逐 渐增加,而在无菌对照实验中未收集到沉淀物;(2)各时间段平均沉淀速率与细菌数量之间(r=0.67,P＜0.05)、沉淀物质量与培养液pH值之间(r=0.79,P＜0.05)均具有显著的正相关关系;(3)沉淀物质量与电导率、Ca2+和Mg2+浓度均呈极显著的负相关关系(r分别为0.89、0.93和0.98,P＜0.001);(4)在赖氨酸芽孢杆菌作用下,3种碳酸盐矿物按如下顺序先后形成:非晶态碳酸钙→碳钙镁石→高镁方解石。【结论】(1)赖氨酸芽孢杆菌GW-2菌株具有诱导碳酸盐矿物形成的能力;(2)细菌数量是控制碳酸盐矿物沉淀的直接因素,而较高的pH值是碳酸盐沉淀的必要条件;(3)电导率以及Ca2+和Mg2+浓度的明显降低可以间接地指示碳酸盐矿物沉淀的发生;(4)碳钙镁石可能主要是非晶态碳酸钙经过老化作用而形成,碳钙镁石可能经脱镁作用转变为高镁方解石。     

不溶性基质中天冬氨酸丰富的蛋白在珊瑚的钙质骨片形成中的重要作用

一般认为, 酸性蛋白在控制矿物的形成和发展中发挥重要作用。因此, 在不溶性有机基质中鉴定酸性蛋白对于理解珊瑚中个体蛋白的功能是非常重要的一步。在短指多型软珊瑚(Sinularia polydactyla)的可溶性和不溶性基质层中分析蛋白组分表明, 在不溶性基质和可溶性基质层中天冬氨酸的含量分别是61%和29%。利用体外分析法发现, 基质蛋白诱导碳酸钙形成非晶态析出相先于其形成钙质的结晶态。利用X-射线衍射来鉴定骨片上结晶态的碳酸钙, 结果表明钙质的多晶态呈现强反射。傅利叶变换红外光谱分析表明珊瑚基质中富含天冬氨酸的蛋白和多醣的结构。在不溶性基质组分中用钙离子结合分析显示一个分子量为109 kD的蛋白质可以与形成骨片的钙离子结合, 这一过程对骨片形成非常重要。在对生物钙化过程中起重要作用的碳酸酐酶的分析中显示了此酶的新颖的活性。以上结果显示珊瑚中不溶性基质内的富含天冬氨酸的蛋白在生物矿化调控过程中起重要作用。     

Unhatched and Hatched Eggshells of the Chinese Cobra Naja atra

Changes in structure and composition of the eggshell resulting from embryonic mobilization of minerals from the eggshell are found in all oviparous reptiles studied thus far. In this study, we measured samples of unhatched and hatched eggshells of the Chinese cobra Naja atra to determine the percentage of ash and the phase composition of calcium carbonate. The mean percentage of ash was significantly higher in unhatched eggshells （24.6%） than in hatched eggshells （22.3%）. The dominant phase in unhatched eggshells was the calcite form of calcium carbonate. In addition to the peaks of calcite, a few small peaks were found to be caused by the aragonite and vaterite phases of calcium carbonate, implying that there are small amounts of aragonite and vaterite in the eggshell. The concentration of the various phases calculated from the intensity of the X-ray diffraction spectra allowed the estimation that percentages of calcite, aragonite and vaterite were about 92%, 4% and 4%, respectively. Hatched eggshells produced similar spectral characteristics as unhatched eggshells, with one exception. The dominant phase composition in the hatched eggshell was also calcite, but the amount of the aragonite phase had a marked increase. Our study adds evidence that embryonic mobilization of minerals from the eggshell may result in changes in structure of the eggshell.     

陕南寒武系幸运阶宽川铺组软体动物Mediata鳞片状纹饰显微结构

马哈螺(Maikhanellids)是一类具单壳的、壳体表面发育特殊鳞片状纹饰的软体动物化石。目前对maikhanellids鳞片状纹饰的研究主要涉及整体形态和分类,关于鳞片状纹饰的组成和内部结构的研究为数甚少。马哈螺科中Mediata属以壳顶大(约占整个壳面的1/3–1/2)、不同大小的长卵形鳞片状纹饰、背部具有一条从壳体前端延伸至壳体后端的宽脊、无规则的生长纹等特征有别于该科其他各属。本文基于陕南寒武系幸运阶宽川铺组产出的大量保存精美的Mediata标本,详细描述了Mediata鳞片状纹饰的形态特征、超微结构和原始矿物组成。Mediata的纹饰鳞片从外到内可分为外、中、内三层。外层为覆盖整个鳞片状纹饰的原始角质层。中层由磷灰石集聚体组成,该集聚体在中层外部表现为紧密且无定形排列,说明其原始成分可能为有机质;而在中层内部集聚体则排列成纤维状结构,暗示其原始矿物成分可能为文石。内层由平行于鳞片长轴方向的束状结构组成,束状结构内部有许多相互平行的微米级细长空心棱柱状结构,棱柱状结构之间被有机膜分隔。Mediata内层的超微结构和蒙古西南部纽芬兰统Bayangol组发现的软体动物Posta...     

几种生物CaCO_3霰石结晶的取向性

ＣａＣＯ３结晶广泛分布于生物界,其主要结晶形式为方解石、霰石及球霰石。用Ｘ－射线衍射法对三角帆蚌及合浦珍珠母贝的珍珠层、墨鱼骨和大黄鱼耳石的ＣａＣＯ３结晶进行测定,发现各样品均有一定取向性,以三角帆蚌和合浦珍珠母贝珍珠层的取向性为最强,墨鱼骨的取向性次之,大黄鱼耳石的取向性最小,以上材料粉末样的衍射分析表明,各样品对应ｄ值间差异极小,均为Ｘ射线衍射卡（５—０４５３）所表征的ＣａＣＯ３霰石结构。     

固-液两相法培育金针菇菌丝体制作保健饮料

利用毛细管吸收水份迅速的原理，以不同配比的方解石和玉米芯作材料，加入培养液，筛选最佳载体模型，用固－液两相法快速培育金针菇菌丝体，在60℃低温提取营养成份，与灵芝，枸杞等天然植物原料水浸提取物调配，采用最优主辅料配方，制得香味浓郁的儿童天然饮品，为用生物技术开发玉米芯等农副产品资源制作保健食品探索了一条可行实验途径。