硅藻和植物一樣，通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)。它們含有葉綠素等光合色素，利用光能把二氧化碳和水合成糖類等有機(jī)物，并釋放出氧氣。在這個(gè)過程中，大量的二氧化碳從大氣中被吸收進(jìn)入硅藻體內(nèi)，成為全球碳固定的重要環(huán)節(jié)。據(jù)研究，海洋中的硅藻每年通過光合作用固定的碳量可達(dá)數(shù)十億噸之多。當(dāng)硅藻死亡后，它們的有機(jī)物質(zhì)會(huì)向海洋深處沉降。這個(gè)過程被稱為生物泵。一部分有機(jī)碳在沉降過程中被分解重新釋放二氧化碳回到水體中，但仍有相當(dāng)一部分有機(jī)碳能夠到達(dá)深海并被長期儲(chǔ)存起來。這種生物泵作用將表層海水中吸收的二氧化碳有效地轉(zhuǎn)移到深海，從而減少了大氣中二氧化碳的含量。而且，硅藻的硅質(zhì)細(xì)胞壁在沉降過程中相對較重，能夠加速其下沉速度，進(jìn)一步增強(qiáng)了生物泵的效率。

硅藻的碳固定是一種自然的生物過程，不需要額外的能源輸入，與一些人工碳捕獲技術(shù)相比，成本更低且效率較高。它們在全球的水域中廣泛存在，可以大規(guī)模地對碳排放進(jìn)行處理。

除了處理碳排放，硅藻還是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。它們?yōu)楸姸嗟母∮蝿?dòng)物提供食物來源，維持了食物鏈的穩(wěn)定。同時(shí)，硅藻的大量繁殖可以影響水體的光學(xué)性質(zhì)、溫度等物理性質(zhì)，對局部氣候和生態(tài)環(huán)境有著深遠(yuǎn)的調(diào)節(jié)作用。減少對海洋、湖泊等水域的污染，保護(hù)硅藻的生存環(huán)境是至關(guān)重要的。嚴(yán)格控制工業(yè)廢水、生活污水的排放，避免過度捕撈和破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，可以保障硅藻的正常生長和繁殖，使其持續(xù)發(fā)揮碳固定的功能。

深入研究硅藻的生長特性和碳固定機(jī)制，通過實(shí)驗(yàn)室模擬和實(shí)地觀測相結(jié)合的方式，找到促進(jìn)硅藻生長的最佳條件。例如，可以探索不同的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)、光照強(qiáng)度和水溫等因素對硅藻光合作用和生物泵作用的影響，從而有可能通過適當(dāng)?shù)娜藶楦深A(yù)來增強(qiáng)其碳處理能力。

硅藻作為一種天然的碳排放處理 “工具”，有著巨大的潛力。保護(hù)和利用好硅藻資源，深入研究其在碳循環(huán)中的作用機(jī)制并加以合理引導(dǎo)，將為全球應(yīng)對氣候變化和減少碳排放提供一個(gè)極具前景的方向。雖然目前還有很多研究和實(shí)踐工作需要開展，但硅藻已經(jīng)為我們打開了一扇通往更可持續(xù)的碳排放處理之路的大門。

隱秘小環(huán)藻屬于硅藻門、中心綱、圓篩藻目、圓篩藻科、小環(huán)藻屬。作為硅藻家族的重要成員，它在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演著獨(dú)特的角色。

從形態(tài)特征上看，隱秘小環(huán)藻通常呈圓盤狀，細(xì)胞個(gè)體微小但結(jié)構(gòu)精巧。其細(xì)胞壁富含硅質(zhì)，這種硅質(zhì)化的細(xì)胞壁賦予了它獨(dú)特的形態(tài)和一定的機(jī)械強(qiáng)度。細(xì)胞壁上具有精美的花紋，這些花紋不僅是分類學(xué)上的重要依據(jù)，也在一定程度上影響著其生理功能。在光學(xué)顯微鏡下觀察，可以清晰地看到其對稱而規(guī)則的形態(tài)，宛如一件件精美的微觀藝術(shù)品。

隱秘小環(huán)藻廣泛分布于全球海洋環(huán)境中，無論是近海海域還是大洋區(qū)域，都有它們的蹤跡。它們對環(huán)境有一定的適應(yīng)性，在不同的溫度、鹽度和光照條件下都能生存。在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，隱秘小環(huán)藻是初級生產(chǎn)者的重要組成部分，通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并利用海水中的營養(yǎng)物質(zhì)合成有機(jī)物質(zhì)，為整個(gè)海洋食物鏈提供了基礎(chǔ)的能量和物質(zhì)來源。

而近期，相關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)了隱秘小環(huán)藻更為驚人的一面 —— 在脂質(zhì)生物合成方面有著巨大潛力。當(dāng)處于特定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，這種硅藻能夠高效地啟動(dòng)脂質(zhì)合成過程。與其他已知的生物合成體系相比，隱秘小環(huán)藻在脂質(zhì)合成效率上表現(xiàn)突出。它可以在相對短的時(shí)間內(nèi)，將大量的底物轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)，其脂質(zhì)積累的速度之快，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能性。

從應(yīng)用前景來看，這種脂質(zhì)生物合成潛力具有深遠(yuǎn)意義。在能源領(lǐng)域，隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨笈c日俱增，生物燃料成為了重要的發(fā)展方向。隱秘小環(huán)藻所合成的脂質(zhì)可以成為生產(chǎn)高質(zhì)量生物柴油的優(yōu)質(zhì)原料。通過先進(jìn)的轉(zhuǎn)化技術(shù)，這些脂質(zhì)能夠被加工成清潔、可再生的能源，有效緩解傳統(tǒng)化石燃料帶來的能源壓力和環(huán)境問題。

不僅如此，在食品、化妝品等行業(yè)，從隱秘小環(huán)藻中提取的脂質(zhì)也有著廣闊的應(yīng)用前景。在食品工業(yè)中，其脂質(zhì)可以作為健康的油脂來源，富含不飽和脂肪酸等營養(yǎng)成分；在化妝品領(lǐng)域，這些脂質(zhì)可以用于制造高品質(zhì)的護(hù)膚品，為肌膚提供滋潤和保濕效果，滿足消費(fèi)者對于天然、綠色產(chǎn)品的追求。

此外，對于環(huán)境保護(hù)而言，推廣隱秘小環(huán)藻脂質(zhì)生物合成的利用，有助于減少對傳統(tǒng)能源開采過程中對環(huán)境的破壞，同時(shí)，這種可持續(xù)的生產(chǎn)模式也符合全球環(huán)保理念的發(fā)展趨勢。

硅藻是一類具有色素體的單細(xì)胞藻類，廣泛分布于淡水、海水和半咸水中。它們的細(xì)胞外覆有一層堅(jiān)硬的硅質(zhì)細(xì)胞壁，上面有著精美的花紋和圖案，仿佛是大自然用微觀畫筆精心雕琢的藝術(shù)品。

從生態(tài)角度來看，硅藻扮演著至關(guān)重要的角色。在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，硅藻是食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一。它們通過光合作用吸收二氧化碳，釋放氧氣，為海洋生物提供了豐富的食物來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，硅藻每年可固定約 20% 的全球二氧化碳，對維持地球的生態(tài)平衡起著舉足輕重的作用。同時(shí)，硅藻的大量繁殖還可能形成 “藻華” 現(xiàn)象。雖然藻華在某些情況下可能對生態(tài)環(huán)境造成一定的負(fù)面影響，但也從側(cè)面反映了硅藻在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要地位。

硅藻的種類繁多，目前已知的硅藻種類超過一萬種。不同種類的硅藻在形態(tài)、大小和生態(tài)習(xí)性上都有所不同。有的硅藻呈圓形，有的呈長條形，還有的呈放射狀。它們的大小也差異巨大，小的硅藻只有幾微米，而大的硅藻則可達(dá)幾十微米。

在科研領(lǐng)域，硅藻也備受關(guān)注?？茖W(xué)家們通過研究硅藻的結(jié)構(gòu)和功能，為新材料的開發(fā)提供了靈感。例如，硅藻的硅質(zhì)細(xì)胞壁具有獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的吸附能力和光學(xué)性能。研究人員正在嘗試模仿硅藻的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，開發(fā)出具有高效吸附性能的新型材料，用于污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域。同時(shí)，硅藻的光學(xué)性能也為新型光學(xué)材料的開發(fā)提供了可能性。

此外，硅藻在工業(yè)領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。硅藻土是由硅藻的細(xì)胞壁沉積形成的一種天然礦物材料，具有多孔、質(zhì)輕、吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)。硅藻土被廣泛應(yīng)用于污水處理、建筑材料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。在污水處理中，硅藻土可以有效地吸附水中的有害物質(zhì)，如重金屬離子、有機(jī)物等，凈化水質(zhì)。在建筑材料領(lǐng)域，添加了硅藻土的涂料、硅藻泥等產(chǎn)品，具有調(diào)節(jié)濕度、吸附甲醛、防火阻燃等功能。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，硅藻土可以作為一種天然的殺蟲劑，對環(huán)境友好，不會(huì)對土壤和農(nóng)作物造成污染。

總之，硅藻作為一種微小的生物，卻在生態(tài)、科研和工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。隨著科技的不斷進(jìn)步，我們對硅藻的認(rèn)識也將不斷深入，相信在未來，硅藻將為人類的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

在生態(tài)系統(tǒng)中，短柄曲殼藻發(fā)揮著重要的益處作用。首先，作為浮游植物的一種，它是海洋食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。許多海洋生物，如浮游動(dòng)物等，都以短柄曲殼藻為食，是它們重要的食物來源，為海洋生物的生存和繁衍提供了能量支持。其次，短柄曲殼藻在光合作用過程中，能夠吸收大量的二氧化碳，并釋放出氧氣，對維持海洋生態(tài)系統(tǒng)的氣體平衡起著關(guān)鍵作用。這不僅有助于海洋生物的呼吸，對于調(diào)節(jié)全球氣候也有著積極的影響。

此外，短柄曲殼藻對于海洋環(huán)境的監(jiān)測也具有一定的價(jià)值。由于其對環(huán)境變化較為敏感，當(dāng)海洋環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，短柄曲殼藻的種群數(shù)量、分布等特征也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變。因此，科學(xué)家們可以通過研究短柄曲殼藻來了解海洋環(huán)境的變化情況，為海洋環(huán)境保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

隨著對短柄曲殼藻研究的不斷深入，相信它的更多價(jià)值和作用將會(huì)被逐漸發(fā)掘出來。我們應(yīng)當(dāng)更加重視對這種微小生物的研究和保護(hù)，讓它在海洋生態(tài)系統(tǒng)中繼續(xù)發(fā)揮重要的作用。

在微觀的海洋與水域世界中，硅藻宛如一顆璀璨的明珠，從形態(tài)及作用上分別散發(fā)著獨(dú)特的魅力。

硅藻的形態(tài)之美令人贊嘆不已。

在顯微鏡之下，您會(huì)發(fā)現(xiàn)硅藻有的呈圓形，猶如精致的小圓盤，光滑而圓潤；有的則具有奇特的多邊形狀，邊緣線條或流暢或曲折，充滿藝術(shù)感。其細(xì)胞壁上常常有著細(xì)膩而精美的紋理，仿佛是大自然用最細(xì)膩的筆觸勾勒而成，這些紋理或呈規(guī)則的圖案排列，或展現(xiàn)出不規(guī)則的靈動(dòng)之美。從形態(tài)之美來看，硅藻有著各種各樣精巧的形狀，不由得感嘆，大自然才是最好的設(shè)計(jì)師。

硅藻不僅美，其作用也非凡。

硅藻的特異功能在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也呈現(xiàn)出獨(dú)特的魅力。

首先，硅藻富含豐富的營養(yǎng)成分。它含有多種礦物質(zhì)，如硅元素，這對于維持人體正常的生理機(jī)能有著重要意義。此外，還包含一些微量元素，為身體提供了多樣化的營養(yǎng)補(bǔ)充。

從食用價(jià)值來看，硅藻食品具有獨(dú)特的口感。有的硅藻制品具有細(xì)膩而獨(dú)特的質(zhì)感，能為食品增添別樣的風(fēng)味。在一些特色美食中，加入硅藻可以帶來新穎的飲食體驗(yàn)。

在健康方面，硅藻食品也表現(xiàn)出一定的益處。研究表明，其所含的成分可能對人體的某些機(jī)能起到積極的調(diào)節(jié)作用，比如對骨骼和結(jié)締組織的健康可能有所助力。

目前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些以硅藻為原料的食品，如硅藻餅干、硅藻面條等。這些產(chǎn)品不僅豐富了食品的種類，也為消費(fèi)者提供了更多健康選擇。

硅藻，以其形態(tài)之美和特異功能，向我們展示了一個(gè)微觀卻又無比精彩的世界。它們是大自然的杰作，也是我們深入探索和理解生命奧秘的重要對象。讓我們一同走進(jìn)硅藻的奇妙世界，領(lǐng)略這份獨(dú)特的美麗與神奇。

如果您想了解更多的藻知識，請聯(lián)系我們。我們是一家做藻及光反應(yīng)器的公司。做藻，我們是認(rèn)真的！本文圖片來源：微觀世界之旅。

光合作用是地球上規(guī)模最大、最為重要的化學(xué)反應(yīng)。光合生物重新塑造了地球表面和大氣層成分，也演化出了千姿百態(tài)的生命形態(tài)。其中，最為人所熟悉的就是陸地上各種各樣的綠色植物。

對于綠色植物而言，光合作用主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光，該現(xiàn)象與綠色植物吸收光的基本單位有關(guān)。綠光波段的能量基本沒有被綠色植物所利用，這也是它們呈現(xiàn)綠色的主要原因。但是，自然界中并非沒有能利用綠光的光合生物。海洋藻類擁有色彩斑斕的捕光蛋白，比如藍(lán)藻的藻藍(lán)蛋白、紅藻的藻紅蛋白、硅藻的巖藻黃素—葉綠素蛋白等，可以幫助海藻在不同的海水深度利用不同的太陽光能。其中，海洋赤潮的主要“肇事者”硅藻可謂是最“成功”的光合生物之一，其分布范圍廣，吸收二氧化碳的能力約占全球生態(tài)系統(tǒng)的1/5，比熱帶雨林的貢獻(xiàn)還高。

此前研究表明，硅藻特有的捕光天線蛋白具有出色的藍(lán)綠光捕獲能力和極強(qiáng)的光保護(hù)能力。然而，硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)長期沒有得到解析，極大限制了硅藻光合作用的研究。這次，科研人員解析了硅藻的主要捕光天線蛋白高分辨率結(jié)構(gòu)，這是硅藻的首個(gè)光合膜蛋白結(jié)構(gòu)解析研究工作，為研究硅藻的光能捕獲、利用和光保護(hù)機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。基于該成果，科學(xué)家有望設(shè)計(jì)出能夠利用綠光波段、具有高效捕光和光保護(hù)能力的新型作物，也可為現(xiàn)代化智能植物工廠的發(fā)展提供新方向。

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硅藻（wikipedia.org/wiki/Diatom）

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硅藻可能起源于紅藻的二次內(nèi)共生事件，是現(xiàn)代海洋最“成功”的浮游光合生物之一，也是是海洋赤潮的主要類群之一。硅藻具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，種類繁多，在海洋中從赤道到兩極都有分布，甚至在淡水、土壤和空氣中都可以生存。那么硅藻為何會(huì)如此“成功”呢？先前的研究表明，精致的硅納米結(jié)構(gòu)的細(xì)胞壁、緊密的線粒體和葉綠體能量偶聯(lián)、奇特的氮素代謝能力、強(qiáng)大高效的光合作用能力是硅藻能夠在海洋中繁盛的重要原因。硅藻捕光天線蛋白“巖藻黃素-葉綠素a/c蛋白復(fù)合體”（Fucoxanthin chlorophyll a/c protein，F(xiàn)CP）具有出色的藍(lán)綠光捕獲能力和極強(qiáng)的光保護(hù)能力，是硅藻細(xì)胞快速生長和繁殖的能量基礎(chǔ)【4,5】。然而，硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)長期沒有得到解析，極大限制了硅藻光合作用的研究。

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圖1：三角褐指藻類囊體膜上的 FCP 二聚體晶體結(jié)構(gòu)。A和B：FCP 蛋白和晶體；蛋白中的葉綠素a（綠色），葉綠素c（洋紅色），巖藻黃素（橙色）和硅甲藻黃素（藍(lán)色）分子結(jié)構(gòu)分別以棍狀圖顯示。

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2019年2月8日，國際著名學(xué)術(shù)期刊 Science 在線發(fā)表了中國科學(xué)院植物研究所沈建仁和匡廷云研究團(tuán)隊(duì)題為Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms 的研究長文（Article），報(bào)道了硅藻捕光天線蛋白 (FCP) 捕獲藍(lán)綠光和淬滅過剩激發(fā)能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這是硅藻的第一個(gè)光合膜蛋白結(jié)構(gòu)解析研究工作（圖1和2），也是中國科學(xué)院植物研究所繼高等植物和紅藻重要光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究之后【6-8】，在海洋重要光合生物膜蛋白結(jié)構(gòu)與功能研究領(lǐng)域取得的又一重要突破。

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硅藻的FCP復(fù)合體屬于捕光天線復(fù)合物超級蛋白家族，但其氨基酸序列與高等植物和綠藻的葉綠素a/b捕光天線蛋白（LHC蛋白）的序列同源性很低【6】，特別是在N和C末端差異很大（圖3A）。尤其是 HelixD 和一些關(guān)鍵氨基酸丟失，導(dǎo)致 FCP 以同質(zhì)二聚體的方式聚合，而不是多年以來預(yù)測的三聚體模型。FCP 依賴類囊體膜基質(zhì)側(cè)表面的氫鍵和膜內(nèi)的兩個(gè)葉綠素以及一對 Helices C 形成的強(qiáng)力疏水作用形成二聚體（圖2）。

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圖2：FCP二聚體結(jié)合方式。A：葉綠素（Chl）a406和Helices C形成的大范圍疏水作用；B和C：類囊體膜表面的R104和S100側(cè)鏈形成一對氫鍵

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FCP 結(jié)合大量巖藻黃素和葉綠素c，可捕獲藍(lán)綠光，以適應(yīng)深水下弱光環(huán)境，也使得硅藻細(xì)胞呈現(xiàn)紅褐色。研究人員通過結(jié)構(gòu)解析發(fā)現(xiàn)，每個(gè) FCP 單體中結(jié)合7個(gè)葉綠素a，7個(gè)巖藻黃素，2個(gè)葉綠素c，1個(gè)硅甲藻黃素和一些脂類及去垢劑分子（圖1和圖3）。每個(gè) FCP 單體結(jié)合的葉綠素?cái)?shù)量少于 LHCII 復(fù)合體中的14個(gè)葉綠素（圖3B）。2個(gè)葉綠素c都結(jié)合在葉綠素a和巖藻黃素形成的特征性口袋結(jié)構(gòu)中，每個(gè)葉綠素c分子分別與2個(gè)葉綠素a分子成簇，并與其中1個(gè)葉綠素a分子緊密耦合；每個(gè)葉綠素簇內(nèi)的葉綠素距離都在3.5?左右（圖4），可以使能量快速高效地傳遞。 FCP 二聚體內(nèi)部的葉綠素距離都在10?之內(nèi)，使激發(fā)能達(dá)到快速的平衡和傳遞。

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圖3：FCP 和 LHCII 結(jié)構(gòu)對比。A：Lhcf4 和 Lhcb1 的二級結(jié)構(gòu)差異；B:FCP結(jié)合的葉綠素a（綠色）和葉綠素c（洋紅色），LHCII 中的葉綠素a/b分別用藍(lán)色和銀色顯示。C:類胡蘿卜素結(jié)合位點(diǎn)對比。硅甲藻黃素:Ddx；葉黃素:Lut；紫黃質(zhì):Vio；新黃質(zhì):Neo。

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圖4： FCP 單體中的葉綠素c和巖藻黃素結(jié)合位點(diǎn)。A：對稱分布的葉綠素c和巖藻黃素及其結(jié)合的氨基酸側(cè)鏈。B和C：葉綠素簇與巖藻黃素分子的空間關(guān)系。

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巖藻黃素是具有共軛羰基的類胡蘿卜素，具有很強(qiáng)的溶劑效應(yīng)，其結(jié)合的極性的蛋白環(huán)境是捕獲綠光的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在每個(gè) FCP 單體中，6個(gè)巖藻黃素分子插入到光合膜內(nèi)，另1個(gè)新型的巖藻黃素分子水平結(jié)合在膜表面，這拓展了類胡蘿卜素在捕光天線蛋白中的結(jié)合方式和綠光捕獲能力。其中 Fx303 和 Fx305 與高等植物的 Lutein 相似（圖3C），結(jié)合在完全疏水的膜內(nèi)蛋白環(huán)境中，以此推測其吸收光譜紅移最少，主要捕光藍(lán)綠光（460-500 nm）。結(jié)合在葉綠素c丙烯酸尾部的 Fx306 和 Fx307 的兩個(gè)末端基團(tuán)都暴露在極性環(huán)境下，導(dǎo)致它們的吸收光譜紅移至 500-550 nm，可以幫助硅藻捕獲并利用綠光。平躺的 Fx304 也將兩個(gè)末端基團(tuán)都暴露在膜表面，也是可以捕獲綠光的巖藻黃素分子。而 Fx301 和 Fx302 只有一個(gè)末端基團(tuán)暴露在類囊體膜囊腔側(cè)（圖5A），捕獲綠光的能力介于前兩類之間。

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所有巖藻黃素與葉綠素距離都在 4 ?之內(nèi)，形成共軛系統(tǒng)的偶聯(lián)，使其捕獲的光能可以高效地向葉綠素傳遞，同時(shí)也可能使巖藻黃素作為光保護(hù)的有效分子（圖5 B-F）。硅甲藻黃素分子與 FCP 蛋白結(jié)合較弱，可能是與周圍的膜脂分子相關(guān)，以便于參加到硅藻的類胡蘿卜素循環(huán)中，進(jìn)而使得硅藻適應(yīng)從水下到水面的快速劇烈的光環(huán)境變化（圖1和圖5）。

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圖5 巖藻黃素和硅甲藻黃素在 FCP 二聚體中的蛋白結(jié)合環(huán)境（A）以及與葉綠素之間的空間關(guān)系（B-G）。

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該高分辨率的 FCP 晶體結(jié)構(gòu)首次描繪了葉綠素c和巖藻黃素在光合膜蛋白中的結(jié)合細(xì)節(jié)，闡明了葉綠素和巖藻黃素在 FCP 復(fù)合體中的空間排布，揭示了葉綠素c和巖藻黃素捕獲藍(lán)綠光并高效傳遞能量的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；首次揭示了 FCP 二聚體的結(jié)合方式，對幾十年來硅藻主要捕光天線蛋白聚合狀態(tài)研究提供了第一個(gè)明確的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這一研究工作為揭示光合作用光反應(yīng)拓展捕光截面和高效捕獲傳遞光能機(jī)理，以及硅藻超強(qiáng)的光保護(hù)機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；為實(shí)現(xiàn)光合作用寬幅捕獲和快速傳遞光能的理論計(jì)算提供了可能，為人工模擬光合作用機(jī)理提供了新理論依據(jù)。也為指導(dǎo)設(shè)計(jì)新型作物、提高植物的捕光和光保護(hù)效率提供了新思路和新策略。

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匡廷云院士與沈建仁研究員為該論文的通訊作者，王文達(dá)博士和于龍江博士為本文共同第一作者。本項(xiàng)目得到日本岡山大學(xué)的合作研究支持，也得到了上海光源同步輻射光源、日本 SPring8 和 KEK 同步輻射光源、以及瑞士 SLS 同步輻射光源的技術(shù)支持；中國科技部國家蛋白質(zhì)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中組部人才支持項(xiàng)目、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國科學(xué)院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目和院長基金提供了經(jīng)費(fèi)資助。

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據(jù)了解，該論文最初投稿的類型為report，Science 編輯部和四位 Reviewers 都對該高分辨率的海洋硅藻捕光天線蛋白工作給予了高度評價(jià)，認(rèn)為這是非常出色和有科學(xué)意義的工作，是相關(guān)研究領(lǐng)域期待已久的結(jié)構(gòu)解析工作，并建議投稿的Report版本拓展為Article形式發(fā)表。

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論文原文鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/363/6427/eaav0365

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5. R. Goss, B. Lepetit. Biodiversity of NPQ. J. Plant Physiol. 172, 13-32 (2015).
6. Z. F. Liu, H. C. Yan, K. B. Wang, T. Y. Kuang, J. P. Zhang, L. L. Gui, X. M. An, W. R. Chang. Crystal structure of spinach major light-harvesting complex at 2.72 angstrom resolution. Nature 428, 287-292 (2004).
7. X. C. Qin, M. Suga, T. Y. Kuang, J. -R. Shen. Structural basis for energy transfer pathways in the plant PSI-LHCI supercomplex. Science 348, 989-995 (2015).
8. X. Pi, L. Tian, H. E. Dai, X. Qin, L. Cheng, T. Kuang, S. F. Sui, J. R. Shen. Unique organization of photosystem I-light-harvesting supercomplex revealed by cryo-EM from a red alga. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 115, 4423-4428 (2018).

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? ? 本文轉(zhuǎn)自：BAP ?BioArt植物

—————-我是一枚小小的分割線—————-

1836- 1837年彼得·卡斯滕在德國Haubelberg山的鉆井發(fā)現(xiàn)了一種呈白色或灰白色的礦物。這種礦物多孔性好，很容易搗成細(xì)而軟的粉末。沉睡了億萬年的硅藻再次出現(xiàn)在人類面前：硅藻死后，這些富含硅的硬殼通常被壓碎成細(xì)小、鋒利的碎片，在海洋中沉積，柔軟的、粉狀的、多孔的、富含硅的礦物。

硅藻土具有多種用途，在各行各業(yè)中享有盛名。

在它被發(fā)現(xiàn)之后，阿爾弗雷德·諾貝爾用它來制造炸藥，威廉·伯克菲爾德也用它來開發(fā)過濾蠟燭。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，硅藻土還被用作殺蟲劑，其鮮明的特性使其成為一種有效的害蟲殺手。昆蟲身上覆蓋著一層蠟脂，其功能是保持昆蟲體內(nèi)的水分。當(dāng)昆蟲接觸到硅藻土?xí)r，覆蓋在外骨骼外部的蠟脂被微小的硅藻土碎片所切割，導(dǎo)致昆蟲脫水。因此，這種物質(zhì)可以用來殺死花園中的害蟲、跳蚤、蒼蠅、臭蟲和其他昆蟲。

硅藻土還可以作為一種溫和的磨料，用于金屬拋光，面部磨砂和牙膏。

硅藻土也用于飲用水過濾過程。它也被用來過濾游泳池和魚缸、啤酒、葡萄酒、糖、糖漿、蜂蜜等。

它還用于吸收乙烯氣體，減少水果的腐爛和因此導(dǎo)致的貨架腐蝕，使貨架壽命更長。

近年來，人們發(fā)現(xiàn)硅藻土可以作為人體內(nèi)部的清潔劑，有效地清除寄生蟲和毒素，其中包括自由基和有害重金屬。由于硅藻土顆粒帶有電荷，它們吸引相反電荷的顆粒并將其困在蜂窩狀的結(jié)構(gòu)中，最終以身體廢物的形式排出體外。

本文涉及書籍有：

1. Evolution of Primary Producers in the Sea. Paul Falkowski, Andrew H. Knoll, 2007;
2. The Diatom World. Joseph Seckbach, Springer Netherlands, 2011;
3. Art forms of Nature. Ernst Haeckel, 1904.
4. 列文虎克的信件
5. Mr.C的信件

本文轉(zhuǎn)自：藻類產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新

作者：賈其坤

https://mp.weixin.qq.com/s/86veNbtuwOXTujmp6zyw2w

雖然用途廣泛，硅藻土看上去也不過就是白色土塊，平平無奇，但如果你把硅藻放在顯微鏡下的話，新世界的大門就此打開：

顯微鏡下的硅藻標(biāo)本。圖片：Klaus Kemp

顯微鏡下的異世界

硅藻個(gè)體非常小，一般只有2微米到200微米，最大的圓篩盤藻屬（Coscinodiscus）種類直徑也不過半毫米，肉眼顯然沒法看真切，因此在18世紀(jì)之前，人類從來沒有注意過它們的存在。

第一個(gè)在顯微鏡下觀察到硅藻的人很有可能是荷蘭人列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek），他自制的光學(xué)顯微鏡具有觀察硅藻的能力，他觀察過的樣本中也肯定有硅藻存在。然而可惜的是，他發(fā)表過的所有插畫中沒有任何一幅可以肯定是來自硅藻。

列文虎克簡易顯微鏡的復(fù)制品。圖片：Wellcome Images / wiki commons

真正可以確定的最早的硅藻觀察記錄，出自倫敦皇家學(xué)會(huì)在1703年收到的一篇稿件。作者姓名已不可考，但在文章插畫中，我們可以清晰地看到一種淡水硅藻：平板藻（Tabellaria?sp.）的身影。

最早的硅藻插畫（左）和現(xiàn)實(shí)中的平板藻（右）。左圖：Anonymous (1703).?Philos. Trans. R. Soc.?London.?23(288): 1494；右圖：EQAT?Phytoplankton

硅藻最早的科學(xué)記錄是100多年之后。1846年，荷蘭植物學(xué)家范登博世（R. B. van den Bosch）在他出版的澤蘭省藻類名錄中收錄了硅藻。而真正讓大家見識到硅藻之美的，還是恩斯特·?？藸枺‥rnst Haeckel）在1904年出版的《自然界的藝術(shù)形態(tài)》——當(dāng)然，與此同時(shí)，讓大家見識到的也有很多其他奇奇怪怪物種的美麗。

圖片：《自然界的藝術(shù)形態(tài)》 (1904)，Ernst Haeckel

圖片：《自然界的藝術(shù)形態(tài)》 (1904)，Ernst Haeckel

是動(dòng)物還是植物？

一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人們就在為硅藻到底是動(dòng)物還是植物而爭論不休。

它曾被認(rèn)為是種像草履蟲那樣的單細(xì)胞動(dòng)物，然后又因?yàn)槟軌蜻M(jìn)行光合作用，被分到了植物一邊——它們甚至還有細(xì)胞壁！

顯微鏡下的海生硅藻。圖片：NOAA / wiki commons

然而，真核生物遠(yuǎn)非動(dòng)植物兩分就可以簡單解決的，尤其是顯微鏡發(fā)明之后，那些微小的單細(xì)胞生物如何分類難壞了生物學(xué)家。研究得越多，就越會(huì)發(fā)現(xiàn)這些小東西的多樣性、復(fù)雜程度都遠(yuǎn)超之前的想象。

圓篩盤藻和甲藻——顯微鏡下的都是些什么魔鬼。圖片：Picturepest

現(xiàn)在，科學(xué)界的共識是：硅藻既不是動(dòng)物，也不是植物，而是不等鞭毛生物中的一支。不等鞭毛生物和囊泡蟲、有孔蟲組成一個(gè)叫做“SAR超類群”的類群。這個(gè)類群和包括綠色植物在內(nèi)的原始色素體細(xì)胞生物不在一條分支上，和動(dòng)物、真菌所在的后鞭毛類生物的關(guān)系就更遠(yuǎn)了。

精美的“玻璃”外殼

硅藻的細(xì)胞壁和植物的有著本質(zhì)的區(qū)別，雖然都用果膠作為黏結(jié)部分，但是硅藻的細(xì)胞壁里沒有纖維素，?取而代之的是二氧化硅。這層保護(hù)殼質(zhì)地堅(jiān)硬，表面多孔卻依然“刀槍不入”。有研究者曾嘗試用堅(jiān)硬的針頭碾壓硅藻，試圖將其外殼壓碎，但以失敗告終。

掃描電鏡下的硅藻外殼。圖片：Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy / wiki commons

如此堅(jiān)硬的外殼，可以讓它們免受傷害，但是凡事有利就有弊。硅質(zhì)外殼不能像植物的纖維素質(zhì)細(xì)胞壁那樣變形、長大，這也就意味著一出生，硅藻的大小形狀就已經(jīng)基本上決定了。

你可能已經(jīng)開始擔(dān)心長這樣的硅藻怎樣分裂增殖了，其實(shí)它們自有良計(jì)。硅藻在英文中被稱為diatom，源自希臘語，直譯過來是“分成兩半”的意思。硅藻外殼都是分成兩片的，一片大一些一片小一些，二者恰好可以扣起來，就像微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的培養(yǎng)皿一樣。

還原度相當(dāng)之高。左圖：Sunlin Hu and Chao Liu /?diatoms.org；右圖：CSIRO / wiki commons

硅藻分裂增殖的時(shí)候，分生的兩個(gè)新細(xì)胞一人頂著一片舊有的細(xì)胞壁，然后它們在對面內(nèi)側(cè)再分泌產(chǎn)生一塊新的，將自己保護(hù)起來，物盡所用，非常經(jīng)濟(jì)。

然而，這樣的策略帶來的問題是，每次分裂，就會(huì)有一半的后代不可逆地變小一號，幾代過后，一些運(yùn)氣差的硅藻，屋子可就小到?jīng)]法兒住了。這時(shí)候，它們就會(huì)不再繼續(xù)分裂，而是突然轉(zhuǎn)為有性繁殖，雌雄配子合體成為復(fù)大孢子，重新鑄造一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的外殼，繼而又重新開始進(jìn)入下一輪慢慢變小的歷程。

硅藻的繁殖。圖片：Matt / wiki commons

雖說硅藻是單細(xì)胞生物，不過也并不都是獨(dú)來獨(dú)往的。它們聚在一起時(shí)更像是一個(gè)個(gè)嚴(yán)守紀(jì)律、戰(zhàn)術(shù)縝密的作戰(zhàn)部隊(duì)，不同的種類有它們自有的陣型：

帶狀分布的脆桿藻屬（Fragilaria）群體。圖片：Proyecto Agua

扇狀的扇形藻屬（Meridion）群體。圖片：Detlef Kramer / wiki commons

星形排列的聯(lián)星硅藻屬（Asterionella）群體。圖片：nps.gov

維多利亞時(shí)代的硅藻藝術(shù)

如果說硅藻特殊的結(jié)構(gòu)和排列方式是大自然在微觀世界中的精妙杰作，那么維多利亞時(shí)代的顯微鏡工藝師更可以說是巧奪天工。

在維多利亞時(shí)代，隨著一系列工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們對自然科學(xué)的好奇心越來越狂熱，開始運(yùn)用技術(shù)展開大膽的奇思妙想。在那個(gè)時(shí)候，普通中產(chǎn)階級家庭擁有一臺顯微鏡已經(jīng)并不稀奇了，人們熱衷于收集玻片標(biāo)本，在這里，硅藻憑實(shí)力趕上了第一批顯微鏡工藝片的熱潮。

那個(gè)年代的顯微鏡們。圖片：Wellcome Images / wiki commons

大部分的顯微鏡工藝載玻片在大約1830年到1900年間被制作出來，工藝師用頭發(fā)把擁有精美又穩(wěn)定硅質(zhì)外殼的硅藻挑起，將它們按照想好的圖案擺放并調(diào)整而成。

如果只看硅藻的載玻片你會(huì)發(fā)現(xiàn)“什么也沒有”，而其實(shí)比針尖還小的硅藻正在里面排布了魔法陣，正等著對剛打開顯微鏡的收藏愛好者施“快帶我走”咒（大誤）。

各種漂亮的玻片。圖片：victorianmicroscopeslides.com

雖然顯微鏡加玻片標(biāo)本看上去相當(dāng)實(shí)驗(yàn)室，但這些玻片不論是制作還是觀賞過程，顯然已經(jīng)和科學(xué)本身沒有任何關(guān)系了，只是一些愛好者利用硅藻作為原料進(jìn)行的藝術(shù)創(chuàng)作。然而不得不說，這樣的創(chuàng)作，對于大眾對自然科學(xué)的了解有著非常大的幫助。

不信？左右滑動(dòng)看看下面這組照片吧：

強(qiáng)迫癥滿足終極vip套餐！圖片：california academy of sciences geology

本文轉(zhuǎn)自：物種日歷https://mp.weixin.qq.com/s/ikZv0rfgAU7jKrejlhf8gg

?蛋白基因組學(xué)?(Proteogenomics)?是利用蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，尤其是高精度的串聯(lián)質(zhì)譜數(shù)據(jù), 結(jié)合基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對基因組進(jìn)行深度注釋。中國科學(xué)院水生生物研究所葛峰課題組采用蛋白基因組學(xué)的研究策略和方法，完成了模式藍(lán)細(xì)菌的基因組深度解析?(PNAS，2014，111（52）：E5633-E5642)?并開發(fā)了針對原核生物的蛋白基因組學(xué)專業(yè)分析軟件GAPP（Molecular & Cellular Proteomics,?2016; 15 (11): 3529-3539）。

在上述工作基礎(chǔ)上，葛峰課題組對真核模式硅藻三角褐指藻的基因組進(jìn)行了深度解析并構(gòu)建了蛋白質(zhì)組精細(xì)圖譜，相關(guān)成果以“Genome annotation of a model diatom Phaeodactylum tricornutum using an integrated proteogenomic pipeline”為題于近日發(fā)表在Molecular Plant雜志上。

葛峰課題組通過整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、ESTs序列等多組學(xué)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了縮減，得到去冗余的三角褐指藻蛋白基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫；通過整合基于蛋白和肽段的樣品預(yù)分離、雙酶切和高分辨質(zhì)譜分析技術(shù)，獲得高質(zhì)量的質(zhì)譜數(shù)據(jù)；質(zhì)譜數(shù)據(jù)的鑒定整合了多種搜索引擎的結(jié)果，提高了蛋白鑒定的深度與覆蓋度；并采用更為嚴(yán)格的肽段假陽性控制策略，從而提高鑒定結(jié)果的可信度；通過開發(fā)新的算法，實(shí)現(xiàn)了真核生物中新的可變剪切體的發(fā)現(xiàn)與點(diǎn)突變基因的鑒定。

本研究精準(zhǔn)鑒定到6628個(gè)已注釋的編碼基因；對未鑒定到的已注釋基因的深入分析發(fā)現(xiàn)，有1895個(gè)基因可能并不編碼蛋白；發(fā)現(xiàn)了606個(gè)新的蛋白編碼基因并校正了506個(gè)已注釋的編碼基因，其中有56個(gè)新發(fā)現(xiàn)的蛋白編碼基因，在之前的研究中被錯(cuò)誤預(yù)測為長鏈非編碼RNA（LncRNA）；鑒定到 268個(gè)可能具有重要功能的微小短肽（micropeptides），21個(gè)新的可變剪切體，并修正了73個(gè)已注釋基因的可變剪切位點(diǎn)以及58個(gè)發(fā)生氨基酸突變的基因；通過將開放式與限定式檢索相結(jié)合的策略，對三角褐指藻中的翻譯后修飾進(jìn)行系統(tǒng)鑒定，發(fā)現(xiàn)了20多種不同種類的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，這些修飾可能參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)眾多的生物學(xué)過程并在細(xì)胞的逆境適應(yīng)中起著重要作用。通過以上工作的完成，實(shí)現(xiàn)了三角褐指藻基因組的深度注釋和蛋白質(zhì)組精細(xì)圖譜的構(gòu)建。

此外，在以上工作的基礎(chǔ)上，本研究還建立了完整的構(gòu)建真核模式生物的蛋白質(zhì)組精細(xì)圖譜的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析流程,可適用于各種已經(jīng)測序的真核生物,成為解讀真核生物基因組及其功能分析的重要工具。

該論文的第一作者是水生所楊明坤高級實(shí)驗(yàn)師，通訊作者是葛峰研究員，該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2016YFA0501304)的資助。

轉(zhuǎn)自：BioArt植物