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本论文综述了皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai Ino)贝壳生物矿化的研究进展,并采用扫描电镜、X-射线衍射仪、凝胶电泳及傅立叶变换红外光谱技术(FTIR)对皱纹盘鲍贝壳的无机相(CaCO3晶体)、有机基质特性以及贝壳晶体的沉积规律进行了一系列研究,旨在为皱纹盘鲍贝壳生物矿化的研究提供基础理论。研究结果总结如下: 皱纹盘鲍贝壳包括三层结构:最外层为角质层结构,中间是由方解石构成的棱柱层,最内层则是由文石晶片构成的珍珠层。FTIR研究表明,方解石晶体表现出特征性光谱为876cm-1(v2)和710cm-1(v4),而文石晶体的特征光谱为858cm-1(v2)和712-700cm-1(v4)。此外,在棱柱层和珍珠层的谱图中均存在2520-2650cm-1吸收区,分析发现此区的吸收是由HCO3-引起,而且HCO3-存在于贝壳无机相/无机-有机界面上,这表明HCO3-可能作为贝壳沉积的中间产物而存在。分别采用棱柱层和珍珠层的可溶性有机基质(SM)进行离体矿化实验发现,从棱柱层中提取的SM可诱导球状(globular)方解石的沉积,而从珍珠层中提取的SM则诱导针状文石晶体的沉积,表明晶体的多型和形貌受到SM的精确调控。 皱纹盘鲍贝壳有机基质中的SM富含Asx,Gly和Glx,其三者的含量达到总氨基酸量的70%(mol%),而不溶性有机基质(IM)则以Gly,Ala,Ser和疏水性氨基酸为主,类似丝心蛋白。有机基质的FTIR实验表明,SM主要以α-螺旋构象存在,而IM除存在大量的α-螺旋外,还具有β-折叠构象。凝胶电泳显示,整个贝壳的SM至少具有9个组分,其分子量从14到66kD不等;而珍珠层SM仅具有3个组分,分子量为16.3kD,28.5kD和38.6kD。此外,对贝壳IM进行的部分溶解化处理表明,全壳IM溶解后凝胶电泳显示出12kD,14kD和38.6kD三种组分,而珍珠层IM的溶解产物仅表现出38.6kD一种组分。结果表明,皱纹盘鲍贝壳有机基质的特性与其它生物矿化物有机基质的特性相近,而且有机基质中的SM和IM之间并不存在明确的界限。 对贝壳沉积规律认识的缺乏,极大地限制了贝壳生物矿化机制的探讨,虽然离体矿化技术为晶体沉积提供了许多有意义的结果,但其无法全面反应贝壳生活状态的沉积过程。在本研究中,通过跟踪损伤贝壳修复过程和“平珠”形成的过 皱纹盘鲍《月司勿.成比公触洲帕‘功司贝壳生物矿化的墓础学研究程,对皱纹盘鲍贝壳的沉积规律进行了初步的研究。修复实验起始,在距皱纹盘鲍(壳长7.5士o.3cm)壳外生长缘1 .scm处钻孔(D=2.SInm),在损伤后第3,7,15,30日分别取样观察,结果表明,修复3日后,在贝壳损伤部位首先沉积的为有机质,至7日时有机质膜上己沉积有直径为10一30四的球粒状方解石,修复15日后球粒状方解石己聚合成片并开始沉积文石晶体;文石晶体初沉积时为非定向状态,在修复30日后文石晶体沿c轴高度定向排列,这表明外套膜上皮细胞受到贝壳损伤信号的刺激可改变分泌机能从而诱导了不同结构壳体的有序沉积。 “平珠”实验中,将圆形玻片(D=lonun)插入皱纹盘鲍的外套腔中培育,发现最初沉积的为有机质膜,其中在玻片中央沉积的为透明有机质,而在玻片边缘则沉积淡黄色有机质;有机质沉积完全后,方解石晶体开始沉积,其中在透明有机质上沉积的方解石呈长柱状(e longated)且相互平行,而在淡黄色有机质上沉积的方解石呈片状(b lade)或球粒状(sPherulite);方解石晶体相互聚合后,晶体信号刺激外套膜分泌控制文石晶体沉积的有机基质,从而诱导了文石晶体的沉积。“平珠”实验和损伤贝壳修复实验的结果表明,在皱纹盘鲍贝壳的沉积过程中,存在着方解石晶体和文石晶体高度有序的变化。