颗石藻是海洋中广泛分布的单细胞超细微浮游生物,是现代大洋最重要的初级生产者之一,对大洋生态系统有重要的影响。颗石藻在其生命过程中,可以通过生物矿化作用分泌出碳酸钙质的颗石。颗石包含了丰富的地质信息,在古海洋学中具有重要的意义。本论文通过以颗石为环境标型和矿物标型,来获得外界环境变化下颗石藻生物矿化过程以及对环境的指示意义。本文以海洋中广泛分布的颗石藻为研究对象,通过人工气候培养箱调节二氧化碳浓度和温度条件,改变颗石藻培养基中钙、镁、铁等主微量元素水平,模拟未来海洋中复杂的环境变化,研究了它们在耦合作用下对颗石藻的生物矿化作用的影响,主要研究了颗石藻的生长曲线、颗粒无机碳和颗粒有机碳比值、活性氧值,以及胞内的Sr/Ca、Mg/Ca等生理生化指标,以及颗石藻颗石的紫外吸收光谱和红外光谱,分析了颗石的矿物结构变化。另外,加入了海洋中常见的粘土矿物蒙脱石、伊利石,研究粘土矿物与颗石藻相互作用的机制,主要研究在粘土矿物的影响下,颗石藻的生长曲线、颗石的紫外吸收光谱和红外光谱、颗石藻胞内的Sr/Ca、Mg/Ca值变化,以及在颗石藻微生物的作用下,粘土矿物的红外光谱和XRD变化。最后通过野外现场采集的海底的全新世钻孔样品与室内培养的颗石藻样品进行矿物标型特征和环境标型特征对比研究,提取相关联的环境信息。得到以下几点结论。(1)在温度、二氧化碳浓度、镁元素、钙元素变化耦合作用下,结果显示耦合条件对颗石藻的颗石影响较小,颗石藻能够适应在一定程度中的环境变化。加入的Ca含量直接影响颗石藻的生物矿化过程中形成的碳酸钙,进而影响了颗石藻对紫外可见光的反射率。颗石藻对温度也响应灵敏,过高或过低温度都不利于颗石藻的正常生长。加入过量的Mg在颗石藻培养基中影响颗石藻的碳酸钙的结构,可能形成碳酸镁,影响颗石藻的Sr/Ca、Mg/Ca比值。(2)在加入不同浓度铁影响下,结果表明适当量的铁元素能够明显促进颗石藻的生长,符合之前关于“铁施肥”的假设研究,而过量的铁浓度会促进颗石藻细胞内活性氧的产生,在颗石藻培养的末期阶段,活性氧积累会损害细胞结构,抑制颗石藻的生长,而铁元素对颗石藻胞内的Sr/Ca、Mg/Ca值影响较小。颗石藻的紫外光谱显示,适量的铁元素会在颗石藻细胞外围聚集,影响颗石藻对紫外光谱的吸收,促进对可见光的吸收,进而增强光合作用。颗石藻的红外光谱结构显示颗石藻的碳酸钙结构在铁的参与下,有向文石和无定型碳酸钙的方向变化的趋势。(3)通过颗石藻与粘土矿物伊利石、蒙脱石相互作用后,研究表明伊利石对颗石藻的影响较小,蒙脱石因对营养元素的吸附和颗石藻的絮凝作用对颗石藻的生长和Sr/Ca、Mg/Ca元素比值影响较大。颗石藻代谢分泌的生物分子未能通过层间插层作用进入伊利石层间。颗石藻分泌的生物分子可通过插层作用进入并储存于蒙脱石层间。通过本文的研究表明,海洋粘土矿物中的蒙脱石与海洋微生物的相互作用值得地球微生物家关注,可能有助于对古海洋环境的认识,具有重要地质学意义。(4)通过大洋钻探(MD05-2901)获得了中国南海西部的不同深度的颗石沉积样品,并对样品的矿物学表征,结果表明南海西部的沉积点受陆源物质影响较大,表层主要覆盖了颗石藻和硅藻等主要浮游微生物残骸,沉积样品中有机质含量随深度增加而减少。野外颗石样品主要包括一些硅酸盐矿物,且矿物中硅质含量随深度的增加而增加。