【摘要】 离子需要使用 SEM，最好是冷冻 SEM，以便可以在接近其体内环境的情况下观察细胞和壳。

荚状藻是一种淡水单细胞绿藻，在细胞周围形成透镜状的方解石壳。我们使用扫描共聚焦显微镜以及在玻璃化后使用冷冻扫描电子显微镜 (cryo-SEM) 记录了活子细胞中仍处于生殖复合体内的 P. lentularis 生物矿化途径。我们表明，矿物质形成所需的部分或全部钙离子通过内吞作用进入细胞，正如从钙黄绿素荧光染料的摄取推断的那样。离子首先聚集在细胞内囊泡内，形成小晶体，通过双折射、反射率和接近天然水合状态的细胞的冷冻扫描电镜检测到这些小晶体。

 

随后晶体离开细胞并形成透镜状的外壳。小晶体首先覆盖洛里卡外表面，然后融合形成薄薄的连续壳。接下来很可能是第二个壳成熟阶段，其中壳经历增厚和晶体重组。复制复合物的有限受保护体积内的晶体组装允许在子细胞外控制壳的形成。已知只有另外两种单细胞海洋钙化物（颗石藻和miliolid foraminifera）能够进行细胞内晶体形成

图 1 冷冻扫描电镜中不同壳形成阶段的 P. lentularis 繁殖复合体。 A) 最初复制到子细胞中后的复制复合体。三个无壳子细胞被母壳包围。插图：同一区域的 BSE 信号。规模 - 2μm。 B) 壳形成后期的繁殖复合体。顶部：InLens 图像和底部：同一区域的 BSE 图像。后者显示了完全矿化的贝壳。 C) 在壳形成开始时另一个繁殖复合体的 InLens 图像。绿色和黄色矩形中的区域在 D 和 E 中以更高的放大倍数再现。D) C 中绿色矩形在冰升华之前（顶部）和冰升华之后（底部）的 InLens 和 BSE 图像。除去冰后，会露出 2 个额外的晶体（箭头）。 E) 除冰之前 C 中黄色矩形区域的 InLens 和 BSE 图像【1】。

 

离子需要使用 SEM，最好是冷冻 SEM，以便可以在接近其体内环境的情况下观察细胞和壳。然而，在 SEM 中只能观察到一个断裂面，这使得识别完整的复制复合体变得更加困难。

 

为了更详细地观察生殖复合物背景下的子细胞，对具有高浓度生殖复合物的 P. lentularis 培养物进行高压冷冻、破碎并在冷冻扫描电镜中观察。观察到的完整繁殖复合体显示出母壳的空半部分，位于一群小细胞附近。簇中的所有细胞似乎处于壳形成的同一阶段，因此被识别为子细胞。

 

由于冷冻时培养物内的繁殖阶段不同步，我们能够观察到壳形成的不同阶段的复合物（图1）。对许多繁殖复合体的观察使我们能够想象外壳形成的不同阶段。我们按照矿物存在增加的顺序任意排列观察结果，这是可能的，但不能证明矿物形成的不同阶段。使用先进的共聚焦和冷冻扫描电镜技术跟踪了豆壳形成过程中的 P. lentularis。

 

我们发现大量的 Ca 离子通过内吞作用进入细胞。与通过无定形前体形成晶体（目前被认为是多细胞生物体中最广泛的结晶途径）相反，P. lentularis 中的方解石沉积是通过囊泡内的细胞内结晶发生的。壳的形成由几个阶段组成，然后是最后的成熟阶段。尽管类似于其他海洋单细胞生物的矿化过程，P. lentularis 呈现出独特的生物矿化途径。仍需要进一步了解壳的成熟和方解石向 lorica 最外层表面的运输

 

【1】Noy Shaked, Sefi Addadi, Inna Goliand, Steve Fox, Sophia Barinova,  Lia Addadi, Steve Weiner,Intra- to extracellular crystallization of calcite in the freshwater green algae Phacotus lenticularis, Acta Biomaterialia,Volume 167,2023,Pages 583-592

 

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