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推荐序

英国诗人William Blake曾写道:“To see a world in a grain of sand(一沙一世界)”,意喻微小中蕴含宏大,微观处可现繁复。这一表述也精确适用于硅藻。

硅藻是自然界中常见的微生物。在池塘里随手掬水,取其中一滴放在光学显微镜下观察,一个富含微米数量级硅藻的微观世界就呈现在眼前。若将硅藻颗粒挑出置于电子显微镜下,更会发现,一粒硅藻便是一座精巧的微型“宫殿”,其结构中孔洞丰富,表面“纹饰”纷呈。实际上,硅藻的种属和形态丰富多彩,并且在水体、沉积物、土壤等诸多环境中均存在。因此,尽管硅藻貌似微不足道,却以其独特的微结构和出色的环境适应能力,诠释了地球生态系统的多样性和复杂性,堪称奇妙。

硅藻早在侏罗纪时期便亮相于地球舞台。自此至今,硅藻种群经历了地球的板块飘移、山川沧桑,见证了恐龙的消逝和人类的崛起,却始终位列水体微生物的主流。如今,硅藻的细分种类已达约20万种,数量和种属都十分庞大。作为地球上最重要的光合微生物,硅藻通过光合作用产生的氧气,贡献了地球氧气总量的五分之一以上,对支撑地球生态体系起着关键作用。尽管硅藻如此重要,在Antonie van Leeuwenhoek发明出能够直接观察微生物的光学显微镜之前,人类从未察觉到地球上生存着硅藻。在侏罗纪到人类纪长达亿年的时间长河里,硅藻默默进化,默默塑造地球生态。直到1703年,在伦敦皇家学会收到的一篇稿件中首次出现显微镜观察硅藻的记录,硅藻的显微形态精美,观察硅藻成为当时的一种雅趣甚至时尚。这驱使了人们对硅藻的日益关注,并留下了丰富的观察记录。1904年,Ernst Haeckel的《自然界的艺术形态》收录了硅藻显微图,已称得上多姿多彩,令读者领略硅藻之美。这些古典时期的光学薄片标本的一部分保存至今,对当今的硅藻研究也颇具宝贵价值。

与硅藻显微观察的兴盛几乎同期,随着工业革命的技术突破和产业繁荣,硅藻沉积成岩形成的矿产——硅藻土也开始得到广泛应用。其中,最突出的例子是Alfred Bernhard Nobel利用硅藻土作为稳定硝化甘油炸药的载体,研发出取得巨大商业成功的新型炸药。就此角度而言,硅藻土对诺贝尔奖的贡献可谓巨大。20世纪开启了从简单观察硅藻到基于硅藻开展多门类科研的新篇章,特别是20世纪30年代扫描电镜和透射电镜的发明,帮助人们首次实现在微米尺度上观察硅藻的精细结构。水生硅藻、土壤硅藻及其生态环境效应研究,乃至硅藻或硅藻土的应用研究,相继兴起。其中极富创造性的一个应用,当属法医学上通过研究逝者身体中的硅藻来判断其是否属于溺亡。随后,基于20世纪下半叶以来多种测试分析新技术(精细谱学、基因测序等)的运用,硅藻和硅藻土的生物、化学、物理和材料学研究在近几十年来得到了快速发展。研究者如今已能够利用聚焦离子束(FIB)减薄技术和飞行时间-二次离子质谱(TOF-SIMS)等技术来研究硅藻壳体内部的超精细结构。研究者在硅藻光合作用的关键机制方面也取得了突破,解析出了硅藻主要捕光天线蛋白的高分辨结构。此外,基于硅藻的先进能源和材料研究(如生物燃料和太阳能电池材料)正在兴起。近年来,研究者还提出了基于硅藻-矿物相互作用的水体二氧化碳固碳策略假说。总体上,硅藻和硅藻土研究呈现出蓬勃发展的喜人局面。

本书原著作者Joseph Seckbach博士和Richard Gordon博士,他们从事藻类微生物的研究和教学已超过半个世纪,在耄耋之年仍笔耕不辍,推出这本内容丰富的硅藻著作。本书的译者重庆大学张育新教授团队在硅藻土材料领域的研究深耕多年,本书的出版无疑将推动我国硅藻相关研究的持续深入,对提高我国硅藻和硅藻土研究水平起到重要作用。

袁鹏
2024年8月14日 GI/kHt4Cuc5ej0BLryDUyvashQpqm9Berw0STZXZd5nOANiojJB5+1pIKIixRnrI



译者序

硅藻是一种独特的微观生物,因其在生物地球化学循环、生态系统平衡以及现代科技中的广泛应用而逐渐引起了科学界的高度重视。本人之前翻译出版了《硅藻纳米技术的进展和新兴应用》,该书详细探讨了硅藻的物种起源以及它们在极端环境中的生存机制,受到了学术界的广泛好评,不仅促进了硅藻研究的普及,也推动了许多年轻学者投身于这一领域的研究工作。

《硅藻:基础与应用》原著由Joseph Seckbach和Richard Gordon主编,全书详尽地介绍了硅藻的生物学特征、生态作用以及在现代科技中的广泛应用,展示了硅藻在各种极端环境中的适应性,并揭示了它们在生物燃料等新兴领域的应用潜力。书中还介绍了Karsten、Holzinger、Witkowski等多位科学家的研究成果,生动展现了硅藻双原子细胞壁的美丽结构。硅藻不仅在科学研究中具有重要的学术价值,其应用前景也在不断扩大。早在2017年,广州市刑事科学技术研究所的硅藻检验技术为诊断溺死原因提供了重要理论支撑,其“法医硅藻检验关键技术及设备”项目获得了国家科技进步二等奖。翻译出版本书的初衷,是希望将这一领域的前沿研究成果引入国内学术界,使更多的研究者、学生和科技工作者能够从中受益,并推动相关研究的发展。作为一个致力于硅藻研究的团队,我们提出了“硅藻-硅藻土-硅酸盐”的硅三角循环体系,在这一领域取得了显著的“顶天-立地-下海”成果:“边修复边增产”的硅藻有机肥(立地)、硅藻基超级电容器电极材料、腐蚀防护(下海)和隐身防护(顶天)的硅藻微胶囊等产品都相继问世,先后四次获得重庆市自然科学奖一等奖、科技进步奖一等奖等省部级奖励。与此同时,团队培养出了许多优秀的本硕博毕业生,被《人民日报》《重庆日报》等宣传报道。此外,我们的研究团队在中国国际“互联网+”等创新创业大赛中屡获殊荣,其中“硅根结缔”项目获得了第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛“青年红色筑梦之旅”金奖和唯一的“最佳乡村振兴奖”。

在此,特别感谢重庆市农业科学院农业工程研究所所长高立洪研究员和重庆大学环境与生态学院谢更新教授对本书的建议和指导,并参与了相关章节的翻译和校稿。高立洪研究员鼓励我们将硅藻用于生态农业和智慧农业领域,谢更新教授鼓励我们将硅藻应用于地外生态圈的改造,这都是非常好的建议,我们倍感振奋。还要感谢广东工业大学袁鹏教授为本书作序,他在硅藻研究领域取得了卓越的成绩,其硅藻的课题研究荣获广东省自然科学一等奖。正是有了袁鹏教授及众多学术前辈的支持与鼓励,才让我们能够在硅藻研究领域不断前行。

最后感谢硅藻(硅藻土)研究的同仁们:中科院广州地化所刘冬研究员、同济大学包志豪教授、东南大学张友法教授和王松副研究员、上海交通大学顾佳俊教授、北京工业大学王金淑教授和吴俊书副研究员等,以及中国科学技术馆、中国科协、英国皇家化学会、重庆市科协、重庆市教科院、沙坪坝区科协、重庆大学校科协、重庆市南渝中学校和重庆大学附中(重庆七中),他们对我们硅藻科普工作的大力支持,使更多的中小学生可以关注到硅藻,喜欢上硅藻。

硅藻的研究正在迅速发展,希望本书能够为研究者们提供宝贵的参考资源,激发更多的研究灵感,并促进国内外学术交流。

张育新
2024年10月 8RSNRpFXd/HFxV9XBD9R/oFUe8/uIpnK8+6NpP7J6CwcoCyRgwC8Cq4+NOmkxS89

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