多通道兼養培養揭示瑪氏骨條藻冬季生態(tài)適應性及工業(yè)化利用潛力

2024年《Physiologia Plantarum》雜志刊登了最新的藻類(lèi)研究成果：瑞典哥德堡大學(xué)的研究團隊利用多通道藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統、藻類(lèi)葉綠素熒光儀、藻類(lèi)光合放氧測量?jì)x等儀器，成功揭示了海洋常見(jiàn)硅藻瑪氏骨條藻Skeletonema marinoi（下文簡(jiǎn)寫(xiě)為S. marinoi）在北歐冬季條件下的生態(tài)適應性和工業(yè)潛力。研究發(fā)現：在冬季條件下瑪氏骨條藻能夠通過(guò)混合營(yíng)養方式利用甘油等有機碳源顯著(zhù)提高其生物量產(chǎn)量，從而展現了其在惡劣環(huán)境中的生長(cháng)潛力。這項研究不僅為揭示微藻在氣候條件下的生物適應性提供了新的視角，而且對于微藻在生物技術(shù)和環(huán)境修復領(lǐng)域（廢水處理、生物固碳等）的應用具有重要的指導意義。

這項研究的實(shí)驗過(guò)程可總結為以下三個(gè)階段：

階段 1初步篩選培養

首先，研究人員選取了具有高生產(chǎn)力潛力的S. marinoi本地菌株Sm142作為培養和研究對象。在預培養之后，使用了多通道藻類(lèi)培養與在線(xiàn)監測系統模擬了冬季環(huán)境條件（40μmol photons m?² s?¹、5°C），對不同有機碳源（甘油、葡萄糖和醋酸）添加條件下的S. marinoi進(jìn)行持續培養，并通過(guò)測量光密度、葉綠素熒光和生物質(zhì)濃度來(lái)追蹤微藻的生長(cháng)。

階段2 生理檢測

培養過(guò)程中，研究人員使用藻類(lèi)葉綠素熒光儀測量了諸如Fv/Fm（最大光量子產(chǎn)量）、NPQ（非光化學(xué)淬滅）和ETR（電子傳遞速率）等葉綠素熒光參數；使用藻類(lèi)光合測量?jì)x測定了光合速率和呼吸速率，從而綜合評估了不同碳源添加對Sm142的生理學(xué)影響。

葉綠素熒光參數方面：盡管不同有機碳源添加下進(jìn)行混合營(yíng)養的S. marinoi的Fv/Fm和ETR保持一致，表明光系統II的效率沒(méi)有受到顯著(zhù)影響，但與醋酸條件和光養對照條件相比，NPQ在第10天時(shí)在甘油和葡萄糖條件下顯著(zhù)降低。這表明在利用甘油和葡萄糖作為碳源時(shí)，S. marinoi可能通過(guò)減少能量耗散來(lái)調節光合作用和暗呼吸過(guò)程中的能量分配。

藻類(lèi)光合參數方面：結果顯示甘油添加條件下的凈光合速率和光養對照條件相當，但暗呼吸速率顯著(zhù)升高。表明在利用甘油時(shí)，S. marinoi細胞的呼吸活動(dòng)增強，這與觀(guān)察到的生物量增加相一致。

結合兩方面的數據：S. marinoi在異養條件下，尤其是在有甘油作為碳源時(shí)，其光合生理反應和代謝活性發(fā)生了變化，這些變化有助于提高其在冬季條件下的生長(cháng)和生物量生產(chǎn)。

階段 3 培養條件優(yōu)化

在第三階段，研究團隊進(jìn)一步在光生物反應器中模擬瑞典西海岸的冬季條件，以?xún)?yōu)化大規模培養的條件。他們比較了僅用空氣、添加甘油和空氣、用富含CO2的空氣以及添加甘油和富含CO2的空氣四種不同條件對Sm142生長(cháng)的影響。實(shí)驗結果表明，添加甘油和CO2富集空氣的組合條件能顯著(zhù)提高Sm142的生物量生產(chǎn)力，與僅用空氣的培養條件相比，生物量產(chǎn)量實(shí)現了倍增，這為工業(yè)規模的微藻培養提供了優(yōu)化的培養條件。

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參考文獻

Villanova, V. et al. (2024) ‘Unveiling the ecological resilience and industrial potential of Skeletonema marinoi through mixotrophic cultivation in Nordic winter condition’, Physiologia Plantarum, 176(3), p. e14308.