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  2024年《Physiologia Plantarum》雜志刊登了最新的藻類研究成果：瑞典哥德堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用多通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、藻類葉綠素?zé)晒鈨x、藻類光合放氧測(cè)量?jī)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(yīng)性和工業(yè)潛力。研究發(fā)現(xiàn)：在冬季條件下瑪氏骨條藻能夠通過(guò)混合營(yíng)養(yǎng)方式利用甘油等有機(jī)碳源顯著提高其生物量產(chǎn)量，從而展現(xiàn)了其在惡劣環(huán)境中的生長(zhǎng)潛力。這項(xiàng)研究不僅為揭示微藻在極端氣候條件下的生物適應(yīng)性提供了新的視角，而且對(duì)于微藻在生物技術(shù)和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域（廢水處理、生物固碳等）的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

 這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可總結(jié)為以下三個(gè)階段：

階段 1初步篩選培養(yǎng)

  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(yǎng)和研究對(duì)象。在預(yù)培養(yǎng)之后，使用了多通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模擬了冬季環(huán)境條件（40μmol photons m?² s?¹、5°C），對(duì)不同有機(jī)碳源（甘油、葡萄糖和醋酸）添加條件下的S. marinoi進(jìn)行持續(xù)培養(yǎng)，并通過(guò)測(cè)量光密度、葉綠素?zé)晒夂蜕镔|(zhì)濃度來(lái)追蹤微藻的生長(zhǎng)。

圖1 不同有機(jī)碳源添加條件下（Photo：光養(yǎng)；Mixo (gly)：添加10 mM甘油的混合營(yíng)養(yǎng)；Mixo (glu)：添加10 mM葡萄糖的混合營(yíng)養(yǎng)；Mixo (ace)：添加2.07 mM醋酸的混合營(yíng)養(yǎng)）A：S. marinoi的葉綠素a熒光增長(zhǎng)曲線B：生物量產(chǎn)量（顯示甘油顯著提高了S. marinoi的生物量）C：使用多通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)培養(yǎng)最后一天的照片（顯示了混合營(yíng)養(yǎng)的藻液顏色比光養(yǎng)的對(duì)照組更深，意味著更高的生物量或色素含量）D：顯微成像（顯示甘油可能促進(jìn)了細(xì)胞聚集）

階段2 生理檢測(cè)

  培養(yǎng)過(guò)程中，研究人員使用藻類葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)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?zé)晒鈪?shù)；使用藻類光合測(cè)量?jī)x測(cè)定了光合速率和呼吸速率，從而綜合評(píng)估了不同碳源添加對(duì)Sm142的生理學(xué)影響。

  葉綠素?zé)晒鈪?shù)方面：盡管不同有機(jī)碳源添加下進(jìn)行混合營(yíng)養(yǎng)的S. marinoi的Fv/Fm和ETR保持一致，表明光系統(tǒng)II的效率沒(méi)有受到顯著影響，但與醋酸條件和光養(yǎng)對(duì)照條件相比，NPQ在第10天時(shí)在甘油和葡萄糖條件下顯著降低。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(diào)節(jié)光合作用和暗呼吸過(guò)程中的能量分配。

  藻類光合參數(shù)方面：結(jié)果顯示甘油添加條件下的凈光合速率和光養(yǎng)對(duì)照條件相當(dāng)，但暗呼吸速率顯著升高。表明在利用甘油時(shí)，S. marinoi細(xì)胞的呼吸活動(dòng)增強(qiáng)，這與觀察到的生物量增加相一致。

   結(jié)合兩方面的數(shù)據(jù)：S. marinoi在異養(yǎng)條件下，尤其是在有甘油作為碳源時(shí)，其光合生理反應(yīng)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(zhǎng)和生物量生產(chǎn)。

圖2 S. marinoi在不同有機(jī)碳源添加條件下的光合作用參數(shù)A最大量子產(chǎn)量（Fv/Fm）；B電子傳遞速率（ETR）；C非光化學(xué)淬滅（NPQ）。其中NPQ顯示出顯著差異，表明不同有機(jī)碳源下瑪氏骨條藻能量耗散程度不同

圖3 甘油添加對(duì)S. marinoi凈光合速率和呼吸速率的影響。表明S. marinoi在利用甘油時(shí)，既維持了光合作用活性，又增強(qiáng)了呼吸活性

階段 3 培養(yǎng)條件優(yōu)化

  在第三階段，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在光生物反應(yīng)器中模擬瑞典西海岸的冬季條件，以優(yōu)化大規(guī)模培養(yǎng)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(duì)Sm142生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加甘油和CO2富集空氣的組合條件能顯著提高Sm142的生物量生產(chǎn)力，與僅用空氣的培養(yǎng)條件相比，生物量產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了倍增，這為工業(yè)規(guī)模的微藻培養(yǎng)提供了優(yōu)化的培養(yǎng)條件。

圖4 S. marinoi在自制光生物反應(yīng)器模擬瑞典冬季條件下的異養(yǎng)生長(zhǎng)效果。A實(shí)驗(yàn)所用的光生物反應(yīng)器系統(tǒng)的外觀。B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的空氣等四種不同條件下S. marinoi的生長(zhǎng)曲線。C 四種不同培養(yǎng)條件下的生物量生產(chǎn)力。結(jié)果顯示，無(wú)論是僅用富含CO2的空氣或是同時(shí)添加甘油和富含CO2的空氣的培養(yǎng)條件，其生物量生產(chǎn)力均顯著高于僅通入空氣的光養(yǎng)條件。

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參考文獻(xiàn)

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.