多通(tong)道兼養培(pei)養(yang)揭示瑪氏(shi)骨(gu)條藻冬(dong)季(ji)生態適應性及(ji)工業(ye)化(hua)利用潛力(li)

2024年《Physiologia Plantarum》雜(za)誌(zhi)刊(kan)登(deng)了(le)最新的(de)藻類研(yan)究成果(guo)：瑞典哥德堡大學的(de)研(yan)究團隊(dui)利用多通(tong)道藻(zao)類培(pei)養(yang)與(yu)在線監測(ce)系統、藻類葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)儀、藻類光(guang)合(he)放(fang)氧測(ce)量儀等(deng)儀器，成(cheng)功(gong)揭(jie)示了(le)海洋常見(jian)矽(gui)藻(zao)瑪(ma)氏骨(gu)條藻Skeletonema marinoi（下(xia)文(wen)簡(jian)寫為(wei)S. marinoi）在北(bei)歐冬(dong)季(ji)條件下(xia)的(de)生態適應性和(he)工業(ye)潛(qian)力(li)。研(yan)究發現(xian)：在冬(dong)季(ji)條件下(xia)瑪氏(shi)骨(gu)條藻能夠通(tong)過混合(he)營養方(fang)式(shi)利用甘油(you)等(deng)有(you)機(ji)碳源顯著提高(gao)其(qi)生物(wu)量產(chan)量，從而展(zhan)現(xian)了(le)其(qi)在惡劣(lie)環境中的(de)生長潛力(li)。這項研(yan)究不僅為(wei)揭(jie)示微藻在氣候(hou)條件下(xia)的(de)生物(wu)適應性提供了(le)新的(de)視(shi)角(jiao)，而(er)且對(dui)於(yu)微藻在生物(wu)技術(shu)和(he)環境修(xiu)復(fu)領(ling)域(yu)（廢水(shui)處(chu)理、生物(wu)固碳(tan)等(deng)）的(de)應用具有(you)重(zhong)要的(de)指導意義。

這(zhe)項研(yan)究的(de)實驗(yan)過程(cheng)可總結為(wei)以(yi)下(xia)三(san)個階段(duan)：

階段(duan) 1初(chu)步篩選(xuan)培(pei)養(yang)

首先(xian)，研(yan)究人(ren)員(yuan)選取了(le)具有(you)高(gao)生產(chan)力(li)潛(qian)力(li)的(de)S. marinoi本地菌(jun)株(zhu)Sm142作為(wei)培(pei)養(yang)和(he)研(yan)究對(dui)象(xiang)。在預培(pei)養(yang)之後，使(shi)用了(le)多通(tong)道藻(zao)類培(pei)養(yang)與(yu)在線監測(ce)系統模(mo)擬了(le)冬(dong)季(ji)環境條件（40μmol photons m⁻² s⁻¹、5°C），對(dui)不(bu)同(tong)有(you)機(ji)碳源（甘油(you)、葡(pu)萄糖和(he)醋(cu)酸(suan)）添(tian)加條件下(xia)的(de)S. marinoi進(jin)行持(chi)續(xu)培(pei)養(yang)，並通(tong)過測(ce)量光(guang)密度(du)、葉綠(lv)素(su)熒光(guang)和(he)生物(wu)質(zhi)濃度(du)來追蹤微藻的(de)生長。

階段(duan)2 生理檢測(ce)

培(pei)養(yang)過程(cheng)中，研(yan)究人(ren)員(yuan)使(shi)用藻(zao)類葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)儀測(ce)量了(le)諸(zhu)如Fv/Fm（最大光(guang)量子(zi)產(chan)量）、NPQ（非(fei)光(guang)化學(xue)淬滅(mie)）和(he)ETR（電(dian)子(zi)傳(chuan)遞速(su)率）等(deng)葉綠(lv)素(su)熒光(guang)參數；使(shi)用藻(zao)類光(guang)合(he)測(ce)量儀測(ce)定了(le)光(guang)合(he)速率和(he)呼吸(xi)速率(lv)，從而綜合(he)評估了(le)不同(tong)碳(tan)源添(tian)加對(dui)Sm142的(de)生理學影(ying)響。

葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)參數方面：盡管不同(tong)有(you)機(ji)碳源添(tian)加下(xia)進(jin)行混(hun)合(he)營養的(de)S. marinoi的(de)Fv/Fm和(he)ETR保(bao)持(chi)壹(yi)致(zhi)，表(biao)明光(guang)系統II的(de)效(xiao)率沒(mei)有(you)受到(dao)顯著影(ying)響，但(dan)與(yu)醋(cu)酸(suan)條件和(he)光(guang)養對(dui)照(zhao)條件相(xiang)比，NPQ在第10天時在甘油(you)和(he)葡(pu)萄糖條件下(xia)顯著降低。這(zhe)表(biao)明在利用甘油(you)和(he)葡(pu)萄糖作為(wei)碳(tan)源時，S. marinoi可能通(tong)過減(jian)少(shao)能量耗(hao)散來調節(jie)光(guang)合(he)作用和(he)暗(an)呼吸(xi)過程(cheng)中的(de)能量分配。

藻類光(guang)合(he)參數方面：結果(guo)顯示甘油(you)添(tian)加條件下(xia)的(de)凈光(guang)合(he)速率和(he)光(guang)養對(dui)照(zhao)條件相(xiang)當，但(dan)暗(an)呼吸(xi)速(su)率(lv)顯著升高(gao)。表明在利用甘油(you)時，S. marinoi細(xi)胞(bao)的(de)呼吸(xi)活(huo)動(dong)增(zeng)強(qiang)，這與(yu)觀(guan)察到(dao)的(de)生物(wu)量增(zeng)加相(xiang)壹(yi)致(zhi)。

結合(he)兩方面的(de)數據：S. marinoi在異(yi)養(yang)條件下(xia)，尤(you)其(qi)是在有(you)甘油(you)作為(wei)碳(tan)源時，其(qi)光(guang)合(he)生理反應和(he)代謝(xie)活(huo)性(xing)發生了(le)變(bian)化，這(zhe)些(xie)變(bian)化有(you)助於(yu)提高(gao)其(qi)在冬(dong)季(ji)條件下(xia)的(de)生長和(he)生物(wu)量生產(chan)。

階段(duan) 3 培(pei)養(yang)條件優(you)化(hua)

在第三階段(duan)，研(yan)究團隊(dui)進(jin)壹(yi)步(bu)在光(guang)生物(wu)反應器中模(mo)擬瑞典西(xi)海岸(an)的(de)冬(dong)季(ji)條件，以(yi)優(you)化(hua)大規模(mo)培(pei)養(yang)的(de)條件。他們(men)比較了(le)僅用空氣、添(tian)加甘油(you)和(he)空氣、用富(fu)含CO2的(de)空氣以(yi)及(ji)添(tian)加甘油(you)和(he)富(fu)含CO2的(de)空氣四(si)種(zhong)不同(tong)條件對(dui)Sm142生長的(de)影(ying)響。實(shi)驗(yan)結果(guo)表(biao)明，添(tian)加甘油(you)和(he)CO2富(fu)集空氣的(de)組(zu)合(he)條件能(neng)顯著提高(gao)Sm142的(de)生物(wu)量生產(chan)力(li)，與(yu)僅用空氣的(de)培(pei)養(yang)條件相(xiang)比，生物(wu)量產(chan)量實現(xian)了(le)倍增，這(zhe)為(wei)工業(ye)規(gui)模(mo)的(de)微藻培(pei)養(yang)提供了(le)優(you)化(hua)的(de)培(pei)養(yang)條件。

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參考文(wen)獻(xian)

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.