香港城市大學能源與環(huán)境學院 王文雄 & 楊能課題組

低生物量生產率和長期光合效率極大地限制了微藻生物燃料的生產。在此，提出了一種基于具有聚集誘導發(fā)射(AIE)特性的生物相容性胞外聚合物(EPS)探針來選擇具有高光合能力的高生長、抗逆性藻株的新策略。具體來說，合成了AIE活性EPS探針，用于在不同藻類生長階段原位長期監(jiān)測EPS生產力。通過結合基于AIE的熒光技術，藻類細胞根據(jù)其葉綠素和EPS信號分為四個不同的種群。對分選的藻類細胞的機制研究表明，它們具有顯著的抗逆性，并且細胞分裂、生物聚合物生產和光合作用相關基因表達水平高。分選和傳代培養(yǎng)的藻類細胞始終表現(xiàn)出相對較高的生長率和光合能力，導致藻類生物量產量、葉綠素和脂質增加（1.2至1.8倍）。這項研究可能開辟促進基于微藻的生物燃料生產的新策略。

原文鏈接：Bioprospecting of Chlamydomonas reinhardtii for boosting biofuel-related products production based on novel aggregation-induced emission active extracellular polymeric substances nanoprobe

馬來西亞思特雅大學生物技術系 Michelle Yee Mun Teo課題組

雨生紅球藻 (Haematococcus pluvialis) 是蝦青素的重要天然來源，影響著制藥和保健品行業(yè)。然而，從雨生紅球藻中生產蝦青素受到培養(yǎng)周期長和細胞壁厚等因素的限制。最近的研究探索了不同的策略，如優(yōu)化培養(yǎng)條件，以提高蝦青素的生物合成。本綜述論文旨在總結最近在雨生紅球藻蝦青素生物合成的代謝和基因工程方面取得的進展，全面分析了雨生紅球藻蝦青素生物合成途徑中涉及的分子成分和機制，揭示影響其生物合成的特定基因。研究了許多代謝方法，包括操縱光照強度、鹽度、營養(yǎng)缺乏和溫度，以提高微藻的生物量和蝦青素積累。近來，有研究者對基因工程策略進行了研究，通過操縱特定基因 (如 bkt、CrtR-b 和 pds) 來提高蝦青素產量。然而，由于蝦青素的酯化機制以及次生β-類胡蘿卜素從葉綠體到細胞質的轉運機制，基因工程的局限性仍不明確。這種認識上的不足給通過基因工程最大限度地生產蝦青素帶來了挑戰(zhàn)。本綜述還通過對遺傳學、新陳代謝和生物技術策略之間復雜的相互作用進行整體分析，為最大限度地提高蝦青素產量提供了基因工程的最新見解和未來研究方向。

原文鏈接: Genetic engineering of Haematococcus pluvialis microalgae for the enhancement of astaxanthin production: A review

西安建筑科技大學?文剛課題組

與普通的藍藻相比，鞭毛藻需要較低的溫度，并且它在春季和秋大量繁殖。鞭毛藻爆發(fā)還會導致一些水生生物死亡。然而，淡水鞭毛藻的分類和實驗室培養(yǎng)技術仍面臨挑戰(zhàn)，對其研究仍然缺乏。本研究揭示了太陽能/氯氣對典型鞭毛藻褐皮藻的去除效果及機理。單獨模擬太陽能對去除藻類的影響可以忽略不計，以及單獨氯氣對去除藻類的影響也很小。然而，太陽能/氯具有更好的去除效果，其肩長還原因子和k_max增強因子分別為2.80和3.8，表明太陽能/氯比單獨使用太陽能和氯具有更短的潛伏期和更快的失活速率。隨著氯用量的增加，藻類的去除率逐漸提高，但隨著細胞密度的增加，藻類的去除率下降。當實驗溫度提高到30°C時，除藻效率顯著提高，因為該溫度不適多甲藻的生存。由太陽/氯產生氯和羥基自由基（?OH）對細胞膜的傷害造成細胞膜完整性下降，導致細胞內活性氧增加，抑制光合作用和抗氧化系統(tǒng)。由于嚴重的細胞損傷或囊腫形成，在氯或太陽能/氯系統(tǒng)中均未觀察到細胞再生。此外，自然太陽輻射與模擬太陽輻射具有相同的增強作用。然而，與119介質相比，太陽能/氯在真實水中的藻類去除效率降低，主要是由于真實水基質中的本底物質消耗了氧化劑或充當遮光劑。

原文鏈接：Emergency control of dinoflagellate bloom in freshwater with chlorine enhanced by solar radiation: Efficiency and mechanism

同濟大學環(huán)境科學與工程學院?戴曉虎課題組

當使用厭氧消化物培養(yǎng)微藻時，不恰當?shù)臏缇呗詴种莆⒃宓纳L。本研究旨在科學地選擇一種低成本的厭氧消化物消毒預處理方法，用于大規(guī)模微藻培養(yǎng)。在這項工作中，采用了三種不同的方法對城市厭氧沼液進行消毒，包括高壓滅菌、紫外線或 NaClO 處理。然后在稀釋的沼液中培養(yǎng)四尾柵藻 (Scenedesmus quadricauda)，以同時生產脂質和去除營養(yǎng)物質。結果表明，NaClO處理后，由于游離氯的殘留，四尾柵藻的生長受到抑制。15 min的紫外線照射有效地減輕了微生物污染，增加了營養(yǎng)物的有效性，增強了微藻光合作用的電子傳遞。培養(yǎng)6天后，紫外線組的微藻生物量濃度為 1.09 g/L，與高壓滅菌組（1.15 g/L）相當,并且營養(yǎng)物去除效率很高，COD去除率為93.30%，NH4+-N去除率為92.56%，TN去除率為85.82%，TP去除率為95.12%。此外，四尾柵藻在紫外線組的培養(yǎng)系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢，擊敗了本地微生物。在細菌和藻類的協(xié)同去除污染物中，兼性厭氧菌Comamonadaceae和好氧菌Moraxellaceae發(fā)揮了重要作用，而不是嚴格的厭氧菌Paludibacteraceae和Bacteroidetes_vadinHA17。細菌對氮和磷的潛在競爭導致紫外線組的脂肪含量最高(48.19%)。因此，本研究建議在大規(guī)模微藻培養(yǎng)中使用15 min的紫外線處理厭氧消化物。

原文鏈接：Improved microalgae growth and lipid production in anaerobic digestate with ultraviolet radiation pretreatment

硅藻和植物一樣，通過光合作用將二氧化碳轉化為有機物質。它們含有葉綠素等光合色素，利用光能把二氧化碳和水合成糖類等有機物，并釋放出氧氣。在這個過程中，大量的二氧化碳從大氣中被吸收進入硅藻體內，成為全球碳固定的重要環(huán)節(jié)。據(jù)研究，海洋中的硅藻每年通過光合作用固定的碳量可達數(shù)十億噸之多。當硅藻死亡后，它們的有機物質會向海洋深處沉降。這個過程被稱為生物泵。一部分有機碳在沉降過程中被分解重新釋放二氧化碳回到水體中，但仍有相當一部分有機碳能夠到達深海并被長期儲存起來。這種生物泵作用將表層海水中吸收的二氧化碳有效地轉移到深海，從而減少了大氣中二氧化碳的含量。而且，硅藻的硅質細胞壁在沉降過程中相對較重，能夠加速其下沉速度，進一步增強了生物泵的效率。

硅藻的碳固定是一種自然的生物過程，不需要額外的能源輸入，與一些人工碳捕獲技術相比，成本更低且效率較高。它們在全球的水域中廣泛存在，可以大規(guī)模地對碳排放進行處理。

除了處理碳排放，硅藻還是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。它們?yōu)楸姸嗟母∮蝿游锾峁┦澄飦碓?，維持了食物鏈的穩(wěn)定。同時，硅藻的大量繁殖可以影響水體的光學性質、溫度等物理性質，對局部氣候和生態(tài)環(huán)境有著深遠的調節(jié)作用。減少對海洋、湖泊等水域的污染，保護硅藻的生存環(huán)境是至關重要的。嚴格控制工業(yè)廢水、生活污水的排放，避免過度捕撈和破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，可以保障硅藻的正常生長和繁殖，使其持續(xù)發(fā)揮碳固定的功能。

深入研究硅藻的生長特性和碳固定機制，通過實驗室模擬和實地觀測相結合的方式，找到促進硅藻生長的最佳條件。例如，可以探索不同的營養(yǎng)物質供應、光照強度和水溫等因素對硅藻光合作用和生物泵作用的影響，從而有可能通過適當?shù)娜藶楦深A來增強其碳處理能力。

硅藻作為一種天然的碳排放處理 “工具”，有著巨大的潛力。保護和利用好硅藻資源，深入研究其在碳循環(huán)中的作用機制并加以合理引導，將為全球應對氣候變化和減少碳排放提供一個極具前景的方向。雖然目前還有很多研究和實踐工作需要開展，但硅藻已經為我們打開了一扇通往更可持續(xù)的碳排放處理之路的大門。

復旦大學環(huán)境科學與工程系 裴海燕課題組

微藻多糖因其在預防和調節(jié)氧化損傷方面的潛在價值而備受關注。本研究旨在揭示調節(jié)氧化應激的機制，以及從三種微藻中提取的多糖在產量、結構和作用上的差異：Golenkinia sp.多糖（GPS）、小球藻（Chlorella sorokiniana）多糖（CPS）和鹽生螺旋藻（Spirulina subsalsa）多糖（SPS）。采用相同的提取方法，GPS、CPS和SPS都是由小分子組分組成的雜多糖：單糖主要由半乳糖（Gal）組成。其中，SPS的小分子組分比例較高，Gal的比例也較高，因此其產量和抗氧化活性最高。GPS、CPS和SPS在體外均表現(xiàn)出較強的抗氧化活性，對氧化應激有較強的調節(jié)能力，其中SPS的抗氧化活性略高。從基因表達分析來看，Nrf2-ARE信號通路是GPS、CPS和SPS調節(jié)細胞氧化應激的重要途徑。這項研究為進一步研究微藻多糖的利用和產品開發(fā)提供了理論基礎。

原文鏈接：Extraction, structural characterization, and antioxidant activity of polysaccharides from three microalgae

隱秘小環(huán)藻屬于硅藻門、中心綱、圓篩藻目、圓篩藻科、小環(huán)藻屬。作為硅藻家族的重要成員，它在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演著獨特的角色。

從形態(tài)特征上看，隱秘小環(huán)藻通常呈圓盤狀，細胞個體微小但結構精巧。其細胞壁富含硅質，這種硅質化的細胞壁賦予了它獨特的形態(tài)和一定的機械強度。細胞壁上具有精美的花紋，這些花紋不僅是分類學上的重要依據(jù)，也在一定程度上影響著其生理功能。在光學顯微鏡下觀察，可以清晰地看到其對稱而規(guī)則的形態(tài)，宛如一件件精美的微觀藝術品。

隱秘小環(huán)藻廣泛分布于全球海洋環(huán)境中，無論是近海海域還是大洋區(qū)域，都有它們的蹤跡。它們對環(huán)境有一定的適應性，在不同的溫度、鹽度和光照條件下都能生存。在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，隱秘小環(huán)藻是初級生產者的重要組成部分，通過光合作用，將太陽能轉化為化學能，并利用海水中的營養(yǎng)物質合成有機物質，為整個海洋食物鏈提供了基礎的能量和物質來源。

而近期，相關的研究中發(fā)現(xiàn)了隱秘小環(huán)藻更為驚人的一面 —— 在脂質生物合成方面有著巨大潛力。當處于特定的實驗環(huán)境下，這種硅藻能夠高效地啟動脂質合成過程。與其他已知的生物合成體系相比，隱秘小環(huán)藻在脂質合成效率上表現(xiàn)突出。它可以在相對短的時間內，將大量的底物轉化為脂質，其脂質積累的速度之快，為大規(guī)模生產提供了可能性。

從應用前景來看，這種脂質生物合成潛力具有深遠意義。在能源領域，隨著全球對可再生能源的需求與日俱增，生物燃料成為了重要的發(fā)展方向。隱秘小環(huán)藻所合成的脂質可以成為生產高質量生物柴油的優(yōu)質原料。通過先進的轉化技術，這些脂質能夠被加工成清潔、可再生的能源，有效緩解傳統(tǒng)化石燃料帶來的能源壓力和環(huán)境問題。

不僅如此，在食品、化妝品等行業(yè)，從隱秘小環(huán)藻中提取的脂質也有著廣闊的應用前景。在食品工業(yè)中，其脂質可以作為健康的油脂來源，富含不飽和脂肪酸等營養(yǎng)成分；在化妝品領域，這些脂質可以用于制造高品質的護膚品，為肌膚提供滋潤和保濕效果，滿足消費者對于天然、綠色產品的追求。

此外，對于環(huán)境保護而言，推廣隱秘小環(huán)藻脂質生物合成的利用，有助于減少對傳統(tǒng)能源開采過程中對環(huán)境的破壞，同時，這種可持續(xù)的生產模式也符合全球環(huán)保理念的發(fā)展趨勢。

維羅納大學生物技術系?Matteo?Ballottari課題組鈣(Ca²⁺)依賴信號在植物和動物細胞對不同環(huán)境刺激的反應中起著很重要的作用。在綠藻模式生物萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中，Ca²⁺信號在脅迫反應、光合作用和鞭毛功能等不同生理過程中起著至關重要的作用。最近的報道確定了Ca²⁺信號機制在特定亞細胞區(qū)室水平的潛在成分，并報道了響應環(huán)境刺激的胞質Ca²⁺濃度的體內成像。C. reinhardtii中這些Ca²⁺相關機制和蛋白質的表征為微藻如何感知和響應環(huán)境刺激提供了相關知識，同時也為這種Ca²⁺信號機制如何進化提供了信息。在這里，我們回顧了目前關于C. reinhardtii中Ca²⁺信號產生、形成和解碼的細胞機制的知識，概述了參與其不同亞細胞區(qū)室Ca²⁺信號傳導的已知和可能的分子參與者。還討論了最近開發(fā)的用于測量活的C. reinhardtii細胞中時間分辨率Ca²⁺信號的先進工具包，建議它們如何改進Ca²⁺信號在微藻對環(huán)境刺激的細胞反應中作用的研究。

原文鏈接：Chlamydomonas reinhardtii cellular compartments and their contribution to intracellular calcium signalling

https://doi.org/10.1093/jxb/erab212

中國水產科學研究院 王小冬課題組流體動力混合對控制微囊藻水華或改變以硅藻為主的藻類群落效果已得到廣泛研究；然而，群落微囊藻生物量對藻類群落發(fā)展的影響卻鮮為人知。為了研究連續(xù)曝氣混合條件下微囊藻水華的變化，在夏季溫室中進行了不同微囊藻生物量、無機氮、磷富集因素的實驗。六個處理中葉綠素 a (Chl-a)分為三個水平：低 Chl-a 水平為 68.4 μg L^-1（處理 L、L-E），中等 Chl-a 水平為 468.7 μg L^-1（處理 M、M-E），高葉綠素 a 水平為924.1 μg L^-1（處理 H、H-E）。L-E、M-E 和 H-E 處理富含相同的無機氮和磷養(yǎng)分。30 天實驗過程中，微囊藻和葉綠素a濃度下降，各處理均出現(xiàn)硅藻菱形藻細胞，其中M、M-E、H、H-E處理占優(yōu)勢，生物量最高的為9.41±1.96 mgL^-1 的菱形藻在處理 H-E 的第 30 天。菱形藻生物量由低到高的排序為(L=L-E)<(M=M-E)<H<H-E(P<0.05)。此外，在所有處理中，菱形藻細胞都是附著在微囊藻菌落上的聚集體。結果表明，微囊藻群落的初始生物量影響藻類從微囊藻優(yōu)勢向菱形藻優(yōu)勢的轉變。然而，在單變量高生物量處理中，富集的無機氮和磷有利于菱形藻的增加。在連續(xù)曝氣混合下從微囊藻優(yōu)勢向硅藻優(yōu)勢的轉變可能是由低光照條件以及微囊藻衰亡釋放的營養(yǎng)物引起的。此外，通氣混合引起的需氧條件維持了集落粘液鞘，以支持菱形藻細胞的聚集生長。這項研究首次發(fā)現(xiàn)，微囊藻水華可能會轉變?yōu)楣柙辶庑卧逶诰奂w中的優(yōu)勢。它提供了一種通過連續(xù)曝氣混合適當?shù)纳锪课⒛以寰鋪砜刂坪筒倏v微囊藻水華以達到硅藻優(yōu)勢的方法。向硅藻主導地位的轉變將為水產養(yǎng)殖提供更多高質量的食物生物，并有利于食物鏈動態(tài)中的物質循環(huán)和能量流動。

原文鏈接：Colonial Microcystis’ biomass affects its shift to diatom aggregates under aeration mixing

https://doi.org/10.1038/s41598-024-53920-5

一、生態(tài)修復領域的中流砥柱

淡水輪藻在凈化水質方面有著卓越的表現(xiàn)。在眾多湖泊和池塘中，隨著周邊生活污水和農業(yè)面源污染的流入，水體富營養(yǎng)化問題日益嚴重。淡水輪藻就像一位盡職的清潔工，它可以大量吸收水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素。研究表明，在一些輕度污染的小型湖泊中引入淡水輪藻后，經過一段時間，水體中的總氮含量可降低約 [X]%，總磷含量降低約 [X]%，有效遏制了藻類過度繁殖導致的水華現(xiàn)象，讓原本渾濁發(fā)綠的湖水重新恢復清澈。

同時，淡水輪藻還能為水生生物營造良好的棲息環(huán)境。其錯綜復雜的藻體結構為小型浮游生物和幼魚提供了躲避天敵的場所。在輪藻生長茂盛的水域，水生生物的多樣性明顯提高，一些對水質要求較高的魚類種群數(shù)量也逐漸回升，為整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡立下汗馬功勞。

二、科研領域的珍貴素材

對于科研工作者來說，淡水輪藻是研究植物進化的活化石。它獨特的細胞結構和繁殖方式，為研究植物從水生到陸生的演化過程提供了重要線索?？茖W家通過對淡水輪藻基因的分析，發(fā)現(xiàn)了與早期植物適應陸地環(huán)境相關的基因片段，這些發(fā)現(xiàn)有助于我們更好地理解生命在地球上的發(fā)展歷程。

此外，淡水輪藻在細胞學和生理學研究中也占據(jù)重要地位。它的細胞內有著特殊的細胞器和代謝途徑，這些特點使得它成為研究植物光合作用、物質運輸?shù)壬磉^程的理想模型。許多大學和科研機構利用淡水輪藻開展前沿研究，推動了植物科學領域的不斷進步。

三、工業(yè)領域的潛力新星

在工業(yè)方面，淡水輪藻也展現(xiàn)出了令人驚喜的應用潛力。它含有豐富的多糖類物質，這些多糖經過提取和加工后，可以作為一種新型的生物材料。在化妝品行業(yè)，淡水輪藻多糖被發(fā)現(xiàn)具有良好的保濕、抗氧化性能，能夠有效改善皮膚的水分保持能力和彈性，一些高端護膚品已經開始將其作為重要的功能性成分。

而且，在能源領域，淡水輪藻也有一定的價值。它可以通過特定的生物技術手段轉化為生物柴油等可再生能源。實驗數(shù)據(jù)顯示，經過處理后的淡水輪藻所產生的生物柴油在燃燒效率和環(huán)保性能上都有不錯的表現(xiàn)，為解決能源短缺和環(huán)境污染問題提供了一種新的思路。

淡水輪藻，這一曾經默默守護淡水生態(tài)的植物，如今正以其多樣化的應用價值，在生態(tài)、科研、工業(yè)等多個領域大放異彩，相信在未來，它將為人類帶來更多的驚喜和福祉。