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2024年《Physiologia Plantarum》雜志刊登了最 新的藻類研究成果：瑞典哥德堡大學的研究團隊利用多通道藻類培養與在線監測系統、藻類葉綠素熒光儀、藻類光合放氧測量儀等儀器，成功揭示了海洋常見硅藻瑪氏骨條藻Skeletonema marinoi（下文簡寫為S. marinoi）在北歐冬季條件下的生態適應性和工業潛力。研究發現：在冬季條件下瑪氏骨條藻能夠通過混合營養方式利用甘油等有機碳源顯著提高其生物量產量，從而展現了其在惡劣環境中的生長潛力。這項研究不僅為揭示微藻在ji端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和環境修復領域（廢水處理、生物固碳等）的應用具有重要的指導意義。
這項研究的實驗過程可總結為以下三個階段：
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，使用了多通道藻類培養與在線監測系統模擬了冬季環境條件（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進行持續培養，并通過測量光密度、葉綠素熒光和生物質濃度來追蹤微藻的生長。
圖1 不同有機碳源添加條件下（Photo：光養；Mixo (gly)：添加10 mM甘油的混合營養；Mixo (glu)：添加10 mM葡萄糖的混合營養；Mixo (ace)：添加2.07 mM醋酸的混合營養）A：S. marinoi的葉綠素a熒光增長曲線B：生物量產量（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與在線監測系統培養最 后一天的照片（顯示了混合營養的藻液顏色比光養的對照組更深，意味著更高的生物量或色素含量）D：顯微成像（顯示甘油可能促進了細胞聚集）
階段2 生理檢測
培養過程中，研究人員使用藻類葉綠素熒光儀測量了諸如Fv/Fm（最 大光量子產量）、NPQ（非光化學淬滅）和ETR（電子傳遞速率）等葉綠素熒光參數；使用藻類光合測量儀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的生理學影響。
葉綠素熒光參數方面：盡管不同有機碳源添加下進行混合營養的S. marinoi的Fv/Fm和ETR保持一致，表明光系統II的效率沒有受到顯著影響，但與醋酸條件和光養對照條件相比，NPQ在第10天時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，S. marinoi可能通過減少能量耗散來調節光合作用和暗呼吸過程中的能量分配。
藻類光合參數方面：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，但暗呼吸速率顯著升高。表明在利用甘油時，S. marinoi細胞的呼吸活動增強，這與觀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，其光合生理反應和代謝活性發生了變化，這些變化有助于提高其在冬季條件下的生長和生物量生產。
圖2 S. marinoi在不同有機碳源添加條件下的光合作用參數A最 大量子產量（Fv/Fm）；B電子傳遞速率（ETR）；C非光化學淬滅（NPQ）。其中NPQ顯示出顯著差異，表明不同有機碳源下瑪氏骨條藻能量耗散程度不同
圖3 甘油添加對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，既維持了光合作用活性，又增強了呼吸活性
階段 3 培養條件優化
在第三階段，研究團隊進一步在光生物反應器中模擬瑞典西海岸的冬季條件，以優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生長的影響。實驗結果表明，添加甘油和CO2富集空氣的組合條件能顯著提高Sm142的生物量生產力，與僅用空氣的培養條件相比，生物量產量實現了倍增，這為工業規模的微藻培養提供了優化的培養條件。
圖4 S. marinoi在自制光生物反應器模擬瑞典冬季條件下的異養生長效果。A實驗所用的光生物反應器系統的外觀。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的生長曲線。C 四種不同培養條件下的生物量生產力。結果顯示，無論是僅用富含CO2的空氣或是同時添加甘油和富含CO2的空氣的培養條件，其生物量生產力均顯著高于僅通入空氣的光養條件。
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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 cultiv ation in Nordic winter condition’, Physiologia Plantarum, 176(3), p. e14308.
