一个集成的、环保的分析平台，用于探索性评估细绿眼虫（Euglena gracilis，属于绿眼虫门）的生物质组成和抗氧化潜力

《Algal Research》：An integrated, eco-friendly analytical platform for exploratory assessment of biomass composition and antioxidant potential in Euglena gracilis (Euglenophyceae)

微藻E. gracilis在BG11、BG11NPK和SUE三种培养基中，通过ATR-FTIR光谱、ORAC抗氧化活性及多元统计分析，发现BG11NPK生物量产量最高，而SUE在指数期抗氧化活性达299.96±2.27 μmol TE/g，FTIR结合统计有效识别蛋白质、脂类和酚类为关键成分，该方法环保高效，为微藻生物技术应用提供新框架。

　　本研究聚焦于微藻——特别是*Euglena gracilis*（*E. gracilis*）——在不同培养条件和生长阶段下的生化组成及抗氧化潜力。通过引入一种整合的方法论框架，结合了衰减全反射傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱分析、氧自由基吸收能力（ORAC）检测以及多元统计分析，旨在实现对*E. gracilis*生化特性与抗氧化活性的初步探索。这一框架不仅提供了一种整合且环保的分析手段，也体现了在微藻生物技术领域中对可持续性发展的重视。

*E. gracilis*作为一种独特的微藻，因其在生物技术应用中的巨大潜力而受到广泛关注。该物种具有多种代谢方式，如光自养、异养和兼养，这使得它在不同的环境条件下都能保持良好的生长能力。此外，*E. gracilis*还展现出对多种胁迫因子（如酸性pH值、辐射、营养变化、重金属等）的耐受性。这种高度灵活的代谢特性，使其成为一种理想的生物资源，能够用于生产多种高价值的生物活性化合物，如抗氧化剂、多不饱和脂肪酸（PUFAs）、β-葡聚糖类多糖、维生素等。这些化合物不仅具有广泛的生物效应，包括抗病毒、抗菌、抗炎、免疫调节、神经保护和抗增殖等作用，还在食品、化妆品、制药以及农业等领域展现出重要的应用前景。

为了进一步评估*E. gracilis*在不同培养条件下的生长表现，本研究采用三种合成培养基：常规的BG11培养基、含有矿物NPK肥料的BG11NPK培养基，以及来源于城市废水的合成城市废水（SUE）培养基。通过对比这三种培养基对*E. gracilis*生长和生物量产出的影响，研究发现BG11NPK培养基在支持稳定生长和提高生物量产出方面表现优异，相较于SUE培养基，其生物量产出提高了89–118%。然而，SUE培养基在某些方面也展现出独特的优势，特别是在指数生长期，其抗氧化活性显著增强，达到299.96 ± 2.27 μmol TE g?1干生物量的水平。这一结果表明，尽管含有矿物NPK肥料的培养基能够有效提升生物量产出，但以城市废水为培养基的系统可能更有利于促进抗氧化分子的合成。

本研究采用的分析方法具有重要的科学价值。ATR-FTIR光谱分析作为一种非破坏性的快速检测手段，能够在不使用有害化学品的前提下，对微藻的生化组成进行初步评估。ORAC检测则用于量化抗氧化活性，为研究提供了重要的实验依据。而多元统计分析则进一步整合了光谱数据与抗氧化活性之间的关系，揭示了不同培养条件和生长阶段对代谢模式的影响。通过这些分析方法的结合，研究人员能够更全面地理解*E. gracilis*的代谢变化，并识别出蛋白质、脂类和酚类化合物作为抗氧化活性的主要贡献者。

研究还指出，传统生物化学和分子检测方法在实际应用中存在诸多限制。这些方法通常需要大量的实验材料、能源和时间，且在复杂样本中的定量准确性较低。相比之下，ATR-FTIR光谱分析结合多元统计方法不仅提高了检测效率，还降低了实验成本和环境负担。这种整合方法能够为大规模或实时监测提供可行的解决方案，同时也为微藻生物技术的可持续发展提供了新的思路。

在实际应用中，*E. gracilis*的生化特性与抗氧化潜力受到多种因素的影响，包括培养基的种类、光照条件、营养供给以及生长阶段。通过调整这些因素，可以有效调控*E. gracilis*的代谢过程，从而优化其生物量产出和抗氧化活性。例如，BG11NPK培养基在支持稳定生长方面表现突出，而SUE培养基则可能更有利于促进抗氧化分子的合成。这种发现为微藻的高效培养和应用提供了重要的理论依据，同时也为未来的代谢工程策略奠定了基础。

此外，*E. gracilis*的抗氧化活性不仅限于其自身，还可能对其他生物系统产生积极影响。例如，某些研究已经表明，*E. gracilis*衍生的抗氧化剂可以用于农业领域，作为外源化合物提供协同保护，以应对土壤和作物中的生物和非生物胁迫。这种应用前景进一步凸显了*E. gracilis*在生物技术领域中的重要性，同时也为其在食品、制药和化妆品等行业的商业化应用提供了可能。

本研究的另一个重要发现是，*E. gracilis*的抗氧化活性与其代谢模式密切相关。通过ATR-FTIR光谱分析和ORAC检测的结合，研究人员能够识别出蛋白质、脂类和酚类化合物作为抗氧化活性的主要贡献者。这些化合物在不同培养条件下和生长阶段表现出不同的合成趋势，表明其代谢过程具有高度的可塑性和适应性。这一发现不仅有助于理解*E. gracilis*的抗氧化机制，还为未来的代谢工程提供了重要的方向。

研究还指出，尽管ATR-FTIR光谱分析在生化组成分析方面具有优势，但其定量准确性仍存在一定的局限性。特别是在复杂样本中，不同化合物的光谱信号可能会产生高度重叠，从而影响检测的特异性。为了解决这一问题，研究采用了多元统计分析方法，通过捕捉细微的光谱变化并将其与参考数据集进行比对，提高了分析的准确性。这种整合方法不仅适用于*E. gracilis*的生化分析，也具有广泛的应用前景，可用于其他微藻物种的代谢研究。

在研究过程中，研究人员还特别关注了*E. gracilis*的培养条件对其代谢特性的影响。例如，不同的光照周期（如24:0小时和16:8小时）可能会对细胞密度和生物量产出产生不同的影响。通过对比这些条件下的生长表现，研究人员能够更全面地理解*E. gracilis*的代谢动态，并为优化其培养条件提供科学依据。此外，研究还发现，*E. gracilis*在不同生长阶段（如指数生长期和稳定生长期）表现出不同的代谢特征，这表明其代谢过程具有高度的可调控性。

本研究的成果不仅为*E. gracilis*的高效培养和应用提供了理论支持，也为微藻生物技术的可持续发展提供了新的视角。通过整合ATR-FTIR光谱分析、ORAC检测和多元统计分析，研究人员能够更全面地评估*E. gracilis*的生化组成和抗氧化活性，从而为未来的代谢工程策略提供科学依据。此外，研究还强调了在微藻培养过程中，除了关注生物量产出外，还应重视生物活性化合物的合成，以实现更高效的资源利用和更广泛的应用价值。

在实际应用中，*E. gracilis*的抗氧化活性不仅具有重要的商业价值，还可能对人类健康产生积极影响。例如，一些研究表明，*E. gracilis*衍生的抗氧化剂可以用于预防和治疗多种慢性疾病，如癌症、心血管疾病和神经退行性疾病。此外，这些抗氧化剂还可能对免疫系统产生调节作用，有助于改善自身免疫疾病患者的健康状况。这些发现进一步凸显了*E. gracilis*在生物技术领域的研究价值，同时也为其在食品、制药和化妆品等行业的商业化应用提供了可能。

本研究的另一个重要发现是，*E. gracilis*的抗氧化活性与特定的代谢路径密切相关。例如，某些胁迫条件（如抗生素、氮缺乏、镉暴露）可能会激活不同的代谢路径，以应对环境变化。这种发现不仅有助于理解*E. gracilis*的抗氧化机制，还为未来的代谢工程提供了重要的方向。此外，研究还指出，*E. gracilis*的代谢过程具有高度的可塑性，能够根据不同的培养条件和生长阶段进行动态调整，以维持细胞的稳态和膜完整性。

综上所述，本研究通过整合ATR-FTIR光谱分析、ORAC检测和多元统计分析，为*E. gracilis*的生化组成和抗氧化活性提供了全面的评估。这一方法不仅提高了检测的效率和准确性，还为微藻生物技术的可持续发展提供了新的思路。研究结果表明，不同的培养条件和生长阶段对*E. gracilis*的代谢特性产生不同的影响，而这些影响可以通过科学的方法进行调控。此外，研究还强调了在微藻培养过程中，除了关注生物量产出外，还应重视生物活性化合物的合成，以实现更高效的资源利用和更广泛的应用价值。这些发现不仅为*E. gracilis*的高效培养和应用提供了理论支持，也为未来的代谢工程策略提供了重要的科学依据。