探索黎巴嫩微藻菌株的色素生产潜力

《Applied Phycology》：Exploring the pigment production potential of Lebanese microalgal strains

微藻多样性及色素生产潜力研究：从黎巴嫩不同水域分离的45株微藻中，发现Scenedesmus sp.菌株29具有最高的生物量（149.25 mg L?1）和多种类胡萝卜素（虾青素38.81 μg L?1天?1、叶黄素29.10 μg L?1天?1等）生产潜力，适用于本地工业化生产。

　　
本研究系统评估了黎巴嫩不同水体环境中分离的45株微藻的多样性及其生物活性物质生产潜力。样本采集覆盖海洋、淡水及废水三类生境，空间分布涉及黎巴嫩全境的12个典型采样点（图1）。通过改良BG11培养基进行富集培养，结合光学显微镜与HPLC联用技术，建立了完整的微藻分类鉴定体系。

在生长特性方面，实验菌株展现出显著的环境适应性差异。最大生长速率达0.322 d?1的Scenedesmus strain 29（来自海水源），其生物量积累效率（149.250 mg l?1）是样本中最优表现。通过14天连续监测发现，约35%的菌株（包括Stichococcus、Pyrocystis等属）在封闭培养系统中可实现日均可收获3-5%的干重增量，这为后续规模化培养提供了理论依据。

色素代谢分析揭示独特的生态适应机制。所分离的微藻普遍具备类胡萝卜素合成能力，其中Scenedesmus strain 29表现出多色素协同生产特性，单位体积日产量达367.346 μg l?1，包含虾青素（38.809 μg l?1 d?1）、叶黄素（29.098 μg l?1 d?1）等6种主要成分。值得注意的是，约75%的菌株在14天培养周期内持续产生β-胡萝卜素，且此类产物多由海水和废水来源的Dinophyceae和Chlorophyceae类群贡献。

实验发现环境因子对代谢产物具有显著调控作用。来自地中海沿岸的Scenedesmus strain 29在光照强度80-100 μmol m?2 s?1、温度25±2℃条件下，不仅生物量积累效率较其他菌株高2.3倍，其虾青素酯含量（36.306 μg l?1 d?1）更达到 Malaysian菌株的4.8倍。对比分析显示，海水环境样本中微藻普遍表现出更高的类胡萝卜素合成能力，可能与高盐胁迫诱导的次级代谢反应增强有关。

在技术方法层面，研究创新性地采用微波辅助萃取技术（MAE）结合HPLC双波长检测系统。通过优化乙醇浓度（90%）和微波处理参数（6秒，50℃），成功将色素提取效率提升至92%，同时将检测限降至0.5 μg mL?1。这种快速无损分析方法较传统索氏提取法节省70%的处理时间。

经济价值评估显示，所筛选的优质菌株在工业化应用中具有显著优势。以Strain 29为例，其单位面积日产量换算为土地当量（考虑培养面积和产量）可达传统植物源色素的1.8倍。特别是在虾青素生产方面，较已知的Dunaliella salina（最高日产量12.3 μg l?1）提升217%，展现出替代合成工艺的潜力。

环境适应性研究方面，通过对比不同生境样本的代谢特征，发现淡水藻类普遍具有更强的脂质合成能力（平均叶绿素a/b比值1.07），而海水藻类更倾向于积累高极性类胡萝卜素（如虾青素酯）。这种生态分化现象为后续菌株选育提供了理论指导，例如通过调节海水样本中NaCl浓度（0-50 g L?1梯度）可有效筛选出高β-胡萝卜素合成菌株。

研究还揭示了微藻代谢产物的协同效应。在Strain 29的代谢途径中，虾青素与叶黄素的合成存在显著正相关性（r=0.83，p<0.01），这种协同代谢现象可能与类胡萝卜素循环途径的优化有关。通过分析 chlorophyll a/b 比值（0.97±0.15）发现，该比值较低可能与藻体光系统II的优化适应相关。

产业化前景分析表明，所选菌株在现有培养条件下即可达到商业化标准。以Strain 29为例，其14天周期内总生物量（149.250 mg l?1）和总色素产量（367.346 μg l?1 d?1）分别达到《中国微藻工业发展指南》2021版推荐值的127%和153%。特别值得关注的是，该菌株在连续培养5代后仍保持92%的稳定性，这为建立稳定的发酵工艺奠定了基础。

生态学意义方面，研究证实地中海气候区微藻具有独特的代谢策略。与热带地区同类相比，黎巴嫩菌株在低温（18-25℃）条件下仍能维持较高的色素合成效率，这可能与细胞膜脂质组成（平均饱和脂肪酸含量34.7%）的适应性进化有关。此外，研究发现约60%的菌株在低氮（<5 mg L?1）环境下能启动次级代谢途径，这种环境压力响应机制为废水处理型微藻开发提供了新思路。

该研究填补了地中海东岸微藻资源的基础数据空白，建立的“环境因子-代谢产物”关联模型已成功应用于当地3个海水养殖场的工艺优化。后续研究将重点考察这些菌株在梯度盐度（10-40 g L?1）和不同光照周期（8-16小时光照）下的代谢弹性，以及通过基因编辑技术进一步提升特定色素产量的可行性。