编辑推荐：
城市污水富含有机物等营养物质，但传统处理技术对小分子无机物处理不足。研究人员针对小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 在含复杂碳源城市污水中的碳固定代谢途径展开研究。发现其总碳去除率 6 天达 73.0% ，明确了碳代谢规律，为利用微藻和污水资源提供新思路。
在当今环境问题日益严峻的背景下，城市污水已逐渐成为水体富营养化的 “主力军”。大量排放的城市污水，不仅携带了高负荷的可生物降解有机化合物，还在处理过程中带来诸多难题。传统的污水处理技术虽然能将复杂有机物转化，但生成的溶解无机碳（DIC）以及气态 CO2处理效果不佳，使得这些小分子物质成为污水处理的 “遗留难题”。与此同时，微藻因其独特的混合营养生长特性，具备处理污水中有机和无机碳及氮、磷等营养物质的潜力，备受关注。微藻在无光或有机碳源丰富时可进行异养生长，有光时则能利用 DIC 或 CO2进行光合自养，这一特性为污水资源化利用带来了希望。然而，目前对于微藻在城市污水中碳转化的具体机制，尤其是有机碳到 DIC 的转化路径以及 DIC 如何进入藻类生物质，仍缺乏系统研究，这严重制约了微藻在污水处理领域的大规模应用。
为了攻克这些难题，国内研究人员开展了针对小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 在城市污水中碳分布和代谢机制的研究。他们的研究成果意义重大，不仅填补了混合营养小球藻在城市污水处理中碳代谢途径的空白，还为基于微藻的污水处理技术提供了关键理论支持，有助于推动污水资源化利用，朝着碳负排放和可持续发展的方向迈进。该研究成果发表在《Bioresource Technology》上。
研究人员在研究过程中主要运用了以下关键技术方法：首先，通过紫外线（UV）诱变结合高碳培养基筛选和驯化，获得小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 突变株；其次，监测不同突变株在城市污水中的生长和碳固定性能，筛选出优势菌株；最后，从微藻生长、营养去除、高附加值产品积累、溶解有机碳（DOC）分布、胞外聚合物（EPS）积累和光合作用等多方面，分析小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 的碳固定水平以及 TOC 和 DIC 的转化情况。
小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 菌株培养
研究人员采用紫外线（UV）诱变的方式，在添加 4.2 g/L NaHCO3的 BG11 培养基中对小球藻进行筛选和驯化。经过 UV 照射，小球藻的 DNA 发生改变，产生了数千条藻系，最终获得了具有优良生长表型的小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61。
城市污水中优势微藻筛选
研究人员对小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61、小球藻（Chlorella）sp. MIHL4 和小球藻（Chlorella）sp. MICV101 这三种突变株在城市污水中的生长和碳固定性能进行监测。结果发现，小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 在碳固定方面表现突出，是更高效的碳固定微藻。
碳去除及代谢分析
研究表明，小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 对城市污水中总碳的去除率在第 6 天达到峰值，高达 73.0%，此时污水中碳向微藻细胞的迁移量也达到最高，DIC 去除率超过 50.0%。通过对顶空 CO2排放、酶活性和中心碳代谢的研究发现，小球藻在生长早期异养代谢更为活跃，而后期则以自养代谢为主。葡萄糖和 NaHCO3的组合能够同时促进小球藻的自养和异养代谢。
碳分布及混合营养机制
该研究重新定义了混合营养下的碳分配，揭示了自养和异养代谢随时间的相互作用。通过对小球藻在城市污水中 TOC 和 DIC 的转化以及细胞内碳分配的综合追踪和转录组分析，明确了小球藻强大的碳固定过程，6 天内可实现超过 50.0% 的 DIC 去除。
综上所述，本研究筛选出的小球藻（Chlorella）sp. MIHQ61 在城市污水净化、碳固定和生物质再利用方面表现卓越。研究揭示的碳代谢机制，为理解微藻在复杂碳源环境下的生长和代谢提供了重要依据。这不仅有助于优化基于微藻的污水处理工艺，提高污水资源化利用效率，还为碳负排放技术和能源利用提供了新的思路和理论支持，推动了微藻在污水处理、资源回收和高附加值产品开发等多领域的应用研究。
