紫非硫细菌营养调控新突破：碳氮限制与固氮作用重塑其营养蓝图

为探究碳氮限制及生物固氮对紫非硫细菌（PNSB）生长动力学和营养成分的影响，研究人员以光自养氢营养（PAH2）生长的 PNSB 为对象开展研究。结果发现这些因素可改变其氨基酸组成、色素含量等。该研究为可持续微生物蛋白生产提供了依据。

　　在全球追求可持续发展的浪潮中，蛋白质供应体系的变革迫在眉睫。传统依赖动物的蛋白质生产模式面临资源紧张、环境压力大等困境。于是，微生物蛋白（MP）作为极具潜力的替代来源，走进了科研人员的视野。紫非硫细菌（PNSB）凭借光自养氢营养（PA_H2）生长模式，利用绿色氢气和二氧化碳，契合了可持续发展的需求，有望成为未来蛋白质供应的 “新宠”。

然而，目前对于 PNSB 的研究还存在诸多空白。尽管 PA_H2代谢开始受到关注，但与其他微生物相比，研究深度远远不够。而且，碳氮限制以及生物固氮对 PNSB 生长和营养成分的影响尚不明确，这就像迷雾一样，阻碍着 PNSB 在微生物蛋白生产领域的大规模应用。为了拨开这层迷雾，来自国外的研究人员开展了这项意义重大的研究。他们希望通过深入探究，找到调控 PNSB 营养品质的方法，同时了解其在不同氮源下的特性，为可持续微生物蛋白生产提供坚实的理论和实践基础 。最终，该研究成果发表在《Bioresource Technology》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设置上，选用 6 种不同条件（包含不同氮源和底物限制情况），以荚膜红细菌（Rh. capsulatus）为接种物进行摇瓶批次实验。通过绘制生长曲线来表征不同处理下 PNSB 的生长情况，同时进行氮质量平衡分析，以此探究不同因素对 PNSB 生长特性和营养性质的影响。

不同条件对 PNSB 生长的影响

研究人员设置了 6 种实验条件，在摇瓶批次实验中研究氮源和底物限制对光自养氢营养生长的 PNSB 的影响。生长曲线显示，受底物限制的处理（‘[C] AN’、‘[C][A] N’和‘C [A]*’）生物量增长较低；其余处理生物量最终趋于相近水平，表明在部分或完全 NH₄⁺限制的处理中发生了 N₂固定。

碳氮限制对营养成分的影响

碳限制时，富含碳的异亮氨酸减少（降幅达 27%），而富含氮的组氨酸增加（增幅达 18%），这意味着细胞内发生了物质的转化，可能是为了应对碳源不足，将碳资源重新分配到含氮物质的合成中；同时，磷含量上升 40%，这或许与细胞在碳限制下对磷的储存或利用方式改变有关。当碳氮同时限制时，细菌叶绿素 a 和类胡萝卜素含量分别下降 52% 和 34%，这是因为底物分配到光合单元减少，影响了这些色素的合成，进而可能影响光合作用效率。

生物固氮对营养成分和生长的影响

生物固氮使苯丙氨酸和酪氨酸含量提高 39% ，这表明固氮过程为这两种氨基酸的合成提供了更多的氮源，促进了它们的合成；不过，最大生长速率降低至 2.8 倍，尽管如此，最终生物量水平与 NH₄⁺培养的培养物相当，说明生物固氮虽影响生长速率，但不影响最终的生物量积累。

研究结论与讨论

该研究揭示了底物限制会改变光自养氢营养生长的紫色细菌的营养价值和动力学。碳限制下，细胞内物质发生转化，磷含量增加；碳氮共同限制时，光合色素减少。生物固氮能提高特定氨基酸含量，但会降低生长速率，不过不影响最终生物量。这些发现突出了 PNSB 营养的可调节性和代谢的多样性，为将其作为可持续微生物蛋白生产的低碳平台提供了有力支持，也为后续优化微生物蛋白生产工艺、提高产品质量和产量指明了方向，在推动可持续食品系统发展方面具有重要意义。