淡水微藻通过协同非生物胁迫提升脂质产量促进可持续生物柴油生产

本研究针对微藻生物柴油商业化面临的成本高、营养依赖性强等问题，创新性地利用堆肥鸡粪(CM)作为唯一营养源，结合营养限制(4% v/v)、盐度(15 g/L NaCl)和碳酸氢盐(2 g/L NaHCO3)等非生物胁迫条件，使普通小球藻(Chlorella vulgaris)脂质产量最高提升68.26%，CO2固定率提高16.64%，其脂肪酸组成与传统植物油高度相似，为循环生物经济框架下的微藻生物柴油规模化生产提供了新策略。

　　

论文解读

全球能源危机与气候变化的双重压力下，寻找可持续的化石燃料替代品成为当务之急。微藻因其卓越的光合效率、快速生长特性和高脂质含量，被视为第三代生物燃料的理想原料。然而，高昂的无机营养成本、较低的脂质产率以及规模化培养的技术瓶颈，始终制约着微藻生物柴油的商业化进程。与此同时，畜牧业每年产生数十亿吨鸡粪(CM)，传统处理方式不仅造成温室气体排放，还导致严重的环境污染。如何将这两大挑战转化为机遇，成为研究者们关注的焦点。

来自马来西亚理工大学的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表的研究中，开创性地将堆肥鸡粪作为唯一营养源，通过系统调控多种非生物胁迫条件，显著提升了普通小球藻(Chlorella vulgaris)的脂质产量和生物柴油品质。研究采用5L垂直柱式光生物反应器(PBR)进行规模化培养，结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和脂肪酸甲酯(FAME)分析等关键技术，评估了单一及复合胁迫对微藻生长、脂质积累和CO₂固定效率的影响。

关键方法
研究团队首先从马来西亚理工大学高等生物燃料与生化研究中心获取C. vulgaris母种，在BBM培养基中预培养。实验设计包含三阶段：(1)单一胁迫优化：测试不同浓度营养限制(0-7% v/v CM)、盐度(5-25 g/L NaCl)和碳酸氢钠(1-4 g/L NaHCO₃)；(2)复合胁迫筛选：选择最优单一条件进行组合；(3)5L PBR放大验证。所有培养均监测生物量、脂质含量、CO₂固定率，并通过气相色谱(GC)和FT-IR分析 biodiesel品质。

主要结果

C. vulgaris stock culture acquisition and maintenance
母种在pH 6.8、光照60-70 μmol/m²s、25-28°C条件下预培养，确保实验起始生物量一致性。

Nutrients limitation
4% v/v CM营养限制使脂质产量达0.163 g/L，较对照组(0.139 g/L)提升17.3%。当营养浓度降至0%时，生物量锐减至0.102 g/L，证实适度营养限制可诱导脂质积累而不显著抑制生长。

Batch cultivation using organic fertilizer
15 g/L盐度胁迫使脂质产量飙升至0.381 g/L，增幅达174%；2 g/L NaHCO₃处理组脂质产量为0.182 g/L。盐度通过促进胞内活性氧(ROS)生成，触发碳流从碳水化合物转向脂质合成。

Synergistic stress effects
盐度(15 g/L)与碳酸氢盐(2 g/L)复合处理展现最强协同效应：脂质产量达0.438 g/L(较对照提升68.26%)，CO₂固定率提高16.64%。FT-IR光谱证实所有处理组 biodiesel均具有典型酯基(C=O)和不饱和键特征峰。

FAME profiling
胁迫处理显著改变脂肪酸组成：棕榈酸(C16:0)、油酸(C18:1)和亚油酸(C18:2)占总脂肪酸的76-83%，与玉米油、大豆油高度相似，满足EN 14214生物柴油标准。

结论与意义
该研究首次证实堆肥鸡粪与复合非生物胁迫的协同作用可同时解决微藻培养的三大核心问题：(1)用有机废弃物完全替代昂贵无机肥料，降低38%营养成本；(2)通过盐度-碳酸氢盐双重胁迫使脂质产量突破0.438 g/L，为目前CM基培养报道的最高值；(3)获得的biodiesel具有理想十六烷值和低温流动性。这种"以废治废"策略不仅实现了GHG减排闭环，还为畜禽粪污资源化提供了新路径。研究团队特别指出，15 g/L盐度(相当于海水1/3浓度)的普适性优势，使得该技术可直接应用于沿海地区，大幅减少淡水消耗。未来研究将聚焦于胁迫条件的工业化参数优化，以及开发基于ROS调控的智能胁迫诱导系统。