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为解决微藻培养中生长与脂质积累的权衡难题，研究人员以莱茵衣藻（C. reinhardtii）为对象，探究乙酸盐对两阶段培养（氮充足期促生物质、氮缺乏期促脂质合成）的影响。发现乙酸盐优化可提升生物质、脂质含量及相关酶活性，为微藻生物燃料生产提供策略。
在全球能源危机与温室气体排放加剧的背景下，微藻因生长迅速、光合效率高且能固碳等优势，成为替代化石燃料的理想生物能源候选。然而，微藻大规模生产面临 cultivation 和 harvesting 成本高的难题，且在营养胁迫下，微藻生长与脂质积累间存在固有权衡，如何平衡二者以提升微藻生物质和脂质产量成为亟待解决的关键问题。为突破这一瓶颈，来自国内研究机构的研究人员开展了相关研究，旨在通过优化培养策略，挖掘微藻在生物能源领域的潜力，该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》。
研究人员采用两阶段培养策略，以莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）为研究对象，探究乙酸盐（sodium acetate） supplementation 对微藻生物质积累和脂质合成的影响。研究中主要运用了生长动力学分析、关键酶活性检测（如异柠檬酸裂解酶、苹果酸合酶、柠檬酸合酶等）、基于高分辨质谱（HR - MS）的非靶向代谢组学分析等技术方法，通过这些手段系统解析乙酸盐作用下微藻的代谢变化。
乙酸钠对莱茵衣藻生长的影响
通过在混合营养培养条件下设置乙酸钠浓度梯度（17.5 - 100 mM），对莱茵衣藻进行为期 8 天的培养，分析其生长动态。结果显示，生物质浓度和生产力呈现剂量依赖性增加，表明乙酸钠的合理添加能有效促进微藻生长，为后续脂质合成奠定物质基础。
代谢和生理适应分析
在氮充足的第一阶段（Stage I），适宜浓度的乙酸盐 supplementation 使生物质浓度提升 4 倍，叶绿素 a（Chl a）含量约增加 3 倍，光系统 Ⅱ 最大光化学效率（Fv/Fm）达 0.71。同时，乙醛酸循环中的异柠檬酸裂解酶（isocitrate lyase）活性提高 12.5 倍、苹果酸合酶（malate synthase）活性提高 20 倍，三羧酸循环（TCA cycle）中的柠檬酸合酶（citrate synthase）活性提高 9.75 倍，卡尔文循环（Calvin cycle）中的核酮糖二磷酸羧化酶（RuBisCO）活性提高 1.72 倍，这些关键酶活性的增强，促进了碳代谢和光合作用，推动了生物质的积累。
在氮缺乏的第二阶段（Stage II），50 mM 乙酸盐处理显著提高了脂质含量，达 44% DCW（dry cell weight）。抗氧化酶（超氧化物歧化酶 SOD、过氧化氢酶 CAT、抗坏血酸过氧化物酶 APX）活性增强，表明微藻通过提升抗氧化能力应对胁迫。此外，脂肪酸生物合成途径中的乙酰辅酶 A 羧化酶（ACCase）和甘油 - 3 - 磷酸酰基转移酶（GPAT）活性升高，证实了脂肪酸生物合成的增强。
代谢组学分析
基于 HR - MS 的非靶向代谢组学分析显示，多不饱和脂肪酸和碳水化合物显著减少，而饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸大幅增加。这一变化表明，在第二阶段培养中，细胞碳通量发生了战略性的代谢重编程，转向了适合车用燃料的脂质生物合成。
研究表明，在两阶段培养策略下，乙酸盐 supplementation 可诱导莱茵衣藻发生复杂的代谢调整。第一阶段通过增强关键酶活性，显著促进生物质积累；第二阶段通过代谢重编程，将碳通量导向脂质合成，有效提升脂质含量。该研究揭示了乙酸盐同化诱导的微藻代谢机制，为优化微藻培养、提高生物燃料生产的可持续性和经济性提供了创新策略，有助于推动微藻生物能源的商业化进程，对缓解能源危机和应对气候变化具有重要意义。
