微藻与氢氧化细菌协同光化学自养系统：二氧化碳转化微生物蛋白的创新策略

为解决全球蛋白质需求增长与温室气体排放的矛盾，研究人员开发了一种结合微藻和氢氧化细菌(HOB)的光化学自养系统，用于从CO2 生产微生物蛋白(MP)。研究显示，该联合培养体系在非爆炸性气体条件下生物量达5.5 g VSS/L，蛋白质含量达40.3±8.5%，其生物量产量分别是单一微藻和HOB培养的1.8倍和10倍，同时显著提升CO2 固定效率。该成果为可持续蛋白生产和碳捕获提供了新思路。

　　

随着全球人口预计到2050年将超过90亿，对富含蛋白质食物的需求急剧增加。传统畜牧业贡献了全球14.5%的温室气体排放，加剧了气候变化。微生物蛋白(MP)作为一种替代蛋白质来源备受关注，其中微藻和氢氧化细菌(HOB)因其高蛋白含量和CO₂
固定能力成为研究热点。然而，微藻培养面临光抑制、自遮蔽和光呼吸等问题，而HOB需要易燃的H₂
/O₂
混合气体，存在安全隐患。

为解决这些问题，研究人员开发了一种创新的光化学自养系统，将微藻和HOB联合培养。该系统利用微藻光合作用产生的O₂
支持HOB生长，同时HOB消耗O₂
可减轻微藻的光呼吸抑制。研究在250 mL血清瓶中进行，采用不同比例的H₂
/O₂
/CO₂
混合气体，比较了联合培养与单一培养的生长表现。

研究采用了多种关键技术方法：通过气相色谱监测气体消耗；使用COD(化学需氧量)作为生物量指标；采用Lowry法和DuBois法分别测定蛋白质和碳水化合物含量；通过16S和18S rRNA基因测序分析微生物群落组成。

在最优气体组成(65% H₂
, 20% O₂
, 15% CO₂
)条件下，联合培养的生物量达到4.7 g VSS/L，显著高于单一培养。高CO₂
浓度(30%)测试中，微藻表现出更强的适应性，而HOB生长受限。在无外源O₂
条件下，联合培养仍能达到3.3 g VSS/L的生物量，表明微藻产生的O₂
足以支持HOB生长。最引人注目的是，在低于爆炸极限的O₂
浓度(3.4%)条件下，联合培养的生物量达到5.5 g VSS/L，蛋白质含量达40.3±8.5%。

微生物群落分析显示，联合培养中主要存在Scenedesmaceae微藻和Chryseobacterium等HOB。有趣的是，在低O₂
条件下，Chryseobacterium的相对丰度显著增加，表明其对低氧环境有特殊适应性。

这项研究证实了微藻-HOB联合培养系统的协同效应，不仅提高了生物量和蛋白质产量，还实现了高效的CO₂
固定。该系统可应用于工业废气处理，将CO₂
转化为高价值蛋白产品。研究结果为开发可持续的蛋白质生产系统和碳捕获技术提供了重要参考，对解决全球粮食安全和气候变化挑战具有重要意义。