有机碳源共代谢强化微藻生物质生产与对羟基苯甲酸酯降解：机制解析与转录组启示

针对水体中对羟基苯甲酸酯类内分泌干扰物污染难题，研究人员通过添加有机碳源（如乙酸）激活微藻（Chlorella sorokiniana）共代谢机制，显著提升甲基对羟基苯甲酸酯（MetP）降解率至65%，并促进生物量增长48%。该研究揭示了碳源通过调控光合作用、TCA循环及抗氧化通路的关键基因表达实现高效修复，为微藻废水处理技术提供新策略。

　　

在现代生活中，对羟基苯甲酸酯（Parabens）作为防腐剂广泛存在于化妆品、药品和食品中，但其在水体中的累积已成为严峻的环境问题。甲基对羟基苯甲酸酯（MetP）作为典型代表，不仅干扰水生生物发育，还与人类生殖障碍、肥胖等健康风险密切相关。传统物理化学处理方法成本高且易产生有毒副产物，而微藻修复技术虽能通过生物吸附、积累和降解途径去除污染物，却受限于微藻对MetP的低代谢活性。如何突破这一瓶颈，成为环境生物技术领域的关键挑战。

针对这一问题，中国的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过添加四种有机碳源（甲醇、乙醇、乙酸和葡萄糖）激活Chlorella sorokiniana的共代谢机制，系统解析了碳源对微藻生长和MetP降解的调控作用。研究发现，乙酸作为最优碳源，使微藻生物量提升48%，叶绿素a、b和类胡萝卜素含量分别增至23.12 mg L^-1
、8.1 mg L^-1
和5.7 mg L^-1
，同时将MetP降解率从基线水平显著提高至65%。转录组分析进一步揭示，乙酸通过激活光合作用、三羧酸循环（TCA）和糖酵解相关基因表达，并增强抗氧化酶活性，从而缓解氧化应激，促进胞外聚合物（EPS）分泌，最终实现高效降解。

关键技术方法
研究采用实验室培养的Chlorella sorokiniana，通过添加不同有机碳源（甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖）构建共代谢体系，结合生物量测定、光合色素分析、抗氧化酶活性检测及EPS组分表征评估生理响应。利用高效液相色谱（HPLC）定量MetP降解效率，并通过非靶向代谢组学鉴定降解产物。转录组测序（RNA-seq）解析碳源调控的分子机制，重点关注与代谢通路相关的差异表达基因。

研究结果

乙酸促进微藻生长
实验显示，乙酸组微藻生长速率最高，生物量累积较对照组提升48%。光合色素含量显著增加，表明乙酸通过增强光能捕获效率支持细胞增殖。此外，乙酸组超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性最高，丙二醛（MDA）浓度最低，证实其有效缓解MetP诱导的氧化损伤。

共代谢加速MetP降解
乙酸组的MetP降解率（65%）远超对照组，代谢产物分析鉴定出9种中间产物，包括去甲基化、羟基化和氧化衍生物。EPS中多糖分泌增加，为降解反应提供电子传递介质。

转录组机制解析
乙酸显著上调光合系统II（PSII）相关基因（如psbA）、TCA循环关键酶（如IDH）及糖酵解基因（如HK），促进能量合成。同时，谷胱甘肽代谢通路（GSH）基因表达增强，协同提升抗氧化防御能力，为污染物降解提供还原力支持。

结论与意义
该研究首次系统阐明有机碳源通过共代谢途径协同提升微藻生物质生产与MetP降解效率的双重机制。乙酸通过调控核心代谢网络（光合作用-TCA循环-抗氧化系统）的基因表达，实现“生长-修复”协同强化，为微藻废水处理技术提供理论依据和优化策略。未来可基于此开发定向碳源添加工艺，推动微藻技术在环境修复与资源回收中的应用。