光诱导微藻趋光性聚集技术：一种无化学污染的微藻生物质高效采收新策略

针对微藻生物技术中采收成本高（占生产成本的20-30%）且化学污染影响生物质质量的瓶颈问题，研究人员创新性地利用单侧光照诱导莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）趋光性聚集，在优化条件（105 cells/mL，4000 Lux）下实现89.11%的采收效率。通过Fv/Fm（0.484-0.497）、激光共聚焦拉曼成像和三维荧光光谱等技术证实该方法能保持细胞完整性和生化组成，为高值化应用提供了无污染的采收方案。

　　

微藻作为“绿色细胞工厂”，在碳中和、高值化合物生产等领域展现出巨大潜力，但其产业化面临一个关键瓶颈——传统采收技术如絮凝、离心等不仅能耗高（占生产成本20-30%），还会引入化学污染或破坏细胞结构，严重影响后续生物质利用。如何实现高效、低损的微藻采收，成为制约行业发展的“卡脖子”难题。

针对这一挑战，中国的研究团队独辟蹊径，从微藻与生俱来的趋光性（phototaxis）行为入手，开发了一种基于单侧光照的“无接触式”采收技术。研究人员以模式藻种莱茵衣藻（C. reinhardtii）为对象，通过精确调控光照强度（2000-6000 Lux）、初始密度（10⁵
-10⁶
cells/mL）和营养条件（0.5-2.0×标准N/P培养基），首次系统揭示了环境因素与趋光性效率的量化关系。该成果发表于《Industrial Crops and Products》，为微藻生物技术提供了革命性的采收思路。

研究团队采用多尺度分析技术：通过ImageJ量化聚集行为，利用叶绿素荧光成像（Fv/Fm、Y(II)等参数）评估光合系统完整性，结合激光共聚焦拉曼成像（特征峰：蛋白质1003 cm^?1
、类胡萝卜素1520 cm^?1
、脂质1445 cm^?1
）解析细胞内成分分布，并采用三维荧光光谱（3D-EEM）表征胞外聚合物（EPS）组成。

趋光性响应机制解析
在10⁵
cells/mL和4000 Lux条件下，莱茵衣藻40小时内显现显著负趋光性，聚集效率达89.11%（0.5×N/P组）。高密度（10⁶
cells/mL）虽加速响应但降低持续性，暗示营养竞争对趋光行为的调控。通过ROS检测和zeta电位分析，发现低氮磷条件（0.5×）通过降低细胞表面负电荷（-15.3 mV）促进聚集，而营养过剩（2.0×）则因增强静电排斥导致效率降至80.02%。

采收后细胞活性验证
突破性发现采收后藻细胞仍保持趋光活性，叶绿素荧光参数Fv/Fm（0.484-0.497）虽略低于对照，但Y(II)（0.21-0.32）显示有效光能转化，且Y(NO)<0.05证实无明显光损伤。拉曼成像证实蛋白质、脂质和类胡萝卜素的空间分布与含量未受采收过程影响，颠覆了传统方法导致成分泄漏的认知。

代谢产物完整性评估
EPS分析显示，营养条件而非采收方法主导其组成变化：0.5×N/P组产生更多色氨酸类荧光物质（Ex/Em=280/330 nm），符合“光合溢出”理论；而2.0×N/P组因生物量增加导致EPS产量降低。这一发现为同步优化采收效率和副产物回收提供了调控靶点。

该研究开创性地证明，趋光性采收技术能兼顾效率（>80%）与生物质质量，突破化学残留和细胞损伤的双重限制。相较于传统方法，其优势体现在三方面：① 免除絮凝剂使用，避免培养基污染；② 保持细胞膜完整性，提升高值化合物提取率；③ 可耦合营养胁迫策略同步增强脂质积累。尽管在光穿透深度和非运动藻种适用性上存在局限，但通过光生物反应器设计和混合采收工艺开发，这项技术有望重塑微藻产业的采收范式，为碳中和目标下的生物制造提供绿色解决方案。