甘油强化雨生红球藻同步生物修复亚硒酸盐与合成虾青素的协同机制研究

本研究针对水体中亚硒酸盐(SeO3 2- )污染治理与高价值产物合成的双重需求，创新性地利用雨生红球藻(Haematococcus lacustris)的代谢特性，通过添加甘油实现亚硒酸盐高效生物转化与虾青素(astaxanthin)合成的协同提升。研究发现甘油驱动下，藻体将毒性无机硒转化为有机硒形态(如硒代半胱氨酸SeCys)，同时虾青素产量显著提高，揭示了硒胁迫与碳源代谢的协同调控机制，为开发富硒功能食品和环境修复提供了新策略。

　　

硒(Se)作为人体必需的微量元素，在抗氧化防御和免疫调节中发挥关键作用，但工业排放导致的水体亚硒酸盐污染却可能破坏水生生态系统。更棘手的是，传统物理化学修复方法成本高昂且易产生二次污染。与此同时，天然最强抗氧化剂虾青素的市场需求持续增长，但其主要生产菌株雨生红球藻(Haematococcus lacustris)的培养效率亟待提升。这两个看似不相关的领域，在暨南大学研究团队的创新研究中产生了奇妙交集——能否让微藻在治理硒污染的同时"顺手"生产高价值产物？

该团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究给出了肯定答案。通过混合营养培养策略（结合光合自养与有机碳异养），研究人员首次系统阐明了甘油如何"一箭双雕"：既增强雨生红球藻对亚硒酸盐的生物转化能力，又显著提升虾青素合成。关键技术包括：梯度浓度硒胁迫实验（0-40 mg/L SeO₃
^2-
）、光合参数测定（F_v
/F_m
表征光系统II效率）、有机硒形态分析（HPLC-ICP-MS）、以及 carotenoid 生物合成通路关键基因表达检测。

主要研究发现

1. 亚硒酸盐浓度效应：5 mg/L硒浓度下藻体生物量达0.9 g/L且硒吸收率51%，但超过10 mg/L则显著抑制生长，显示硒的双重浓度效应。
2. 甘油的关键作用：添加甘油使硒积累量提升2.1倍，同时虾青素产量增加83%，揭示有机碳源通过增强 Calvin 循环和抗氧化系统（GSH-Px活性提高）的协同机制。
3. 分子调控网络：RNA-seq分析发现甘油激活了硫氧还蛋白(Trx)系统，同步调控硒代谢通路（将无机硒转化为SeCys）和虾青素合成关键酶（如β-胡萝卜素羟化酶）。

环境与产业价值
这项研究开创性地将环境修复与高值产物生产耦合：一方面，藻体对10 mg/L硒污染水的修复效率达68%，且91%转化为低毒有机硒；另一方面，获得的生物质含硒量达484 μg/g DCW（干重），虾青素含量同比提升1.8倍，完全符合功能食品标准。研究不仅为硒污染治理提供了可持续方案，更建立了"污染治理-资源回收-产品增值"的闭环模式，其揭示的碳-硒-抗氧化剂代谢网络调控机制，为其他重金属污染与高值化联产研究提供了范式参考。

创新启示
该工作的突破性在于发现甘油通过三重效应实现协同增效：作为碳骨架促进细胞生长、作为还原剂助力硒价态转化、以及作为信号分子激活次级代谢。这种"代谢重编程"策略避免了传统基因改造的合规风险，特别适合规模化应用。未来研究可进一步优化甘油/硒比例，并探索在废水培养体系中的稳定性，推动该技术从实验室走向产业化。