铁与硝酸盐可用性调控四爿藻微量元素配额及大分子合成的机制研究

研究人员针对微藻培养中营养限制问题，通过调控铁(Fe)和硝酸盐(NO3?)浓度，揭示其对四爿藻(Tetraselmis tetrahele)生长、微量元素分配及大分子(脂类/蛋白质/色素)合成的协同调控机制，为水产饲料和藻类生物技术提供优化策略。

　　

研究背景
海洋微藻作为"生物地球化学循环的基石"，其表型可塑性使其在营养波动环境中展现出独特的适应性。其中，铁(Fe)作为限制性微量元素，与氮代谢的交互作用长期困扰着藻类培养效率的提升。四爿藻(Tetraselmis tetrahele)因其富含蛋白质、多不饱和脂肪酸等营养成分，成为水产育苗的关键饵料，但其工业化培养仍面临营养调控不精准导致的产物得率低等问题。菲律宾大学海洋科学研究所团队在《Algal Research》发表的研究，首次系统解析了Fe-NO₃^?协同作用对四爿藻元素分配及代谢产物的调控规律。

关键技术
研究采用多因子实验设计，设置3个Fe水平(20/100/250 nM)与3个NO₃^?浓度(50/200/800 μM)组合，通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定微量元素配额，结合生长动力学和生化分析，建立营养-金属-代谢产物的关联模型。

研究结果

1. 高Fe与NO₃^?供应促进生长
   800 μM NO₃^?下细胞密度达3.0×10⁵ cells/mL，是低氮组的2.5倍；250 nM Fe使比生长速率提升37%，证实Fe是限制生长的关键因子。

2. 营养条件驱动代谢重编程
   高Fe/高NO₃^?促进脂质(提升42%)和叶绿素合成，而低NO₃^?诱导蛋白质(增加29%)和碳水化合物积累，揭示碳流向的"营养开关"效应。

3. 金属互作网络调控机制
   Fe充足时Mn、Zn配额下降50%，显示金属吸收的拮抗效应；Cu在低Fe条件下显著积累，暗示其参与Fe缺失时的替代性电子传递。

结论与意义
该研究阐明Fe通过调控硝酸还原酶(NR)活性影响氮同化效率，进而改变微量元素稳态与碳分配策略。首次发现Fe可缓解低氮胁迫，为设计"营养定向培养"方案提供理论依据——通过精确控制Fe:NO₃^?比例，可定向生产高值产物：水产饲料需高蛋白时采用低氮/中Fe条件，而生物燃料生产则优选高Fe/高氮组合。这种"营养杠杆"策略对发展可持续藻类生物技术具有重要实践价值。