新型Nannochloris-Labrenzia共培养体系在模拟昼夜条件下实现高效生物质生产

为解决海洋微藻工业化培养中氮源利用受限问题，美国能源部DISCOVR联盟团队通过分离鉴定新型Nannochloris quilticius GLE1藻株，发现其与Labrenzia细菌共生可突破尿素利用屏障，在模拟昼夜条件下实现40 g/m2/d的生物质产率，为可持续生物燃料开发提供新策略。

　　

在全球淡水资源日益紧张的背景下，海洋微藻因其海水培养特性成为可持续生物质生产的重要候选者。目前，美国能源部户外培养体系中表现最优异的藻种Picochlorum celeri TG2虽能达到30 g/m²/d的产率，但其氮源利用范围有限，制约了规模化应用。更令人困扰的是，与Picochlorum形态相似的Nannochloris属藻类存在18S rRNA序列高度同源但生理特性迥异的现象，给分类鉴定带来挑战。

为解决上述问题，美国国家可再生能源实验室领衔的研究团队在墨西哥湾潟湖样本中分离获得一株突破性藻株Nannochloris quilticius GLE1。该研究通过整合形态学观察、18S rRNA/ITS2序列分析及流式细胞术等技术，揭示该藻株虽与P. celeri TG2具有完全一致的18S rRNA序列，但其独特的圆柱形细胞形态、低叶绿素含量及高度分化（>17%）的ITS2二级结构支持其归入Nannochloris属。更引人注目的是，研究人员首次发现Labrenzia细菌能与该藻株形成功能性共生体系——藻株本身无法代谢尿素，但共生系统可通过细菌介导的氮动员机制实现尿素利用，这一发现为理解藻菌互作提供了新视角。

关键技术方法包括：采用含抗生素的Marine Dense培养基进行选择性培养；通过流式细胞术（Flow Cytometry）分选藻细胞；结合18S rRNA和ITS2序列进行系统发育分析；使用0.7 μm玻璃纤维滤膜测定无灰干重（AFDW）；在模拟昼夜光照/温度条件下评估生产力。

主要研究结果

1. 初始培养特征：GLE1在33°C、500 μmol PAR条件下呈现快速生长，细胞呈独特圆柱形，叶绿素含量显著低于P. celeri TG2。
2. 藻类分类学定位：尽管18S rRNA序列与P. celeri TG2 100%匹配，但ITS2序列存在17%差异，二级结构预测显示典型Nannochloris特征。
3. 共生系统构建：单独培养时GLE1仅能利用铵盐，而与Labrenzia共培养后尿素利用率提升300%，且不影响总生物量积累。
4. 生产力验证：模拟户外昼夜条件下，共培养体系生物质生产力达40 g/m²/d，较现有Nannochloris工业菌株提升100%。

结论与意义
该研究不仅扩充了工业用嗜盐微藻资源库，更通过揭示Labrenzia-微藻新型共生机制，为突破传统培养的氮源限制提供了创新方案。GLE1展现的低温保存适应性（存活率>80%）与稳定生产力，使其成为轮作栽培体系的理想候选。从分类学角度看，研究强调需结合多基因标记（如ITS2）和表型特征进行藻种鉴定，这对解决Picochlorum/Nannochloris分类争议具有范式意义。论文发表于《Algal Research》，为海洋微藻的工业化应用奠定了理论和实践基础。