耦合贴壁培养与CO2吸收-微藻转化系统实现高效生物集成碳捕集与利用

针对传统悬浮培养微藻碳捕集效率低、成本高的问题，天津研究团队创新性地将非浸没式贴壁培养与CO2吸收-微藻转化（CAMC）系统耦合，开发出集成光生物反应器。通过筛选聚酯多孔棉、混合纤维素酯膜和莱茵衣藻L166等最优组合，使生物量产量和固碳能力分别提升326.6%和371.2%，并揭示C4酸循环和景天酸代谢（CAM）途径的激活机制，为低成本生物碳捕集与高值化利用提供新策略。

　　

随着全球工业排放CO₂持续增加，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术成为应对气候变化的关键。传统CO₂吸收-微藻转化（CAMC）系统依赖悬浮培养，存在生物量低、能耗高、采收困难等瓶颈。贴壁培养技术虽能显著提升微藻生长效率，但其固碳机制尚不明确，且缺乏针对CAMC系统的适配设计。

天津研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，通过耦合非浸没式贴壁培养与CAMC系统，开发出新型集成光生物反应器。研究采用材料筛选、生理参数测定和转录组学分析等技术，从4类载体材料中优选聚酯多孔棉和混合纤维素酯（MCE）膜，并确定莱茵衣藻L166为最优藻种。通过对比贴壁与悬浮培养的固碳效率，结合差异基因表达分析，揭示碳流重编程机制。

材料筛选与藻种优化
研究发现贴壁培养使微藻生物量产量提升326.6%，固碳能力增加371.2%。载体表面特性（粗糙度、亲水性）直接影响微藻附着效率，其中MCE膜因高孔隙率成为最优选择。

碳固定效率提升机制
碳流向分析显示贴壁培养促进脂质合成，关键酶活性提高2.1-3.8倍。转录组学证实C₄二羧酸循环和景天酸代谢（CAM）途径相关基因（如pckA、ppc、ppdK）显著上调，表明微藻通过激活非卡尔文循环途径适应贴壁环境的高光、低CO₂特性。

系统集成优势
该集成系统实现吸收剂（碳酸氢盐）生物再生循环，脱水能耗降低99.7%，空间利用率提升16倍。气相直接接触模式增强CO₂/O₂传质效率，克服传统悬浮培养的传质限制。

研究结论指出，贴壁培养通过物理微环境调控与生物代谢重塑的协同作用，显著提升CAMC系统性能。其创新性体现在三方面：首次揭示贴壁微藻通过C₄/CAM途径增强固碳能力；开发出适用于工业放大的载体-藻种组合；实现碳捕集与高值产物（如生物燃料）生产的闭环整合。该成果为发展低成本、可持续的生物CCUS技术提供重要范式，相关机制解析也为人工改造微藻固碳途径奠定理论基础。