光照强度与培养周期对氮缺乏条件下Amphidinium carterae胞内外amphidinols动态变化的调控机制

【编辑推荐】本研究针对海洋甲藻Amphidinium carterae产抗菌聚酮化合物amphidinols（AMs）的产业化瓶颈，通过18组光生物反应器实验，揭示光照（30-200 μmol photons·m?2·s?1）与稳定期培养时长对胞内外AMs分布及活性形式（如AM18/AM19）的调控规律，证实>98% AMs滞留胞内，且早期收获可提升活性AMs比例，为微藻源生物农药开发提供关键参数。

　　

在全球人口激增与农业可持续发展需求背景下，化学农药的生态毒性问题日益凸显。微藻源生物农药因其环境友好特性成为研究热点，其中海洋甲藻Amphidinium carterae合成的amphidinols（AMs）类聚酮化合物展现卓越抗真菌（如Candida albicans）和抗菌（如Staphylococcus aureus）活性。然而，AMs产业化面临三大挑战：胞外释放导致产物损失、硫酸化修饰（如AM19）降低生物活性，以及培养条件对产量调控机制不明。

为解决这些问题，Immunrise Biocontrol France的研究团队在《Algal Research》发表论文，通过系统研究光照强度与培养周期对氮缺乏条件下A. carterae产AMs的影响，揭示了关键调控规律。研究采用18组1升光生物反应器，设置4种光照梯度（30-200 μmol photons·m^?2·s^?1），结合LC-(UV)-MS/MS（液相色谱-串联质谱）定量分析胞内外AMs，并以AM18为标准品进行校准。

【生长动力学】
实验发现光照显著影响细胞密度与最大比生长速率（μ_max），200 μmol光照下细胞浓度达1.41×10⁵ cells/mL，μ_max提升至0.81 day^?1，证实高光照促进生物量积累。

【AMs分布特征】
胞外AMs占比始终<2%，表明工业化生产可优先利用藻体生物量。高光照（200 μmol）使总AMs含量提升37%，且稳定期第5天达峰值，提示最佳收获窗口。

【活性调控】
早期稳定期（5天内）收获时，非硫酸化活性AMs（如AM18）占比提高，其抗C. albicans的MIC（最小抑菌浓度）为9 μg/mL，而硫酸化形式（如AM19）无活性，证实培养时长影响活性成分比例。

该研究首次阐明光照与培养周期对AMs胞内滞留特性及活性形式的协同调控，为规模化生产提供三大指导原则：采用高光照强化产量、控制培养周期优化活性AMs比例、优先利用藻体生物量降低提取成本。这些发现不仅推动微藻源生物农药开发，也为其他高价值藻类次级代谢产物的生产优化提供范式。研究团队特别指出，AMs的菌株特异性意味着后续需开展多菌株比较，并深入探究AMs胞外释放的分子机制。法国高教部的CIFRE计划（No.2022/1537）为本研究提供了重要支持。