四氧化三铁纳米颗粒增强光合细菌Rhodopseudomonas faecalis PA2培养的生物活性与代谢组学研究及其在水产饲料中的应用价值

本研究针对光合细菌Rhodopseudomonas faecalis PA2工业化培养中产物效率与安全性问题，创新性采用0.1%浓度Fe3O4纳米颗粒强化培养体系。结果证实该策略可同步提升菌体蛋白、脂类、类胡萝卜素产量及废油降解效率，并通过代谢组学验证其生物安全性，为可持续水产饲料开发提供新范式。

　　

随着全球对可持续生物资源需求的增长，利用微生物转化废弃物生产高附加值产品成为研究热点。光合细菌Rhodopseudomonas faecalis PA2因其卓越的营养转化能力备受关注，特别是在处理废弃食用油时能同步生成富含蛋白质、必需氨基酸和ω-3脂肪酸的菌体生物质。然而，传统培养方法存在效率瓶颈，且纳米材料应用中的生物安全性问题长期悬而未决。如何通过绿色技术突破产量限制，同时确保终端产品的食用安全性，成为制约该技术产业化的关键难题。

泰国孔敬大学（Khon Kaen University）微生物学系的研究团队在《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》发表的最新研究中，开创性地将磁性四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒引入PA2菌的培养体系。通过系统优化纳米颗粒浓度，研究人员不仅实现了菌体生物量倍增，更首次全面解析了纳米材料对菌体代谢网络的调控机制及其对下游消费者的安全性影响。

研究采用18.87nm立方晶系Fe₃O₄纳米颗粒，通过场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)表征其物理特性；运用代谢组学技术分析纳米颗粒暴露下的代谢物变化；以淡水枝角类Moina macrocopa为模型评估饲料安全性。所有实验均通过孔敬大学动物伦理委员会审批（IACUC-KKU-88/67）。

【Bacterial cultivation】

在含0.1% Fe₃O₄的废油培养基中，PA2菌生物量达到7.8g/L，较对照组提升2.3倍。纳米颗粒的应力效应诱导菌体积累12.4%聚羟基丁酸酯(PHB)，抗氧化活性提升47%。

【Characterization of the synthesized Fe₃O₄ nanoparticles】

XRD图谱显示特征峰35.5°(311)证实高纯度Fe₃O₄合成，磁性测试表明其饱和磁化强度达68emu/g，可实现99.2%回收率。

【Nutritional profiling】

处理组菌体蛋白含量增加至64.2%，含全部必需氨基酸；ω-3脂肪酸比例达8.7%，DHA含量提升3.1倍。代谢组学未检出毒性次级代谢物。

【Zooplankton feeding trial】

饲喂实验显示，纳米组PA2菌使M. macrocopa生殖周期缩短18%，后代存活率提高22%，证实其营养优势与生物安全性。

该研究突破性地建立了纳米材料强化光合细菌培养的技术范式：Fe₃O₄纳米颗粒通过双重机制发挥作用——其磁性特性实现材料循环利用，而纳米尺度效应则激活菌体应激代谢通路，促使碳流向高价值产物转化。特别值得注意的是，研究首次通过消费者生物验证了纳米培养产物的安全性，这对推动该技术在水产养殖中的应用具有里程碑意义。研究提出的"纳米强化-废弃物处理-高营养饲料生产"三位一体模式，为发展循环农业经济提供了可复制的技术模板。