利用蓝藻微生物组实现聚羟基脂肪酸酯共聚物(PHBV)的可持续生产：非无菌条件下Synechocystis sp.与Synechococcus sp.的协同作用

本研究针对传统塑料污染问题，创新性地利用蓝藻微生物组（以Synechocystis sp.和Synechococcus sp.为优势菌）在非无菌条件下实现聚羟基丁酸-戊酸共聚物(PHBV)的可持续生产。通过半连续培养策略结合戊酸补充，首次报道了蓝藻系统在56天内循环产出PHBV（最高含量10.7%dcw，3HV单体比例达57.4%），并通过荧光显微技术证实了胞内聚合物合成。该研究为低成本、规模化生物塑料生产提供了新范式。

　　

全球塑料污染危机日益严峻，每年超过4亿吨塑料垃圾进入环境，预计205年产量将突破11亿吨。传统石油基塑料难以降解，其衍生的微塑料已通过食物链威胁人类健康。尽管生物可降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)被视为理想替代品，但当前商业化生产的聚羟基丁酸-戊酸共聚物(PHBV)依赖异养细菌和昂贵糖基质，且需严格无菌环境，导致成本居高不下。西班牙加泰罗尼亚理工大学-巴塞罗那科技大学（Universitat Politècnica de Catalunya-BarcelonaTech）环境工程与微生物组（GEMMA）的研究团队在《Scientific Reports》发表突破性研究，首次证明蓝藻微生物组在非无菌条件下的PHBV可持续生产能力。

研究采用半连续培养技术，通过交替进行生长阶段（光照、氮磷调控）和积累阶段（黑暗、戊酸补充），在2.5L光生物反应器中进行了56天的四轮循环实验。关键方法包括：1）以湿地来源的蓝藻微生物组CW1为接种体，优势菌为Synechocystis sp.和Synechococcus sp.；2）改良BG-11培养基控制C/N/P比例；3）气相色谱(GC)定量PHBV含量；4）尼罗蓝荧光染色结合图像分析表征聚合物颗粒形态。

结果
生长与代谢动态：首轮生长阶段生物量达1280 mgVSS·L^-1，但后续循环因戊酸残留（最高465 mg·L^-1）抑制氮同化，生物量降至约600 mgVSS·L^-1。比生长速率从0.16 d^-1（首轮）降至0.07 d^-1（末轮），显示需优化戊酸投加策略。

PHBV合成效能：四轮积累阶段均成功产出PHBV，最高含量10.7%dcw（第四轮），3HV单体占比稳定在45%-57.4%，显著优于文献报道的蓝藻纯培养体系（最高33.2%）。戊酸消耗量与3HV产量呈正相关，第三轮消耗349 mg·L^-1时3HV比例达峰值57.4%。

菌群与颗粒特征：Synechocystis sp.始终占据群落优势（>90%生物量），但其PHBV颗粒（0.52±0.13 μm）小于Synechococcus sp.（0.80±0.13 μm）。荧光显微显示两类蓝藻均形成球状-椭球状颗粒簇，其中Synechococcus sp.的颗粒几乎充满整个细胞。

讨论与意义
该研究通过微生物组工程突破了传统PHBV生产的三大瓶颈：1）替代昂贵无菌系统，验证非无菌开放的可行性；2）利用光自养特性免除糖基质依赖；3）实现多轮循环生产（4次提取）。尽管戊酸毒性需进一步调控，但57.4%的3HV比例已接近工业级PHBV性能需求（通常3HV占5-20%可显著改善材料韧性）。研究首次证实Synechocystis sp.和Synechococcus sp.的共培养协同效应，为建立"蓝藻-废水"联产系统奠定基础。未来通过优化戊酸梯度投加和光照周期，有望将这种负碳生物制造技术推向规模化应用。