真菌介导小球藻高效絮凝的新机制：从生物合成到分子途径的多组学解析

针对微藻采收效率低的技术瓶颈，中国科学院团队从污水处理厂分离出高效絮凝真菌Alternaria alternata J-28，通过转录组-代谢组联合分析，首次鉴定出N-乙酰化氨基酸类天然絮凝剂，揭示其通过菌丝网络捕获和分泌代谢物双重机制实现97%的小球藻（C. vulgaris）30分钟快速絮凝，为藻菌颗粒污泥（ABGS）系统开发提供新思路。

　　

在微藻生物能源和废水处理领域，小球藻（Chlorella vulgaris）因其生长快速、生物量丰富而备受青睐，但其微小细胞尺寸（通常为2-10 μm）和悬浮特性使得工业化采收成为瓶颈。传统离心法能耗高昂，化学絮凝剂又存在环境污染风险。虽然已有研究利用黑曲霉（Aspergillus niger）等真菌通过菌丝网络实现微藻絮凝，但普遍需要2-4小时才能达到99%效率，且对本土污水处理厂（WWTPs）微生物资源的挖掘不足。更关键的是，真菌分泌的天然絮凝剂成分及其分子机制始终是未被破解的"黑箱"。

针对这一系列挑战，中国科学院生态环境研究中心的研究团队独辟蹊径，从污水处理厂微生物群落中筛选到一株本土真菌——交链孢菌J-28（Alternaria alternata J-28）。这项发表在《Environmental Research》的研究显示，该菌株不仅能以97%的效率在30分钟内完成小球藻絮凝，创下同类研究的最快纪录，还首次解析了真菌"化学武器库"中的关键成分：N-乙酰-D-苯丙氨酸、N-乙酰-L-酪氨酸和N-乙酰-D-色氨酸。这些发现为发展绿色高效的微藻采收技术提供了全新策略。

研究人员采用多组学联用的技术路线：通过扫描电镜观察菌丝-藻细胞互作形态，利用超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）鉴定代谢物，结合RNA-seq转录组测序分析差异表达基因，并采用KEGG数据库进行通路富集分析。特别值得注意的是，实验设置了发酵培养基培养的F-MPs和沙氏液体培养基培养的S-MPs两组菌丝球作为对照，确保数据可靠性。

【Alternaria alternata J-28分离与鉴定】
从北京某污水处理厂活性污泥中分离的褐色菌落，经ITS测序确认为交链孢菌。电镜显示其菌丝形成多孔网络结构，比表面积达15.7 m²/g，为藻细胞附着提供理想载体。与黑曲霉相比，其菌丝直径（3.5±0.8 μm）更接近小球藻细胞尺寸，有利于物理捕获。

【超高效絮凝性能】
在初始藻密度2×10⁷ cells/mL条件下，J-28菌丝球（投加量1 g/L）30分钟絮凝效率达97.2±1.8%，较黑曲霉缩短75%时间。絮凝后上清液浊度降至8.7 NTU，且藻细胞存活率保持在95%以上，证明该过程为非致死性捕获。

【新型絮凝剂发现】
代谢组学从菌丝分泌组中鉴定出3种特征性N-乙酰氨基酸，其中N-乙酰-D-色氨酸浓度与絮凝效率呈显著正相关（R²=0.92）。分子对接模拟显示这些物质可通过疏水相互作用与藻细胞表面蛋白结合。

【分子机制解析】
转录组揭示酪氨酸代谢（ko00350）和ABC转运体（ko02010）通路显著激活。关键基因TYR-1表达量上调4.2倍，调控芳香族氨基酸合成；膜转运蛋白基因SNQ-2表达量增加3.8倍，促进代谢物分泌。这些发现首次将真菌絮凝机制从宏观现象推进至分子水平。

这项研究实现了从现象观察到机制阐释的跨越：交链孢菌J-28通过"物理捕获（菌丝网络）+化学键合（N-乙酰氨基酸）"的协同作用实现微藻高效采收。其科学价值在于：① 发现新型生物絮凝剂，填补代谢物介导絮凝的理论空白；② 为藻菌颗粒污泥（ABGS）系统提供优选菌种，推动污水处理-资源回收耦合技术发展；③ 建立的"形态-代谢-基因"多维度分析方法，为微生物互作研究提供范式。未来通过改造N-乙酰氨基酸合成通路，有望进一步优化絮凝性能，推动微藻生物制造的产业化进程。