综述：解密纳米技术增强微藻中二十二碳六烯酸积累的机制

这篇综述系统探讨了纳米材料如何通过调控微藻的代谢通路（如PKS和FAS途径）、增强光合效率（PS I/II）和诱导氧化应激（ROS）来促进DHA的生物合成，为可持续生产ω-3脂肪酸提供了创新策略，同时指出纳米毒性、成本及规模化挑战需进一步研究。

　　

纳米技术开启微藻DHA生产新纪元

微藻作为可持续DHA来源的潜力

二十二碳六烯酸（DHA）是一种具有6个双键的ω-3长链多不饱和脂肪酸（PUFA），其独特的分子结构赋予细胞膜流动性，并在大脑（占PUFA的40%）和视网膜（60%）中发挥关键作用。传统DHA来源如深海鱼类面临过度捕捞和重金属污染问题，而微藻作为初级生产者，可通过光合作用直接合成DHA，且培养过程可实现CO₂固定。然而，高昂的培养成本和低效的提取工艺限制了其工业化应用。

DHA生物合成的双通路机制

微藻通过两种典型途径合成DHA：

1. 需氧去饱和-延伸途径：以α-亚麻酸为前体，经Δ6去饱和酶和 elongase 依次生成EPA和DHA，常见于等鞭金藻（Isochrysis galbana）
2. 厌氧聚酮合酶（PKS）途径：通过缩合丙二酰-CoA单位直接合成DHA，多见于破囊壶菌（Schizochytrium sp.）

环境因子显著影响DHA产量：低温（15°C）使Crypthecodinium sp. SUN的DHA占比提升至65%；氮限制条件下Isochrysis galbana的DHA产量可达341.3 mg/L；而橙光照射使Isochrysis zhanjiangensis的DHA含量显著增加（p=0.021）。

纳米材料的四重增效机制

1. 作为生物刺激剂
铁氧化物纳米颗粒（Fe₃O₄ NPs）在20 mg/L浓度下使Chlorella pyrenoidosa脂质含量提升53%。其通过：

• 释放Fe²⁺/Fe³⁺参与电子传递链
• 上调乙酰-CoA羧化酶活性，促进丙二酰-CoA生成
• 激活MAPK/NF-κB信号通路增强去饱和酶表达

2. 等离子体效应增强光捕获
金纳米颗粒（Au NPs）通过表面等离子体共振：

• 将蓝光转换为红光（600-700 nm），使Nannochloropsis sp.的EPA含量提升15.5%
• 促进PS II向PS I的电子传递效率
• 诱导适度ROS刺激抗氧化系统（SOD/CAT）

3. 纳米辅助提取技术
磁性纳米颗粒（MNPs）在振荡磁场下：

• 物理破碎Crypthecodinium cohnii细胞壁
• 实现95%的藻细胞采收率
• 减少有机溶剂用量30-50%

4. 纳米封装稳定技术
海藻多糖纳米胶囊使DHA：

• 水溶性从<1 μg/mL提升至4.5 mg/mL
• 过氧化值降低8 meq/kg（25天储存期）
• 包封率达92.5%

产业化面临的三大挑战

1. 经济成本：金纳米材料使生产成本增加50%，而生物合成的Fe₃O₄ NPs可降低成本
2. 生物安全性：Ag NPs在>50 μg/L时抑制Isochrysis galbana生长（LDH泄漏增加90.3%）
3. 生态风险：CdSe/ZnS量子点可沿食物链富集，导致端足类（Leptocheirus plumulosus）死亡率升高

未来发展方向

开发低成本纳米材料（如飞灰衍生二氧化硅）、建立纳米-微藻互作数据库、优化表面修饰技术（PEG/壳聚糖包被）将成为突破规模化生产瓶颈的关键。通过精准调控纳米材料物化性质（尺寸<50 nm，zeta电位>±30 mV），有望实现DHA产量从当前5.65 g/L到工业化10 g/L的跨越。