加拿大西北安大略淡水微藻的分离鉴定及培养条件优化：可持续脂质与生物量生产的潜力探索

本研究针对加拿大西北安大略地区淡水微藻资源未充分开发的问题，通过分子与形态学方法筛选了75株微藻，鉴定出5株高脂质/生物量产出的优势菌株（如Chlorella sorokiniana和Chlamydomonas sp.），并优化出16L:8D光暗周期可显著提升其生产力。该研究为微藻生物燃料和生物分子生产提供了本土化解决方案，对可再生能源开发具有重要意义。

　　

在气候变化与能源危机的双重压力下，寻找可持续的生物能源已成为全球科研热点。微藻因其生长速度快、脂质含量高、碳固定能力强等特性，被视为第三代生物燃料的理想原料。然而，不同地理环境的微藻种群存在显著差异，其生长特性与代谢产物积累受环境因素影响极大。加拿大西北安大略地区拥有全球最大的淡水湖群（如苏必利尔湖），却鲜有针对该区域微藻资源的系统性研究。

为此，Lakehead大学的Janak Raj Khatiwada团队在《Algal Research》发表论文，首次对该地区淡水微藻多样性开展全面调查。研究人员从20个水体采样点分离75株微藻，通过形态学观察（细胞结构、叶绿体形态）和分子生物学技术（18S rRNA基因测序、最大似然法系统发育树构建），鉴定出Chlorella sorokiniana、Chlorella vulgaris等5株高潜力菌株。通过设计0L:24D至24L:0D四种光暗周期实验，结合细胞计数（血球计数板）和脂质提取（氯仿-甲醇法），揭示了光周期调控对微藻生长代谢的规律性影响。

主要技术方法

研究采用BG-11培养基培养微藻，通过CTAB法提取DNA，使用通用引物（如18ScomF1/R1）扩增18S rRNA基因并测序。利用MEGA7构建系统发育树，通过血球计数板监测细胞密度，Bligh-Dyer法提取脂质，并采用单因素方差分析（ANOVA）统计不同光周期下的生长差异。

研究结果

3.1 微藻物种鉴定

分子系统发育分析显示，JRK01-JRK07菌株聚类于Chlorella分支，其中JRK04被鉴定为Chlorella sorokiniana。形态学观察发现Chlorella vulgaris（JRK01）呈球形单细胞（6.5±0.25 μm），而Chlamydomonas sp.（JRK10）具有双鞭毛结构（细胞直径11.5±0.76 μm）。

3.2 光周期对微藻生长的影响

16L:8D光暗周期下，Chlorella sorokiniana细胞密度达1.37±0.01（OD值），显著高于24L:0D组（1.31±0.03）。Scenedesmus dimorphus在12L:12D与16L:8D下生长无显著差异，表明光周期响应具有种属特异性。

3.3 生物量生产

16L:8D周期使Chlorella sorokiniana生物量达2.07±0.03 g·L^-1，比12L:12D提高21%。Chlamydomonas sp.在相同条件下生物量达2.03±0.06 g·L^-1，证实该光周期对绿藻门物种的普适性。

3.4 脂质积累

Chlorella sorokiniana在16L:8D下脂质含量最高（38.34%），而Scenedesmus acutus在12L:12D时脂质产出最优。脂质合成关键酶可能受光信号通路（如乙酰-CoA羧化酶）差异调控。

结论与意义

该研究首次系统揭示了加拿大西北安大略淡水微藻的资源潜力，发现16L:8D光周期可同步提升Chlorella与Chlamydomonas的 biomass和脂质产量。这不仅为区域生物能源开发提供了本土化菌种库，其揭示的光周期代谢调控规律更为微藻规模化培养工艺优化提供了理论依据。未来研究可结合转录组学（如RNA-seq）进一步解析光信号转导通路与脂质合成基因的关联机制。