《Algal Research》：Salicylic acid effectively enhanced biomass and fucoxanthin accumulation in Isochrysis galbana: A cost-effective sustainable approach
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微藻通过植物激素调控提高生物量和 fucoxanthin 产率，其中 SA 20 mg/L 处理在第十天显著提升干生物量 141%（0.26 g/L）和 fucoxanthin 含量 50.9%（21.89 mg/g DW），并产生显著经济效益。
作者：Janani Manochkumar | Siva Ramamoorthy
印度韦洛尔理工学院（Vellore Institute of Technology）生物科学与技术学院，韦洛尔，632014
摘要
微藻是生物技术应用中具有前景的可持续资源，尤其是作为高价值代谢物（如岩藻黄质）的生产者。尽管岩藻黄质在营养保健品和制药领域具有广泛潜力，但由于产量有限和加工成本较高，其商业化生产仍面临挑战。因此，在保持微藻良好生长的同时提高岩藻黄质的合成效率是一个关键问题。在本研究中，我们对Isochrysis galbana进行了不同浓度（0.02、0.2、2和20 mg/L）的植物激素（水杨酸（SA）、赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）处理。我们评估了不同时间点的生理和生化反应，包括生长情况、色素含量、生物量、岩藻黄质积累、活性氧种类以及抗氧化酶活性。结果发现，在第10天添加20 mg/L浓度的水杨酸时，干生物量和岩藻黄质含量达到最高值：与对照组相比，生物量增加了141%（0.26 g/L），岩藻黄质含量增加了50.9%（21.89 mg/g DW）。水杨酸处理还显示出良好的成本效益，使岩藻黄质的价值提高了每升培养液23.2美元，生物量的价值提高了每千克10.1美元。这些改进的分子机制涉及植物激素信号通路与次级代谢物合成及抗氧化系统之间的复杂相互作用，尤其是与过量活性氧生成相关的部分。这种方法凸显了植物激素补充作为基于微藻的生物精炼高效且经济可行的培养策略的潜力。
引言
岩藻黄质是一种天然存在的黄质类胡萝卜素，由于其多方面的健康益处和多样化的应用而受到科学界和工业界的关注[1]。这种色素主要存在于海洋大型藻类和少数微藻中，在人类营养中发挥着重要作用，并因其广泛的生物活性（包括抗氧化、抗癌、抗炎、抗糖尿病、神经保护和心脏保护作用）而受到全球广泛关注[2]、[3]、[4]、[5]。根据全球预测，岩藻黄质市场预计将大幅增长，从2022年的1.9948亿美元增长到2027年的2.807亿美元，复合年增长率（CAGR）为5%[6]。然而，尽管需求不断增加，但由于微藻的生产力较低、培养和收获成本较高以及下游加工效率低下，岩藻黄质的商业化生产仍受到限制[7]。因此，人们越来越重视探索通过生物技术方法来提高岩藻黄质产量的创新策略。
目前，大型藻类是岩藻黄质的主要来源，但它们的季节性和环境限制凸显了微藻的优势，如生长速度快、生产周期短、提取的色素纯度高等[1]、[8]、[9]。这些优势凸显了寻找能够同时提高生物量和岩藻黄质积累的稳定可靠微藻菌株的迫切需求。在这种情况下，棕色微藻Isochrysis galbana因其快速生长、高色素生产能力以及对多种环境条件的良好适应性而受到越来越多的关注。它的生物技术相关性还体现在能够合成蛋白质、脂类、多糖、多不饱和脂肪酸和岩藻黄质，因此被广泛用作水产饲料[10]。此外，剩余的生物量还可以作为可再生能源的原料[11]。因此，提高I. galbana的生物量和岩藻黄质含量对于实现高附加值生物活性化合物的经济高效和可持续生产至关重要。
为了解决当前的生产难题，人们已经探索了多种策略来促进微藻在自养培养条件下的生长和岩藻黄质的产生，包括氮调节、二氧化碳补充以及光胁迫的优化[12]、[13]。其中，使用活性添加剂被证明是一种可行的方法，可以在不增加额外培养基础设施的情况下刺激生长并提高岩藻黄质含量，从而降低总体生产成本[14]。植物激素是一类成熟且具有前景的添加剂，它们是能够调节关键代谢途径并增强细胞应激反应的小分子信号物质[15]、[16]。它们易于应用、成本低廉且安全，进一步证明了其在工业规模应用中的潜力[17]。auxins、赤霉素、茉莉酸酯、细胞分裂素和脱落酸已被证明可以调节高等植物的生长、发育和应激反应[18]、[19]。越来越多的证据表明，外源植物激素可以显著影响各种微藻物种的光合作用、细胞分裂、养分吸收和次级代谢物的合成[7]、[20]、[21]，使其成为微藻生理学的强大调节因子[22]。
尽管人们对植物激素调控I. galbana的研究日益增多，但目前主要集中在脂质生物合成方面[23]、[24]，而它们在色素积累和相关应激反应中的作用仍待深入研究。解决这一空白至关重要，因为提高生物量和岩藻黄质的产量可以降低总体生产成本并提升商业可行性。因此，本研究探讨了选定植物激素对I. galbana生物量和岩藻黄质积累的影响，旨在找到一种简单且可扩展的策略来提高代谢物产量。这种方法也符合更广泛的可持续发展目标，即促进环保的微藻生物加工并推动高价值生物制品的发展。
藻类菌株和培养条件
本研究使用的微藻物种是I. galbana（一种海洋帽状藻类），从Bharathidasan大学的微藻和蓝细菌国家存储库获取。微藻培养在Conway培养基[25]中进行，培养基中添加了过滤并高压灭菌的天然海水，培养体积为300 mL，培养在500 mL的Erlenmeyer烧瓶中。培养基的盐度维持在25 ppm。培养温度为23 ± 2°C。
选定植物激素对微藻生长的影响
微藻培养物分别接受了不同浓度（0.02、0.2、2和20 mg/L）的水杨酸（SA）、赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）的处理。未添加植物激素的培养物作为对照组。通过测量750 nm处的光密度来确定微藻的生长情况。数据每隔一天收集一次，并在图1中展示。生长表现不仅受到不同类型植物激素的影响，还受到不同浓度的影响。
讨论
本研究旨在探讨植物激素补充对I. galbana生长和代谢的影响，主要假设是特定浓度的植物激素可以同时提高生物量和岩藻黄质的产量。我们对生长参数、光合色素、生物量积累、岩藻黄质含量和产量、活性氧生成以及抗氧化酶活性在不同植物激素浓度下的变化进行了全面分析。
结论
岩藻黄质是一种高价值的黄质类胡萝卜素，在水产饲料、功能性食品、营养保健品、化妆品和制药领域具有广泛的应用前景，这归功于其多样的生物活性。尽管对岩藻黄质的需求逐年增加，但其低生产力和稳定的供应仍然是一个重要问题。在本研究中，我们发现20 mg/L浓度的水杨酸能够将I. galbana的岩藻黄质含量提高50.9%，生物量提高141%。
作者贡献声明
Janani Manochkumar： 负责撰写初稿、方法设计、实验实施和数据整理。Siva Ramamoorthy： 负责审稿与编辑、结果验证、监督以及研究概念的构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
JM感谢Council of Scientific and Industrial Research（文件编号：09/0844(23201)/2025-EMR-I）提供的资金支持。作者感谢VIT管理层的持续支持。
