《Algal Research》：A combined nutrient supply and spectral shift strategy for enhanced biomass, lipid, and fucoxanthin co-production in
Phaeodactylum tricornutum
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•光质 - 营养协同策略提高了三角角毛藻的生产力。•生物量和脂质产量分别提高了 1.49 倍和 1.99 倍。•实现了脂质和岩藻黄质的高效共生产。•通过联合分析阐明了涉及岩藻黄质增强的机制。•多组学将更高的生产力与增强的光合作用联系起来引言三角角毛藻是一种有前景的海洋硅藻，适
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光质 - 营养协同策略提高了三角角毛藻的生产力。
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生物量和脂质产量分别提高了 1.49 倍和 1.99 倍。
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实现了脂质和岩藻黄质的高效共生产。
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通过联合分析阐明了涉及岩藻黄质增强的机制。
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多组学将更高的生产力与增强的光合作用联系起来
引言
三角角毛藻是一种有前景的海洋硅藻，适用于微藻生物炼制，因为它可以同时产生高生物量并积累增值代谢产物，如脂质和岩藻黄质 [1], [2]。此外，岩藻黄质等高价值生物产品的共生产增强了整体过程经济性，从而加速藻类生物炼制向工业可行性过渡 [3], [4]。因此，开发能够增强生物量、脂质和岩藻黄质平行生产的培养策略，对于提高该硅藻的整体生产力具有相当大的意义。
微藻生产中的一个主要挑战是细胞生长与代谢物积累之间的权衡。传统的脂质诱导方法涉及胁迫条件（如氮或磷饥饿、盐胁迫、高光等）或化学诱导剂，被广泛用于将代谢通量重新定向至脂质合成 [5], [6]。然而，尽管胁迫条件能有效触发脂质合成，但它们同时导致细胞生长和光合作用的严重抑制。这最终导致整体脂质产量低，使其不适合工业应用 [7]。岩藻黄质积累也观察到了类似的权衡，它与光合机构和细胞光适应密切相关。因此，单因素调节通常不足以支持生物量、脂质和岩藻黄质的同步增强。
为了克服单因素胁迫的局限性，当前的研究范式已转向探索多因素协同调节的有效性，以实现精细的代谢控制。在主要的培养因素中，营养可用性和光照 regime 是决定硅藻碳分配和代谢物生物合成的两个最重要因素。氮（N）作为一种中心宏量营养元素，对蛋白质和光合色素至关重要，是维持氮充足条件下最大细胞分裂和生物量生产力的基础 [8]。正如在四角藻中所展示的那样，氮补给策略可以同时促进细胞生长和脂质积累 50%，从而增强生物柴油产量，并为优化微藻培养系统提供了一条有前景的途径 [9]。作为光系统 I 和 II 中的关键金属离子，铁（Fe）在微藻 CO?摄取和氮同化中起关键作用，从而影响生长和脂质积累 [10], [11]。值得注意的是，刘、王和周 [12] 报道，与对照组相比，提高铁补充量使小球藻的脂质含量增加了 3-7 倍。此外，硅酸盐（Si）具有双重结构和代谢作用，高硅补充已被证明有助于促进光滑菱形藻中岩藻黄质和二十碳五烯酸（EPA）等高价值化合物的共生产，突显了其在生物炼制概念中引导碳通量的关键作用 [13]。
与此同时，光质作为光合作用的能源，但也作为影响生长和色素生物合成的调节信号。我们之前的工作为三角角毛藻建立了一种两阶段策略，采用高强度红蓝光促进快速生长，随后采用较低强度的混合蓝绿光以最大化岩藻黄质积累，实现了生产提升 19% [14]，表明动态光谱调节可以是过程优化的有效工具。
尽管取得了这些进展，但在动态光转变下，关键营养元素对三角角毛藻生物量、脂质和岩藻黄质生产力共生产的综合影响仍知之甚少。与改善生理性能和精确控制碳分配以同时实现三重目标生产相关的根本分子机制尚未得到系统阐明。因此，本研究调查了氮、铁和硅补充与光转变培养相结合对三角角毛藻生长和岩藻黄质积累的综合影响。进一步进行了综合的生理、转录组和蛋白质组分析，以揭示与增强共生产相关的调节机制。这项工作提供了一种综合的培养策略和机制见解，以支持三角角毛藻的开发，用于微藻生物炼制应用。
章节摘要
微藻菌株与培养
三角角毛藻（菌株编号为 PT 29）购自浙江大学宁波全球创新研究院，并培养在 F/2 培养基中，该培养基在 121 °C 下高压灭菌 20 分钟，而光合自养培养在 20 °C 下进行，光周期为 12 小时光照：12 小时黑暗。
光质转变下营养富集对三角角毛藻培养的影响
为了阐明在光质转变下，氮（N）、硅（Si）和铁（Fe）的单独和联合补充对三角角毛藻生物量、脂质和岩藻黄质积累的影响
光质转变条件下各种营养因素及其联合补充对三角角毛藻细胞培养的影响
如图 1A 所示，与单独补充 Fe 和 Si 相比，在相同光质条件下，氮（+N）的补充水平对促进细胞生长的效果最好，第 12 天时的最大生物量浓度为 1.12 g/L，分别比富铁（+Fe）（1.02 g/L）和富硅（+Si）（0.95 g/L）处理组以及标准 F/2 培养基（0.92 g/L）高约 1.10 倍、1.18 倍和 1.22 倍。这表明补充
结论
本研究提出了一种综合培养策略，结合多营养优化（+N + Fe）和动态光质转变，以提高三角角毛藻中生物量、脂质和岩藻黄质的共生产。实验结果表明，与传统的 F/2 培养基相比，优化的 +N + Fe 和光转变 regime 使生物量、总脂质和岩藻黄质生产力分别提高了 0.50 倍、3.01 倍和 2.18 倍。整合转录组
CRediT 作者贡献声明
宋秋峰：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，项目管理，方法论，调查，数据整理，概念化。徐然：软件，形式分析。南经纬：验证，软件。郑磊：监督，项目管理。蔡鲁云：资源，项目管理，资金获取。刘长虹：监督，资金获取。
竞争利益声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
致谢
本研究得到了宁波市科技特派员团队计划（2024S217）、中央高校基本科研业务费专项资金项目（JZ2024HGTG0286, PA2025GDGP0026）、宁波市自然科学基金（2024J166）和高层次人才研究基金（705003G20230428）的支持。
宋秋峰 | 徐然 | 南经纬 | 郑磊 | 蔡鲁云 | 刘长虹
