MDEA 辅助 CO2 吸收结合 IAA 诱导的代谢调节提高产油微藻 *Mychonastes rotundus* 的脂质产量和生物柴油质量

《Bioresource Technology》：MDEA-assisted CO 2 absorption coupled with IAA-induced metabolic regulation enhances lipid production and biodiesel quality in the oleaginous microalga Mychonastes rotundus

　　- 提出了一种新型CO?封存与微藻利用策略。- 分子动力学模拟显示MDEA使微藻膜流体化并增强了IAA的渗透性。- MDEA/IAA重构了微藻代谢网络以实现定向碳通量。- MDEA/IAA加速了微藻Cyt b?/f与PSI之间的循环电子传递。- MDEA/IAA优化了脂肪酸组成并提升了燃料性能。**引言**日益增长的能源消费正在推高温室气体排放，导致全球变暖和极端天气事件频发。因此，开发高效的CO?减排技术已成为全球关注焦点（Yang等，2025）。微藻分布广泛且光合效率高，贡献了全球超过50%的碳封存量（Ojaniemi等，2025）。它们能够高效利用燃煤烟气中的CO?，并积累富含脂质和碳水化合物的生物质用于生物燃料和高附加值产品（Zhang等，2025），从而实现碳固定与资源利用的双重目标。尽管微藻在CO?捕集中展现出巨大潜力，但其大规模应用仍面临多重挑战：（1）微藻对高浓度CO?（>5%）耐受性有限，导致生长受到抑制（Li等，2024）；（2）气液传质阻力导致碳逃逸，限制了碳固定能力（Wang等，2024）；（3）微藻快速生长与油脂生产之间存在代谢权衡，可能影响含油率。植物激素可调节微藻的生理代谢并缓解高浓度CO?诱导的氧化应激（Florencia等，2023）。生长素作为一类植物激素，在调节微藻碳代谢和胁迫耐受性方面表现出卓越的综合性能。吲哚-3-乙酸（IAA）已被确认为微藻中的主要生长素，但微藻内源性IAA分泌浓度极低（Yang等，2024）。外源添加IAA已被证明能促进圆球藻（*M. rotundus*）的细胞生长、碳固定和脂质合成（Zhang等，2024）。即便如此，单独添加IAA仍无法缓解无机碳流失和碳供应不足的问题。醇胺吸收剂可将CO?转化为HCO??，从而提高溶解碳浓度和传质驱动力。然而，过量醇胺会在微藻中引发氧化应激和细胞毒性（Barcelos等，2018）。以往研究探讨了单乙醇胺（MEA）对藻类生长和初级代谢的影响（Liu等，2025；Rosa等，2018），但MEA固有的细胞毒性限制了其大规模应用，亟需更安全高效的胺类替代品。作为三级醇胺，甲基二乙醇胺（MDEA）具有高CO?载量（每摩尔MDEA可载1摩尔CO?），成为MEA的潜在替代物（Sarlak等，2022）。然而，目前关于MDEA的微藻研究仍局限于对生物质和碳固定性能的宏观观察。虽然MDEA和IAA分别被报道可改善微藻碳封存，但两者协同组合的科学原理和分子机制尚不明确。MDEA在胞外发挥功能以增强CO?水合和无机碳补充，而IAA则调节胞内碳同化和光合代谢，使两种添加剂靶向不同但互补的碳限制瓶颈。因此，IAA与MDEA联合使用可能产生比单独使用更为显著的效果。我们此前的研究确定了圆球藻的最佳IAA添加量（20 mg·L?1）（Zhang等，2026），但在IAA优化的基础上，额外补充MDEA是否能进一步增强碳封存和脂质产量仍不清楚，相关的分子调控机制也尚未阐明。本研究首次将MDEA与IAA结合用于提升圆球藻的CO?固定能力，并进一步探索其潜在调控机制。本研究的目标如下：（1）探讨MDEA/IAA对圆球藻生理功能、碳固定性能和代谢物积累的增强效果；（2）揭示MDEA与IAA之间的分子相互作用及其对碳流分配调控的影响；（3）探索MDEA/IAA在中心碳代谢和脂质合成途径中关键基因的表达及内在分子调控机制；（4）评估MDEA/IAA对生物柴油生产的影响。预期本研究可为高效生物固定CO?和微藻能源利用提供新策略。**微藻富集培养与实验设备**以圆球藻（*M. rotundus*）为实验对象，采用BG-11培养基进行微藻富集和培养。培养基组成和培养条件详见补充材料S1。使用光生物反应器进行CO?固定实验，具体实验方法见补充材料S2。**检测方法**所添加的MDEA和IAA均为分析纯。实验组设置如下：（1）仅20% CO?（C20-I0-M0组）；（2）20% CO?、20 mg·L?1 IAA和0**微藻生理特性**如图1(a)所示，各组生物质随时间推移而增加，表明微藻能逐渐适应培养环境。C20-I20-M0组的生物质生产率23.82 ± 2.01 mg·L?1·d?1，显著高于C20-I0-M0组（21.98 ± 2.15 mg·L?1·d?1）（p<0.05，单因素方差分析配合Tukey's HSD事后检验）（图1(b)）。值得注意的是，联合处理组（C20-I20-M20）的生物质生产率达到了最高值28.27 ± 2.28 mg·L?1·d?1，其**结论**MDEA与IAA联合补充提高了圆球藻的CO?固定能力、生物质生产率和生物柴油质量，为提升微藻碳封存效率和脂质产量提供了新策略。MDEA加速了CO?水合生成HCO??，而IAA增强了藻细胞对无机碳的吸收和同化，两者协同提高了CO?传输速率和脂质膜渗透性，从而提升了**CRediT作者贡献声明****张明爽：** 撰写——初稿，方法论，调查。**张兰合：** 撰写——审阅与编辑，获取资金。**田雨欣：** 数据整理。**田舒磊：** 撰写——审阅与编辑。**未引用参考文献**Gao等（2023）。**利益冲突声明**作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益关系或个人关系。**致谢**本研究得到国家自然科学基金（资助号：52570068）的经费支持。张明爽 | 张兰合 | 田雨欣 | 田舒磊