媒体配方对Munda aquilonaris培养的影响——探索二十碳五烯酸（EPA）的新来源

《Algal Research》：Influence of media formulation in the culture of Munda aquilonaris – towards a novel source of eicosapentaenoic acid (EPA)

通过测试九种基于BG11的培养基，发现氮和磷的有限供应（1/2N和1/2P）及温和碳酸氢盐补充（1SB）可促进微藻Munda aquilonaris ACOI 2424的生长和脂质积累，其中1SB培养基的干重达0.57 g/L，脂质含量最高达30%干重。脂肪酸组成分析显示二十碳五烯酸（EPA）占比最高（约44%），其产量超过现有微生物生产体的报道值，表明该藻种在ω3脂肪酸生产方面具有潜力，营养调控可有效优化代谢产出。

　　

鲁本·加斯帕尔（Rúben Gaspar）| 玛丽安娜·F.G. 阿松桑（Mariana F.G. Assun??o）| 伯克·阿克索伊（Berk Aksoy）| 伊万·维加斯（Ivan Viegas）

科英布拉大学（University of Coimbra），功能生态学中心（Center for Functional Ecology, CFE），TERRA附属实验室，生命科学系（Department of Life Sciences），卡尔萨达·马丁·德·弗雷塔斯（Cal?ada Martim de Freitas），3000-456，科英布拉，葡萄牙

摘要

营养物质的可用性是影响微藻生长和脂质产生的关键因素。为了评估不同营养条件对微藻的影响，我们测试了九种基于BG11培养基的配方，用于培养Munda aquilonaris ACOI 2424。这些配方对氮、磷和碳的可用性进行了调整，包括耗尽、限制、补充和替代。在每个测试的培养基中，我们评估了M. aquilonaris ACOI 2424的生物量生长、脂质积累以及脂肪酸组成，涵盖了指数生长期和稳定期。结果表明，氮和磷的限制（1/2 N和1/2 P）以及适量的碳酸氢盐补充（1SB）促进了细胞增殖和脂质积累。当使用1SB培养基（含有0.57 g L^?1的氮和磷）时，生物量积累达到峰值；其次是1/2 N培养基（含有0.52 g L^?1的氮和磷）。另一方面，完全耗尽氮和磷（0 N, 0 P）以及用尿素（BGU）替代氮会抑制生长，并降低脂肪酸的多样性和组成。在1/2 N、1/2 P和1SB培养基中，脂质含量可达到干重的30%，这证实了营养压力和碳可用性在刺激脂质生物合成中的作用。二十碳五烯酸（EPA；C20:5 ω3）在大多数条件下成为主要脂肪酸，在BG11和1/2 N培养基中占比约为44%，在稳定期仍保持在42%以上，超过了已知的ω3微生物/微藻生产者的产量。总体而言，本研究表明营养条件的改变会影响M. aquilonaris ACOI 2424的生长和代谢产出，凸显了其作为可持续ω3脂肪酸生产的有潜力微藻的潜力。

引言

微藻是一类普遍存在的光合微生物，越来越多地被视为功能性饲料和食品补充剂的来源[1]、[2]、[3]。它们的脂质生产和组成因微藻种类、生长阶段以及培养条件（如光照、温度和培养基营养成分）而异[4]、[5]。随着培养时间的延长，总脂质含量趋于增加，在指数生长的初期到中期通常较低，而在指数生长的后期和稳定期最高[6]。稳定生长期的脂质积累归因于不利的培养条件，这些条件促使光合能量转向三酰甘油（TAG）的生成[6]、[7]。营养限制是一种常用的提高脂质生产的策略[8]、[9]、[10]、[11]。氮的缺乏通过将碳流从富含氮的生物合成途径重新导向脂质途径来增加脂质积累，尽管这也由于核酸、蛋白质和叶绿素的合成受阻而降低了生物量生产力[10]、[12]、[13]。磷的限制同样会抑制细胞分裂，同时促进脂质积累，因为多余的固定碳从磷脂和蛋白质生产中转移到储存脂质中[11]、[12]。除了总产量外，营养条件的改变还与脂肪酸（FA）组成的变化有关[14]。氮的限制通常会促进饱和脂肪酸（SFA）的积累，同时减少不饱和脂肪酸（UFA）的合成，反映了向能量密集型储存化合物的转变[11]。相比之下，磷的限制可能有利于UFA的产生[15]、[16]。总体而言，营养含量的变化不仅会影响脂质的产量，还会影响其脂肪酸组成的质量，从而适用于特定的营养和工业应用。Omega-3（ω3）脂肪酸对脊椎动物[17]，特别是人类的营养[14]、[18]、[19]至关重要。微藻是少数能够高效从头合成长链ω3脂肪酸的生物之一，被认为是这些高营养价值和治疗价值脂质的主要生产者[19]。也有研究利用废弃物作为培养基来培养微藻，这得益于微藻在受污染水体中的生长能力，从而降低生产成本[20]、[21]、[22]、[23]。这些研究通常针对生物能源领域，该领域利用高脂质含量的生物质研究其在生物能源和生物燃料中的潜在用途[24]。

Eustigmatophyceae是一类能够产生大量脂质的微藻[25]、[26]。这主要是由于Nannochloropsis和Microchloropsis属的商业价值[27]。这些属的微藻因富含长链多不饱和脂肪酸（PUFA），尤其是二十碳五烯酸（EPA；C20:5 ω3）而被广泛研究和商业化[25]、[27]，这对饲料应用（特别是在水产养殖业）具有价值[28]。它们还因其产生的中性脂质而受到重视，这些中性脂质在生物燃料产业中有广泛的应用潜力[27]、[29]、[30]。Munda aquilonaris（Skuja）R. Amaral, K. P. Fawley, Nemcová, T. Sevcíková, A. Lukesová, M. W. Fawley, L. M. A. Santos & M. Eliás 2020是一种属于Eustigmatophyceae类的油性微藻。该菌株以前被称为Characiopsis aquilonaris，其特征是含有高量的类胡萝卜素（2.27 mg g^?1），尤其是vaucheriaxanthin二酯（占总类胡萝卜素含量的31%[32]）。它还表现出很强的抗氧化活性[33]，这与高含量的叶绿素a和类胡萝卜素以及其对乳腺癌细胞系的强细胞毒性效应有关，这可能与胆固醇和豆甾醇的存在有关[31]。

尽管营养物质的可用性在调节微藻脂质代谢中的作用已经得到充分证实，但在M. aquilonaris中的影响仍需进一步研究。在本研究中，我们在不同的培养基配方中培养了M. aquilonaris ACOI 2424，这些培养基具有不同的氮、磷和碳水平。我们评估了每个培养基中的生物量生长、脂质积累以及指数生长期和稳定期的脂肪酸组成。特别关注了ω3脂肪酸，因为它们在营养和商业上的重要性。本研究首次全面评估了培养基营养条件对M. aquilonaris生长、脂质和脂肪酸产生的影响，为其作为EPA生产者的潜力奠定了基础。

实验条件

培养条件

Munda aquilonaris ACOI 2424来源于科英布拉藻类收藏（Coimbra Collection of Algae, ACOI）（https://acoi.ci.uc.pt）。该菌株在Blue Green 11（BG11）培养基中培养，直到获得2 L的培养液，培养条件为51 μmol m^?2 s^?1的光照强度、16 h:8 h的光照周期（光照：黑暗）、23°C的温度以及通入空气。这种培养液通过连续稀释作为指数生长期的母培养液使用。

实验条件

九种培养基

生长分析

通过细胞计数观察了培养基营养条件对M. aquilonaris ACOI 2424生长的影响，得到了不同的生长曲线（图1、图2、图3）。

氮的调整对生长产生了不同的影响（图1）。补充氮（2 N）和用尿素（BGU）替代氮显著改变了细胞增殖，而氮的限制（0 N, 1/2 N）影响较小。BGU导致生长滞后两天，并缩短了指数生长期。

结论

本研究表明M. aquilonaris ACOI 2424在ω3 PUFA生产方面具有相当大的潜力，尤其是EPA。氮和磷的限制（1/2 N, 1/2 P）以及适量的碳酸氢盐补充（1SB）促进了生长和脂质积累，脂质含量可达到干重的30%。在大多数处理条件下，EPA是主要脂肪酸，占比达到43.94%，并在氮限制条件下仍保持高水平，表明其在维持ω3合成方面具有很强的能力。

作者贡献声明

鲁本·加斯帕尔（Rúben Gaspar）：撰写初稿、方法学设计、实验实施、数据分析。玛丽安娜·F.G. 阿松桑（Mariana F.G. Assun??o）：撰写、审稿与编辑、监督、方法学指导、概念构思。伯克·阿克索伊（Berk Aksoy）：方法学设计、实验实施、数据分析。伊万·维加斯（Ivan Viegas）：撰写、审稿与编辑、监督、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究结果的财务或其他利益冲突。

致谢

本工作得到了欧洲区域发展基金（European Regional Development Fund, FEDER）的支持，该项目属于Centro 2030计划，名为“MARCentro+ - 中部地区海洋资源管理的创新与可持续性”（CENTRO2030-FEDER-02614400）。此外，本工作还得到了葡萄牙科学技术基金会（FCT - Funda??o para a Ciência e Tecnologia, I.P.）的支持，项目编号为UID/04004/2025——功能生态学中心——为人类和地球服务的科学项目，DOI标识符为10.54499/UID/04004/2025