《Algal Research》：Individual and combined effects of three phytohormones on lipid productivity and biodiesel quality in
Nannochloropsis gaditana under nitrogen starvation
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微藻Nannochloropsis gaditana ffrc-1在氮饥饿下通过添加fulvic acid（FA）、jasmonic acid（JA）和salicylic acid（SA）协同作用有效打破生长-脂质产量权衡，最高脂质生产力达0.24 g/L/day，同时调控脂肪酸组成提升冷流性能。
王留福|马学艳|文海波|黄旭雄|金武|陈婉文|王玉峰|徐宝
农业部农村事务部综合稻渔养殖生态重点实验室，中国渔业科学院淡水渔业研究中心，无锡，214081，中国
摘要
为了解决微藻生物柴油生产中的生物量与脂质之间的权衡问题，本研究通过优化富里酸（FA）、茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）在氮饥饿条件下的使用，研究了使用Nannochloropsis gaditana ffrc-1生产生物柴油的情况，并探讨了脂质生物合成的机制。在氮饥饿条件下，当富里酸浓度为20 mg/L时，脂质含量、生物量生产力和脂质生产力分别达到30.50%、0.48 g/L/天和0.1450 g/L/天；当茉莉酸浓度为20 mg/L时，这些指标分别达到31.50%、0.74 g/L/天和0.2335 g/L/天；当水杨酸浓度为2 mg/L时，相应指标分别为30.20%、0.84 g/L/天和0.2540 g/L/天。通过响应面方法，将富里酸22 mg/L、茉莉酸17 mg/L和水杨酸2.4 mg/L组合使用，氮饥饿条件下的脂质生产力提高到0.24 g/L/天。脂质合成酶（乙酰辅酶A羧化酶β和二酰甘油酰基转移酶）的mRNA表达与脂质积累的趋势一致。此外，在这些植物激素的补充下，N. gaditana ffrc-1在氮饥饿条件下的脂肪酸组成和关键生物柴油特性符合国际标准，并且其冷流性能得到改善。这表明其作为寒冷气候条件下可持续生物柴油原料的潜力。总之，本研究表明，在氮饥饿条件下协调应用富里酸、茉莉酸和水杨酸可以有效打破N. gaditana中的生长-脂质权衡，同时实现高脂质生产力和优异的生物柴油冷流性能。
引言
由于经济增长和人口扩张驱动的全球能源需求迅速增长，人们对化石燃料的枯竭表示担忧。因此，寻求可再生能源替代品变得至关重要。微藻因其独特的优势而受到广泛关注，成为生物能源生产的可行原料。这些优势包括高光合作用效率（能够产生脂质）、对土地和资源的需求较低（允许大规模养殖而不与农田竞争），以及环境效益（燃烧时几乎不产生有毒排放）[1]。提高微藻的整体脂质生产力以获得更高的收益，从而弥补成本是具有经济效益的[2]。
氮饥饿是最广泛采用的诱导微藻脂质变化的策略，因为它操作简单且有效。在氮饥饿条件下，微藻会触发代谢转变，将碳流从蛋白质和碳水化合物生物合成重新导向脂质生物合成[3]。这种应激反应包括上调脂质合成酶的表达，抑制β-氧化以防止脂质降解，并将多余的NADPH分配到甘油三酯（TAG）储存中[4]。虽然氮饥饿能有效增加脂质含量，但它同时会抑制生物量生产，从而最终影响整体脂质生产力。为了解决这一权衡问题，关键在于寻找能够在氮饥饿压力下增加或维持生物量同时产生高脂质含量的策略[2]。
在氮饥饿条件下补充外源植物激素是一种有前景的策略，可能有效克服生长-脂质权衡。关于某些植物激素（如赤霉素、吲哚丁酸和褪黑素等）对氮饥饿微藻的影响已有研究[5]，但对其他重要植物激素的了解仍然有限。例如，富里酸（FA）通过影响细胞内ROS水平、基因表达水平和谷胱甘肽含量以及NO和MAPK表达水平来增强微藻的耐受性[6]。茉莉酸（JA）可以增强微藻中与类胡萝卜素生物合成相关的基因表达并促进抗氧化剂的积累，具有广泛的细胞响应活性[7]。水杨酸（SA）是另一种强效植物激素，可通过增加植物细胞的抗氧化活性来帮助其缓解应激[8]。先前的研究强调了它们在抗逆性和生长中的作用。然而，它们对氮饥饿条件下脂质含量、生物量生产和脂肪酸组成（影响生物柴油质量）的影响尚不清楚，其背后的机制也尚未阐明[2]。此外，大多数先前的研究仅关注一两种因素的作用，而忽略了三种或更多植物激素的联合效应[5]。因此，有必要探索富里酸、茉莉酸和水杨酸在氮饥饿条件下对微藻脂质生产的单独和协同作用。
在本研究中，我们选择Nannochloropsis gaditana作为模式生物，因为它具有三个关键优势：完成了基因组草图的组装，开发了高效的遗传转化方法，并实现了成功的大规模培养[9]。虽然已经探讨了一些植物激素在微藻脂质诱导中的单独作用，但三种植物激素组合（FA、JA和SA）同时克服生物量-脂质权衡并调整生物柴油特性的协同潜力仍有待探索。因此，本研究不仅旨在量化富里酸、茉莉酸和水杨酸在氮饥饿条件下对N. gaditana脂质生产力的单独和联合效应，还通过基因表达分析揭示了它们的协同作用机制。此外，我们将这些生理变化与最终的脂肪酸组成联系起来，并严格评估所制备生物柴油是否符合关键燃料标准，特别是冷流性能。这种综合方法为可持续和以应用为导向的微藻生物柴油原料优化提供了新的策略。
实验部分
微藻预培养
Nannochloropsis gaditana ffrc-1来自上海光宇生物技术有限公司，并在f/2培养基中半连续培养[10]。在对数生长阶段的藻细胞经离心处理（4°C，4000×g，3分钟）以去除培养基。然后，在正式实验前将藻细胞洗涤三次，初始光密度（OD=750 nm）约为0.5，相当于初始生物量浓度为0.22 g干细胞重量（DCW）/升。所有培养
氮饥饿对N. gaditana脂质积累的影响
与对照组（con）相比，氮饥饿组（NS组）的脂质含量增加（表2），这归因于accD和DGAT基因的上调（图1、图2、图3）。众所周知，accD和DGAT基因分别编码控制初始脂肪酸生物合成和最终TAG生物合成的酶。此外，氮饥饿增加了单不饱和脂肪酸（MUFAs）的含量，同时减少了多不饱和脂肪酸（PUFAs）的含量（表3）。这种变化导致
结论
本研究表明，在氮饥饿条件下，协调应用富里酸、茉莉酸和水杨酸是一种突破性策略，可以有效打破N. gaditana中的生长-脂质权衡。与通常只侧重于生物量或脂质的单一激素处理不同，优化的三因子组合协同增强了脂质生产力，同时调整了脂肪酸组成，使得生物柴油具有更好的冷流性能。
CRediT作者贡献声明
王留福：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学，研究，资金获取。马学艳：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，概念构思。文海波：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，研究，概念构思。黄旭雄：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念构思。金武：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学。陈婉文：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作或代表任何利益冲突。
致谢
本研究主要得到了中央公共利益科学机构基础研究基金、淡水渔业研究中心（CAFS）（编号：2025JBFR06）的资助。此外，还得到了国家自然科学基金（编号：31800435）的支持。
