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红藻Gracilaria gracilis在模拟Bizerte潟湖环境条件下，通过响应面法分析紫外线辐射时间、盐度和氮浓度对生长率及生化成分的影响。结果显示，1小时紫外线辐射、33 PSU盐度及554/677 μmol/L铵/硝酸盐组合时生长率最高达6.7%/天，同时超红素（1.6 mg/g）、蛋白质（63 mg/g）和碳水化合物（4.3 mg/g）含量分别达到峰值。研究证实该藻能适应环境波动，为优化海藻养殖及高值代谢产物开发提供依据。
阿齐兹·本·盖迪法（Aziz Ben Ghedifa）|朱莉娅·维加（Julia Vega）|费利克斯·L·菲格罗亚（Félix L. Figueroa）|萨卢瓦·萨多克（Saloua Sadok）|费蒂·门西（Fethi Mensi）
蓝色生物技术及水生生物制品实验室，国家海洋科学技术研究所（INSTM），地址：28号3月2日街（rue 2 mars 1934），萨拉姆博（Salammb?），突尼斯2025
摘要
从比塞大泻湖（Bizerte Lagoon）采集了红藻Gracilaria gracilis的藻体，并在受控实验室条件下进行培养，实验设计模拟了泻湖的环境变化。通过响应面方法（Response Surface Methodology, RSM）分析了紫外线辐射（UVR）暴露时间（h）、盐度（PSU）以及铵盐和硝酸盐浓度（μmol L?1）对每日生长率（DGR%，% day?1）、R-藻红蛋白（R-PE，mg g?1）、蛋白质（mg g?1）和碳水化合物（mg g?1）含量的影响。回归模型拟合度良好，R2值分别为0.86、0.87、0.82和0.81，方差分析（ANOVA）确认了测试参数对所有响应变量的显著影响（p < 0.05）。在1小时的UVR照射、33 PSU盐度、554 μmol L?1铵盐和677 μmol L?1硝酸盐条件下，每日生长率达到最高（6.7% day?1）。在类似条件下，R-PE的积累量达到1.6 mg g?1；而蛋白质含量在2小时UVR照射、40 PSU盐度、554 μmol L?1铵盐和677 μmol L?1硝酸盐条件下达到峰值（63 mg g?1）。碳水化合物含量在长时间UVR照射（4小时）、最高盐度（40 PSU）、277 μmol L?1铵盐和677 μmol L?1硝酸盐条件下最高（4.3 mg g?1）。这些发现为优化Gracilaria gracilis的培养提供了定量指导，并表明该藻类能够耐受并良好适应本研究中模拟的环境条件，为未来的大规模水产养殖提供了宝贵见解。
引言
全球海藻产量显著增长，2022年达到约3780万吨，市场价值估计为90亿美元（FAO，2024年）。其中约97%来自水产养殖，主要用于食品领域。除了营养价值外，海藻还是生物活性化合物的丰富来源，这些化合物应用于制药、化妆品和生物技术领域（Narayanan，2024年）。在红藻中，Gracilariales目是栽培最广泛的类群之一，主要因其能产生琼脂和卡拉胶等藻胶以及具有商业价值的色素R-藻红蛋白（R-PE）而受到重视。这些色素可用作天然色素、生物医学研究中的荧光标记物以及营养补充剂中的抗氧化剂（Ganesan等人，2023年）。因此，在水产养殖系统中优化高价值化合物的生产仍然是一个关键目标。在突尼斯，大规模的大型藻类生物量生产仍有限，因此提高培养藻类的生化组成显得尤为重要。与其单纯关注生物量产量，不如提升有价值代谢物的质量和浓度，这是一种更实际且经济上可持续的方法。因此，了解环境压力如何调节生化途径对于提高海藻养殖的商业可行性至关重要。
藻类中色素的合成受到光照强度、盐度和养分可用性等环境因素的显著影响。在当前背景下，紫外线辐射（UVR）是一种关键的环境压力源。虽然过度暴露会损害藻细胞，但研究表明，在适当的养分条件下，适度的UVR照射可以刺激光保护性化合物（尤其是色素和蛋白质）的生成（Glazer等人，1994年；Moroney和Ynalvez，2009年）。例如，UV-B辐射可增加某些藻类的色素积累，一项针对Kappaphycus alvarezii和Eucheuma denticulatum的研究显示，在UV-B照射下色素含量平均增加了53%以上（Santunione等人，2024年）。这些环境变化突显了理解UVR与其他因素相互作用对藻类生长和色素生产影响的重要性，尤其是在这类压力源频繁出现的沿海生态系统中。
作为潮间带物种，Gracilaria属藻类对环境波动（包括UVR变化）特别敏感。在突尼斯，Gracilaria gracilis是一种重要的红藻，因其含有的R-PE等色素而在食品、化妆品和生物技术领域具有应用价值。研究环境压力（尤其是UVR）对其生理的影响对于增强其生态韧性和生物技术利用价值至关重要。比塞大泻湖是Gracilariales目藻类的重要分布地。然而，由于环境波动，Gracilaria的生物量不稳定，且生产的琼脂质量往往较差（Mensi等人，2022年）。该地区周围有许多水道，全年降水量和侵蚀作用显著，导致水体浑浊度很高（尤其是在冬季）。此外，淡水流入使盐度在30 PSU至40 PSU之间波动（Harzallah，2003年；Béjaoui等人，2008年；Sellami，2023年）。同时，大量的工业和水产养殖企业加剧了富营养化现象。尽管存在这些挑战，比塞大泻湖仍为海藻养殖提供了广阔机会，既可以作为独立活动，也可以作为综合多营养级养殖（IMTA）系统的一部分，从而促进可持续的生物量生产并有助于环境保护（Zepeda等人，2020年）。
基于此背景，本研究探讨了UVR与其他物理化学因素共同作用下对Gracilaria gracilis生理和生化组成的影响。目标是优化生物量生产和具有生物技术价值的代谢物（如R-PE）的积累。传统的分析方法（如Mendes等人，2012年所述）一次仅测试一个参数，无法有效开展此类实验，因为这些参数之间可能存在相互作用，从而掩盖潜在的生理响应并无法准确反映自然泻湖条件。因此，我们采用了响应面方法（RSM），这是一种统计和数学技术组合，用于评估多个独立变量对一个或多个响应变量的影响，并确定优化结果的变量组合（Montgomery，2017年）。这种方法可以同时研究UVR、盐度和氮素的作用，揭示它们对生长和生化组成的单独效应及其协同或拮抗作用。
样本制备
样本制备
从比塞大泻湖（37.22551° N, 9.92709° E）深度0.5米处采集了Gracilaria gracilis（红藻门）的藻体。样本用含盐度为32 PSU的封闭海水容器运输至实验室，并在实验室中避免光照并立即清除附生生物。根据发育阶段、颜色和形状对样本进行分类。仅选取了孢子体阶段，其特征为鲜红色、分枝密集且藻体长度均匀。
结果与讨论
响应面分析揭示了UVR、盐度和氮源如何共同影响Gracilaria gracilis的生长（DGR%）和生化组成。在后续部分，我们将分别介绍这些因素的单独效应及其相互作用，重点讨论生物量生产与高价值化合物积累之间的权衡。
结论
本研究确定了Gracilaria gracilis生长的最佳条件。该藻类表现出强大的代谢调节能力以应对环境压力：短暂UVR照射有利于生物量积累，中等强度UVR促进光保护性蛋白质的合成，而长时间UVR则促使资源向碳水化合物储存转移以缓解压力。该藻类能够耐受所有模拟条件，显示出巨大的潜力。
作者贡献
所有作者都参与了本研究。实验由阿齐兹·本·盖迪法（Aziz Ben Ghedifa）和朱莉娅·维加（Julia Vega）完成。分析和实验工作由费蒂·门西（Fethi Mensi）、费利克斯·L·菲格罗亚（Félix L. Figueroa）和萨卢瓦·萨多克（Saloua Sadok）指导。初稿由阿齐兹·本·盖迪法撰写，最终版本由所有作者共同修订，并得到费利克斯·L·菲格罗亚和萨卢瓦·萨多克的批准。
资金支持
本研究得到了突尼斯高等教育和科学研究部的资助。
CRediT作者贡献声明
费蒂·门西（Fethi Mensi）：写作、审稿与编辑、指导。
萨卢瓦·萨多克（Saloua Sadok）：写作、审稿与编辑、指导。
费利克斯·L·菲格罗亚（Félix L. Figueroa）：写作、审稿与编辑、指导。
朱莉娅·维加（Julia Vega）：方法学设计、实验实施。
阿齐兹·本·盖迪法（Aziz Ben Ghedifa）：初稿撰写、方法学设计、实验实施。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
