“编者在24年6月19日文献情报中关注到中国海洋大学郭亮教授团队探究蛋白核小球藻对溶解有机磷的去除机制和代谢响应，特邀请该团队为本公众号撰写了研究亮点，希望该研究成果能给关注者启发，从中获得灵感，促进天然有机质研究工作的开展。”
导读
作为一种生物处理技术，微藻在废水除磷和磷回收方面展现出巨大的应用前景。但是微藻对溶解有机磷（DOP）的去除机制及其代谢响应尚未完全明了。本研究深入探讨了蛋白核小球藻对三种不同形式的DOP——三磷酸腺苷（ATP）、葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）和β-甘油磷酸酯（β-GP）——的去除过程及其代谢组学响应。研究发现，蛋白核小球藻对不同DOP的去除率可以达到96%以上，这一过程主要通过直接转运和水解后吸收的途径实现。进一步的代谢物分析揭示了DOP形态对中心碳代谢路径的显著影响。G-6-P的加入促进了糖酵解和三羧酸（TCA）循环中间体的上调，这反映了在碳水化合物、氨基酸和核苷酸生物合成方面的增强。与此相反，ATP的加入则导致了碳水化合物和嘌呤代谢的下调，进而抑制了微藻的持续生长。这项研究不仅增强了对微藻处理含磷废水过程的理解，而且为微藻生物技术的实际应用提供了理论依据。
▲图1 图文摘要（来源：ScienceDirect）
本研究探究了微藻对DOP的去除过程及机制，明晰了DOP形态对微藻生长和生化成分积累的影响，并深入挖掘了微藻对DOP形态的代谢响应。结果表明：
DOP 的去除主要包括生物过程（80.7%-86.9%）和非生物途径（13.1%-19.3%），其中，微藻对DOP的吸收涉及两种机制：
1)直接吸收：小分子 DOP 可通过微藻细胞膜上的相关转运蛋白主动转运到细胞质中。
▲图1 (a)-(c) 培养基中总磷、无机磷和有机磷的浓度；(d)-(e) 微藻胞内总磷、无机磷和有机磷的浓度。（来源：ScienceDirect）
此外，动力学分析表明，微藻对IP的摄取过程遵循伪一级动力学模型。这表明微藻拥有一种直接且高效的机制来吸收环境中的无机磷，能够迅速将IP从外部环境转移到细胞内部。而对DOP的摄取过程遵循伪二级动力学模型，表明DOP的吸收过程更为复杂，可能涉及到多个步骤。这种复杂的吸收机制可能需要更多的能量和时间，从而影响了微藻对DOP的利用效率。
▲图2 微藻对不同形态有机磷的关键代谢通路响应，（来源：ScienceDirect）
本研究不仅揭示了微藻对不同形态DOP的摄取机制，还阐明了有机磷在微藻代谢过程中的作用及其对微藻生长的影响。这些发现对于优化微藻在废水处理和磷回收中的应用具有重要意义，并为进一步研究微藻的磷代谢机制提供了新的视角。
[1] Qirui Wu, Yuanjun Liu, Chunji Jin, Yangguo Zhao, Mengchun Gao, Liang Guo*. Removal mechanisms and metabolic responses of Chlorella pyrenoidosa to dissolved organic phosphorus. Bioresource Technology, 2024, 406:130999.
[2] Haiqing Xu#, Qirui Wu#, Yi Wang, Zhiming Zhang, Chunji Jin, Yangguo Zhao, Mengchun Gao, Liang Guo*. Biomass accumulation and physiological characteristics of Chlorella pyrenoidosa with different forms of organic phosphorus under the mixotrophic mode. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2024, 12:130-140.
联系作者:
郭亮，教授，中国海洋大学环境科学与工程学院，Email：geletu@ouc.edu.cn。
扩展阅读
本文编辑：张兆媛
本文审订：何伟
| 版权申明：本公众号为非盈利性新媒体，所刊载文章版权属于原作者及相关出版商所有，如发生侵权行为，请及时与公众号编辑联系，我们会与原作者、相关出版机构协商解决。 |
更多信息关注“天然有机质研究情报”。
