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微藻是一種我們?nèi)庋劭床灰姷脑孱惾后w，它們的結(jié)構(gòu)很簡單，卻是讓海洋生態(tài)系統(tǒng)有效運行的關(guān)鍵生物，它們含有葉綠素a，因而可以進行光合作用，制造豐富的有機物，并釋放氧氣，為海洋生物源源不斷地生產(chǎn)生存所需的基本物質(zhì)。

在化工領(lǐng)域，小小的微藻可是大有作為，它們可以吸收二氧化碳并產(chǎn)生可作為生物燃料的油。更重要的是，這些生物燃料有可能是碳負(fù)性的，有望成為傳統(tǒng)化石燃料的替代品。

碳負(fù)性，簡單來說就是生物燃料產(chǎn)生的碳，有大部分歸還土壤，形成惰性碳庫，只有少量的碳被釋放到大氣中，這樣就產(chǎn)生凈的碳吸收，這個平衡就稱之為“碳負(fù)性”。比如一種生物燃料可產(chǎn)生25%的碳歸還土壤，有20%的碳被土壤吸收，只有5%的碳經(jīng)過微生物的作用被釋放到大氣中，我們就可以稱這種燃料是碳負(fù)性的。

然而，在此前很長的一段時間里，科學(xué)家們對這些微藻產(chǎn)生油脂的生物過程還不完全清楚。最近，由中國科學(xué)院青島生物能源與生物加工技術(shù)研究所（QIBEBT）徐健教授領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種藍光基因傳感器，該傳感器可調(diào)節(jié)工業(yè)微藻中的油合成，并對這一發(fā)現(xiàn)進行了探索，以使微藻的油產(chǎn)率加倍。

此外，他們還提出了一種名為藍光誘導(dǎo)油合成（BLIO）的新技術(shù)，該技術(shù)在基于微藻的二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物燃料方面具有重大意義。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。

在產(chǎn)油微藻中，營養(yǎng)缺乏、強光或高溫等環(huán)境壓力通常會導(dǎo)致油積累。這些高能量密度油是三酰甘油（TAG），是生物柴油的前體。微藻生長速度快，含油量高，是一種很有前途的三酰甘油生產(chǎn)原料?？茖W(xué)家們早就知道，石油生產(chǎn)是微藻細胞在億萬年的時間里對環(huán)境壓力反應(yīng)的一部分，但利用這一知識提高石油產(chǎn)量很難，因為他們對這一過程的工作原理缺乏充分的了解。

長期以來，QIBEBT研究團隊一直在尋找一種更好的方法來誘導(dǎo)微藻產(chǎn)油。QIBEBT單細胞中心的博士后研究員張鵬說：“新的環(huán)境刺激可以在不影響生物產(chǎn)量的情況下高效、精確地控制細胞標(biāo)簽組裝，這是非常理想的?！?/p>

十多年來，該團隊一直在研究工業(yè)含油微藻海洋微綠球藻，這是一種海洋微藻，可以從海水和二氧化碳中產(chǎn)生高價值的油。他們?yōu)閷ふ乙环N新的刺激措施而進行了漫長的探索，這種刺激措施可以更精確地控制石油生產(chǎn)，最終使他們獲得了成功。研究團隊發(fā)現(xiàn)了一條之前未知的“藍光-NobZIP77-NoDGAT2B”通路。

當(dāng)微藻處于氮等營養(yǎng)物質(zhì)充足的環(huán)境中時，微藻的細胞核內(nèi)一種叫NobZIP77的藍光基因感應(yīng)調(diào)節(jié)器會抑制NoDGAT2B等產(chǎn)油酶的表達，來阻止三酰甘油的產(chǎn)生。但是，當(dāng)?shù)葼I養(yǎng)物質(zhì)被耗盡的時候，微藻體內(nèi)吸收藍光的葉綠素a會減少，這會導(dǎo)致更多的藍光進入細胞核，這使得NobZIP77對產(chǎn)油酶的抑制被解除，最終釋放更多的三酰甘油。

單細胞中心副教授辛毅補充道：“這種將光感應(yīng)與標(biāo)記合成聯(lián)系起來的簡潔機制之前并不為人所知，因此非常令人興奮。”基于這些發(fā)現(xiàn)，該團隊發(fā)明了BLIO技術(shù)，在該技術(shù)中，去除NobZIP77的微藻首先暴露在白光下，然后暴露在藍光下。這導(dǎo)致在恒定白光（白光由多種色光疊加而成）下，三酰甘油的峰值生產(chǎn)力是未改性微藻的兩倍。

“光質(zhì)量是一種非常理想的控制工具。因此，我們在這項研究中的發(fā)現(xiàn)為原料開發(fā)、光生物反應(yīng)器設(shè)計或生物過程控制指明了一個新方向，”單細胞中心負(fù)責(zé)人、該研究的資深作者徐健說。研究人員認(rèn)為，這種遺傳機制廣泛存在于微藻和高等植物中，并展望了BLIO技術(shù)及其變體在需要將二氧化碳高效轉(zhuǎn)化為油或其他大分子的環(huán)境中發(fā)揮作用的未來。

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