本研究由邹帅、李玉芹、马怡然、齐振华、贾权威等人完成，作者均来自湘潭大学化工学院。该研究发表于《化工进展》（chemical industry and engineering progress）2021年第40卷第9期，论文题目为《二乙醇胺强化胶球藻coccomyxa subellipsoidea c-169固定co2和积累油脂》。文章doi为10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0263，研究受到国家自然科学基金（21676228）和湖南省教育厅重点项目（18a068）资助。

从研究背景来看，微藻因具有生长周期短、环境适应性强和光合作用效率高等优点，被认为是一种能够同时实现二氧化碳（co2）生物减排和可再生能源生产的理想生物体系。微藻可以通过光合作用将co2转化为糖类、油脂、蛋白质等有机物，其中油脂可作为生物柴油的原料。然而，在实际培养体系中，co2在液相中的溶解与传质效率较低，限制了微藻高效固定co2和积累油脂的工业应用。已有研究表明，向微藻培养体系中添加醇胺类化学吸收剂可以将co2转化为碳酸氢根（hco3-），提高co2在培养液中的溶解度和可利用性。二乙醇胺（diethanolamine，dea）作为一类有机胺，已被尝试用于螺旋藻等微藻培养体系，显示出一定的提高co2气液传质和微藻固碳能力的潜力。然而，dea的碱性可能对微藻细胞产生毒性，因此其最佳使用浓度仍需针对不同藻种进行优化。胶球藻coccomyxa subellipsoidea c-169是一种非运动型单细胞绿藻，具有在适宜条件下积累占干重58%甘油三酯的能力，且已完成全基因组测序，是碳生物减排和生物柴油开发的优良藻株。本研究旨在考察dea对胶球藻生长、固定co2和积累油脂的影响，确定其最佳作用浓度，并从气液传质、关键酶活性和脂肪酸组成等角度解析dea的强化机制。

在工作流程方面，研究首先考察了不同co2体积分数（0.03%、2%、5%、7%、10%）对胶球藻固定co2和积累油脂的影响，以确定最适co2供给浓度。结果显示，在2% co2条件下，胶球藻的生物量、co2固定效率和油脂积累均达到最佳。在此基础上，研究进一步设置不同dea浓度（0、20mg/l、40mg/l、60mg/l、80mg/l、100mg/l），在2% co2条件下培养胶球藻，测定其生物量、co2固定效率、油脂含量、油脂产率和气液传质系数（kla）。藻细胞生物量和油脂测定采用冻干称重、氯仿/甲醇萃取和脂肪酸分析与内标定量等方法。此外，利用激光共聚焦显微镜和透射电子显微镜观察不同dea浓度下胶球藻细胞中油脂滴和淀粉颗粒的分布与形态。为进一步揭示dea的作用机制，研究还测定了碳酸酐酶（carbonic anhydrase，ca）、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase，rubisco）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase，pepc）和乙酰辅酶a羧化酶（acetyl-coa carboxylase，accase）的活性，并用气相色谱-质谱联用（gc-ms）分析脂肪酸组成。

在主要结果方面，dea的添加在40mg/l浓度下显著提高了胶球藻的生物量至0.97g/l、co2固定效率至225.98mg/(l·d)、油脂含量至64.33%和油脂产率至59.9mg/(l·d)，分别比无dea对照组提高1.64倍、1.64倍、1.15倍和1.27倍。气液传质系数从无dea组的0.054/min提高至40mg/l dea组的0.073/min，说明dea增强了培养体系中co2的传质效率，使更多无机碳可供藻细胞利用。激光共聚焦显微镜和透射电镜结果进一步证实，40mg/l dea处理组藻细胞中脂质体数量显著增多，淀粉颗粒减少，而高浓度dea（100mg/l）组淀粉颗粒聚集，油脂积累下降。酶活性分析表明，dea处理可上调ca和rubisco活性，增强co2固定能力；同时上调accase活性并下调pepc活性，促进碳代谢流从竞争路径转向脂肪酸合成路径，从而协同增强油脂积累。脂肪酸组成分析显示，40mg/l dea处理使c16~c18脂肪酸占总脂肪酸的92%，其中单不饱和脂肪酸（油酸c18∶1）比例达到56.65%，高于饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸总量（43.35%），这有利于提高生物柴油的十六烷值和氧化稳定性，符合高质量生物柴油原料的要求。

研究结论指出，40mg/l dea可通过提高气液传质系数、增强无机碳可利用性、上调固碳途径关键酶rubisco和ca以及油脂合成途径关键酶accase、下调竞争途径酶pepc，从而协同强化胶球藻固定co2和积累油脂。该浓度下获得的脂肪酸组成中单不饱和脂肪酸比例高于饱和与多不饱和脂肪酸总量，具有较好的生物柴油燃料特性。该研究为利用微藻进行co2生物减排及可再生能源开发提供了新的思路和理论依据。

本研究的亮点包括：首次系统探讨了dea对胶球藻coccomyxa subellipsoidea c-169固碳和油脂积累的影响；明确了40mg/l dea的最佳作用浓度；结合气液传质、超微结构、关键酶活性和脂肪酸组成分析，从碳吸收、碳固定和碳分配三个层面阐明了dea强化固碳和积脂的机制；发现dea处理可优化脂肪酸组成，提高藻基生物柴油的潜在燃料性能。

此外，该研究还对不同co2浓度条件下的胶球藻碳固定与油脂积累进行了初步评估，发现2% co2为相对适宜的供给浓度，而更高浓度co2会显著抑制细胞生长，这为后续放大培养中co2浓度选择和dea化学吸收剂联合使用提供了参考。