微藻-何以成为大气中二氧化碳的“杀手”？

据统计，地球每日约一半的二氧化碳固碳量都由微藻完成。微藻之所以能实现高效固碳，关键在于其细胞内存在一套精密的CO₂浓缩机制（CCM）。该机制依赖碳酸酐酶（CA）与羧酶体（Carboxysome）的协同运作，在核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶（Rubisco）周围营造出高浓度CO₂微环境，从而大幅提升羧化反应速率并有效抑制光呼吸损耗。

一、微藻固碳的分子机制

微藻、蓝细菌等使用生物物理CCM，依靠物理过程捕获无机碳，把CO₂富集存放在RuBisCO的区室，不生成中间代谢物。

1. 环境里的无机碳有CO₂、HCO₃⁻等形态，HCO₃⁻不能自由跨膜。低CO₂条件下CCM被光诱导激活，细胞膜、叶绿体膜上的转运蛋白主动吸收 HCO₃⁻，在胞内建立高浓度无机碳库，胞内Ci（外源无机碳）浓度最高可达外界1000倍以上。

2. HCO₃⁻转运进入蛋白核的类囊体小管，类囊体腔呈酸性，CA催化HCO₃⁻分解，在RuBisCO周围局部释放高浓度CO₂。

3. 蛋白核由支架蛋白EPYC1通过液液相分离聚集绝大多数RuBisCO，外层淀粉鞘形成屏障阻挡CO₂外泄；LCIBLCIC复合体、线粒体可以回收逃逸的CO₂，再次用于固碳。

二、最新研究

微藻拥有完备的CA系统：拥有α、β、γ多家族碳酸酐酶，分布在周质、线粒体、类囊体腔、蛋白核等不同亚细胞位置，完成 CO₂↔HCO₃⁻快速互变、碳回收，pH分区（细胞质弱碱性、类囊体腔酸性）配合实现定向碳转运富集。

天然固碳往往受限于CA的稳定性。最新研究将定向进化获得的高稳定脱硫弧菌（Desulfovibrio vulgaris）β-型碳酸酐酶DvCA异源表达在莱茵衣藻的叶绿体中。这种“升级版”工程藻株不仅CA活性大幅提升，其无机碳摄取能力和总碳转化效率也显著增强。在光自养条件下，改造后的微藻光合速率提升了30%以上，且将固定下来的碳更多地转化为淀粉（+25%）和油脂（+53%），实现了“碳捕集与储存”（CCS）的跨越。

三、应用优势

如果只是单纯的吸收，微藻还不能完全胜任“杀手”的美誉。在耦合转化策略下，微藻能直接利用工业废气与废水作为营养源，实现“以废治废”。吸收的碳通过代谢流重定向，被转化为生物柴油、虾青素、DHA、饲料蛋白乃至生物医药递送载体等高附加值产品。结合人工智能优化光生物反应器、藻菌共生体系等技术，微藻正构建起“碳固定—资源化—高值利用”的绿色循环经济体系。

四、JSY助力微藻研究

在前沿的合成生物学研究中，无论是改造碳酸酐酶，还是筛选高固碳效率的工程藻株，研究人员都面临着海量、繁琐的样本评估工作。如何快速、准确地掌握藻细胞的增殖速率、形态变化以及存活状态？传统的显微镜人工计数早已无法满足高通量的需求。

博大博聚JSY-FL-055型植物细胞计数仪，可解决藻类计数难题。集成明场和单色荧光通道，仪器具备高倍光学放大能力和千万像素的高清图像采集系统，能实时、清晰地捕捉藻类细胞（如：微囊藻、小球藻等）的微观结构与形态特征，为准确计数提供了高质量的图像基础。可检测的细胞直径小至 0.1μm，能适应从低密度到高密度、从常规藻类到微小细胞的广泛样本类型。

铜绿微囊藻

参考文献

1. Li R ,Pan J ,Xing J , et al.The secret of high carbon fixation efficiency in Chlamydomonas and its potential to boost yields in land plants[J].Green Carbon,2026,4(1):63-73.

2. Ge Y ,Zhang W ,Lin S , et al.Enhanced carbon capture and storage in the green microalga Chlamydomonas by heterologous expression of an engineered carbonic anhydrase.[J].Bioresource technology,2026,462135557.DOI:10.1016/J.BIORTECH.

3. 钟明学,梁敏,罗月宁,等.微藻高效固碳联产高附加值产品研究进展[J].广西科学,2026,33(2):360-374.DOI:10.13656/j.cnki.gxkx.20260603.014.