# 點擊藍字 關注我們 #

哈爾濱工業大學任南琪院士團隊任宏宇教授課題組在Carbon Neutrality上發表研究，揭示了溫度脅迫下微藻同步產油與降解四環素的新機制。

文章亮點

1. 低溫15℃聯合四環素脅迫下，微藻脂質含量可達到 71.25%；

2. 不同溫度下四環素去除效率均超過90%，25℃和35℃下實現完全去除；

3. 結合代謝組學與轉錄組學，揭示了低溫調控脂質合成的分子機制；

4. 闡明了四環素在藻細胞中的主要生物降解途徑。

內容簡介

工業的快速發展帶來了高碳排放與廢水污染問題，亟需尋求新型清潔能源與低碳污染物處理技術。微藻作為一種可再生能源，不僅能通過光合作用固定CO?，還能同步處理廢水中的新興污染物。四環素（TC）作為廣泛使用的抗生素，在水體中的殘留對生態環境和人類健康構成威脅。然而，不同溫度條件下微藻去除四環素并積累脂質的協同機制尚不明確。本研究系統探究了低溫（15℃）、中溫（25℃）和高溫（35℃）條件下，微藻、在四環素脅迫下的生長、產油及污染物去除性能。研究發現，低溫15℃聯合四環素處理使微藻脂質含量高達71.25%，同時四環素去除率達90.79%。通過多組學分析揭示了低溫促進碳流向脂質合成的分子機制，并闡明了四環素的生物降解途徑。該研究為利用微藻在寒冷地區實現廢水處理和生物能源生產的綠色可持續發展提供了理論依據，助力碳中和目標的實現。

圖文導讀

結論一

低溫脅迫促進微藻脂質積累

低溫脅迫顯著促進微藻脂質積累，研究發現，在15°C低溫條件下，四環素處理組的微藻脂質含量在培養第9天達到71.25%，顯著高于對照組及其他溫度組。25°C下脂質產率最高，達到431.03 mg/L/d。這表明低溫更有利于脂質積累，而中溫更有利于脂質生產。四環素的存在對微藻生物量無顯著抑制作用，說明該濃度下微藻具有良好的耐受性。

圖1.不同溫度下TC對微藻生物量濃度（A）、生物量產率（B）、油脂含量（C）和油脂產率（D）的影響。

結論二

微藻在不同溫度下均實現高效四環素去除

四環素去除效率隨培養時間顯著提高。在25°C和35°C條件下，培養9天后四環素被完全去除（低于檢測限）；即使在15°C低溫環境下，去除率仍高達90.79%。這表明微藻具有較強的四環素去除能力，尤其在寒冷地區仍可保持高效處理性能。且高溫下葉綠素a含量顯著增加，可能與光合作用相關酶活性增強有關。

圖2.不同處理條件下TC去除效率（A）、色素含量變化（B）、不同色素的比例（C），以及蛋白質/碳水化合物含量（D）

結論三

低溫-四環素協同誘導氧化應激，促進脂質合成相關基因高表達

低溫15°C下，微藻細胞內活性氧（ROS）水平顯著升高，達到569.51 DCF熒光強度 (1×10? cells)-1；同時谷胱甘肽（GSH）含量達52.36 nmol·(fresh alga)-1，表明抗氧化系統被激活。轉錄組分析顯示，低溫-四環素處理上調了脂肪酸合成關鍵酶基因（ACCase、MCD、FAD、DGAT）的表達，其中DGAT（甘油二酯酰基轉移酶）表達量顯著增加，直接促進了甘油三酯（TAG）的合成。同時，抗氧化酶SOD和POD基因表達也上調。

圖3. 不同處理條件下藻類細胞內活性氧水平及谷胱甘肽含量（A）、抗氧化酶含量（B）的變化，以及微藻對溫度和TC處理下游離脂肪酸、三酰甘油、抗氧化和自噬相關基因變化的響應（C）

結論四

微藻生物降解四環素途徑

研究鑒定出四環素的降解中間產物（P2-P10），并提出了主要降解途徑：途徑A涉及去甲基、脫羰基和脫羥基反應生成P4 (m/z 130)；途徑B通過脫水、去甲基和開環反應生成P6 (m/z 182)和P7( m/z 135)；途徑C經羥基攻擊、開環和脫羰基生成P10 (m/z 263)。最終這些小分子被進一步降解為CO2和H2O。推測涉及的酶包括細胞色素P450、脫氨酶、脫水酶和雙加氧酶等。

圖4. 微藻降解四環素的可能路徑圖

總結展望

本研究系統揭示了不同溫度條件下微藻同步處理四環素廢水與積累脂質的協同機制。低溫通過氧化應激信號激活了脂質合成代謝通路，使脂質含量達到71.25%，在寒冷環境下四環素去除率仍保持在90%以上。多組學分析證實了溫度是調控代謝物和基因差異的關鍵因素，而13C代謝流分析證明了碳流向脂質合成的重定向。

該研究為在寒冷地區利用微藻實現污染物處理和生物能源生產提供了重要理論依據。未來可通過基因工程改造關鍵酶（如DGAT、ACCase）進一步強化低溫下的脂質合成效率，為碳中和目標貢獻生物技術方案。

原文信息

New mechanistic insights into microalgae biofuel production and tetracycline removal under temperature stress

作者：

Xueting Song, Fanying Kong, Bing-Feng Liu, Qingqing Song, Xin Tan, Nan-Qi Ren, Hong-Yu Ren*

https://link.springer.com/article/10.1007/s43979-026-00167-w

DOI:

https://doi.org/10.1007/s43979-026-00167-w

Cite this article：

Song, X., Kong, F., Liu, BF. et al. New mechanistic insights into microalgae biofuel production and tetracycline removal under temperature stress. Carb Neutrality 5, 17 (2026). https://doi.org/10.1007/s43979-026-00167-w

掃碼獲取原文

通訊作者信息

任宏宇，哈爾濱工業大學，教授

研究領域

廢水廢棄物低碳處理及資源化。

個人簡介

任宏宇，哈爾濱工業大學環境學院教授、博士生導師，城鄉水資源與水環境全國重點實驗室固定成員。

主要研究領域為廢水廢棄物低碳處理及資源化，圍繞生物質能源和資源化（微藻、菌藻等）、工業難降解廢水處理、環境功能材料、污泥處置及資源化、發酵法生物制氫技術、新興污染物降解轉化、光電催化技術等開展系統研究。入選黑龍江省高層次人才、哈爾濱工業大學青年拔尖人才選聘計劃、黑龍江省博士后青年英才計劃，主持國家自然科學基金、省重點研發計劃、中國博士后科學基金特別/面上資助、省博士后特別資助、國家重點實驗室課題等，參與多項國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目。

聯系方式

E-mail: rhy@hit.edu.cn

圖文來源：原文作者

編輯：Carbon Neutrality編輯部

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

73.

74.

75.

76.

77. 多孔K-Ti共摻雜Li4SiO4顆粒造孔機制與熱動力學行為及其CO2捕集性能研究

Carbon Neutrality 是由上海交通大學與Springer Nature合作出版的低碳科學與技術及碳管理領域的國際跨學科綜合期刊。本刊旨在打造碳中和領域旗艦期刊和國際一流期刊，主要刊載低碳相關領域具有高度原創性、能夠反映學科水平的高質量研究論文和評論性綜述文章，為國內外從事低碳研究的專家學者提供一個專業的國際學術交流平臺。

期刊創刊主編由上海交通大學講席教授趙長穎擔任，榮譽主編由中國科學院工程熱物理研究所金紅光院士、上海交通大學黃震院士擔任。12名中國兩院院士擔任顧問編委，國際編委26名（占比50%）。

目前已被ESCI、EI、Scopus、CAS、DOAJ、CSCD數據庫收錄，成功入選2023中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。創刊三年即獲首個影響因子 12.5，位列 JCRQ1區。期刊成功入選“2025中國國際影響力優秀學術期刊”，在150種國際影響力優秀學術期刊（自然科學與工程技術 英文）中位列第5位。

Carbon Neutrality文章處理費（Article Processing Charge）全免，竭誠歡迎國內外低碳領域專家、學者積極投稿，攜手共建碳中和領域全球科學社群！

轉載、合作、咨詢歡迎后臺留言或聯系編輯部郵箱

CN_Editorial@sjtu.edu.cn

期刊網站：

www.springer.com/journal/43979

投稿系統：

www.editorialmanager.com/lowc/default.aspx

微信公眾號 | Carbon Neutrality碳中和

Twitter | @CN__Editorial

LinkedIn | @Carbon Neutrality

Facebook | @Carbon Neutrality

歡迎“分享”、“點贊”