微藻是一種我們肉眼看不見的藻類群體，它們的結構很簡單，卻是讓海洋生態系統有效運行的關鍵生物，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生存所需的基本物質。

在化工領域，小小的微藻可是大有作為，它們可以吸收二氧化碳并產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性的，有望成為傳統化石燃料的替代品。

碳負性，簡單來說就是生物燃料產生的碳，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，這樣就產生凈的碳吸收，這個平衡就稱之為“碳負性”。比如一種生物燃料可產生25%的碳歸還土壤，有20%的碳被土壤吸收，只有5%的碳經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性的。

然而，在此前很長的一段時間里，科學家們對這些微藻產生油脂的生物過程還不完全清楚。最近，由中國科學院青島生物能源與生物加工技術研究所（QIBEBT）徐健教授領導的一個研究團隊發現了一種藍光基因傳感器，該傳感器可調節工業微藻中的油合成，并對這一發現進行了探索，以使微藻的油產率加倍。

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

在產油微藻中，營養缺乏、強光或高溫等環境壓力通常會導致油積累。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原料。科學家們早就知道，石油生產是微藻細胞在億萬年的時間里對環境壓力反應的一部分，但利用這一知識提高石油產量很難，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微藻產油。QIBEBT單細胞中心的博士后研究員張鵬說：“新的環境刺激可以在不影響生物產量的情況下高效、精確地控制細胞標簽組裝，這是非常理想的。”

十多年來，該團隊一直在研究工業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生高價值的油。他們為尋找一種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，最終使他們獲得了成功。研究團隊發現了一條之前未知的“藍光-NobZIP77-NoDGAT2B”通路。

當微藻處于氮等營養物質充足的環境中時，微藻的細胞核內一種叫NobZIP77的藍光基因感應調節器會抑制NoDGAT2B等產油酶的表達，來阻止三酰甘油的產生。但是，當氮等營養物質被耗盡的時候，微藻體內吸收藍光的葉綠素a會減少，這會導致更多的藍光進入細胞核，這使得NobZIP77對產油酶的抑制被解除，最終釋放更多的三酰甘油。

單細胞中心副教授辛毅補充道：“這種將光感應與標記合成聯系起來的簡潔機制之前并不為人所知，因此非常令人興奮。”基于這些發現，該團隊發明了BLIO技術，在該技術中，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力是未改性微藻的兩倍。

“光質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現為原料開發、光生物反應器設計或生物過程控制指明了一個新方向，”單細胞中心負責人、該研究的資深作者徐健說。研究人員認為，這種遺傳機制廣泛存在于微藻和高等植物中，并展望了BLIO技術及其變體在需要將二氧化碳高效轉化為油或其他大分子的環境中發揮作用的未來。

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