碳量子点作为一类新型荧光碳基纳米材料，凭借独特的光学与理化特性，在微藻光合效率提升领域展现出广阔的应用前景。当前相关研究多聚焦于常规碳量子点的光合增效作用，针对绿色生物质源碳量子点的研究仍存在明显短板，其对微藻光合作用的增效潜力未被充分开发，且深层作用分子机制尚未得到系统、深入的阐释，极大限制了该类绿色纳米材料在微藻固碳及生物质能源领域的规模化应用。
基于此，本研究以入侵植物互花米草为原料，采用绿色水热法制备生物质基碳量子点，将其应用于小球藻、杜氏盐藻两种典型海洋微藻的培养体系中。同时，为实现资源全量利用，研究充分回收水热反应后未被完全利用的互花米草生物质残渣，用于生物乙醇制备，构建了“碳量子点光合增效+生物质残渣能源转化”的一体化资源化利用体系。
实验结果表明，自制互花米草基碳量子点具备优异的光合调控性能，可显著增强微藻对紫外辐射的耐受能力，有效缓解紫外胁迫对光合系统的损伤。同时，该碳量子点可通过优化微藻光能捕获效率、加速光合电子传递、调控胞内能量转运过程，全方位强化微藻光合作用效能。培养试验数据显示，处理后小球藻与杜氏盐藻生物量分别显著提升28.82%、20.03%；微藻胞内储能物质积累效果显著，其中油脂积累量分别提升8.84%和5.97%，碳水化合物含量分别提升6.09%和9.79%，为后续生物质能源转化提供了充足原料保障。
转录组学分析进一步证实，碳量子点干预后，两种微藻体内光合作用通路、物质代谢通路相关功能基因的表达水平发生显著差异性调控，从分子层面揭示了其光合增效与物质积累的作用机理。此外，水热改性后的互花米草残渣纤维素含量大幅提升，具备优异的糖化性能，相较于传统原料，其生物乙醇产率提升72.70%，能源转化效率优势显著。
综上，本研究不仅阐明了生物质基碳量子点强化微藻光合代谢的分子机制，突破了传统微藻培养效率低、产能不足的瓶颈，还实现了入侵植物互花米草的无害化、高值化资源化利用。研究成果为生物质碳量子点在微藻固碳领域的应用提供了理论支撑，也为入侵生物质资源化与生物乙醇高效联产提供了可行的实践路径。
原文链接：Integrative engineering of biomass-derived CQDs for enhancing photosynthesis of microalgae coupled with bioethanol production
