本研究以普通小球藻为模式菌株，系统探究氮饥饿胁迫下产油微藻光合作用衰减特征与碳分配规律，通过定量分析核心生理指标，建立了可扩展的预测模型，为微藻能源分子定向生产及光生物反应器优化提供理论支撑与计算基础。
研究明确，氮饥饿作为产油微藻培养过程中的关键胁迫条件，会显著抑制其光合生理活性，引发光合作用的急剧衰减。实验数据显示，氮饥饿状态下微藻的光合活性衰减速率，仅为营养充足条件下的约1/2000，且这种衰减效应与光照强度呈现明显的正相关关系——光强越高，光合活性下降速度越快，表明强光环境会进一步加剧氮饥饿对微藻光合作用的抑制作用，这一发现为后续光环境调控提供了重要参考。
本研究的关键突破的在于，首次发现光合碳同化速率与细胞碳氮比之间存在高度可预测的相关性。碳氮比作为反映微藻细胞营养状态的核心指标，其变化直接关联碳同化效率，这一关联关系的揭示，为碳分配动态的定量描述提供了关键切入点。基于该核心发现，研究团队进一步量化分析了同化碳在细胞三大主要组分——蛋白质、脂质和碳水化合物之间的分配动态，明确了氮饥饿不同阶段，碳元素在三类物质中的分配比例及变化趋势，填补了氮饥饿条件下微藻碳分配定量研究的空白。
在此基础上，研究成功校准并构建了一个可扩展数学模型。该模型以细胞碳氮比等易检测的核心参数为输入，能够可靠预测氮饥饿胁迫期间微藻生物质的生长速率，以及油脂、碳水化合物等目标产物的积累产量，解决了传统模型无法适配氮饥饿胁迫条件的局限。值得注意的是，该模型实现了技术突破，将原本仅适用于营养充足条件、基于光分布的生长模型，成功拓展至氮饥饿这一重要胁迫场景，完善了微藻生长模型的适用范围。
综上，本研究不仅揭示了氮饥饿胁迫下产油微藻光合作用衰减与碳分配的定量规律，建立了具有良好扩展性和预测性的数学模型，更为后续基于光分布知识优化光生物反应器设计、定向调控微藻代谢以提高能源分子产量，提供了关键的理论工具和坚实的计算基础，对推动微藻能源产业化发展具有重要的理论与实践意义。
原文链接：Scalable model development of carbon photosynthetic assimilation and partitioning in a green microalga during nitrogen starvation
