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近期，我院杨志峰院士团队马金星教授课题组在Water Research上发表题为“CO₂Membrane Aeration Enhances Urine Valorization by Coordinating Carbon–Nitrogen Metabolic Coupling inChlorella vulgaris”的研究论文。马金星教授为论文通讯作者，我院科研助理、22级硕士毕业生林滨城为论文第一作者。

【中文摘要】：

源分离尿液是营养盐回收与微藻生物质生产的潜在基质，但其高效利用受到无机碳源匮乏与碳氮代谢协同机制尚不明晰的双重制约。为此，本研究引入无泡式CO₂膜曝气技术，精准调控小球藻（Chlorella vulgaris）在新鲜尿液与水解尿液中的无机碳供给，并联用高通量qPCR、转录组学与代谢组学，系统解析其代谢响应机制。研究表明，可控CO₂供给使生物质产率提升25%，总氮与总磷去除率则分别提高28%与112%。多组学联合分析结果进一步表明，无泡式CO₂膜曝气通过上调碳固定基因（acsA、acsE）与氮同化基因（ureC、gdhA）的表达，重构了胞内代谢网络。其中，新鲜尿液-CO₂曝气处理组表现出最显著的代谢耦合强度，表明碳源供给的均衡性与氮素释放的渐进性具有协同增益效应，共同驱动光合固碳与营养盐同化。本研究阐明，无泡式CO₂膜曝气的增效机制不在于单纯改善碳源可得性，而在于强化胞内碳氮代谢的协同耦合。上述发现从机制层面揭示了碳调控驱动营养盐回收的作用路径，为构建碳固定与营养盐资源回收协同的微藻-废水处理体系提供了理论依据。

图1人类尿液培养体系中小球藻响应CO₂供给的关键代谢途径示意图

【创新发现点】：

1.无泡式CO₂膜曝气使生物质产率提升25%；

2.碳固定（acsA、acsE）与氮同化（ureC、gdhA）基因表达上调；

3.多组学联合分析揭示了碳氮代谢协同机制；

4.可控CO₂供给稳定了光合作用，并强化了Calvin循环与TCA循环的代谢活性；

本成果得到了国家自然科学基金（52388101及52470028）项目的资助。

【原文链接】：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126975

供稿：马金星

初审：陆丽莹

复审：徐超

终审：解玉磊