近日，元育生物与先正达中国作物营养团队在 Marine Drugs 期刊上在线发表了题为Extracellular Metabolites of Heterotrophic Auxenochlorella protothecoides: A New Source of Bio-Stimulants for Higher Plants 的科研成果，将微藻相关应用拓展至农业领域，发掘微藻尾液用作生物改良剂（bio-stimulant）的潜力。元育生物与先正达中国作物营养团队的此次合作，发现并验证了微藻尾水中胞外代谢产物作为新型生物肥料的可行性，增强了微藻工业化生产全流程的经济价值、环境友好性及可持续性。

▲图1. Graphical abstract（来源：研究论文）

    现代农业作物生产在很大程度上依赖于化肥，但化肥的过度使用容易引起土壤、水、空气的环境污染和食品安全问题。绿色农业是我国近年提出的可持续农业发展模式，以“绿色环境”、“绿色技术”、“绿色产品”为主体，促使过分依赖化肥、农药的化学农业向主要依靠生物内在机制的生态农业转变。

    微藻是在淡水和海洋系统中存在的一种微小光合生物，它们能够产生许多不同的生物活性物质，如蛋白质、脂类、类胡萝卜素、维生素和多糖。研究报道了普通小球藻、四尾栅藻、蓝藻、莱茵衣藻等微藻可用作甜菜、番茄、苜蓿等农产品的生物改良剂，帮助提升作物的种子发芽率、活性物质积累和生长发育等。

    原始小球藻 (Auxenochlorella protothecoides) 是一种单细胞的真核微藻，既能利用光和二氧化碳自养生长，又能利用葡萄糖异养生长，是产油脂和蛋白的重要微藻之一。原始小球藻可积累大量的脂肪酸、蛋白质和叶黄素，而异养培养的细胞密度可达自养培养的 100 倍-1000 倍左右。原始小球藻发酵后的废水（尾水）一般会通过水处理后进行排放，增加了生产成本。

    为了变废为宝，实现尾水的再利用与增加经济价值。元育生物与先正达中国作物营养团队合作研究了原始小球藻尾水（EAp）对高等植物生长的影响，结果表明微藻尾水对多种高等植物的生长表型有显著促进作用，并且可以提高其抗逆性。

▲图 2. EAp 对模式植物生长的影响（来源：研究论文）

    团队合作对尾水中胞外代谢产物进行了鉴定与分析，发现 EAp 中有超过 84 种化合物，包括 50 种有机酸、21 种酚类化合物及寡糖、多糖等活性物质。

    为 EAp 开发新型生物肥料、在农业中的综合利用提供了依据，并对其可能的作用机制作出分析：1）有机酸的释放可促进土壤中金属氧化物的溶解，从而提高铁、锌、铜等微量元素的有效性；2）酚类化合物具有抗菌或抗氧化作用，加强细胞壁，防止水分流失，或作为信号分子功能，在细胞分裂、激素调节、光合活性、营养矿化和生殖等发育过程中发挥着关键作用；3）微藻多糖能提高植物抗坏血酸含量，提高 NADPH 合成酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性，从而影响植物的光合作用、细胞分裂和非生物胁迫耐受。

▲图 3. EAp No.2 代谢组分分析（来源：研究论文）

    微藻工业化生产过程中，原始小球藻的胞外代谢物（EAp ）通常会被作为废弃尾液处理，本研究发现 EAp 对植物展现促进生长、丰富营养价值和提高非生物抗逆性的作用。其中 EAp No.2 和 No.3 在高稀释倍数下也能促进植物生长，为其实际运用提供运输便利性。EAp 的商业应用不仅使微藻行业产业链更完整、价值效益最大化，而且能为农业发展提供新的环保方案、同时实现生产端和应用端的绿色可持续。对 EAp 的成分研究和机理分析更是为微藻尾液的应用提供了理论依据，为元育生物携手先正达中国作物营养团队开发新型更经济、更绿色的微藻农业生物改良剂打开了新的思路。