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土壤植物互作团队研制出一种磷素超积累藻株可高效回收利用水体磷素
发布者：管理员发布时间：2023-03-21作者：徐磊来源：土壤植物互作团队点击量：
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所土壤植物互作团队通过生物技术手段研制出了一种磷素超积累藻株，能够高效回收利用水体磷素，推动磷素的循环利用和实现磷素闭环的愿景成为可能，为最终实现磷素良性循环和推动农业绿色发展提供技术支撑。相关研究以“Engineering microalgae for water phosphorus recovery to close the phosphorus cycle”为题发表在《植物生物技术（Plant Biotechnology Journal）》上。
微藻具有光合效率高、固碳性能好等特点，且微藻能够奢侈吸收水体磷素，并以多聚磷酸的形式储存在液泡中。磷是作物生长必需元素，为了保障作物产量，大量磷矿被开采并制成磷肥施用到土壤中。一方面，磷矿作为一种不可再生资源，正面临耗竭的风险；另一方面，全球每年大约30-50%的磷肥通过土壤径流等流失到水体中，造成水体富营养化等一系列环境问题。针对水体中的磷素，目前的常用处理办法是吸附沉淀或者通过细菌吸收后形成污泥排出。这些方法虽然能净化水体，但却不能实现磷素的循环利用。
本研究在前期解析微藻磷信号网络通路的基础上，通过生物技术方法进一步建立了三种微藻工程化改造的方法。1、关闭微藻液泡磷外排基因，将磷锁在液泡中；2、过表达磷素核心转录调控因子PSR1，提高藻株对磷素的奢侈吸收能力；3、整合磷信号和内部转运，即过表达PSR同时关闭PTC1，研制了水体磷素高效吸收和超聚磷藻（SPAO），将其总磷含量提高到干重的7%左右（迄今为止植物中最高）、液泡多聚磷酸含量提高了5倍。并且，SPAO在合成污水和真实的工业污水测试中呈现出明显的磷素清除优势，在磷含量约为60 mg/L的工业废水中按106 cells/ml接种藻体时，野生型藻株只能清除大约50%的磷，而SPAO藻株只用大约60 h已经清除所有磷素。研究团队与杭州秀川科技有限公司合作对SPAO藻株的产业化应用做了进一步探索，发现SPAO藻株在制造生物磷肥、磷回收、废水深度除磷等方面表现出了较好的潜力，极有可能在未来城市生态系统磷循环中扮演重要的角色。该优良藻株回收磷素并制成微藻肥，不仅可达到固碳减排、改良土壤等作用，也符合粮食安全和国家“双碳”战略的要求。
图1. 超聚磷藻SPAO的设计和促进磷素闭环的模式图
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所王龙博士后为论文第一作者，易可可研究员为论文的通讯作者，贾贤卿博士后为论文的共同第一作者和共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金，中国博士后科学基金及中国农科院创新工程等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14040
易可可实验室网站：https://yilab.life
