南宫NG28

  随着全球能源；肫蟊涠乃撂粽郊泳
，开发高效、可持续的碳中和技术成为科学界的主题议题之一。微藻（如幼球藻）因其卓越的光合固碳能力、急剧生物质堆集个性及高附加值产品合成潜力
，被视为生物能源开发与工业碳捕获的梦想载体。然而
，传统微藻造就系统受限于光合作用效能的天然瓶颈——蕴含光能吸收领域狭幼、光系统II（PSII）电子传递速度不及
，以及卡尔文循环中Rubisco酶固碳活性低劣等问题
，导致其规；妹娑跃眯杂氩艿乃猎煸。

  近年来
，纳米资料凭借其怪异的光物理化学性质
，可精准调控光合作用的关键步骤：通过拓宽光吸收光谱领域加强光捕获效能
，通过介导电子传递链降低光系统间的能量损耗
，通过仿生矿化战术优化CO?传递与固定蹊径。例如
，石墨烯量子点（GQDs）可通过π-π共轭结构与PSII反映中心色素分子耦合
，加快光生电荷分离；金属氧化物纳米颗粒（如TiO?、CeO?）则可通过表表氧空位调控活性氧（ROS）平衡
，缓解光抑造效应。

  光作为藻类利用能量的重要大局
，是影响微藻成长的最沉要成分之一。 光能通过光合系统中的光合色素（蕴含叶绿素、类胡萝卜素和藻胆蛋白）被吸收与传递。然而
，这些色素对白光的吸收领域最多仅覆盖10%。作为重要光合色素
，叶绿素a和b仅对蓝光（450–480 nm）和红光（605–700 nm）拥有双沉吸收峰
，为了太阳能利用率最大化
，开发高机能光转换资料以提高红蓝光吸收效能
，或利用其他波长的光线推进成长
，可能成为可行战术。本综述总结了纳米资料通过提高光合利用效能和去除活性氧的潜力来加强微藻成长
，蕴含增长蓝光和红光的吸收、近红表光的光谱转化、紫表光的光谱转化等来加强光能利用效能。

图4：左图：纳米资料在提升微藻光合利用效能及代谢产品产量中的利用机造示意图。(Yuan et al., 2023)右图：在反映器壁面直接涂覆了含有金（Au）、金-银（Au−Ag）贵金属纳米颗粒的二氧化钛（TiO?）薄膜
，该资料可引发局域表表等离子体共振（LSPR）景象。两种薄膜系统显著扭转了到达微藻细胞的透射光光谱：Au/TiO?涂层在红光区（最大吸收峰672 nm）阐发出显著光衰减；Au−Ag/TiO?涂层的最大吸收峰偏移至642 nm
，且LSPR吸收带更宽
，经18天造就后
，Au/TiO?涂层组 的叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素堆集量别离达到对照组的 2.1倍、2.4倍和3.2倍
，显著改善了生物质品质。(Pereira et al., 2025)

图6：该钻研通过造备拥有双发射个性的碳点（CDs）扩大光吸收领域
，提高光能利用效能
，成功加强了叶绿体和活体植物的光合作用效能。碳点通过吸收紫表光并转化为叶绿体可利用的蓝光和红光
，显著提高了光能捕获和转化效能。(Li et al., 2018)

图7：叶绿素荧光成像图（左）、四肩突四鞭藻（绿藻）的光合速度（中）、呼吸速度（右）随温度的变动。利用藻类高通量光合作用丈量系统
，测定微藻的叶绿素荧光参数和气体互换参数
，评价其光化学转化效能和光合速度
，对光合作用效能有更全面地评估。(Bernhardt et al., 2017)

  凭据以上尝试钻研批注
，高光谱技术、叶绿素荧光技术可能全面评估植物/微藻的光能利用效能、光合作用效能等
，同时能够实现对纳米资料的光学性质检测
，另表高光谱技术还可高通量筛选发射光谱与叶绿体吸收光谱相匹配的纳米资料
，为纳米技术在农业领域、生物质能源领域的利用提供了强有力的工具。

  Fluortron多职能高光谱成像系统拥有多引发光叶绿素荧光高光谱成像分析、UV-MCF紫表光激产生物荧光高光谱成像分析、（反射光）高光谱成像分析等多沉职能
，同时具备非接触、无危险、实时性强、信息量丰硕等特点
，可对纳米资料、微藻（幼球藻）等进行全面的光谱解析。可能实现微藻（如幼球藻）浓度丈量、资料的光学特点性质钻延注反映资料对光合反映中心PSⅠ、PSⅡ的影响等指标
，可结合叶绿素荧光技术
，索求纳米资料推进微藻（幼球藻）光合作用机造。

图1：FluorTron®多职能高光谱成像分析系统（左）、UV-MCF光谱曲线（右）

图2：RGB图（左图）、UV-MCF荧光成像图（右图）。从左至右顺次为：Fb（439-460nm均匀荧光值）、Fg（495-516nm均匀荧光值）、Fr1（729-745nm均匀荧光值）、Fr2（674-696nm均匀荧光值）。

图3：FluorCam1300叶绿素荧光成像系统（左）、叶绿素荧光成像图（右）。

其他藻类钻研技术

• 藻类叶绿素荧光丈量与监测

自左至右顺次为：AquaPen-P叶绿素荧光丈量仪、AquaPen-C叶绿素荧光丈量仪、Monitoring Pen水下藻类叶绿素荧光监测仪、FL6000双调造叶绿素荧光丈量仪、AOM藻类荧光在线监测系统

• 藻类叶绿素荧光成像与高光谱成像

自左至右顺次为：FluorTron®多职能高光谱成像系统、Fluorcam多光谱/叶绿素荧光成像系统、微藻高光谱成像分析、蓝藻UV-MCF紫表光引发荧光光谱

• FKM多光谱荧光动态显微成像技术

从左至右顺次为：FKM多光谱荧光动态显微成像系统、藻类异形胞光合生理与变动过程、沉金属胁迫对藻类/植物的影响

• 藻类造就与在线监测/光养生物反映器技术

自左至右顺次为：MC1000多通路藻类造就与在线监测系统、FMT150藻类光养生物反映器、ET-PSI大型藻类造就与在线监测系统、光养生物反映器技术/定造化藻类造就与在线监测系统

参考文件：

[1]Yuan X ,Gao X ,Liu C , et al.Application of Nanomaterials in the Production of Biomolecules in Microalgae: A Review[J].Marine Drugs,2023,21(11):594-.

• Pereira F, Vicente A A, Vaz F, et al. Influence of plasmonic thin-film-coated photobioreactors on microalgal biomass composition[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2025.
• Li, W.; Wu, S.S.; Zhang, H.R.; Zhang, X.J.; Zhuang, J.L.; Hu, C.F.; Liu, Y.L. Enhanced biological photosynthetic efficiency using light-harvesting engineering with dual-emissive carbon dots.Adv. Funct. Mater.2018,28, 1804004.
• Bernhardt, J.R., Sunday, J.M., O’Connor, M.I., 2017. An empirical test of the temperature dependence of carrying capacity. bioRxiv, 210690.