利用生物聚合物蓝藻素实现基于粪肥的氮回收一体化工艺的示范

向集中式动物饲养作业（CAFOs）发展的趋势，不仅使牲畜本身更加集中，也使其产生的废弃物集中于相对更小的区域。此类废弃物的点源特性为其中氮的回收与增值利用提供了机会。这样的过程有望在小型至中等规模上实现，并且在CAFO现场仅需极少投入。 在本研究中，我们证明了生物聚合物蓝藻素（cyanophycin）可作为粪肥氮回收介质的潜力。首先，利用基因改造的大肠杆菌菌株以模拟粪肥水解液为底物，在胞内合成蓝藻素。随后，通过酸溶解和碱沉淀从微生物生物量中回收蓝藻素，所用酸和碱由电化学方法原位生成。最后，为提高所产蓝藻素的产率及其可回收比例，我们利用所构建基因工程体系的可调控性，探究了蓝藻素合成酶溶解性、N结构域活性以及蓝藻素分子量对蓝藻素可回收性的影响。总体而言，本研究为农业废弃物中氮的回收提供了概念验证，并与全球可持续发展倡议相契合。

向集中式动物饲养作业（CAFOs）发展的趋势，不仅使畜禽本身更加集中，也使其产生的废弃物集中于相对更小的区域。这类废弃物所具有的点源特性，为其中氮的回收与高值化利用提供了机会。这样的过程在小到中等规模上具有可行性，并且在CAFO现场所需投入极少。

在本研究中，我们证明了生物聚合物蓝藻肽能够作为粪肥中氮回收的载体。在第一步中，基因改造的大肠杆菌菌株以模拟粪肥水解产物为底物，胞内合成蓝藻肽。随后，利用电化学生成的酸和碱，通过酸溶解和碱沉淀的方法，从微生物生物量中回收蓝藻肽。最后，为了提高所生成蓝藻肽的产率及其可回收比例，我们利用所构建基因工程体系的可调控性，探究了蓝藻肽合成酶溶解性、N结构域活性以及蓝藻肽分子量对蓝藻肽可回收性的影响。

总体而言，本研究为农业废弃物中氮的回收提供了概念验证，并与全球可持续发展倡议相契合。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.29.741614v1?rss=1

🏷️ 粪肥氮回收 蓝藻素 基因工程大肠杆菌 农业废弃物资源化 电化学原位生成酸碱