通过磁场干预提高微生物生产增值产品

　　磁场应用正在作为一种辅助物理策略出现，以促进生物量的快速积累和细胞内化合物的产生。然而，控制磁场应用于微生物生长和生物转化的基本机制和原理尚未完全了解。因此，更好地理解跨学科技术集成、扩大磁场应用和扩大工业实施至关重要。

　　磁场对微生物的影响主要为磁效应及生物学效应。大多数生物细胞和组织具有弱磁性，受到梯度磁场的影响发生取向，此外微生物细胞中的电子、离子和自由基等移动电荷还受到洛伦兹力的影响。微生物原子中的不成对电子具有磁矩，受到磁场影响，会改变电子的自旋状态，甚至是能级分裂和跃迁。

　　磁场影响发酵培养液中物质原子的位移和水分子极化及水物理性质，改变营养物质和气体的溶解度，从而调节生物利用率。磁场作用下，微生物改变细胞膜脂质组成保持膜的柔韧性。抗磁性磷脂通过磁矩效应诱导膜变形，导致细胞膜离子通道的扭曲和离子通量的变化，从而调节信号传导和分子信息的传递。振荡磁场的离子回旋共振也可增强细胞膜的渗透率。膜透性的增加促进营养吸收、微生物生长和新陈代谢，而过度通透则会导致胞内营养物质泄露和微生物死亡。

　　自由基对机制被认为是磁场对发酵中生物活性影响的主要机制，微生物呼吸和微藻光合作用依赖于复杂反应链中的电子转移，电子转移导致自由基对的产生，自由基对会受到磁场的影响。此外，磁场通过影响维持活性位点空间结构的二级键影响酶结构，改变金属酶链结构，影响酶催化位点的电子转移途径。改变参与离子自由基对形成和复合的正向和反向反应速率，改变酶促反应速率。基因表达对磁场的影响依赖于特定的DNA碱基序列。

　　磁场对微生物生长和代谢物积累的调节作用，取决于微生物种类和施加磁场的属性，磁场通过介导跨膜的营养物质运输、光合作用和呼吸过程中的电子转移、酶活性和基因表达来影响微生物的生化过程。探索磁场对微生物的深层影响机制可能是未来生物磁学的重要方向。

　　CHEN S, JIN Y, YANG N, et al. Improving microbial production of value-added products through the intervention of magnetic fields [J]. Bioresource Technology, 2024. 393: 130087.