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海洋微藻,有待提炼的水中金

发布时间:2019-02-18

最不起眼的东西可能成为最重要的资源ㄍ。近日,两则关于藻类研究的报道引起了人们的关注ㄍ。1月22日,来自中国科学院昆明植物研究所的消息称,该所研究人员突破海洋微藻研究的关键瓶颈,使微藻类虾青素产出率增长超过了5倍ㄍ。他们选用的海洋微藻分离自香港海域,生长速度快、生物量高,能同时积累多不饱和脂肪酸和虾青素等类胡萝卜素,利用前景广阔ㄍ。2月8日,学术期刊《科学》在线发表了一项科研成果,中国科学院植物研究所发现了硅藻如何利用其独特结构去高效捕获、利用光能ㄍ。基于该研究,未来有望设计出可以高效“捕光”的新型作物ㄍ。

长期以来,海洋微藻以其对环境的重要影响和潜在的经济价值,成为研究领域的重点课题ㄍ。在医药、营养、养殖、制油等领域,微藻产品的研发已取得诸多成果,而在产业化发展的道路上仍面临挑战与瓶颈ㄍ。

分布广泛 堪称海洋“草原”

微藻是一类体型微小(2微米~30微米)、能进行光合作用的低等植物的总称ㄍ。大体上,微藻分为蓝藻门、绿藻门、红藻门、金藻门、硅藻门等多个门类ㄍ。目前全世界已发现的微藻种类超过6万种,科学研究中涉及到的约几百种,而应用于生产实践的仅有几十种ㄍ。

微藻在自然界分布广泛,数量巨大,特别是硅藻门和蓝藻门,具有很高的环境价值ㄍ。硅藻是一类最重要的浮游植物,在海洋、淡水、泥土中均可存活,甚至在潮湿的大气和两千米以上的高空,都能发现硅藻的踪迹ㄍ。海洋绝大部分区域都有硅藻存在,因其数量大,甚至被称为海洋的“草原”ㄍ。 硅藻在生态环境中具有重要意义,可通过光合作用释放氧气ㄍ。硅藻是鱼、贝、虾类,特别是其幼体的主要饵料,是构成海洋初级生产力的重要部分ㄍ。

蓝藻同样广泛分布在淡水、海水、潮湿和干旱的土壤和岩石上,在温泉、冰雪,甚至盐卤池、岩石缝等处都可生存,在寒带甚至南极洲亦有发现ㄍ。蓝藻中有160多种能固定大气中的氮,合成蛋白质,可以作为水稻田肥源,改良土壤结构,提高土壤保肥保水能力ㄍ。同时,蓝藻能吸收工业废水中氮、磷和其他化合物,起到净化水质的作用ㄍ。

用途多多 经济价值凸显

微藻富含蛋白、多糖、脂肪、色素等多种营养成分和生物活性物质,可广泛应用于食品、医药、饵料、环保等众多领域ㄍ。微藻制油也是科学界研发的重点,有望成为人类的又一大“油库”ㄍ。

研究人员介绍,微藻的蛋白质含量很高,是单细胞蛋白的一个重要来源ㄍ。微藻中类胡萝卜素含量也较高,具有着色和营养的作用,可用于防治癌症、抗辐射、延缓衰老、增强机体免疫力ㄍ。微藻细胞中甘油含量较高,是优质的化妆品原料,也可广泛用于化工、轻工和医药工业ㄍ。

在水产养殖中,微藻是贝类、虾和部分鱼类幼体最初的饵料,专业人士将其比喻为“婴儿的母乳”ㄍ。另一方面,微藻也是培养轮虫、卤虫、桡足类和枝角类等水产养殖次级饵料所必需的食物ㄍ。常见的微藻饵料约有20多个属、40多种,包括硅藻、金藻和绿藻种类ㄍ。

此外,微藻对净化养殖水质也有重要功能ㄍ。研究结果表明,在所有能进行光合作用的生物中,微藻的光合作用能力最强,生长繁殖速度快,能迅速降低水体中氮、磷浓度,增加水体溶解氧ㄍ。

寻找新型能源一直是人类追求的目标ㄍ。据了解,我国在海洋微藻制取生物柴油方面已取得重要成果ㄍ。2018年4月,中国工程院院士闵恩泽曾表示,如果推广含5%生物柴油的清洁燃油,以我国目前石油的使用量计算,生物柴油的需求量是600万吨ㄍ。这项技术的经济和生态效益都非常可观ㄍ。专家指出,我国盐碱地面积达1.5亿亩ㄍ。如果用14%的盐碱地培养微藻,在技术成熟的条件下,生产的柴油量就可满足全国50%的用油需求ㄍ。

产业起步 发展仍有瓶颈

近年来,我国微藻产业取得显著发展ㄍ。2014年,青岛建成国内最大海洋微藻产业基地,拥有千吨级“海洋微藻量产二十二碳六烯酸(DHA)”示范生产线,可以生产出藻油、藻粉及微囊粉等产品ㄍ。藻油可添加到食用油中,藻粉可作为养殖海参、多宝鱼等水产品的高端饲料添加剂,微囊粉可作为奶粉添加剂,满足婴幼儿在成长过程中的DHA需求ㄍ。

近年来,我国科研人员正逐步打造从基础研究、技术示范到产业化开发的海洋微藻生物能源链条,中科院青岛生物能源与过程研究所创立了基于单细胞技术的微藻种质资源高通量筛选与定向遗传改造平台,在国际上首次揭示了微藻产油的遗传与调控机制,为获得适用于工业化放大的优质藻种资源奠定了基础ㄍ。科研人员还形成了多组分综合利用的微藻生物液体燃料技术的系统解决方案,与波音公司对微藻航空煤油技术进行联合攻关ㄍ。

尽管微藻产业前景广阔,但在发展中仍面临一些瓶颈ㄍ。闵恩泽院士曾指出,发展微藻生物柴油首先要考虑成本,微藻燃油项目产业链长,藻类的培养成本很高,制成品的价格远高于石油ㄍ。同时,在藻类培养中,藻类的密度只能到1%~2%,如果太密藻类就无法吸收阳光ㄍ。为满足微藻生长对阳光和水的需求,要有大型场地,而这也是一个难题ㄍ。

在养殖业方面,国内大部分水产育苗企业都是自备微藻养殖设施,自行生产各类饵料用微藻ㄍ。一般育苗场缺乏相应的专业技术力量,只能利用各自的藻池和天然水体粗放培养,容易导致微藻种质混乱、营养成分不平衡等问题ㄍ。同时,受限于微藻高密度养殖技术方面的限制,国内缺少专业化的集中供应机构,也缺乏相应的质量标准ㄍ。

因此,要大规模发展微藻产业,仍需进一步深入研发相关技术,提升生产效率和品质ㄍ。同时应配套相关政策,鼓励企业投资微藻领域,通过规模化破解成本制约ㄍ。(信息来源:中国海洋报)

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