近日，我國科學(xué)院水生生物研究所的科研人員以可異養(yǎng)培養(yǎng)的富油柵藻為研究對象，通過對培養(yǎng)方式、過程的不斷優(yōu)化，攻克了長期以來無法精確控制葡萄糖濃度這一技術(shù)難題，突破了微藻大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸，實現(xiàn)富油柵藻的超高密度培養(yǎng)。據(jù)中科院水生所微藻生物技術(shù)和能源中心研究員金虎透露，水生所研究團(tuán)隊利用相關(guān)技術(shù)已實現(xiàn)高產(chǎn)蛋白、蝦青素、β-1,3葡聚糖、多不飽和脂肪酸等多種經(jīng)濟(jì)微藻的超高密度異養(yǎng)培養(yǎng)，目前已經(jīng)在開展這些功能微藻在飼料、功能食品等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)工作。

1950年美國麻省理工學(xué)院開始進(jìn)行養(yǎng)殖藻類生產(chǎn)生物燃料的試驗，首次提到微藻生物能源。二次石油危機(jī)爆發(fā)后，各國在微藻的培育和開發(fā)方面都進(jìn)行了大量的研究。美國能源部實驗室開始重點開發(fā)適于微藻生物柴油生產(chǎn)的培養(yǎng)系統(tǒng)和制備工藝，希望研發(fā)出新的石油制造途徑和可替代產(chǎn)物。日本國際貿(mào)易和工業(yè)部也啟動了相關(guān)項目，利用微藻吸收火力發(fā)電廠煙氣中的二氧化碳來生產(chǎn)新能源。但隨著后期石油價格的逐漸回落，加上微藻形態(tài)極小，工業(yè)化培育又是一直以來難以突破的技術(shù)關(guān)隘，因此微藻能源的研究逐漸停滯下來。

我國從1958年開始培養(yǎng)作為食晶和飼料的微型藻類，中科院水生所等科研機(jī)構(gòu)先后進(jìn)行了多種微藻的大量研究，為微藻培育打下了基礎(chǔ)。此后隨著技術(shù)的不斷成熟，我國在藻種選育、培養(yǎng)基配制及某些培養(yǎng)技術(shù)方面都取得了重大成果。

異養(yǎng)培養(yǎng)作為一種新型的微藻培養(yǎng)方式，其具有效率高、精確可控、易批量化生產(chǎn)等優(yōu)點。但異養(yǎng)培養(yǎng)對于操作技術(shù)的要求也更高，不僅需要提前研究分析各類微藻的適宜生長環(huán)境如鹽度、溫度、光照度以及酸堿度等。而且微藻培養(yǎng)基制備、接種等環(huán)節(jié)的技術(shù)和環(huán)境要求都非常嚴(yán)格，均要在無菌條件下進(jìn)行試驗操作。而這些過程都離不開科學(xué)儀器及設(shè)備的幫助，如生物顯微鏡、移液器、分光光度計、恒溫培養(yǎng)箱、高壓滅菌鍋、PH計、離心機(jī)等都是微藻培育實驗室的常用設(shè)備。

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，地球上每一次文明的進(jìn)步都伴隨著能源的改革和興替，因此對于能源的探索和利用在保障社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方面具有重要意義。在我國煤電資源枯竭之前，居安思危尋求新的能源，才能更快地走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

太陽能/藻細(xì)胞生物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化率及其管理策略示意

一 光采集管理（Managing light collection）

?1 微藻培養(yǎng)地點選擇

全球的太陽能分布不均勻，在赤道附近平均太陽能最高（低緯度地區(qū)），兩極最低。此外，各地區(qū)的氣候及氣象情況（陰雨天多，臺風(fēng)等）也顯著地的影響地面上獲得的太陽能。此外，還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃Y源，原材料、人力、基礎(chǔ)設(shè)施條件來確定微藻培養(yǎng)地點。

2 反應(yīng)器方向和太陽光跟蹤系統(tǒng)

微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)的擺布方向顯著地影響太陽光的接受。一般而言，朝東-朝西擺放的光生物反應(yīng)器捕獲的光能高于朝南-朝北擺放的反應(yīng)器。同時，類似向日葵可跟蹤太陽位置的光反應(yīng)器的光能捕獲量可提高40-100%（與水平面相比）。當(dāng)然，此系統(tǒng)過強(qiáng)的光照也會抑制藻細(xì)胞的生長，產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象。

二 光譜分布管理（Managing spectral distribution）

?1 光譜影響

用于光合作用的光波長為400-700nm。不同光譜的光對微藻生長及產(chǎn)物積累的影響具有重要影響。藍(lán)光可以提高小球藻葉綠素合成和微擬球藻的油脂合成。紅光能提高雨生紅球藻細(xì)胞生長，藍(lán)光可以提高藻細(xì)胞中蝦青素的合成。藍(lán)光條件培養(yǎng)小球藻2天顯著促進(jìn)藻細(xì)胞增大，然后在紅光條件下促進(jìn)小球藻細(xì)胞分裂，藻細(xì)胞產(chǎn)量提高了20%以上。

2 ?LED燈

LED人工光源具有特定光譜定制的優(yōu)點，在實驗室微藻培養(yǎng)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但在大規(guī)模微藻培養(yǎng)中的應(yīng)用受到成本的限制尚未大規(guī)模使用。假設(shè)電單價0.1$/kwh，光-電轉(zhuǎn)化效率40%，光-藻細(xì)胞（化學(xué)儲能）轉(zhuǎn)化效率13.5%，則1kg干藻的LED電耗微14$。

3 波長轉(zhuǎn)化材料

通過熒光和磷光材料將一種波長的光轉(zhuǎn)化成另外一種波長的光。實驗表明在北面使用轉(zhuǎn)光材料的光反應(yīng)器中，雨生紅球藻在低密度培養(yǎng)時，藻細(xì)胞濃度提高了36%。

4 ?等離子體散射（Plasmonic scattering）

光照射到金屬納米顆粒產(chǎn)生的表面等離子能夠增強(qiáng)周圍的電磁場，有利于特定波長的光進(jìn)行定向散射。如圖所示，等離子基板反射了35%紅光（光合作用利用高的光），使得其它波長的光透過基板進(jìn)入光伏電池系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成電能。

三 光分布管理（Managing light distribution）

1 藻細(xì)胞密度和光程

微藻培養(yǎng)的產(chǎn)率與藻細(xì)胞密度、光程、混合等相關(guān)，需要從這幾個方面進(jìn)行綜合優(yōu)化。混合與藻細(xì)胞的光暗循環(huán)頻率相關(guān)，其影響藻細(xì)胞的生長。

2 光稀釋

使用球面結(jié)構(gòu)反應(yīng)器（如管式），改變布局方向，改變傾斜角度均可以實現(xiàn)戶外光強(qiáng)的稀釋，使得高光強(qiáng)變成中低光強(qiáng)等適合微藻生長的光強(qiáng)范圍內(nèi)。同時，可以使得光傳遞材料使得外部的光強(qiáng)傳遞到藻液中進(jìn)行重新分配和分布，提高光在藻液中的均勻性。

四 細(xì)胞光能利用管理（Managing cellular light utilization）

通過基因工程手段改造藻細(xì)胞的光合系統(tǒng)，從而提高光能轉(zhuǎn)化效率。

本文轉(zhuǎn)自：Nature ?Communications

水產(chǎn)品作為一種優(yōu)質(zhì)的蛋白源備受需求，為滿足巨大市場需求，我國高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展崛起。但是，大體量水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水排放污染一直是制約環(huán)境友好發(fā)展的不良因素。微藻作為一類單細(xì)胞小型藻類，其被認(rèn)為可應(yīng)用于處理養(yǎng)殖廢水，那么，微藻為何能夠發(fā)揮出凈化養(yǎng)殖廢水的效果呢？本文將分析水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特性入手、闡釋微藻如何凈化廢水成份并簡單舉例幾種常見操作方式說明上述問題。

1、 水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水特性分析

水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水污染來源主要是水產(chǎn)動物代謝排放和餌料殘余所導(dǎo)致。通過對其進(jìn)行分析可知，其污染物種類分為無機(jī)污染（以氮磷營養(yǎng)元素為代表）和有機(jī)污染（以COD為代表）。餌料的大量投入是氮磷元素輸入的主體，分別占到總量的70%及90%以上。這部分輸入一方面被水生動物代謝，一方面則以氨氮、硝態(tài)氮、亞硝酸鹽和磷酸鹽形式向沉積物富集。殘餌也是COD為代表的有機(jī)污染的貢獻(xiàn)者，除此，還有肥料、水產(chǎn)品殘骸等來源。由此可見，若開展水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化，重點則在于去除有機(jī)物質(zhì)和脫氮除磷。

通過上述水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中污染物種類分析，微藻能夠凈化廢水的前提則是它能夠利用這些物質(zhì)。下面逐一分析微藻對這些污染物的利用方式。2、 微藻如何代謝利用養(yǎng)殖廢水成份

（1） 吸收有機(jī)碳源：微藻胞內(nèi)也具有蛋白質(zhì)，其中，有一種特異性轉(zhuǎn)運蛋白，這種蛋白將胞外有機(jī)碳以協(xié)助擴(kuò)散或協(xié)同運輸方式搬入微藻細(xì)胞內(nèi)。

（2） 脫氮：藻類能夠同化銨鹽和尿素不同形態(tài)的氮源。亞硝酸鹽和硝酸鹽耗能跨膜轉(zhuǎn)運至胞內(nèi)催化形成銨鹽；尿素分解為碳酸氫鹽和銨鹽。這些銨鹽可直接由一組轉(zhuǎn)運蛋白跨膜運輸至胞內(nèi)。

（3） 除磷：在自養(yǎng)過程中，藻細(xì)胞光合作用促使水體的pH上升，水體pH的上調(diào)則會促進(jìn)正磷酸鹽沉淀，從而間接達(dá)到去除磷目的。此外，微藻還可以吸附養(yǎng)殖廢水中的金屬離子。

（4） 絡(luò)合金屬離子：微藻可通過絡(luò)合反應(yīng)或離子交換作用吸附重金屬。廢水中的金屬陽離子可與細(xì)胞里的蛋白質(zhì)、脂類和多糖中所帶負(fù)電荷的官能團(tuán)發(fā)生絡(luò)合。

3、 微藻廢水處理的應(yīng)用

（1） 微藻選擇：目前，較為有應(yīng)用前景的單細(xì)胞藻類為小球藻、斜生柵藻等。

（2） 凈化方式：一般包括藻-菌共生系統(tǒng)、藻類塘、固定化藻類處理方式和光生物反應(yīng)器的方式。

（3） 凈化效果：不同的實踐條件下具有不同的凈化效果?？偟膩砜?，凈化效果都比較顯著。

光生物反應(yīng)器示意圖

實踐證明，運用微藻于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水后處理過程中具現(xiàn)實可行性，并且，多樣化的凈化方式正在不斷升級以助力于水質(zhì)凈化，成為養(yǎng)殖水處理的發(fā)展方向。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所利用定量蛋白質(zhì)組學(xué)方法，鑒定不同營養(yǎng)模式下藍(lán)藻的差異蛋白質(zhì)組，并找出影響藍(lán)藻生長的關(guān)鍵蛋白因子。共發(fā)現(xiàn)了155個蛋白在不同的營養(yǎng)模式下差異表達(dá)，而其中差異最為顯著的是參與非光依賴性葉綠素合成的蛋白網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步實驗表明該網(wǎng)絡(luò)對于藍(lán)藻在某些自然環(huán)境下不同營養(yǎng)模式之間切換時維持正常含量的葉綠素具有重要意義。

該項研究成果于8月29日在線發(fā)表于《分子植物》（Molecular Plant, DOI: 10.1016/ j.molp.2016.08.006）。遺傳發(fā)育所汪迎春研究組博士生方龍發(fā)、葛海濤和工作人員黃夏禾為該論文的并列第一作者。該工作得到國家科技部項目以及國家自然科學(xué)基金項目的支持。

寇氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii)是中華人民共和國衛(wèi)生部公告2010第3號關(guān)于批準(zhǔn)DHA藻油中，衛(wèi)生部公告相關(guān)文件在附件里規(guī)定的第三種藻油原料來源，無害。

上海光語生物科技有限公司應(yīng)客戶要求尋找寇氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii)藻種，經(jīng)過之前8個月的自然水域分離篩選失敗后，我們嘗試與國內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)表者聯(lián)系交換和購買，同時我們也嘗試從美國ATCC或者NCMA購買。

在多方幫助下，我們最終拿到藻種后，我們鏡檢發(fā)現(xiàn)沒有活體細(xì)胞但是有孢囊，我們配置f/2+NPM培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)培，分別放置于20攝氏度和24攝氏度的環(huán)境下。

經(jīng)過4天之后，藻細(xì)胞密度非常高。

上述過程得到國內(nèi)和香港高校學(xué)者的技術(shù)支持，在此表示感謝！

啟發(fā)如下：

1、國內(nèi)客戶如果要從海外購買藻種，進(jìn)口過海關(guān)必須有檢驗檢疫的許可證，高校必須先去當(dāng)?shù)貦z驗檢疫登記備案（高校相對容易，有實驗室條件，學(xué)校作保，獲批較易），企業(yè)則需要通過環(huán)保部門的現(xiàn)場審核才能從檢驗檢疫拿到許可證（擔(dān)心藻會污染水體，一般情況下獲批時間較長），目前國內(nèi)的代購病毒菌株已經(jīng)很成熟了（病毒菌株代購手續(xù)費5000元人民幣），但是微藻代購基本沒有，因為管控很嚴(yán)格。

2、微藻細(xì)胞可以利用有機(jī)營養(yǎng)源進(jìn)行擴(kuò)培，之前小球藻可以用葡萄糖，紅球藻可以用乙酸鈉，因此我們在F/2+NPM培養(yǎng)基里面Organics?Stock?Solution?試劑中發(fā)現(xiàn)了葡萄糖，乙酸鈉，琥珀酸鈉，蛋白胨，酵母膏等成分，微藻培養(yǎng)只是用到其中的一種或者幾種有機(jī)成分，并不是全部，但是這樣子萬無一失。

3、海外快遞只有5ml或者15ml的藻液細(xì)胞或者固體平板，生物量小，活體細(xì)胞存活時間有限，藻種除了價格之外，歐美的運費都要1000多人民幣一次，一般購買一次藻種的費用加上關(guān)稅都在3000元人民幣,被扣或者擴(kuò)培失敗一次就是6000（不包括為此準(zhǔn)備的耗材試劑費用）。建議在購買藻種之前聯(lián)系上海光語生物科技有限公司等專業(yè)微藻公司聯(lián)系擴(kuò)培處理事宜

最近，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員劉天中領(lǐng)導(dǎo)的微藻生物技術(shù)團(tuán)隊比較研究了光在傳統(tǒng)跑道池系統(tǒng)中和膜培養(yǎng)系統(tǒng)中的傳遞特性，結(jié)果表明20厘米深的典型室外跑道池系統(tǒng)，其最初3天內(nèi)全部培養(yǎng)液都能接受到高于光補償點的光照，從第四天開始隨著細(xì)胞濃度升高，有效照光比例降低，經(jīng)過約30天后，微藻細(xì)胞濃度達(dá)到最大，約0.5gL-1，此時有效光照比例為31.1%。而對于膜培養(yǎng)系統(tǒng)來說，從培養(yǎng)第1天開始一直到第10天，透過膜的光能仍然足夠支撐細(xì)胞生長，表明膜內(nèi)細(xì)胞100%能受到有效光照(Figure 1)。接受有效光照的比例差異可能是膜培養(yǎng)系統(tǒng)高效率的重要原因。

此外，微藻培養(yǎng)的水足跡是評價微藻培養(yǎng)技術(shù)的重要參數(shù)。目前普遍采用的跑道池或密閉式光反應(yīng)器等懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)，需水量極大。該團(tuán)隊在微藻貼壁培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過分析影響培養(yǎng)水足跡的因素，提出了減少微藻培養(yǎng)水足跡的策略和反應(yīng)器新結(jié)構(gòu)，主要包括：(1)將微藻膜密封在水蒸氣飽和的腔室內(nèi);(2)微藻膜接種在含有足夠多營養(yǎng)元素的培養(yǎng)基中;(3)以最小流速通入足夠量的CO2碳源。以雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)為例，采用該策略，每生產(chǎn)1kg藻粉，培養(yǎng)過程水足跡是35.7L，生產(chǎn)1kg蝦青素，培養(yǎng)過程水足跡是1440L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前利用懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)的數(shù)值，實現(xiàn)了微藻培養(yǎng)大幅度節(jié)水的目的。

青島能源所微藻生物膜貼壁培養(yǎng)技術(shù)研究獲進(jìn)展

推薦原文：
The water footprint of biofilm cultivation of Haematococcus pluvialis is greatly decreased by using sealed narrow chambers combined with slow aeration rate

The difference in effective light penetration may explain the superiority in photosynthetic efficiency of attached cultivation over the conventional open pond for microalgae

上海光語生物科技有限公司為客戶量身定做藻類植物生產(chǎn)培養(yǎng)定制光源產(chǎn)品。

圓形植物生長燈說明

圓形植物燈能夠代替3-5倍功率的高壓鈉燈， 節(jié)約80%的電能。
LED波長可由客戶指定， 我們建議紅光波長使用620-630nm和640-660nm， 藍(lán)光波長使用450-460nm和 460-470nm。紅光促進(jìn)植物發(fā)芽、開花、延長花期， 藍(lán)光促進(jìn)植物生長，您可以自主選擇更合適的波長和顏色比例促進(jìn)植物的生長。
不同光之間的比例可由客戶指定，我們建議的比例是（紅：藍(lán)）8:1, 7:2 和7:1:1 ,紅.藍(lán).橙.白混合光提供給植物.

方形植物生長燈說明

方形植物燈燈板,非常適合土地的照射.功效好因為它的光照很強(qiáng)烈.
寬發(fā)光角度: 常規(guī)120 度 (具有很大的照射面積).根據(jù)客戶要求也可選用其它發(fā)光角度。
光衰很小, 壽命高達(dá)5萬小時.能夠結(jié)合熒光燈使用.
散發(fā)的光芒充足被植物吸收, 相比較于HID的植物燈能產(chǎn)生相同的結(jié)果,但功效更強(qiáng).
高光效: 90% 散發(fā)的光能夠被植物所吸收. 但是對于傳統(tǒng)高壓納燈和金鹵燈來說, 只有 8-10% 的光效.

注意事項：

1.只能室內(nèi)使用。
2.插上電源時不要觸碰燈的表面。
3.不能用于在有水或灌溉的地方。
4.不能讓水浸濕植物燈。
5.植物燈的環(huán)境溫度最好低于65℃. 大棚的溫度最好為25℃-28℃。
6.下雨天您最好關(guān)掉電源，因為我們害怕將會超出避雷的范圍。
7.當(dāng)植物燈在夜間點亮的時候，很容易吸引昆蟲和小動物，需關(guān)上大棚的門。
8.植物燈的照射時間與太陽光光照時間應(yīng)為10-14小時.
9.植物燈與植物的距離一般為2.5m-3.5m, 90W植物燈最低高度為1.5m，300W植物燈為2m，600W植物燈為3-4m。
10.照射面積：90W照射面積為28 M2/3m，90W方形是31M2/3米，300W是120M2/5m高，600W是180M2/6m,120W植物燈是78M2/3m，50W植物燈是19.6 M2/3m。
11.兩個90W植物燈是每隔3米放一個，120W是每隔3米放一個，300W是每隔4-5米放一個，600W植物燈是每隔8米放一個。

使用方法：

1. 只能室內(nèi)使用.
2. 安裝前切斷電源，防止觸電，在工作時避免用手觸摸燈的表面。
3. 使用時確保產(chǎn)品在正常環(huán)境下使用。
4. 避免安裝在熱源處及熱蒸汽，腐蝕性氣體的場所，以免影響壽命。
5. 安裝前確保安裝位置可以承受10倍于該產(chǎn)品的重量。
6. 安裝于無震動，無搖擺，無火災(zāi)隱患的地方
7. 本產(chǎn)品無防水功能，切勿淋水。
8. 產(chǎn)品在工作時切勿觸摸，敲打產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：微藻培養(yǎng),光生物反應(yīng)器,進(jìn)展

藻類不僅富含蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物這三大類人類所必需的物質(zhì)而且還含有各種氨基酸、維生素、抗生素、高不飽和脂肪酸以及其它多種生物活性物質(zhì)是人類向海洋索取食品、藥品、生化試劑、精細(xì)化工產(chǎn)品、燃料以及其它材料的一種重要途徑。隨著全球性資源短缺壓力的日益增加開發(fā)和利用海洋藻類將是長遠(yuǎn)解決人類食品資源和能源的重要途徑。隨著人類對微藻認(rèn)識的不斷加深開發(fā)和研制新型高效光生物反應(yīng)器及其在微藻的高密度培養(yǎng)方面的應(yīng)用研究已成為微藻生物技術(shù)的一個重要組成部分。本文綜合國內(nèi)外的最新研究著重介紹微藻培養(yǎng)及最新的培養(yǎng)反應(yīng)器。