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【中国科学报】微藻:单细胞植物的大学问
作者: | 2017-01-19 | 浏览量:

  ■本报记者 沈春蕾 

  微藻是一类古老的低等植物,在陆地、淡水湖泊、海洋分布广泛。微藻种类繁多,截至21世纪初已发现的藻类有三万余种,其中微小类群就占了70%,即两万余种。

  中科院水生生物研究所(以下简称水生所)研究员、国家开发投资公司微藻生物科技中心主任、“千人计划”专家胡强主要从事藻类生物学、生物技术与生物能源的研究。他告诉《中国科学报》记者:“微藻经过加工处理,可以生产出食品、保健品、饲料等很多产品,提取的藻油就像煤和石油一样,是重要的能源原料。”

  产学研的合作之路 

  上世纪,美国曾有个研制原子弹的“曼哈顿计划”;本世纪,美国又出了个“微型曼哈顿计划”,该计划的宗旨不是研制原子弹,而是期望通过研发藻类产油寻求新的可再生能源。

  胡强指出:“我国在这方面的研究并不晚于美国。”2013年5月,国家开发投资公司(以下简称国投)微藻生物科技中心在北京成立,中心希望利用微藻生物质技术解决能源与资源短缺、气候环境恶化等重大问题,为国家经济和社会的可持续发展提供新途径。

  同年7月,水生所藻类生物技术和生物能源研发中心在武汉成立。中心由水生所和国投合作共建,致力于通过产、学、研一体化技术创新模式,探索和解决微藻生物质领域重大科学和工程技术问题。上述两个中心的主任都是胡强。

  回看胡强的求学和工作经历,从武汉到以色列,到日本和美国,再到如今回国,他跟微藻结下了不解之缘。

  在以色列,胡强获得本·古里安大学获藻类生物技术专业博士学位,随后他来到日本做博士后研究工作,主要开发一种利用微藻固定电厂废气中二氧化碳的技术,为温室气体的减排提供新思路。不久,美国亚利桑那州立大学给胡强发出邀请,希望他能去参与微藻处理废水项目。

  在美国,胡强及其团队开始了藻油的研究,并建立了利用微藻生产能源的中试生产线,胡强领导的实验室也成为美国能源部国家级微藻能源研发基地。“当时,美国国防部出钱找到我们,风险投资也找到我们,相关研究经费超过2000万美元。”

  回国前,胡强任美国亚利桑那州立大学终身教授,藻类生物技术研究实验室共同主任、亚利桑那州藻类创新技术中心共同主任。尽管如此,他最终还是选择了由国投与水生所共建的微藻生物能源项目。

  “因为微藻能源想要取得突破光靠企业的力量是远远不够的。”胡强希望微藻生物能源项目能整合企业与研究机构的力量,走产学研结合的开发模式。

  燕郊的实验工厂 

  回国后,胡强每天都很忙碌,北京和武汉两头跑已经成为常态。《中国科学报》记者参观了位于燕郊的国投微藻生物科技中心研发基地,目睹了一排排玻璃管道搭建的光生物反应器。胡强告诉记者:“微藻生物质生产是整个微藻生物能源产业的瓶颈,成本占全流程的60%以上,而光生物反应器是制约微藻生物质生产的核心因素。”

  因此,如何提高光生物反应器的生产效率、降低它们的制造和运行成本,在很大程度上决定了微藻生物能源和生物资源的产业化进程。这也是胡强团队努力攻关的一个方向。

  在光生物反应器研发方面,胡强团队一方面对传统光生物反应器进行优化改进,实现设备更加高效、稳定、可靠;另一方面致力于高效、低成本的新型光生物反应器开发,研究发电厂烟气二氧化碳固定与综合利用技术,形成下一代微藻生物能源与发电厂烟气二氧化碳综合利用技术与装备体系。

  此外,这座位于燕郊的实验工厂利用系统代谢工程的策略,对现有工程藻株进一步遗传改良,以提高藻类细胞工厂对光化学能的转化及利用效率。在研发基地,记者看到了从无色到黄色再到绿色和红色的藻株变化。

  胡强告诉记者:“你看到的只是颜色变化,而我们在遴选藻种方面,要求皮实,能够在不同环境中很好地自我调整。”胡强团队正通过基因改造的方法,结合自然筛选,改良适宜工业化应用的藻种。

  “目前备受关注的微藻产油还有很长的路要走。把微藻从水里采收出来后,还要打破细胞,把油取出来。”胡强说,“虽然是单细胞的简单植物,但每一步工作都不简单,甚至大有学问。”

  胡强在实验室一待就是一整天。当记者问及周边的交通拥堵是否影响上下班的时候,胡强的回答有点让人意外:“我早上6点从机场附近的公寓开车过来,晚上11点以后离开办公室,基本一路畅通。”

  微藻的应用前景 

  当前,微藻资源的开发与应用为人类解决能源、健康、环境和粮食四大问题提供一种新模式。

  胡强介绍,在能源领域,微藻有望成为继粮食作物生物乙醇、纤维素生物乙醇和陆生作物生物柴油之后第三代生物质能源的原材料;在环境领域,微藻有大幅减排温室气体二氧化碳的潜力,并在处理生活、工业、农业污水等方面有广阔的应用前景;在食品领域,微藻可为人类提供大量单细胞蛋白质、植物油脂、类胡萝卜素等食品或食品添加剂;在医药卫生领域,微藻生物资源中存在新的抗生素、抗氧化剂、抗癌和抗病毒药物成分。

  胡强团队已经在国投微藻生物科技中心获得高产量、高油脂的国投1号和国投2号藻株。胡强指着手里的一瓶藻说:“同样是原油,藻油的成本要高十倍,如何降低成本是我们未来需要努力的方向。”

  在另一些领域,微藻已经开始发挥作用。比如,微藻可以看做一种新型农业。“种藻和种粮食、种蔬菜是一样的。”胡强指出,“生产微藻本身需要很多的劳动力,可以为食品、饲料、保健品、精细化工等下游相关产业提供大量的就业机会。”

  微藻产业也可以改善人们的生活水平,除了高端的保健品之外,用微藻作为饲料养鸡养鱼,品质都会提高很多,利于改善人们的身体状况。“所以说微藻生产是一种可持续的绿色农业。”胡强希望通过团队的努力,使微藻能够对未来产业布局产生重要影响。

  (刊于《中国科学报》 2017-01-16 第6版 院所,网址链接:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/1/365979.shtm)
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