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继往开来守护藻种资源

  继往开来守护藻种资源 

  —— 记中国科学院淡水藻种库的传承和发展 

    

  作为享有国际盛誉的藻类学家和中国藻类学奠基人之一,饶钦止先生在藻类分类与系统发育等诸多领域取得卓越的学术成就的同时,还特别关心藻类实验生物学以及藻类资源收集和应用。饶先生不仅采集大量藻类标本、提供分类鉴定等专业指导,更是提携后学、关心和支持以黎尚豪先生、俞敏娟教授为代表的后辈学人开展藻种资源的收集和保藏。经过一代又一代藻类学人的努力,将其建设成为国内最早、规模最大、运行良好的藻种资源库。 

  中国科学院淡水藻种库 (The Freshwater Algae Culture Collection at the Institute of Hydrobiology, FACHB)是我国淡水藻种资源保藏、利用和管理的专门机构,设在中国科学院水生生物研究所,为独立的科技支撑平台。开展我国淡水藻种资源的收集、鉴定、保藏、供应、功能挖掘、评价以及国际合作交流。淡水藻种库前身是中国科学院水生生物研究所藻类研究室藻种保藏室,始建于上世纪五十年代后期,正式成立于1973年,1996年作为首批成员单位,加入新成立的中国科学院典型培养物保藏委员会,2004年加入世界微生物数据中心 (WDCM)2008年代表中国成为亚太藻种保藏库网络发起成员 (AOACC)2019年成为新组建的国家水生生物种质资源库的重要成员。 

  经过几十年来的发展,保藏隶属于9170余属3000余株淡水、海洋以及咸水藻类。特别是近年来,针对日益严重的环境和能源问题,藻种库聚焦目标,着重采集并大量分离保藏我国典型区域和典型生境的水华藻类、荒漠藻类和能源藻类等。分离并保藏来自淡水、咸水、土壤、空气、高原和温泉等多种不同生境的藻种。作为开放性的国家资源库,在进行藻种资源保藏和整理的同时,藻种库积极开展藻种提供、寄存、鉴定、人员培训以及技术支持等对外服务和共享。随着对藻种资源需求的不断提高,近年来藻种库对外提供藻种的数量也不断增多。近年来,每年为300余家单位提供2000余株藻种,支持百余篇学术文章的发表。自2012年以来,每年举办1-2期培训课程,累计为来自全国各地高校、科研院所、公司企业、环境监测中心、水务集团、环保企业和社会团体的600多人次提供技术培训。 

  获得无菌的纯种藻株,是深入开展藻类生理生化、遗传和毒性等研究的基础。藻种的无菌化程度也是衡量藻株质量的标准之一,为了提高保藏藻株的质量,淡水藻种库近年来在藻种无菌化方面努力探索,根据藻株的不同特性设计不同的纯化方案,通过氨苄青霉素、头孢青霉素、卡纳霉素、多菌灵和放线菌酮等多种抗生素优化组合、联合处理,已成功去除230余株藻种的霉菌污染,并得到40余株完全无菌藻株。 

  藻类种质资源的长期保存是开展藻类理论和应用研究的重要基础。传统的继代保藏藻类种质的方法存在费时、费力、容易污染、后续成本高以及形态、基因信息改变和生理生化特性退化等弊病。发展藻类超低温保藏技术,将活的藻类细胞保藏在超低温环境中 (通常指保藏在液氮中),克服常规传代保藏的上述缺点。目前,藻种库已对库藏的1200余株藻种进行了低温保藏,并建立经济微藻超低温保藏技术参数数据库,对收集保藏的小球藻、红球藻、螺旋藻等17130个品系的经济微藻,系统地进行了超低温保藏条件 (保护剂、降温速率、预冻存温度等) 的筛选,使60%的藻株复苏存活率达到50%以上,对藻种冻存前后的生长速率、油脂含量和光合活性进行测定。 

  藻种筛选和评价是淡水藻种库重要的工作内容,为微藻产业化持续稳定发展提供助力。近年来,开展了针对藻类生长、固碳等生理特性和目标产物特性的高通量筛选和评价,建立室内/外评价技术、活性产物评价技术,运用层次分析法选取优良藻株进行中试规模培养,形成拥有自主产权的优质固碳藻种选育技术体系与藻种信息数据库。从这些藻种中,已选育出一批生长等性能适应户外规模培养的优良微藻,如极大螺旋藻FACHB-438、钝顶螺旋藻FACHB-439,红球藻FACHB-712、葛仙米FACHB-599等,得到产业界的肯定和推广。另外,还积极与微藻产业部门合作,以解决产业部门的实际问题出发,支持和服务微藻产业部门。为企业分离、纯化和筛选出了具备适合当地条件、高产虾青素、抗逆性强等优良特点的雨生红球藻,已建成红球藻培养扩培实验室300 m2,室外生产基地30 (包括平板反应器、管道反应器);同时,利用研究建立的一种生物酶催化破壁提取微藻油脂的方法以及从雨生红球藻提取虾青素的方法,改进了虾青素提取工艺流程,提高了效率。 

  针对制约微藻固碳产业化应用的技术瓶颈和产业瓶颈问题,突破微藻固碳、高值产品开发及其资源综合利用的关键技术,藻种库在科技部863计划支持下开展固碳藻种的品种选育,获得一批拥有重要应用价值的优良藻种和微藻高值产品。将微藻的高效固碳性能耦联烟道气二氧化碳的生物固碳减排,利用生物质电厂产生的烟道气开展微藻固碳研究,筛选出能利用烟道气CO2的螺旋藻、小球藻等藻株,优化了户外养殖工艺,从而构建了利用烟道气进行微藻高效、低成本养殖的新的技术模式。新养殖模式的推广,在突破藻类产业升级瓶颈的同时,也将实现固碳减排的环境效益,为国家碳减排的宏观决策提供科学和技术支撑。 

  活体生物资源是珍贵的战略生物资源,对科学研究和产业发展至关重要。饶钦止、黎尚豪等老一辈先生们以他们的远见卓识,筚路蓝缕建立并推动了中国淡水藻类学研究,促成了藻类资源保藏从无到有、从小到大。这个重要的科研平台,将会在生物技术蓬勃发展的大潮中发挥更大的作用,为我国藻类学研究和产业进步做出新的贡献。 

    

  

 

 

图1饶钦止先生与美国德州UTEX藻种库前主任Richard Starr交流

 

 

2 淡水藻种库保藏区域

 

 

 

3 淡水藻种库发展历程

 

4 1996年中科院典型培养物保藏委员会成立,藻种库作为首批成员单位,库主任宋立荣研究员参加

 

5 从不同环境采集和分离到的藻类

 

6 积极与微藻产业部门合作,开展优良雨生红球藻藻株筛选,协助建设培养工艺流程和设施

 

7 筛选出能利用烟道气CO2的藻株开展室内测试和户外中试


 

    作者简介: 

  宋立荣 中国科学院水生生物研究所研究员,博士生导师,主要研究淡水藻类资源和生理生态。

    张琪 中国科学院水生生物研究所高级实验师,主要研究淡水藻类分类和藻种保藏。

    出处:《生命世界》, 2020, 02: 10-13.(注:因为新冠肺炎,推迟出版)