天津大學機械工程學院  楊俊紅課題組

基于微藻的固體生物燃料為高效、低成本地利用微藻提供了一種有前景的選擇。本工作從微藻的培養(yǎng)到利用的完整碳循環(huán)視角出發(fā)，研究了微藻固體燃料從生產到燃燒的關鍵環(huán)節(jié)。此外，還對微藻固體燃料的物理性質、生產過程中的能耗和燃燒特性的最新研究進行了總結。結果表明，微藻被視為生產固體燃料的一種有前景的原料，是一個廣受關注的研究課題。目前，微藻與其他生物質的共造粒和共燃被認為是利用微藻基固體燃料最具競爭力的方式。添加約10-30 %的微藻，可使原造粒工藝能耗降低約24-28 %，同時可顯著提高固體燃料的密度、耐久性和熱值。更重要的是，由于微藻脂質含量高，添加微藻可有效改善煤、污泥和典型生物質燃料的燃燒性能，并對燃燒過程產生積極影響。最后，討論了基于微藻的固體生物質原料的機遇和挑戰(zhàn)，包括物種多樣性對藻類固體燃料的影響、進一步的工業(yè)應用探索以及與現有微藻產業(yè)鏈的可能整合途徑。

原文鏈接：New insights into the carbon neutrality of microalgae from culture to utilization: A critical review on the algae-based solid biofuels

華北理工大學生命科學學院 王巍杰課題組

雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）蝦青素的生物合成是由能量驅動的。然而，鞭毛介導的能量消耗運動過程對蝦青素積累的影響尚未得到很好的研究。在這項研究中，我們結合光合參數，分析了在pH沖擊下有或沒有鞭毛的雨生紅球藻的蝦青素和NADPH含量的變化。結果表明，除了在pH沖擊處理組中觀察到鞭毛的喪失外，細胞形態(tài)沒有顯著變化。相比之下，在4、8和12小時，鞭毛去除組的蝦青素含量分別比對照組高62.9%、62.8%和91.1%。同時，Y（II）的增加和Y（NO）的減少表明，缺乏鞭毛運動過程的雨生紅球藻細胞可能會將更多的能量分配給蝦青素的生物合成。NADPH分析證實了這一發(fā)現，該分析顯示鞭毛去除細胞中的NADH水平較高。這些結果為缺乏運動的細胞通過能量再分配實現蝦青素積累的潛在機制提供了初步見解。

原文鏈接：Enhancement of astaxanthin accumulation via energy reassignment by removing the flagella ofHaematococcus pluvialis

徳國耶拿大學 Maria Mittag課題組

微藻是地球初級生產的關鍵貢獻者。在進化早期，這些微藻便與細菌共存于自然界中，其相互作用的方式深刻影響了生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能。已有研究表明，細菌Pseudomonas protegens對微藻Chlamydomonas reinhardtii具有毒性。該細菌通過分泌環(huán)狀脂肽和炔類化合物，導致藻類鞭毛脫落、感光功能失效并最終導致細胞裂解。本研究首次報道了細菌Mycetocola lacteus與C. reinhardtii建立的互利共生關系，并揭示其顯著的輔助作用。研究顯示，M. lacteus不僅能促進藻類生長，還從藻類中獲取所需的有機硫（甲硫氨酸）以及維生素B1、B3和B5。在三方共培養(yǎng)實驗中，M. lacteus在存在拮抗細菌P. protegens的情況下，能夠有效保護藻類免受其攻擊。通過結合合成天然產物化學、高分辨質譜技術以及藻類Ca2?信號分析，研究發(fā)現，M. lacteus通過水解環(huán)狀脂肽的酯鍵來保護藻類。該反應生成的線性開環(huán)酸不會引發(fā)藻類細胞內Ca2?穩(wěn)態(tài)的紊亂，避免了鞭毛脫落的發(fā)生。因此，藻類能夠保持運動能力，成功游離拮抗細菌的威脅并存活下來。此外，研究表明，這三種相關的屬（Pseudomonas、Mycetocola和Chlamydomonas）在自然界中共存的現象較為普遍。進一步的實驗發(fā)現，Pseudomonas和Mycetocola的相關種類在三方共培養(yǎng)中也分別表現出拮抗或輔助作用。這一發(fā)現揭示了微生物交互網絡的復雜性及其對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關鍵作用。

原文鏈接：A mutualistic bacterium rescues a green alga from an antagonist

印度海得拉巴大學生命科學學院植物科學系 Rajagopal Subramanyam課題組

自養(yǎng)生物暴露在高光照強度下會嚴重影響其光合作用性能。如果再加上不可預測的氣候變化，這些影響的致命性就會加劇。在這方面，我們的研究重點是以萊茵衣藻為模型系統(tǒng)，研究 2% 聚乙二醇（PEG）誘導的溫和滲透脅迫與高光照條件的緩解效應。在不同光照強度的低 PEG 誘導的滲透脅迫下培養(yǎng)細胞，并通過生化和生物物理方法分析細胞的反應。值得注意的是，與未經 PEG 處理的細胞相比，在較低 PEG 濃度下生長的細胞在強光下表現出更優(yōu)越的生長性能、更高的生物量和更強的光合效率。令人驚訝的是，它們的非光化學淬滅（NPQ）水平更低，這表明在 PEG 生長的樣品中存在一種獨特的光保護機制。圓二色性分析表明，在 PEG 生長的樣品中，即使在強光下，超級復合物的宏觀組織也很少受到破壞。藍色原生聚丙烯酰胺凝膠電泳進一步證實了這一點，發(fā)現色素-蛋白質相互作用具有更高的穩(wěn)定性。免疫印跡分析表明，PEG 生長細胞與非 PEG 生長細胞的核心反應中心蛋白差異極小。值得注意的是，這種保護機制在細胞壁缺陷突變體 CC503 中不存在。我們認為，觀察到的部分光保護作用是由于 PEG 屏蔽了細胞壁。這一結果為在受光照強度波動影響的自然環(huán)境條件下提高藻類生物量生產帶來了希望。

原文鏈接：Mild osmotic stress offers photoprotection in Chlamydomonas reinhardtii under high light

據中新網 4 月 28 日消息，國內紅球藻產業(yè)首部學術與科普專著《紅色生命 — 奇異的紅球藻蝦青素》在深圳發(fā)布. 該書由中國科學院合肥物質科學研究院研究員黃青、中國科學院海洋研究所研究員劉建國共同完成，云南綠 a 生物工程有限公司支持出版發(fā)行. 書中系統(tǒng)地闡述了紅球藻蝦青素的相關知識，包括其結構、生物學活性、功效研究以及產業(yè)進化和應用等內容. 黃青在接受采訪時指出，紅球藻蝦青素在免疫調節(jié)、抗炎、神經保護、改善糖代謝、調節(jié)腸道菌群、護膚和護眼等多個方面都有著重要作用，并且在食品、醫(yī)藥、化妝品等眾多領域被廣泛應用，展現出了巨大的市場潛力.

與此同時，中科院海洋所在紅球藻蝦青素資源開發(fā)研究中也取得了重要進展. 該所藻類與藻類生物技術團隊發(fā)現無氧呼吸糖酵解（EMP）、有氧呼吸三羧酸循環(huán)（TCA）、戊糖磷酸途徑（PPP）和線粒體呼吸交替氧化酶途徑（AOX）等多種非光依賴型代謝途徑對紅球藻蝦青素的合成積累起著關鍵調節(jié)作用. 相關成果以 3 篇研究論文的形式發(fā)表在《Bioresource Technology》上. 這一發(fā)現完善了紅球藻蝦青素規(guī)?；_發(fā)的基礎理論和技術體系，有助于進一步優(yōu)化紅球藻的開發(fā)模式，提高植物細胞光合工廠的運轉效率，推動整個紅球藻產業(yè)開發(fā)水平的提升，對其他微藻類胡蘿卜素等次生代謝物質的研究與資源開發(fā)也具有重要的啟發(fā)和借鑒價值.

紅球藻作為一種富含營養(yǎng)價值和藥用價值的藻類食品，是目前科學界發(fā)現的繼螺旋藻、小球藻之后的又一重要藻類資源. 它能大量積累類胡蘿卜素，其中 80% 以上為蝦青素及其酯類，因此呈現出紅色，也被稱為雨生紅球藻. 蝦青素是目前發(fā)現的一種最高效的純天然抗氧化劑，其抗氧化功效是天然 ?- 胡蘿卜素的 10 倍、天然維生素 E 的 550 倍，在清除自由基、抗衰老、抗腫瘤和免疫調節(jié)等方面顯示出良好的生物活性，因而被廣泛應用于功能性食品、醫(yī)藥以及化妝品等領域.

隨著科研的不斷深入和產業(yè)項目的逐步落地，紅球藻及其提取物蝦青素的市場前景十分廣闊。未來，有望在更多領域發(fā)揮其獨特的價值，為人類的健康和相關產業(yè)的發(fā)展做出更大貢獻 。

印度農業(yè)研究理事會-中央內陸漁業(yè)研究所 Basanta Kumar Das課題組

由于對能源需求的不斷增長以及石油的不可再生性，從微藻中生產生物柴油近年來備受關注。然而，生產成本高昂以及與環(huán)境健康相關的問題，如過度使用無機肥料、富營養(yǎng)化，是商業(yè)規(guī)模生物柴油生產的主要限制因素。此外，全球還存在固體廢物（基于花園的）管理問題。在本研究中，為了克服這些限制，采用蚯蚓堆肥提取物作為營養(yǎng)源，以提高淡水微藻（Graesiella emersonii MN877773）此外，該組合還提高了試驗藻類中的飽和（棕櫚酸甲酯）和單不飽和脂肪酸（油酸）含量。該生物柴油的質量符合印度、美國和歐洲提供的生物柴油標準的所有特性，除了冷濾堵塞特性。在大規(guī)模培養(yǎng)中，與BG11培養(yǎng)基相比，該組合還被發(fā)現提高了細胞生物量（0.041 g/L）。因此，該研究證明，在添加以園藝廢料為基礎的堆肥提取物的培養(yǎng)基中生長的G. emersonii具有大規(guī)模生產生物柴油和生物產品的巨大潛力。

原文鏈接：Sustainable biodiesel production from microalgaeGraesiella emersonii through valorization of garden wastes-based vermicompost

西安建筑科技大學?文剛課題組

與普通的藍藻相比，鞭毛藻需要較低的溫度，并且它在春季和秋大量繁殖。鞭毛藻爆發(fā)還會導致一些水生生物死亡。然而，淡水鞭毛藻的分類和實驗室培養(yǎng)技術仍面臨挑戰(zhàn)，對其研究仍然缺乏。本研究揭示了太陽能/氯氣對典型鞭毛藻褐皮藻的去除效果及機理。單獨模擬太陽能對去除藻類的影響可以忽略不計，以及單獨氯氣對去除藻類的影響也很小。然而，太陽能/氯具有更好的去除效果，其肩長還原因子和k_max增強因子分別為2.80和3.8，表明太陽能/氯比單獨使用太陽能和氯具有更短的潛伏期和更快的失活速率。隨著氯用量的增加，藻類的去除率逐漸提高，但隨著細胞密度的增加，藻類的去除率下降。當實驗溫度提高到30°C時，除藻效率顯著提高，因為該溫度不適多甲藻的生存。由太陽/氯產生氯和羥基自由基（?OH）對細胞膜的傷害造成細胞膜完整性下降，導致細胞內活性氧增加，抑制光合作用和抗氧化系統(tǒng)。由于嚴重的細胞損傷或囊腫形成，在氯或太陽能/氯系統(tǒng)中均未觀察到細胞再生。此外，自然太陽輻射與模擬太陽輻射具有相同的增強作用。然而，與119介質相比，太陽能/氯在真實水中的藻類去除效率降低，主要是由于真實水基質中的本底物質消耗了氧化劑或充當遮光劑。

原文鏈接：Emergency control of dinoflagellate bloom in freshwater with chlorine enhanced by solar radiation: Efficiency and mechanism

同濟大學環(huán)境科學與工程學院?戴曉虎課題組

當使用厭氧消化物培養(yǎng)微藻時，不恰當的滅菌策略會抑制微藻的生長。本研究旨在科學地選擇一種低成本的厭氧消化物消毒預處理方法，用于大規(guī)模微藻培養(yǎng)。在這項工作中，采用了三種不同的方法對城市厭氧沼液進行消毒，包括高壓滅菌、紫外線或 NaClO 處理。然后在稀釋的沼液中培養(yǎng)四尾柵藻 (Scenedesmus quadricauda)，以同時生產脂質和去除營養(yǎng)物質。結果表明，NaClO處理后，由于游離氯的殘留，四尾柵藻的生長受到抑制。15 min的紫外線照射有效地減輕了微生物污染，增加了營養(yǎng)物的有效性，增強了微藻光合作用的電子傳遞。培養(yǎng)6天后，紫外線組的微藻生物量濃度為 1.09 g/L，與高壓滅菌組（1.15 g/L）相當,并且營養(yǎng)物去除效率很高，COD去除率為93.30%，NH4+-N去除率為92.56%，TN去除率為85.82%，TP去除率為95.12%。此外，四尾柵藻在紫外線組的培養(yǎng)系統(tǒng)中占據優(yōu)勢，擊敗了本地微生物。在細菌和藻類的協(xié)同去除污染物中，兼性厭氧菌Comamonadaceae和好氧菌Moraxellaceae發(fā)揮了重要作用，而不是嚴格的厭氧菌Paludibacteraceae和Bacteroidetes_vadinHA17。細菌對氮和磷的潛在競爭導致紫外線組的脂肪含量最高(48.19%)。因此，本研究建議在大規(guī)模微藻培養(yǎng)中使用15 min的紫外線處理厭氧消化物。

原文鏈接：Improved microalgae growth and lipid production in anaerobic digestate with ultraviolet radiation pretreatment

硅藻和植物一樣，通過光合作用將二氧化碳轉化為有機物質。它們含有葉綠素等光合色素，利用光能把二氧化碳和水合成糖類等有機物，并釋放出氧氣。在這個過程中，大量的二氧化碳從大氣中被吸收進入硅藻體內，成為全球碳固定的重要環(huán)節(jié)。據研究，海洋中的硅藻每年通過光合作用固定的碳量可達數十億噸之多。當硅藻死亡后，它們的有機物質會向海洋深處沉降。這個過程被稱為生物泵。一部分有機碳在沉降過程中被分解重新釋放二氧化碳回到水體中，但仍有相當一部分有機碳能夠到達深海并被長期儲存起來。這種生物泵作用將表層海水中吸收的二氧化碳有效地轉移到深海，從而減少了大氣中二氧化碳的含量。而且，硅藻的硅質細胞壁在沉降過程中相對較重，能夠加速其下沉速度，進一步增強了生物泵的效率。

硅藻的碳固定是一種自然的生物過程，不需要額外的能源輸入，與一些人工碳捕獲技術相比，成本更低且效率較高。它們在全球的水域中廣泛存在，可以大規(guī)模地對碳排放進行處理。

除了處理碳排放，硅藻還是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。它們?yōu)楸姸嗟母∮蝿游锾峁┦澄飦碓?，維持了食物鏈的穩(wěn)定。同時，硅藻的大量繁殖可以影響水體的光學性質、溫度等物理性質，對局部氣候和生態(tài)環(huán)境有著深遠的調節(jié)作用。減少對海洋、湖泊等水域的污染，保護硅藻的生存環(huán)境是至關重要的。嚴格控制工業(yè)廢水、生活污水的排放，避免過度捕撈和破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，可以保障硅藻的正常生長和繁殖，使其持續(xù)發(fā)揮碳固定的功能。

深入研究硅藻的生長特性和碳固定機制，通過實驗室模擬和實地觀測相結合的方式，找到促進硅藻生長的最佳條件。例如，可以探索不同的營養(yǎng)物質供應、光照強度和水溫等因素對硅藻光合作用和生物泵作用的影響，從而有可能通過適當的人為干預來增強其碳處理能力。

硅藻作為一種天然的碳排放處理 “工具”，有著巨大的潛力。保護和利用好硅藻資源，深入研究其在碳循環(huán)中的作用機制并加以合理引導，將為全球應對氣候變化和減少碳排放提供一個極具前景的方向。雖然目前還有很多研究和實踐工作需要開展，但硅藻已經為我們打開了一扇通往更可持續(xù)的碳排放處理之路的大門。