微藻廣泛分布于世界各大水系中，所有的微藻個體都很小，人類用肉眼根本看不到，但千萬不要因為微藻的個體小就瞧不起它，它在全球生态系統中的地位卻舉足輕重。

35億年前，藍藻的出現破天荒地改變了原始大氣的成分；20億年後，更高等的真核藻類出現了。藻類産生的氧氣形成了臭氧層，阻擋了紫外線，為地球生命的進化提供了天然的保護屏障。從此，地球上“萬物霜天竟自由”。因此，微藻是地球上的第一批拓荒者，也是向高等生命進化的探路者。

微藻的共聚焦圖片，圖中的微藻長有鞭毛，說明遊泳能力較強

即便到了21世紀，微藻依然與人類的生活息息相關。螺旋藻、小球藻具有食品保健的功能；微藻可以作為食品添加劑及水産養殖動物的優質開口餌料；從微藻中提取的EPA、DHA、色素、甘油等生物活性物質還具有營養強化的功能。

近年來，用荒漠藻治沙、将微藻加工成生物肥料、生物塑料等也取得了重大科技進展。到目前為止，微藻應用的邊界還在不斷地拓展，終點在哪裡？或許沒人會知道。

目前我國主要的養殖魚類有70多種，其中海水魚有20多種，淡水魚有40多種(其實我國僅淡水魚就有800多種，其中250多種有經濟開發價值，但其中80％以上并不是當前主要的養殖品種)。另外主要養殖的蝦蟹類有20-30種，主要養殖的貝類也有30餘種。

這些名目繁多的水産養殖品種有一個共同特點，就是在幼體發育階段都離不開微藻。我國重要的養殖藻類分為6個門，共計20多個品種。主要種類如下:

• 矽藻門：三角褐指藻、小新月菱形藻、牟氏角毛藻、纖細角毛藻、中肋骨條藻
• 綠藻門：亞心形扁藻、塔胞藻、杜氏藻、小球藻、微綠球藻、萊茵衣藻、栅藻、雨生紅球藻
• 金藻門：球等鞭金藻、湛江等鞭金藻、綠色巴夫藻
• 黃藻門：異膠藻
• 藍藻門：鈍頂螺旋藻
• 紅藻門: 紫球藻

▲▲在顯微鏡下遊動的各種綠藻（貌似大扁藻）

以綠藻門的雨生紅球藻為例，這種微藻含有豐富的蝦青素，約占細胞幹重的2%-4%，這也是目前已知的蝦青素含量最高的藻類。在鲑鳟魚、蝦蟹類的養殖中，技術員往往會将蝦青素作為飼料添加劑使用。

蝦青素是天然的抗氧化劑，其抗氧化能力是維生素E的550倍，是β-胡蘿蔔素的10倍。魚蝦蟹吃了含有蝦青素的飼料，自身的不飽和脂肪酸含量會顯著升高，營養價值、抗逆能力也會有質的提升。

▲▲在不同的生長階段，雨生紅球藻具有不同的顔色與外觀，成熟的個體呈豔紅色，不成熟的為綠色。

作為數量衆多的單細胞異養生物，近年來微藻的廢水淨化能力以及作為能源生物的潛力引起了全球性的廣泛關注。與此同時，石油作為傳統的燃料，價格卻在不斷暴漲——在1990年，原油價格每桶售價20美元，到了2008年，已經上漲到了140美元一桶。與之相對應的是全球溫室氣體排放量的驟增——從1970到2004年，全球總排放量增加了70%。

▲▲不斷上漲的石油價格（圖左）與相對穩定的生物燃料價格（圖右）

原油不斷飙漲的價格與日益嚴重的溫室效應，導緻微藻的開發必須要盡快提上日程。

研究人員曾經對26種生物燃料進行過研究，結果發現：與汽油相比，使用其中21種生物燃料可以将全球溫室氣體的排放量減少30%以上。

微藻制油不僅環保，還很高效。據估算，平均每公頃藻池可以産生10萬升油，是油菜籽、花生的8倍。我國有鹽堿地有15億畝，隻要其中15%的面積養上微藻，就能夠滿足我國50%以上的柴油需求。

但是從1970到1990年，美國國家可再生能源實驗室研究了20多年的微藻轉化實驗，研究人員卻得出了一個令人失望的結論:将微藻用于生物柴油的生産在經濟上是不可行的(該研究結論在1996年提出)。

專家給出的解釋是：即便在光合作用最佳的情況下，将微藻加工成生物燃料所花的費用是當前石油價格的2倍。

然而從1996年到2009年，石油、柴油的價格上漲了一倍多。在其他因素(比如化肥的價格)不變的情況下，那麼現在(2020年)用微藻生産生物燃料在經濟上應該是可行的。

可事情的真相，真的是這樣嗎？

微藻之所以能夠用來做生物燃料，是因為它的細胞内含有脂類——一種常見的能源物質。1g脂肪在空氣中充分燃燒，可以釋放39100焦耳的熱能，相同情況下蛋白質釋放的能量為23500焦耳，而最常見的糖類隻有17200焦耳。

▲▲上圖是8種不同的脂類，（a）甘油三酸酯；（b）二酰基甘油酯；（c）甘油單酸酯；（d，e）磷脂；（f）固醇；（g）硫脂；（h）糖脂；（i）類胡蘿蔔素。

脂類雖然熱價高，但要将微藻中的脂類物質提純為生物燃料卻面臨着多種困難，主要體現在以下3個方面:

(1).微藻中的脂肪酸不穩定，容易被氧化。

脂質是由脂肪酸組成的，烷基酯是脂肪酸的組成部分，而烷基酯的穩定性又取決于酰基鍊的結構。美國材料測試協會(ASTK)認為生物燃料最重要的特性是燃燒質量、冷流特性和氧化穩定性。但微藻中含有豐富的不飽和脂肪酸，很容易被氧化而降低燃料的性能。

一點補充:植物油中不飽和脂肪酸的含量都很高，不穩定(容易被空氣氧化成飽和脂肪酸)，一般呈液态，如大豆油、花生油。而動物油脂的穩定性很強，其飽和脂肪酸含量高，一般呈固态。由于動物油脂中的飽和脂肪酸不利于人體心血管健康，因此在日常生活中建議多食用植物油，盡量少使用動物油。

(2).微藻脂質的組成受生長條件影響巨大。

已有研究表明，微藻的生活環境以及日夜周期變化會直接影響脂類的組成成分。而且微藻脂質的積累是在細胞生長和分裂停止之後才進行的，也就是說，随着脂質含量的增加，微藻的生長速率卻會顯著降低，這種明顯的逆向關系可能會對藻類生物燃料的經濟性産生重要影響。

(3).培養微藻需要消耗大量營養物質

平均每生産1公斤的微藻需要消耗2公斤的二氧化碳和80克的氮元素，而氮的價格比石油還要高，這顯然并不劃算。

▲▲微藻的高密度培養需要源源不斷的營養物質，最基本的就是碳源、氮源。

值得注意的是，我國每年水産養殖産生的尾水中含有豐富的含氮化合物，這些都是免費的氮源。來不及排放的尾水會導緻近海或河流産生富營養化污染，但如果将這部分污水被重新利用，即用微藻吸收其中的氮磷元素，豈不是可以起到一舉兩得的效果？

說了那麼多，微藻的培養方法有哪些呢？

微藻的大規模養殖可以追溯到20世紀50年代，培養微藻的方式主要包括開放式的淺水跑道培養以及封閉式的光生物反應器2種。

• （1）開放式的淺水跑道培養

跑道養殖的英文為Raceway Aquaculture，這種養殖模式一般采用0.2~0.3米的深度，在池塘的中部裝有推水設備以确保水體的循環流動，養殖面積0.5~1公頃不等。

藻類的密度越大，水體的顔色就會越深，位于底層的微藻就不容易接受到陽光和二氧化碳，因此及時攪拌和添加二氧化碳是很有必要的。

▲▲位于以色列的微藻跑道養殖中心

• （2）封閉式的光生物反應器

與開放式的跑道養殖模式相比，光生物反應器的優勢在于能夠避免外源污染、微藻受光更均勻、可以産生更高的培養密度。光生物反應器的另外一個用途是航空航天領域——在外太空産生氧氣的最有效方式之一，就是利用光生物反應器來培養微藻，微藻産生的氧氣和碳水化合物再供宇航員使用，科技感十足。

反應器中的光源通常是用熒光燈或金屬鹵素燈，可以産生400~700納米波長的穩定光線，這也是光合作用最有效的輻射來源。此外，反應器中可以很方便地輸送二氧化碳，并及時除去光合作用産生的氧氣，氣體交換系統非常完善。

航天的熱門研究方向：微藻的光生物反應器培養法

小結：微藻的“遠大前程”

在不同水域中，微藻的分布與營養鹽的含量密切相關，一般來說近海的微藻豐富遠高于遠海，内陸河流的藻類密度又高于近海。目前藻類的最普遍的應用還是水産養殖上的魚類、蝦蟹類幼體的培育，至今還找不到任何一種生物餌料能夠完全取代微藻的育苗地位（雖然新型的微粒飼料也在開發當中，但遠遠比不上微藻經濟實惠）。

微藻世界

微藻是流動的寶藏，有巨大的開發潛力。在科技突飛猛進的今天，微藻作為可再生生物資源，很有可能會在不遠的将來取代石油，成為節能環保的生物燃料。

預計到2022年，利用轉基因定向培養技術，微藻生物柴油的成本可降低50%以上，有望獲得與石油競争的能力，對此我們不妨拭目以待！

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