记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所日前开发的高固碳能力工业产油微藻细胞工厂，实现了经济环保的海洋微藻利用新模式。
地球固碳的主力军
人类活动排放的二氧化碳等温室气体，导致了全球气候变化和海洋酸化等重大环境和社会问题。利用工业产油微藻将烟道气等工业二氧化碳排放源直接转化为柴油等生物燃料，对于减少温室气体排放，遏制全球气候变暖具有重大意义。
包括微藻在内的海洋浮游植物适应了当前地球大气0.04%的二氧化碳含量，每年固定了全球二氧化碳固定量的40%。但烟道气中的二氧化碳含量高于5%，是大气碳含量的百倍以上。由此导致的培养环境酸化，在降低了生物污染发生几率的同时，也通常会抑制工业产油微藻的生长与繁殖，大幅度降低了工业生物固碳产油过程的经济性。
自然界中，实现碳循环的途径，主要是通过生物体生命过程中的光合作用完成生物固碳。然而，树木、植物只能缓慢吸收大气中的二氧化碳，受土地面积的限制，其消纳二氧化碳的总量与人类生产活动的排放量比，十分有限。而与农作物相比，微藻具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强，可调控以及可与其他工程技术集成等优点，可获得高效、立体、高密度的培养。据了解，每吨微藻生物约可固定2吨二氧化碳，且微藻培养过程可对点源排放的二氧化碳进行利用。
微拟球藻是一种在世界各地均可室外大规模培养的工业产油微藻。中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究人员提出其利用和耐受二氧化碳均与碳浓缩机制有关的科学假设。
以微藻为代表的海洋浮游植物每年可固定全球二氧化碳固定量的40%，是当前地球固碳的主力军。该所单细胞中心主任徐健研究员表示，他们的主要研究就是利用工业产油微藻，将阳光和烟道气（即煤等化石燃料燃烧时所产生的对环境有污染的气态物质）等工业二氧化碳排放源直接转化为柴油等生物燃料，既可保护生态环境，又产生了经济效益。
我们主要利用的微藻是一种名为微拟球藻的工业产油微藻，可实现室外大规模培养，和其他微藻相比优势明显。单细胞中心助理研究员魏力介绍说，微拟球藻具有生长速度快、二氧化碳耐受能力强、海水淡水均可培养、遗传操作较完善等突出优点。


正在排放的二氧化碳
让微藻返祖
据介绍，工业微藻能够将阳光和烟道气直接转化为生物柴油，因此是应对全球气候变暖的重要举措之一。然而烟道气中高浓度的二氧化碳及其导致的酸性培养条件，往往抑制了微藻的生长，因此提高二氧化碳耐受性是设计与构建超级光合固碳细胞工厂的关键技术之一。
科研团队虽然找到了合适的微藻品种，但在实验起步阶段，由于烟道气中的二氧化碳浓度较高，微藻的生长状态并不理想。魏力说。
如果不解决微藻的二氧化碳耐受性问题，就难以设计和构建超级光合固碳细胞工厂。因此，科研人员根据微藻特性提出了一个科学假设，找到微藻感应二氧化碳的关键靶点，对它的碳浓缩机制动手术，从而解决这一问题。
据了解，藻类等植物被认为是约5.1亿年前出现的，那段时间的地球大气中，二氧化碳浓度高，是当前地球大气二氧化碳浓度的二十几倍。这也就证明了，藻类在逐渐进化，适应低浓度的二氧化碳环境。我们希望通过一种方式，让工业微藻返祖。魏力说，经过反复实验，研究团队发现人为的破坏或抑制微藻的碳浓缩机制可达到这一效果。
据介绍，在类似烟道气的环境中，通过靶向敲低位于细胞质内的一个特殊的碳酸酐酶基因的工程微拟球藻株，其生物质产量能提高30%以上，而且含油量不受影响。
或可改造火星大气
3月21日，国际学术期刊《代谢工程》刊载了中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心的研究成果。通过开发高固碳能力的工业产油微藻细胞工厂，不仅对于工业烟道气直接转化生物柴油具有应用价值，对于人类拓展生存空间也有重要意义。
研究表明，这种改良性状适应性极强，且具有相当稳定的遗传性。徐健表示，经过改良后，工程藻株研究实现新进展，藻株的生长优势只在烟道气培养条件下展现，若在空气浓度二氧化碳下，工程藻株则丧失了生长优势。因此，该研究成果不仅证明工业微藻的二氧化碳含量适应性可以理性调控，而且发明了一种原创的工程藻株生态控制策略。
当前，全球各国对于碳排放问题越来越重视。《巴黎气候协定》明确了将全球气温较工业化前水平的增幅控制在2C以内，以此避免极地冰层融化和海平面上升的后果。但据全球碳项目科学家初步预计，2018年的全球碳排放增幅预计达到2.7%，较前年1.6%的增速进一步加快。
在碳排放逆势上扬的环境下，青岛能源所研究团队的这一新思路不仅对于工业烟道气直接转化生物柴油具有应用价值，对于人类生存空间的改造与拓展也有启发。
例如，火星是最有希望实现载人登陆的地外行星。但是火星大气中95%是二氧化碳，因此对火星大气的改造是人类大规模殖民火星的前提。
本研究展示的高二氧化碳耐受性的工业微拟球藻，不仅能够将二氧化碳转化为氧气，而且能够按需生产生物柴油和食用油脂，因此或许可作为第一代火星移民，肩负改造火星大气层的重任。