微藻：單細胞植物的大學問

　　 微藻是一類古老的低等植物，在陸地、淡水湖泊、海洋分布廣泛。微藻種類繁多，截至21世紀初已發現的藻類有三萬余種，其中微小類群就占了70%，即兩萬余種。

　　中科院水生生物研究所（以下簡稱水生所）研究員、國家開發投資公司微藻生物科技中心主任、“千人計劃”專家胡強主要從事藻類生物學、生物技術與生物能源的研究。他告訴《中國科學報》記者：“微藻經過加工處理，可以生產出食品、保健品、飼料等很多產品，提取的藻油就像煤和石油一樣，是重要的能源原料。”

　　產學研的合作之路

　　上世紀，美國曾有個研制原子彈的“曼哈頓計劃”；本世紀，美國又出了個“微型曼哈頓計劃”，該計劃的宗旨不是研制原子彈，而是期望通過研發藻類產油尋求新的可再生能源。

　　胡強指出：“我國在這方面的研究并不晚于美國。”2013年5月，國家開發投資公司（以下簡稱國投）微藻生物科技中心在北京成立，中心希望利用微藻生物質技術解決能源與資源短缺、氣候環境惡化等重大問題，為國家經濟和社會的可持續發展提供新途徑。

　　同年7月，水生所藻類生物技術和生物能源研發中心在武漢成立。中心由水生所和國投合作共建，致力于通過產、學、研一體化技術創新模式，探索和解決微藻生物質領域重大科學和工程技術問題。上述兩個中心的主任都是胡強。

　　回看胡強的求學和工作經歷，從武漢到以色列，到日本和美國，再到如今回國，他跟微藻結下了不解之緣。

　　在以色列，胡強獲得本·古里安大學獲藻類生物技術專業博士學位，隨后他來到日本做博士后研究工作，主要開發一種利用微藻固定電廠廢氣中二氧化碳的技術，為溫室氣體的減排提供新思路。不久，美國亞利桑那州立大學給胡強發出邀請，希望他能去參與微藻處理廢水項目。

　　在美國，胡強及其團隊開始了藻油的研究，并建立了利用微藻生產能源的中試生產線，胡強領導的實驗室也成為美國能源部國家級微藻能源研發基地。“當時，美國國防部出錢找到我們，風險投資也找到我們，相關研究經費超過2000萬美元。”

　　回國前，胡強任美國亞利桑那州立大學終身教授，藻類生物技術研究實驗室共同主任、亞利桑那州藻類創新技術中心共同主任。盡管如此，他最終還是選擇了由國投與水生所共建的微藻生物能源項目。

　　“因為微藻能源想要取得突破光靠企業的力量是遠遠不夠的。”胡強希望微藻生物能源項目能整合企業與研究機構的力量，走產學研結合的開發模式。

　　燕郊的實驗工廠

　　回國后，胡強每天都很忙碌，北京和武漢兩頭跑已經成為常態。《中國科學報》記者參觀了位于燕郊的國投微藻生物科技中心研發基地，目睹了一排排玻璃管道搭建的光生物反應器。胡強告訴記者：“微藻生物質生產是整個微藻生物能源產業的瓶頸，成本占全流程的60%以上，而光生物反應器是制約微藻生物質生產的核心因素。”

　　因此，如何提高光生物反應器的生產效率、降低它們的制造和運行成本，在很大程度上決定了微藻生物能源和生物資源的產業化進程。這也是胡強團隊努力攻關的一個方向。

　　在光生物反應器研發方面，胡強團隊一方面對傳統光生物反應器進行優化改進，實現設備更加高效、穩定、可靠；另一方面致力于高效、低成本的新型光生物反應器開發，研究發電廠煙氣二氧化碳固定與綜合利用技術，形成下一代微藻生物能源與發電廠煙氣二氧化碳綜合利用技術與裝備體系。

　　此外，這座位于燕郊的實驗工廠利用系統代謝工程的策略，對現有工程藻株進一步遺傳改良，以提高藻類細胞工廠對光化學能的轉化及利用效率。在研發基地，記者看到了從無色到黃色再到綠色和紅色的藻株變化。

　　胡強告訴記者：“你看到的只是顏色變化，而我們在遴選藻種方面，要求皮實，能夠在不同環境中很好地自我調整。”胡強團隊正通過基因改造的方法，結合自然篩選，改良適宜工業化應用的藻種。

　　“目前備受關注的微藻產油還有很長的路要走。把微藻從水里采收出來后，還要打破細胞，把油取出來。”胡強說，“雖然是單細胞的簡單植物，但每一步工作都不簡單，甚至大有學問。”

　　胡強在實驗室一待就是一整天。當記者問及周邊的交通擁堵是否影響上下班的時候，胡強的回答有點讓人意外：“我早上6點從機場附近的公寓開車過來，晚上11點以后離開辦公室，基本一路暢通。”

　　微藻的應用前景

　　當前，微藻資源的開發與應用為人類解決能源、健康、環境和糧食四大問題提供一種新模式。

　　胡強介紹，在能源領域，微藻有望成為繼糧食作物生物乙醇、纖維素生物乙醇和陸生作物生物柴油之后第三代生物質能源的原材料；在環境領域，微藻有大幅減排溫室氣體二氧化碳的潛力，并在處理生活、工業、農業污水等方面有廣闊的應用前景；在食品領域，微藻可為人類提供大量單細胞蛋白質、植物油脂、類胡蘿卜素等食品或食品添加劑；在醫藥衛生領域，微藻生物資源中存在新的抗生素、抗氧化劑、抗癌和抗病毒藥物成分。

　　胡強團隊已經在國投微藻生物科技中心獲得高產量、高油脂的國投1號和國投2號藻株。胡強指著手里的一瓶藻說：“同樣是原油，藻油的成本要高十倍，如何降低成本是我們未來需要努力的方向。”

　　在另一些領域，微藻已經開始發揮作用。比如，微藻可以看做一種新型農業。“種藻和種糧食、種蔬菜是一樣的。”胡強指出，“生產微藻本身需要很多的勞動力，可以為食品、飼料、保健品、精細化工等下游相關產業提供大量的就業機會。”

　　微藻產業也可以改善人們的生活水平，除了高端的保健品之外，用微藻作為飼料養雞養魚，品質都會提高很多，利于改善人們的身體狀況。“所以說微藻生產是一種可持續的綠色農業。”胡強希望通過團隊的努力，使微藻能夠對未來產業布局產生重要影響。