微藻:单细胞植物的大学问

微藻是一类古老的低等植物,在陆地、淡水湖泊、海洋分布广泛。微藻种类繁多,截至21世纪初已发现的藻类有三万余种,其中微小类群就占了70%,即两万余种。

中科院水生生物研究所(以下简称水生所)研究员、国家开发投资公司微藻生物科技中心主任、“千人计划”专家胡强主要从事藻类生物学、生物技术与生物能源的研究。他告诉《中国科学报》记者:“微藻经过加工处理,可以生产出食品、保健品、饲料等很多产品,提取的藻油就像煤和石油一样,是重要的能源原料。”

产学研的合作之路

上世纪,美国曾有个研制原子弹的“曼哈顿计划”;本世纪,美国又出了个“微型曼哈顿计划”,该计划的宗旨不是研制原子弹,而是期望通过研发藻类产油寻求新的可再生能源。

胡强指出:“我国在这方面的研究并不晚于美国。”2013年5月,国家开发投资公司(以下简称国投)微藻生物科技中心在北京成立,中心希望利用微藻生物质技术解决能源与资源短缺、气候环境恶化等重大问题,为国家经济和社会的可持续发展提供新途径。

同年7月,水生所藻类生物技术和生物能源研发中心在武汉成立。中心由水生所和国投合作共建,致力于通过产、学、研一体化技术创新模式,探索和解决微藻生物质领域重大科学和工程技术问题。上述两个中心的主任都是胡强。

回看胡强的求学和工作经历,从武汉到以色列,到日本和美国,再到如今回国,他跟微藻结下了不解之缘。

在以色列,胡强获得本·古里安大学获藻类生物技术专业博士学位,随后他来到日本做博士后研究工作,主要开发一种利用微藻固定电厂废气中二氧化碳的技术,为温室气体的减排提供新思路。不久,美国亚利桑那州立大学给胡强发出邀请,希望他能去参与微藻处理废水项目。

在美国,胡强及其团队开始了藻油的研究,并建立了利用微藻生产能源的中试生产线,胡强领导的实验室也成为美国能源部国家级微藻能源研发基地。“当时,美国国防部出钱找到我们,风险投资也找到我们,相关研究经费超过2000万美元。”

回国前,胡强任美国亚利桑那州立大学终身教授,藻类生物技术研究实验室共同主任、亚利桑那州藻类创新技术中心共同主任。尽管如此,他最终还是选择了由国投与水生所共建的微藻生物能源项目。

“因为微藻能源想要取得突破光靠企业的力量是远远不够的。”胡强希望微藻生物能源项目能整合企业与研究机构的力量,走产学研结合的开发模式。

燕郊的实验工厂

回国后,胡强每天都很忙碌,北京和武汉两头跑已经成为常态。《中国科学报》记者参观了位于燕郊的国投微藻生物科技中心研发基地,目睹了一排排玻璃管道搭建的光生物反应器。胡强告诉记者:“微藻生物质生产是整个微藻生物能源产业的瓶颈,成本占全流程的60%以上,而光生物反应器是制约微藻生物质生产的核心因素。”

因此,如何提高光生物反应器的生产效率、降低它们的制造和运行成本,在很大程度上决定了微藻生物能源和生物资源的产业化进程。这也是胡强团队努力攻关的一个方向。

在光生物反应器研发方面,胡强团队一方面对传统光生物反应器进行优化改进,实现设备更加高效、稳定、可靠;另一方面致力于高效、低成本的新型光生物反应器开发,研究发电厂烟气二氧化碳固定与综合利用技术,形成下一代微藻生物能源与发电厂烟气二氧化碳综合利用技术与装备体系。

此外,这座位于燕郊的实验工厂利用系统代谢工程的策略,对现有工程藻株进一步遗传改良,以提高藻类细胞工厂对光化学能的转化及利用效率。在研发基地,记者看到了从无色到黄色再到绿色和红色的藻株变化。

胡强告诉记者:“你看到的只是颜色变化,而我们在遴选藻种方面,要求皮实,能够在不同环境中很好地自我调整。”胡强团队正通过基因改造的方法,结合自然筛选,改良适宜工业化应用的藻种。

“目前备受关注的微藻产油还有很长的路要走。把微藻从水里采收出来后,还要打破细胞,把油取出来。”胡强说,“虽然是单细胞的简单植物,但每一步工作都不简单,甚至大有学问。”

胡强在实验室一待就是一整天。当记者问及周边的交通拥堵是否影响上下班的时候,胡强的回答有点让人意外:“我早上6点从机场附近的公寓开车过来,晚上11点以后离开办公室,基本一路畅通。”

微藻的应用前景

当前,微藻资源的开发与应用为人类解决能源、健康、环境和粮食四大问题提供一种新模式。

胡强介绍,在能源领域,微藻有望成为继粮食作物生物乙醇、纤维素生物乙醇和陆生作物生物柴油之后第三代生物质能源的原材料;在环境领域,微藻有大幅减排温室气体二氧化碳的潜力,并在处理生活、工业、农业污水等方面有广阔的应用前景;在食品领域,微藻可为人类提供大量单细胞蛋白质、植物油脂、类胡萝卜素等食品或食品添加剂;在医药卫生领域,微藻生物资源中存在新的抗生素、抗氧化剂、抗癌和抗病毒药物成分。

胡强团队已经在国投微藻生物科技中心获得高产量、高油脂的国投1号和国投2号藻株。胡强指着手里的一瓶藻说:“同样是原油,藻油的成本要高十倍,如何降低成本是我们未来需要努力的方向。”

在另一些领域,微藻已经开始发挥作用。比如,微藻可以看做一种新型农业。“种藻和种粮食、种蔬菜是一样的。”胡强指出,“生产微藻本身需要很多的劳动力,可以为食品、饲料、保健品、精细化工等下游相关产业提供大量的就业机会。”

微藻产业也可以改善人们的生活水平,除了高端的保健品之外,用微藻作为饲料养鸡养鱼,品质都会提高很多,利于改善人们的身体状况。“所以说微藻生产是一种可持续的绿色农业。”胡强希望通过团队的努力,使微藻能够对未来产业布局产生重要影响。

微藻是一类古老的低等植物,在陆地、淡水湖泊、海洋分布广泛。微藻种类繁多,截至21世纪初已发现的藻类有三万余种,其中微小类群就占了70%,即两万余种。

中科院水生生物研究所(以下简称水生所)研究员、国家开发投资公司微藻生物科技中心主任、“千人计划”专家胡强主要从事藻类生物学、生物技术与生物能源的研究。他告诉《中国科学报》记者:“微藻经过加工处理,可以生产出食品、保健品、饲料等很多产品,提取的藻油就像煤和石油一样,是重要的能源原料。”

产学研的合作之路

上世纪,美国曾有个研制原子弹的“曼哈顿计划”;本世纪,美国又出了个“微型曼哈顿计划”,该计划的宗旨不是研制原子弹,而是期望通过研发藻类产油寻求新的可再生能源。

胡强指出:“我国在这方面的研究并不晚于美国。”2013年5月,国家开发投资公司(以下简称国投)微藻生物科技中心在北京成立,中心希望利用微藻生物质技术解决能源与资源短缺、气候环境恶化等重大问题,为国家经济和社会的可持续发展提供新途径。

同年7月,水生所藻类生物技术和生物能源研发中心在武汉成立。中心由水生所和国投合作共建,致力于通过产、学、研一体化技术创新模式,探索和解决微藻生物质领域重大科学和工程技术问题。上述两个中心的主任都是胡强。

回看胡强的求学和工作经历,从武汉到以色列,到日本和美国,再到如今回国,他跟微藻结下了不解之缘。

在以色列,胡强获得本·古里安大学获藻类生物技术专业博士学位,随后他来到日本做博士后研究工作,主要开发一种利用微藻固定电厂废气中二氧化碳的技术,为温室气体的减排提供新思路。不久,美国亚利桑那州立大学给胡强发出邀请,希望他能去参与微藻处理废水项目。

在美国,胡强及其团队开始了藻油的研究,并建立了利用微藻生产能源的中试生产线,胡强领导的实验室也成为美国能源部国家级微藻能源研发基地。“当时,美国国防部出钱找到我们,风险投资也找到我们,相关研究经费超过2000万美元。”

回国前,胡强任美国亚利桑那州立大学终身教授,藻类生物技术研究实验室共同主任、亚利桑那州藻类创新技术中心共同主任。尽管如此,他最终还是选择了由国投与水生所共建的微藻生物能源项目。

“因为微藻能源想要取得突破光靠企业的力量是远远不够的。”胡强希望微藻生物能源项目能整合企业与研究机构的力量,走产学研结合的开发模式。

燕郊的实验工厂

回国后,胡强每天都很忙碌,北京和武汉两头跑已经成为常态。《中国科学报》记者参观了位于燕郊的国投微藻生物科技中心研发基地,目睹了一排排玻璃管道搭建的光生物反应器。胡强告诉记者:“微藻生物质生产是整个微藻生物能源产业的瓶颈,成本占全流程的60%以上,而光生物反应器是制约微藻生物质生产的核心因素。”

因此,如何提高光生物反应器的生产效率、降低它们的制造和运行成本,在很大程度上决定了微藻生物能源和生物资源的产业化进程。这也是胡强团队努力攻关的一个方向。

在光生物反应器研发方面,胡强团队一方面对传统光生物反应器进行优化改进,实现设备更加高效、稳定、可靠;另一方面致力于高效、低成本的新型光生物反应器开发,研究发电厂烟气二氧化碳固定与综合利用技术,形成下一代微藻生物能源与发电厂烟气二氧化碳综合利用技术与装备体系。

此外,这座位于燕郊的实验工厂利用系统代谢工程的策略,对现有工程藻株进一步遗传改良,以提高藻类细胞工厂对光化学能的转化及利用效率。在研发基地,记者看到了从无色到黄色再到绿色和红色的藻株变化。

胡强告诉记者:“你看到的只是颜色变化,而我们在遴选藻种方面,要求皮实,能够在不同环境中很好地自我调整。”胡强团队正通过基因改造的方法,结合自然筛选,改良适宜工业化应用的藻种。

“目前备受关注的微藻产油还有很长的路要走。把微藻从水里采收出来后,还要打破细胞,把油取出来。”胡强说,“虽然是单细胞的简单植物,但每一步工作都不简单,甚至大有学问。”

胡强在实验室一待就是一整天。当记者问及周边的交通拥堵是否影响上下班的时候,胡强的回答有点让人意外:“我早上6点从机场附近的公寓开车过来,晚上11点以后离开办公室,基本一路畅通。”

微藻的应用前景

当前,微藻资源的开发与应用为人类解决能源、健康、环境和粮食四大问题提供一种新模式。

胡强介绍,在能源领域,微藻有望成为继粮食作物生物乙醇、纤维素生物乙醇和陆生作物生物柴油之后第三代生物质能源的原材料;在环境领域,微藻有大幅减排温室气体二氧化碳的潜力,并在处理生活、工业、农业污水等方面有广阔的应用前景;在食品领域,微藻可为人类提供大量单细胞蛋白质、植物油脂、类胡萝卜素等食品或食品添加剂;在医药卫生领域,微藻生物资源中存在新的抗生素、抗氧化剂、抗癌和抗病毒药物成分。

胡强团队已经在国投微藻生物科技中心获得高产量、高油脂的国投1号和国投2号藻株。胡强指着手里的一瓶藻说:“同样是原油,藻油的成本要高十倍,如何降低成本是我们未来需要努力的方向。”

在另一些领域,微藻已经开始发挥作用。比如,微藻可以看做一种新型农业。“种藻和种粮食、种蔬菜是一样的。”胡强指出,“生产微藻本身需要很多的劳动力,可以为食品、饲料、保健品、精细化工等下游相关产业提供大量的就业机会。”

微藻产业也可以改善人们的生活水平,除了高端的保健品之外,用微藻作为饲料养鸡养鱼,品质都会提高很多,利于改善人们的身体状况。“所以说微藻生产是一种可持续的绿色农业。”胡强希望通过团队的努力,使微藻能够对未来产业布局产生重要影响。


相关内容

  • 植物细胞培养技术的发展与应用
  • 植物细胞培养技术的发展与应用 李晓蕙 陈 蕾 (西北农林科技大学生命科学学院,陕西杨凌712100) 摘要:本文简要介绍了利用植细胞技术生产有用代谢产物的优点和7种植物培养技术,提出了植物细胞培养技术的应用现状和前景. 关键词:植物细胞培养:优点:应用 中图分类号Q81 文献标识码B 文章编号100 ...

  • 遗传学考研
  • 遗传学排名 1 北京大学生命科学学院遗传学2008年研究生入学基本情况 招生人数: 最低录取分数: 4 无 报考人数: 录取比例: 6 66.7 % 北京大学生命科学学院遗传学2008年研究生入学专业目录 研究方向: 01. 模式动物(斑马鱼.果蝇.线虫)遗传与发育分子机制及疾病模型的研究 1 10 ...

  • 高等植物细胞凋亡的诱因及生物学意义
  • 山东农业大学学报(自然科学版),2008,39(1):125-128 JournalofShandongAgriculturalUniversity(NaturalScience) 高等植物细胞凋亡的诱因及生物学意义 肖军,高洁 (泰山学院生物科学与技术系,山东泰安271021)' 摘要:细胞凋亡是 ...

  • 2012大学考试植物学题目
  • 一.名词解释(每小题2分,共10分) 通道细胞:在五面加厚或六面加厚的内皮层类型中,位于正对原生木质部的内皮 层上的薄壁细胞,控制皮层与中柱之间的物质交流. 传递细胞:具有细胞壁内突生长特性和具有发达的胞间连丝,扩大质膜面积,担 负短途运输功能的薄壁细胞. 胼胝体:包围在筛管联络索及四分体周围的一种 ...

  • 生物各学科方向
  • 21世纪被称为生物世纪,可见生物学技术对人类的影响是巨大的.生物学技术渗透于社会生活的众多领域,食品生产中的转基因大豆.啤酒.瘦肉型肉猪,用于制衣的优质棉料和动物皮革,医学上疫苗.药品的生产和开发以及试管婴儿技术的应用,逐渐流行推广起来的生物能源如沼气.乙醇等,都包含生物学技术的应用. 作为一门意义 ...

  • 杭州师范大学植物学期末试卷A答案
  • 杭州师范学院生命科学学院2005 -2006学年第一学期期终考试 <植物学>试卷(A ) 参考答案及评分标准 一. 名词解释(18%,每一小题3分) 1.异形叶性 同一株植物上具有不同叶形的现象,称为异形叶性.异形叶或是出现于不同发育阶段的枝上,或是生于不同环境中.例如水毛莨的气生叶扁平 ...

  • 生物工程就业指导及形势分析
  • 生物学专业考研就业形势分析 出路:四大就业通道 前言 与计算机.电子等热门专业或化工.机械等传统专业相比,生物专业的就业形势不容乐观,但作为一个发展迅速的潜力专业,生物学专业的前景还是很令人期待的.认清形势,找准定位,未雨绸缪,为自己的将来做一个长期规划,创造更好的条件迎接未来的挑战.大致而言,生物 ...

  • 浅谈应用性技术大学园艺专业[植物生物技术]课程
  • [摘 要] <植物生物技术>是园艺专业的专业基础课,是现代生物技术的重要组成部分,其特点是注重理论与实践教学的结合与渗透,在培养学生实践技能的过程中加深对基础知识的理解.本文旨在通过<植物生物技术>课程的教学方法的探讨,提高园艺专业学生综合运用所学知识在实际工作中独立发现问题 ...

  • 药用植物细胞的大规模培养技术
  • 植物生理学通讯 第40卷 第2期,2004年4月 251 植物细胞能积累多种次生代谢产物,包括生物碱.有机酸.色素.糖苷类.挥发油.酶类.植物激素.植物杀菌素等.当今世界市场上已知300多种生物产品中,90%以上的产品主要成分能从高等植物中找到.但由于这些化合物的结构复杂,目前只能由高等植物进行生物 ...